Beiträge von dl6uq

Hallo Peter, Hallo Mitleser,

hab ich was verpasst, wo ich Verwirrung stifften kann

Hallo Tom,

das Hochladen der Datei klappt nicht, da sie zu groß ist und ich habe von Dir keine private EMail Adresse gefunden.

Schick mir Deine Email Adresse an: alexander PUNKT griesmeier AT lycos PUNKT de

VY 73 de DL6UQ

Lieber Tom, guten Morgen lieber Mitleser,

wie immer hast Du einen schönen Beitrag zusammengetragen, der Licht in die dunkle Angelegenheit von Antennen bringt!

Beim Durchlesen sind mir ein paar Sachen aufgefallen, die ich nicht richtig verstanden habe. Vielleicht kannst Du mir dabei etwas weiterhelfen?

Unter Absatz 2 sprichst Du ja über Leistungsanpassung und Resonanz. Deine These ist, dass ich durch die konjugierte Leistungsanpassung eine Resonanz erreiche. Wir hatten uns ja in dem anderen Thread darüber verständigt, was wir unter Resonanz verstehen. Eigentlich gaukeln wir über die Matchbox unserem Sender nur eine Leistungsanpassung vor. Die Antenne selber ist ja weiterhin nicht resonant. Oder verstehe ich das falsch?

Bei dem Faltdipol mit 240Ohm schlägst Du vor einen 2:1 Balun zu benutzen. Aber damit komme ich doch nur auf 120Ohm. Warum nicht 4:1, damit wäre ich doch dann bei 60Ohm?

Bei der W3DZZ sprichst Du von Blindelementen. Was verstehst Du unter Blindelementen? Ich hatte mal eine und das waren echte Bandpässe, die die Verlängerungsdrähte "dazu geschaltet" haben. Meinen wir hier das Gleiche?

Bei der MicroVert muss ich Dich leider korregieren. Der Kollege DL7PE hat es nicht entwickelt. Die ursprüngliche Idee stammt aus den 70er Jahren und wurde von DL7PE auf unsere Belange angepasst. Peter, Dl2FI, kann Dir sicherlich dazu mehr erzählen. Die Theorie, die Du angegeben hast, stimmt leider auch nicht ganz. Wir haben im QRP Report und in einem CQ-DL mal einen Artikel dazu gemacht. Ich bin mir nicht sicher, ob die Datei noch irgendwo im Netz liegt, ansonsten kann ich sie gerne auch nochmal hochladen.

Zum Thema "Bandbreite, ..." schlage ich vor, dass wir unter "Off Topic" einen Thread dazu aufmachen, wie wir in öffentlichen Foren miteinander umgehen!Vielleicht müssen wir das QRP Manifest, das wir mal mit Peter, DL2FI, gemacht haben entsprechend erweitern. Neben dem Funkamateur bin ich auch aktiver Modellbauer. Wir haben hier eine ähnliche Situation, wie im Amateurfunk, aber in den vielen Foren geht es deutlich ordentlicher zu als hier. Und die Gesetze der Aerodynamik sind auch erforscht!

VY 73 de DL6UQ

Guten Morgen,

ich war leider etwas ungenau. Es war natürlich der HB-Peter mit dem reellen Fußpunktwiderstand und nicht der DL-Peter. Mein Fehler!

Wie aber passen jetzt die beiden Simulationen von Rolf und HB-Peter zusammen. Mein physikalisches Gefühl, sagt mir auch, dass der Fußpunkt reell sein sollte, aber ich werde am Wochenende wohl mal ein bißchen in der Theorie wühlen und versuchen eine einfache Begründung zu finden.

Worin unterscheidet sich eigentlich die Simulation von Rolf und HB-Peter? Können wir das mal ergründen?

