Kurze Antennen mit E und H im Nahfeld möglich?

  • Hallo an die Antennenexperten,


    hier im Bereich "Kurze Antennen" wurde schon viel und ausführlich über die Funktion, Wirkungsweise und Wirkungsgrad von kurzen Antennen geschrieben. Wer da mehr verstehen möchte, sollte einfach im diesem Forums-Bereich stöbern. In den Ausführungen kann man auch die verschiedenen bekannten kurzen Antennen wieder finden.


    Da sind aber entweder Antennen, die hauptsächlich H-Feld im Nahfeld erzeugen (Magetic Loop) oder ein E-Feld (alle Formen von induktiv verkürzten Dipolen oder Groundplanes). Theoretisch könnte man sich Antennen überlegen, die auch als verkürzte Antennen beide Felder schon im Nahfeld erzeugen. Die Frage ist, gibt es da praktische Beispiele und wo sind da die Begrenzungen, die, zumindest nach meiner Recherche, den praktischen Einsatz verhindern?


    Jetzt mal einwenig mit sehr vereinfachter Theorie betrachtet. (Bitte die Vereinfachungen nur diskutieren, wenn für das Thema tatsächlich relevant, Danke).
    Das Ziel ist es ja, den 50Ohm Ausgang des Verstärkers so mit einer Antenne zu versehen, dass möglichst alle Energie als elektromagnetische Welle abgegeben wird und nichts zum Sender zurück reflektiert wird (SWR=1). In welche Richtung diese Felder dann abgegeben werden, kann ich dann im nächsten Schritt optimieren. Jeder weiss, dass eine Dummy Load das SWR=1 zwar schafft, aber doch eher minimalistisch parasitär ein paar Felder erzeugt.


    Also bauen wir das ganze ohne beabsichtigte Widerstände auf, d.h. einen LC-Schwingkreis mit konzentrierten Bauelementen für die beabsichtigte Frequenz. Hier kann ich aber nur ein SWR=1 erreichen, wenn ich die Einkopplung an die parasitären Verluste (hauptsächlich Güte der Spule) des Schwingkreises anpasse. Grund: Da mein Gebilde kaum Felder an die Umgebung abgibt, ist mein Strahlungswiderstand sehr gering, Mit hohen Güten würde ich zwar mehr Spannung in meinem konzentrierten Aufbau erzeugen, der Wirkungsgrad zu elektromagnetischen Feldern ist aber gering.


    Um einen hohen Strahlungswiderstand zu bekommen, muss ich meine Felder, die in der Spule und der Kapazität erzeugt werden, im einem möglichst großem Volumen abgeben (Vereinfachung!). Der Dipol mit Lambda/2 verteilt das E-Feld über seine ganze Länge und auch das H-Feld wird entlang des Leiters über die Länge verteilt (wenn auch nicht gleichmäßig: Stromverteilung, Spannungsverteilung). Wenn wir jetzt aber nicht eine so große Länge zur Verfügung haben (kurze Antennen), müssen zwangsläufig die Felder für den gleichen Wirkungsgrad auf dem verkleinerten Volumen größer werden. Auch brauch man dann konzentrierte Bauelemente, um noch die Resonanz zu erzeugen, die ich für die reale Anpassung an die 50 Ohm benötige. Aber ich brauche auch "offene" Kondensatoren oder Spulen, die mir die Felder in das Raumvolumen verteilen.


    Ein Beispiel für eine kapazitive Abgabe der Felder ist die so genannte EH-Antenne, die nach meinem Verständnis nur ein induktiv verkürzter Dipol ist, wo die Strahlerkapazität durch die Erhöhung des Durchmessers des Leiters vergrößert wird. Das E-Feld wird so in einem kleineren Volumen erzeugt, die notwendige, konzentrierte Spule kann aber dadurch reduziert werden, dass die Kapazität der Strahler vergrößert wurde.


    Das bekannte Beispiel für die Erzeugung magnetischer Felder ist die Magnetic Loop, hier wird die Spule offen mit einer möglichst großen umspannten Fläche gebaut und für die Resonanz ein konzentrierter Kondensator verwendet.


    D.h. es wird entweder ein "offener Kondensator" oder eine "offene Spule" zur Felderzeugung und Abgabe des Feldes in die Umgebung genutzt. Ist es denn nicht möglich beides zu verwenden? Wurde dieses für kurze Antennen schon ausprobiert, bzw. wo sind die Beschränkungen, die es ggf. uneffektiv machen?


    Die komplette Spule für einen 2x1m kurzem Dipol mit dickem Strahler (z.B. 2cm Kupferrohr) auf 40m offen, z.B. mit 1m Durchmesser zu wickeln, währe vermutlich ein enormer Aufwand. Mann müsste dann auch mal die Strahlungswiderstände des Kondensators und der Spule ausrechnen. Dazu käme dann auch noch die Kapazität der Spule, deren Felder wieder nicht orthogonal zu dem magnetischen Feld sind und somit nicht so hilfreich wären.


