Posts by DL4ZAO

Gerhard

Kleiner Hinweis: Die interne Verlinkung auf das "J-Fet Tutorial" am Ende des Artikels "Messung der Verstärkung von J-Fet Transistoren" auf Eurer DARC Webseite führt auch ins Leere und muss auch auf das neue Ziel geändert werden.

73, Günter

Quote from DK3RED

Die Leistungsregelung kommt dadurch zustande, weil zusätzlich zur Verlustleistung ja noch die zurückkommende Leistung in Wärme umgesetzt werden muss.

Mitnichten, es fließt keine Energie in die PA zurück und wird dort in Wärme umgesetzt, sie wird dort wieder reflektiert!
Die Mär von der von der reflektierten Leistung, die angeblich von der Quelle wiederaufgenommen wird, hält sich hartnäckig, obwohl Theorie und Praxis von Reflexionen auf Speiseleitung seit Jahrzehnten von vielen sachkundigen OM umfänglich abehandelt wurde und per Simulation und Messung verifiziert wurde. Selbst in diesem Forum war das schon mal Gegenstand einer sehr engagiert geführten und lehrreichen Diskussion .

Deren Fazit: So lange die Quelle (der Sender) eingeschaltet ist, wird von einer fehlangepassten Last reflektierte Energie an der Quelle wieder reflektiert. Die Quelle nimmt keine reflektierte Energie auf und muss daher auch nichts in Wärme umsetzen.

Die Leistungsreduktion kommt in der Regel daher zu Stande, weil viele moderne Halbleiterendstufen einen SWR Detektor eingebaut haben, der bei SWR >2 mittels einer ALC die Leistung herunterregelt, um die Endstufentransistoren vor einer Arbeitspunktverschiebung durch Fehlanpassung zu schützen. Reichlich dimensionierte Enstufen halten SWR bis 5 aus, bevor die Schutzschaltung einsetzt, schmalbrüstig ausgeknautschte Endstufen wie z.B. FT857 regeln schon ab einem SWR von 2 herunter. Mit einer ATU angepasst, "feuert" die Endstufe auch bei hohem SWR die volle Leistung in die Leitung.

Literaturquellen:
Prof. Dr.Ing Gerd Janzen, DF6SJ: "die Geheimnisse der Hochfrequenzleitung", UKW-Berichte 3/1997
Prof. Dr. Lorenz Borucki, DL8EAW "Was geschieht auf nicht angepassten HF-Leitungen ?", Funkamateur, Dezember 2007
Prof. Dr. Lorenz Borucki, DL8EAW: "Leistungsbilanz in einer fehlabgeschlossenen HF-Leitung". Funkamateur 11/2009, S. 1164 – 1165
Karl Fischer, DJ5IL, "Reflexionen und Verluste auf Übertragungsleitungen"
Walter Maxwell, W2DU, Reflections III

Stimmt. Dieser Beitrag aus der Serie "Schätze der Welt - Erbe der Menschheit" ist schon mehrfach in den dritten Programmen gesendet worden. Er wurde vom SWR produziert und kann auf dessen Website als Video zusammen mit dem kompletten Textskript eingesehen werden.

SWR Video und Skript "Schätze der Welt, Folge 327 : "Stimmes des Stroms, die Radiosation Grimeton, 14,52 Min"

Hallo Bert,

du wolltest doch die langen dunklen Winternächte nutzen, um das Anpassnetzwerk schon mal zu bauen. Da 1,8 MHz fast noch NF ist kannst du das ja im fliegenden Aufbau mit Krokodilklemmen machen und mit deinem MiniVNA messen. Die Antenne wissen wir ja aus deinen Messungen, verhält sich auf 1,8 Mhz wie ein Widerstand von 19,7 Ohm in Serie mit einem Kondensator von 1200 pF. Du kannst also zwei Bauteilen, einem kleinen Widerstand und einem kleinen C die deine Reuse auf dem Labortisch nachbilden.

Die Spule kannst du nach den Vorgaben im Kochrezept hier schon mal biegen. Als C reicht für die Messung auch ein kleiner Kondensator. Und mit deinem MiniVNA kannst du dann messtechnisch überprüfen, ob das Anpassnetzwerk so funktioniert, wie es soll. Das gibt dir ein gutes Gefühl für den Frühling hi.

73
Günter

Quote from dj1zb

Mit der von dir gezeigten Kurvenschar der gemessenen Antenne kann ich ehrlich gesagt überhaupt nichts anfangen, zumal die

waagerechte Skala überhaupt keine Eichung hat.