VY 73 de DL6UQ

Die Herren,

ich fasse also mal kurz zusammen. Wir haben die Meinung von Peter, dass der Fußpunktwiderstand eines resonanten Dipols immer reell ist. Wir haben die Meinung von Tom, der sagt, dass der Funkpunktwiderstand sehr wohl Blindanteile enthalten kann und wir haben eine Simulation von Rolf, die die Meinung von Tom belegt und wir haben das Gedankenexperiment von Peter mit der Gitarrensaite.

Wenn ich das Gedankenmodell von Peter weiterspinne, dann wird, wenn die Saite mit einer Stimmgabel gleicher Resonanzfrequenz in Kopplung bringe die Saite zum Schwingen angeregt. Bis dahin waren wir uns ja einig. Wenn ich die Stimmgabel nun von der Mitte der Saite (symmetrischer Dipol) zu einem der Enden der Saite bewege, so sagt mir die Simulation von Rolf, dass die Energieeinkopplung kleiner wird, da ich ja einen Blindanteil mit Blindlesitung erhalte. Können wir uns das so vorstellen, dass Punkt an dem ich die Saite einspanne ja auch zu Schwingungen angeregt werden soll und dass dadurch Energie verloren geht? Aber er kann ja nicht schwingen, da er fest ist. Wenn dem anders wäre, hätte ich eine Unstetigkeit, da die Einkopplung schlagartig von 100% auf 0% sinken würde. Und eines hasst der Physiker und Mathematiker wirklich und das sind Unstetigkeiten!

Was ist Deine Meinung, Peter?

VY 73 de DL6UQ

Hallo Peter,

vielen Dank für Deine rasche Antwort!

Wenn ich Deine Aussage richtig verstehe, dann hat der resonante Dipol überall einen rein reellen Fußpunktwiderstand, egal wo ich ihn auftrenne und einspeise. Habe ich das richtig verstanden?

Das würde bedeutet, dass ich nur einen geeigneten Widerstandstransformator bauen müsste, um den Dipol an einen Sender anzupassen, wenn wir jetzt mal das Problem der Symmetrie auslasse?

Da wir ja hier nach einer sauberen Herleitung der Theorie suchen, würde ich Dich bitten zu erklären, warum der resonante Dipol überall einen reellen Fußpunktwiderstand hat. Wenn wir das Problem beweisen könnten, hätten wir auch das Dilemma von Peter aus dem anderen Thread gelöst.

VY 73 de DL6UQ

Hallo Peter,

ich finde Dein Bild mit der Gitarrensaite sehr schön, da es sehr anschaulich ist!

In der Physik definieren wir ja die Resonanz folgendermaßen: das erzwungene Mitschwingen eines schwingungsfähigen Systems. Ob das nun Gitarrensaiten ist, Antennen, oder einfach zwei Kugeln, die über eine Feder gekoppelt sind (z.B. Elektronen in Atomen) ist dabei vollkommen egal.

Wichtig sind aber zwei andere Parameter, nämlich das Verhältnis der Anregungsfrequenz zur Eigenfrequenz und die Bedämpfung des Systems. Die Resonanzbedingung ist dann erfüllt, wenn die Anregungsfrequenz gleich der Eigenfrequenz ist. Ich zupfe also die Saite im richtigen Moment, und nicht zu früh oder zu spät. Im Extremfall kommt es zur Resonanzüberhöhung und das System kann sich selbst zerstören (z.B. Brücken, die von im Gleichschritt marschierenden Soldaten in Resonanz kommen).

Können wir damit die Resonanzbedingung des reellen Fußpunktwiderstandes beerdigen?

VY 73 de DL6UQ

Liebe Mitleserinnen und Mitleser,

wenn ich mir so die gängige Amateurfunk Literatur durchlese, finde ich immer wieder folgende Behauptung: „bei dem symmetrischen Dipol liegt dann Resonanz vor, wenn seine elektrische Länge genau der halben Wellenlänge entspricht. Dann ist der Fußpunktwiderstand rein reell.“

Ist das wirklich die Resonanzbedingung? Wenn ich auf Peters Beispiel mit dem außermittig gespeisten Dipol zurückgehe, wäre damit ein gleichlanger Dipol aber gespeist bei 1/3 der Länge nicht mehr in Resonanz. Wenn ich diesen Gedanken und was in anderen Threads geschrieben wurde weiterdenke, würde eine außermittige Speisung den Wirkungsgrad ja deutlich verschlechtern!