    Aber wie wäre es einen einfachen Ring von 1m Durchmesser als Spule zu verwenden und daran 2 Strahler (z.B. 2x1m 2cm Durchmesser) anzubringen. Anstatt jetzt für die Resonanz noch mehr Induktivität einzubringen, könnte man ja, wie bei einer rein magnetischen Loop, einen additiven konzentrierten Kondensator verwenden. So wäre es dann eine offene Kapazität und eine offene Induktivität als Strahler und für die Resonanz ein Kondensator, der aber in Gegensatz zu einer Spule meistens die höhere Güte hat. Das wäre eine magnetic Loop mit angebauten kapazitivem Strahler, der (was noch zu rechnen wäre) mit seinem zwar geringem, aber im Vergleich zur Loop evtl. hohem Strahlungswiderstand die Abstrahlung der Loop verbessern könnte.


    Ich habe eine solche Konstruktion bis jetzt noch nicht gefunden und dann fragt man sich natürlich: Warum nicht oder was ist an den Überlegungen falsch?


    Die Betrachtung enthält noch eine andere Überlegung: Kurze Antennen werden meist gebaut, wenn der Platz fehlt für längere Varianten. Das liegt meist daran, dass da, wo der Platz für die Antenne endet, auch schon der Nachbar anfängt, der aber bei der Selbsterklärung nicht zum kontrollierten Bereich gehört. Kurze Antennen müssen aber auf dem reduziertem Volumen höhere Felder als lange Antennen im Nahfeld erzeugen um den gleichen Wirkungsgrad zu haben, welches dann einem OM zu QRP zwingt, wenn er die Personenschutzwerte einhalten will. Da diese aber aus E- und H-Grenzwerten bestehen, wäre es natürlich praktisch, zumindest beide Feldkomponenten auch im Nahfeld schon ausgewogen zu haben, so dass man nicht nur mit einer Feldkomponente den Grenzwert ausnutzen kann.


    vy 73 de Karsten, DD1KT

  • Hallo Karsten,


    meine mich zu erinnern, solch eine Antenne entwickelt von einem ungarischen Funkamateur
    gesehen zu haben - wahr glaub' ich sogar vor einigen Jahren in der CQ-DL, es gab aber auch eine Webseite.


    Als Bild im Kopf habe ich eine inverted Vee mit einer Art mag-loop Anpassung.(im center)


    Mangels geeignetem Stichwort blieb eine google Suche erfolglos.


    Gruss


    Peter/DL3PB

  • sucht mal nach dl2jte der hat so eine Antenne in mehreren Veröffentlichungen beschrieben.. besonders ausführlich im Antennex Magazin (hier im Internet verfügbar)
    Uwe DJ9XG

  • Hallo Daniel,


    hier nur eine Idee (schnelle Handzeichnung), wie so etwas aussehen könnte. Die Strahler könnten wie 1, oder bei Platzmangel wie 2 angeordnet werden. Material könnte das gleiche wie bei der Loop sein, z.B. 2cm Durchmesser Kupfer, oder aber man nimmt einen größeren Radius.


    Da das Bauen ein recht hoher Aufwand ist (auch wenn man eine existierende Loop erweitert), wäre es schön zu erfahren, ob es Sinn macht. Wenn einer natürlich eine mag. Loop Simulation für einen Freeware Simulator schon hätte, wäre die Erweiterung vielleicht recht einfach zu ergänzen und zu simulieren.


    vy 73 de Karsten, DD1KT

  • Jo, der war's - danke Uwe.


    Karsten, wo siehst Du den grossen Aufwand ? - habe leider keine Mag Loop zur Hand.
    Zwei kurze ( = kapazitive ) Drähte am Drehko anschliessen und die zusätzliche
    Kapazität am Drehko 'rausdrehen, fertig...


    Die Version von Laszlo ist aufwendiger - SSB QSOs mit 500µW gibt's halt nicht umsonst


    Ihr hört meine Zweifel - nicht wegen des QRPp Rekords, den ich für ehrgeizig aber nicht ausgeschlossen halte,
    sondern wegen Sätzen wie diesem ( aus dem gleichen Dokument ):


    The unloaded antenna system Q is very high, approximately 500. This fact automatically provides an amplification factor
    at both transmitting and receiving. The transmitter load reduces the Q-factor to ~ 50 which means that at 100W input
    only as ~ 5kW equivalent power level appears, of course not at the 50-ohm input.


    Aber: Versuch macht klug...


    72/3


    Peter/DL3PB

  • Hallo John,


    genau in die Richtung ging die Idee. Hast Du genauere Informationen zu der Antenne? Ich befürchte, dass sie für die höheren Frequenzbänder gedacht ist. Für die unteren Bänder, z.B. 80m bis 20m würde man vermutlich noch einen variablem Kondensator brauchen.


    Verständnisfrage dazu: Warum baue ich das H und E-Feld bei der Antenne in die gleiche Richtung? Wäre 90° versetzt nicht günstiger, d.h. die Loop zur Anpassung/Verkürzung in der gleichen Ebene wie die Strahler?


    vy 73 de Karsten, DD1KT

  • Hallo Karsten , DD1KT und die Runde,..


    wie währe es mit einer Wendelantenne mit Dachkapazität. Die Induktivität nicht wie bei einem normalen Dipol
    gestreckt, sondern wie eine große auseinander gezogene Spule. Die Dachkapazität könnte eine Sternstruktur
    haben...
    Ich benutze Alu-Haushaltfolie , mehrere Bahnen parallel , als Endkapazität bei meinem 2x9mtr Dipol für 160mtr.


    73 de