Lieber HaJo,
ich hoffe wir meinen die gleiche Kurve, denn ich hatte sie diesmal nicht als Bild angehängt sondern nur auf Berts Post verlinkt. Hier nochmal die Kurve als Bild.

In der Tat hat die waagrechte Kurvenschar keine Eichung, aber man kann sie leicht interpretieren:
Der Sweep geht von 1,8, bis 1,85 Mhz. Die Werte bei dem gesetzten Marker bei 1,8015 MHz sind in den "Values" Kästchen numerisch ausgegeben. Da die gemessenen "Kurven" nahezu waagrechte Striche sind, kann man also schließen, dass zwischen 1,8 und 1,85 MHz keine maßgebliche Änderung dieser Werte stattfindet. Die Reuse ist also sehr breitbandig.

HaJo,

Bert hat doch mit dem MiniVNA die komplexe Impedanz auf 1,8 bis 1,85 MHz am Fußpunkt seiner Reuse gemessen ( siehe sein Diagramm aus dem Thread vom Januar " Anpassung einer Reuse für 160m" ) . Ist in einer solchen Impededanzmessung nicht die Kapazität des Isolators mit erfasst? Ich meine doch! Was soll dann noch die Messung der statischen Kapazität an der Dimensionierung der berechneten Spule des Anpassgliedes ändern?

Bert schreibt dort auch, dass das mitgelieferte R&S Anpassgerät über eine mitgelieferte 16 adrige Leitung angesteuert wird. Das kommt mit Sicherheit daher, weil damit offensichtlich die Reuse für den Bereich von 1,5 MHz bis 3,5 MHz erweiterbar ist, also um meahr als eine Oktave. Da ist schon Abstimmaufwand drin. Für den schmalen Bereich von 1,8 bis 1,85 MHz ersehe ich aus der gemessenen Impedanz-Kurve keine Veranlassung, dass unser berechnetes L-Glied umgestimmt werden müsste.

Immer wieder nochmal die Anmerkung zum verwendeten MIniVNA: Das Gerät kann nur den Betrag der Blindkoponente ausgeben, nicht das Vorzeichen. Man muss also aus der Kurve oder durch "scharfes Hinsehen" schließen, ob es sich um +Xs oder -Xs handelt. Das Nachfolgemodell MIniVNA PRO macht das jetzt richtig.

73, Günter
Günter

Bert, die statische Kapazität des Antennengebildes gegen Erde oder Radialnetz kannst du tatsächlich mit einem Kapazitätsmesser messen. Nicht jedoch den kapazitiven Anteil der Antennenimpedanz, denn der ist frequenzabhängig. Mir erschließt sich nur nicht, welche Aussagekraft eine solche statische Messung haben soll?

Eine Antenne verhält sich für ein HF-Signal in der Regel wie die Serienschaltung eines Widerstandes mit einer Kapazität oder einer Induktivität, man spricht daher von Antennen Impedanz. Ist die Antenne auf eine bestimmten Frquenz in Resonanz, wird bei dieser Frequenz die Kapazität oder Induktivität zu null. Du kannst daher den kapazitiven Anteil der Antennen Impedanz nicht mit einem einfachen Kapazitätsmessgerät messen, denn sie gilt ja jeweils nur für eine spezifische Frequenz. Außerdem könnte es genausogut eine Induktivität sein. Du brauchst also ein Messgerät, das sowohl den Realteil (den ohmschen Widerstand der Antenne) als auch einen kapazitiven oder induktiven Blindanteil der Antennenimpedanz abhängig von der Frequenz darstellen kann.

Am komfortabelsten misst du das mit einem kleinen vektoriellen Antennenanalyzer, wie du das ja schon gemacht hast und auch als Ausdruck hier eingestellt hast. Deine Ausdrucke einer Messung deiner Reuse bei 1,8 Mhz in Post #8 in diesem Thread sind mit einem Mini VNA gemacht. War es deiner? Er zeigt als Messwerte die Frequenz und das dazugehörige SWR, sowie die Antenenimpedanz aufgeteilt nach Realteil Rs und dem Blindanteil Xs ( Xs repräsentiert in diesem Falle den Wert des Blindwiderstandes der Antennenkapazität bei der Freuenz von 1,8 MHz)

In einem deiner vorherigen Threads ( 110 m RG213 ) hast du auch schon mal einen Ausdruck des Mini VNA deiner Reuse bei 3,8 MHz eingestellt. Leider sind dort die Kontrollkästchen für die Impedanz nicht angeklickt, so dass diese Werte leider nicht mit ausgedruckt wurden, die Kästchen mit den entsprechenden Messwerten sind leider leer.