Der Punkt auf den ich Ziele ist eigentlich, was genau bedeutet bei einer Antenne Resonanz? Vielleicht können wir damit dem Problem von Wirk- und Blindleistung, und somit der echten Abstrahlung zu Leibe rücken.

Also weg mit Meinungen und hin zu Fakten!

VY 73 de DL6UQ

Guten Morgen Adolf,

wenn wir unter "besser" ein besseres SWR verstehen, dann ist der manuelle einen Tick besser, da Du auf das kleinste SWR abstimmen kannst.

Der automatische Tuner hat eine Art Fangbereich. Wenn das SWR beispielsweise kleiner als 1:1,5 ist, dann erfolgen keine weitere Abstimmarbeiten. Mit dem manuellen Tuner kannst Du dann aber noch weiter tunen.

Hope this helps

VY 73 de dl6uq

Liebe Diskussionsteilnehmer,

sollten wir nicht in den nächsten Thread zum Thema Speiseleitung wechseln, damit wir es nacher wieder leichter trennen können?

VY 73 de DL6UQ

Lieber Tom, liebe Mitleserinnen und Mitleser,

vielen Dank für Deinen schönen Beitrag und meinen tiefsten Respekt für die Uhrzeit zu dem Du ihn erstellt hast.

Bevor wir weiter in die Thematik einsteigen, sollten wir noch definieren, was wir denn eigentlich unter einer Antenne verstehen. Ich sehe schon den nächsten Schelm um die Ecke biegen, der uns fragt warum seine künstliche Antenne (im neudeutschen auch liebevoll Dummyload genannt) nun doch nicht strahlt.

Lass uns daher die Antenne wie folgt definieren: eine Antenne ermöglicht den Übergang zwischen den leitungsgebundenen elektromagnetischen Wellen und der Wellenausbreitung im freien Raum. Eine Sendeantenne formt daher die Welle aus der Speiseleitung in Wellen im freien Raum um. Die Empfangsantenne formt im Gegensatz dazu Energie aus einem elektromagnetischen Feld im freien Raum in Leitungswellen um. Wir können grundsätzlich drei unterschiedliche Arten von Antennen unterscheiden:

(a) die Schleifenantenne, in die durch das ankommende magnetische Feld ein Strom induziert wird,
(b) die Stabantenne, in der durch das ankommende elektrische Feld der Strom angeregt wird und
(c) die Hohlleiterantenne, die das äußere Feld bündelt und weiterführt.

Wie wir schon in Deinem Beitrag lesen konnten, ist jedes Ladungsgefüge mit einem elektrischen Feld verbunden und wenn sich diese Ladungsgefüge auch noch verändert mit einem magnetischen Feld. Diese Felder sind in der Tat eine komische Sache, vor allem wenn sie sich auch noch im Vakuum ausbreiten. Wir können uns diese Felder vorstellen als Kraftlinien zwischen zwei unterschiedlichen Potentialen. Aber wie können sich eigentlich Felder im Vakuum ausbreiten? Das Teilchen, das für jedes elektromagnetische Feld verantwortlich ist, ist das Photon. Aber wie kommen plötzlich Teilchen in das Vakuum? Das Photon kann man sich entweder als Teilchen oder aber als Welle vorstellen und wenn wir noch eine Ebene tiefer hinabsteigen, können wir uns auf der Ebene der Quantenmechanik durchaus vorstellen, dass Teilchen für einen kurzen Moment aus dem Nichts entstehen und auch gleich wieder verschwinden, ohne dabei die Gesetze der Physik zu verletzen.