Alternativ zu dem MiniVNA gibt es noch den hervorragenden Analyzer SNG 2von DL2SNG , der über den FUNKAMATEUR als Bausatz vertrieben wird, oder ohne graphische Anzeige den MFJ 269PRO . Vor der Zeit der Analysatoren hat man das "zu Fuß" mit Hilfe einer Impedanzmessbrücke gemacht.

Und bitte halte dir im Hinterkopf was in diesem Thread behandelt wurde: ein Spule alleine reicht meist für eine optimale Anpassung (Minimum SWR) nicht aus. Denn du musst Xs kompensieren und auf Rs transformieren. Und dafür benötigst du in der Regel mindestens ein Anpassglied mit L und C.

Ich erlaube mir, nochmal die von dir eingestellten Mess-Ausdrucke mit dem MiniVNA aus deinen Posts anzuhängen.

73, Günter

Hallo Bert, dafür wollen wir dann aber spätestens im Frühjahr wissen, ob es so wie berechnet auch funktioniert hat. (Ich hege daran keinen Zweifel)

Aber eine andere Frage:
HaJo hat ja angedeutet, dass er es für möglich hält, die Reuse auch auf den höheren Bändern betreiben zu können, ohne das Hochpass L-Glied für 1,8 Mhz zu wegzuschalten, und dabei ein etwas erhöhtes SWR in Kauf zu nehmen. Das ließe sich leicht ermitteln, wenn du uns - wie für 160m - die mit dem Mini VNA gemessenen Impedanzwerte für 80m und 40m zur Verfügung stellen könntest?

73, Günter

Bert, nach all den Erörterungen ist dein Anliegen des Threads nach einem Rezept für die Anpassung deiner Reuse etwas aus dem Blickfeld geraten. Ich versuche hier einfach mal zum Nachkochen Dinge zusammenzufassen und deine Fragen nach der Spule zu beantworten:

Ausgangspunkt: Bert hat eine breitbandige Reusenantenne, die er für das 160 m Band anpassen will. Mit dem MiniVNA hat er am Fusspunkt der Reuse bei 1,8 MHz folgende Impedanz gemessen: R = 19,57 Ohm – j73,55 Ohm. Das heißt, die Antenne verhält sich auf 1,8 MHz wie ein Widerstand von 19,57 Ohm, mit einem Kondensator von 1200 pF in Serie.

Die Antenne soll durch ein geeignetes Anpassnetzwerk verlustarm für den Betrieb auf 1,8 MHz an die Kabelimpedanz von 50 Ohm angepasst werden.Im ersten Schritt stellt sich die Frage: mit welchem Anpassnetzwerk kann die Anpassung erreicht werden und wie muss es dimensioniert sein?

Um die Antennenimpedanz von Z = 19,57 – j73,55 Ohm auf Z = 50 Ohm des Kabels zu transformieren, reicht eine Spule allein nicht aus. Es muss mindestens ein L-Netzwerk bestehend aus Spule und Kondensator sein.

Dafür bieten sich zwei Varianten des L-Netzwerkes an:

- L-Tiefpass - Querkondensator nach Masse und Serien L zur Antenne.
- L-Hochpass - Serienkondensator und Querspule von der Antenne nach Masse. (HaJos Vorschlag)

Die Variante Hochpass-L hat den Vorteil, dass die Reuse über die Spule geerdet ist und führt in unserem Falle auch zu günstigeren Bauteilewerten. Durch rechnerische und graphische Lösung mit Hilfe des Smith Diagramm habe ich für die jeweilige Variante folgende Bauteilewerte ermittelt:

Variante 1 L-Tiefpassnetzwerk
Querkondensator nach Masse mit C : 2200 pF und Serienspule zur Antenne L : 8,7 uH
Link zum Transformationsweg im Diagramm:http://www.volker-lotze.de/con…000/Cp;C1;2.200e-9;0.000/

Variante 2 L-Hochpassnetzwerk
Serienkondensator mit C = 800 pF und Querspule von der Antenne nach Masse mit L = 4,4 uH
Link zum Transformationsweg im Diagramm: http://www.volker-lotze.de/con…00/Cr;C1;8.000e-10;0.000/

Nun zu Berts Ausgangsfrage, nach den optimalen Aufbau der Spule und dem Warum:

Die Spule des Anpassnetzwerks soll konstruktiv so dimensioniert werden, dass die Verluste minimiert werden. Für eine einlagige Luftspule, deren Güte bei konstantem Bauvolumen optimiert wurde gilt nach [1, Diagramm unten] :

- Der Formfaktor, das Verhältnis von Länge zu Durchmesser. soll etwa zwischen 0,4 bis 0,9 betragen (Optimum bei 0,615)
- Die Wicklungsdichte, das Verhältnis von Drahtdurchmesser zur Steigung, soll etwa 0,48 bis 0,6 betragen ( Optimum bei 0,545)

Diese Vorgaben ergeben sich aus dem Zusammenspiel von Gegeninduktivität, Skineffekt und Proximityeffekt- Die Gegeninduktivität entsteht durch die magnetische Kopplung benachbarter Wicklungen, beim Skineffekt handelt es sich um die Verdrängung von hochfrequenten Strömen aufgrund des eigenen Magnetfeldes an der Außenwand des Leiters. Der Proximity-Effekt beschreibt die Stromverdrängung zwischen eng benachbarten Leitern, durch die Wechselwirkung der Magnetfelder. [1]

Bert will 6mm Kupferrohr verwenden, daraus ergeben sich angelehnt an die vorstehende Regel etwa folgende konstruktiven Spulenmerkmale:

Variante 1 L-Tiefpassnetzwerk:
Querkondensator 2200 pF
Induktivität der Spule: 8,7 uH
Gewählter Durchmesser: 80 mm
Länge: 130 mm
16 Windungen
Länge des Drahts: ca 4 m,
Eigenresonanz bei 30 MHz

Variante 2 L-Hochpassnetzwerk
Serienkondensator 800 pF
Induktivität der Spule: 4,4 uH
Gewählter Durchmesser: 80 mm
Länge: 130 mm
11 Windungen
Länge des Drahts: ca 2,8 m
Eigenresonanz bei 43 MHz,

Durch leichtes Strecken oder Stauchen der Spule kann in gewissen Grenzen eine Feinabstimmung der Induktivität erreicht werden. Der Verlustwiderstand des 6mm Rohrs unter Berücksichtigung des Skin Effekts ist so gering dass sich eine Leerlauf-Spulengüte über 550 ergibt, also sehr sehr gut. Die errechnete Betriebsgüte des Netzwerks beträgt nur 2,2, d. h. auch bei Leistungen von 1KW sind demnach keine Bedenken wegen Überschlägen durch die Spannungsüberhöhung angebracht. Der Kondensator mit sollte bei 1KW mindestens 1000V spannungsfest sein, das beinhaltet m.E. genügend Reserve. (Das hat dann aber nichts mehr mit QRP zu tun, hi)

[1] Graubner, Norbert, DL1SNG „Selbstbau eines symmetrischen Antennenkopplers“, FUNKAMATEUR 2-2011, Seite 179)

Quote from dj1zb

P.S.: Ich habe eben mal auf dein erstes Smith-Diagramm geguckt und gesehen, daß bei dir das C1 an der Antenne anfängt. Bei mir fängt es bei 50 Ohm an, und vom Konus der Antenne geht die Spule nach Masse, auch um die Reuse direkt statisch zu erden. Siehe die richtige Zeichnung der Anpassung von Bert im Teil 1 dieses Themas.

Vielleicht hast Du dich darin vertan. Eigentlich müßten beide Methoden ja das gleich Ergebnis liefern.

Lieber HaJo

danke für den Hinweis, aber auch nach der Korrektur erhalte ich mit deinen errechneten Bauteilewerten keine Anpassung.
Ändert man allerdings den Wert deiner Spule auf 4,4 uH und den Wert des Kondensators auf 800 pF passt es perfekt. Bitte überprüfe doch mal die Rechnung mit diesen Werten.
Link zum Smith Diagramm: http://www.volker-lotze.de/con…00/Cr;C1;8.000e-10;0.000/

Wie du richtig feststellst, hat ein L-Hochpass als Anpassungsnetzwerk hier Vorteile und ergibt zudem günstigere Bauteilewerte.

Übrigens: ich berechne Anpassnetzwerke ganz komfortabel mit dem Online Tool " Impedance Matching Designer " der Uni Berkeley. Man gibt dport die komplexe Quell und Lastimpedanz ein und das Tool berechnet 16 unterschiedliche Anpassnetzwerke mit den jeweiligen Bauteiledaten. Die errechnteten Werte überprüfe ich durch Kontrollrechnung und graphische Kontrolle mit dem Smith Diagramm.

73, Günter