Bevor wir uns nun weiter der brotlosen Kunst der theoretischen Physik hingeben und am Ende darüber diskutieren, ob es auch Felder gibt, wenn wir sie gar nicht messen, sollten wir uns jetzt dem eigentlichen Thema zuwenden, warum denn nun die Antenne strahlt, bzw. die künstlichen Antenne eben nicht.

Du hattest in Deinem Beitrag ja bereits den Hertzschen Dipol erwähnt. Wir Physiker lieben diese etwas unpraktische Antenne deswegen so sehr, weil sie eine der wenigen Formen ist, für die wir ein mathematisches Modell haben. Alle anderen Modelle sind nur mehr oder weniger genaue Annäherungen an das was tatsächlich passiert. Dieser Dipol ist deswegen so unpraktisch, da er keine räumliche Ausdehnung besitzt. Für diesen Dipol haben wir Gleichungen, um das elektrische und magnetische Feld an jedem beliebigen Ort im freien Raum exakt bestimmen zu können.

Du hattest in Deinem Beitrag auch das Nah- und Fernfeld angesprochen, das wir später noch einmal benötigen werden. Da wir ja eine mathematische Lösung für den Hertzschen Dipol haben, sehen wir dass sowohl das elektrische, als auch das magnetische Feld abhängig sind von 1/r, 1/(r*r) und sogar 1/(r*r*r), wobei r den Abstand vom Strahler bezeichnet. Je weiter ich jetzt vom Strahler mit meiner Messsonde weggehe, desto kleiner werden die Anteile die von 1/(r*r) und 1/(r*r*r) abhängen. Diese Anteile sind auch dafür verantwortlich, dass wir im Nahfeld keine Phasenbeziehung zwischen dem elektrischen und magnetischen Feld haben, sondern erst im Fernfeld. Auch wenn es der Begriff nahelegt, es gibt leider keine feste Grenze zwischen Nahefeld und Fernfeld, sondern hängt davon ab, welche Fehler ich in meiner Betrachtungsweise noch zulassen will. Für den Hertzschen Dipol liegen wir bei r ~ Lambda, aber der ist etwas unpraktisch in der Herstellung. Wenn wir eine endliche Antenne mit der Größe L haben, kann man den Übergang zwischen Nahfeld und Fernfeld mit ungefähr 2 * Lambda, bzw. bei sehr großen Antennen mit 2 * L annehmen. Wenn wir Amateure mit 10 * Lambda rechnen sind wir also auf jeden Fall auf der sicheren Seite.

Bis jetzt haben wir aber immer noch keine praktische Erklärung dafür gefunden, warum die Dummyload nicht strahlt. Schuld dafür ist nämlich das Nahfeld und dass hier das elektrische und magnetische Feld nicht in Phase sind.

In dem beigefügten Bild können wir das wie folgt erklären. Der Sender speist über ein Kabel den Strahler. Mit der halben Periode des Senders wird der Strahler geladen und anschließend wieder entladen. In der Zweiten halben Periode wiederholt sich der Vorgang, aber mit dem anderen Vorzeichen.

In der ersten viertel Periode wird der Strahler aufgeladen, bis der Sender seine höchste Spannung erreicht hat. In diesem Moment ist der Strahler stromlos und die Sendeenergie vollständig im Feld des Strahlers gespeichert. Wenn in der zweiten Viertelwellenperiode die Spannung abnimmt, dann entlädt sich der Stab ebenso. Die gespeicherte Feldenergie wird dabei in drei Teile, Region I, Region II und Region III geteilt. Das Feld der Region I wandert mit seiner Ladung wieder zum Generator zurück und ist die Blindleistung. Dieser Teil trägt nicht zur Abstrahlung der Welle in den freien Raum bei.

Die Vorgänge für Feldlinien außerhalb der Region I sind komplizierter. Zum einen saugt der Generator die Ladung des Stabes und der leitenden Ebene zu sich zurück. Zum anderen treibt die „Trägheit“ die Ladungen auf der leitenden Ebene dazu, ihre Bewegung weg vom Generator fortzusetzen. Da die Anziehungskraft des Generators aber mit ansteigendem Abstand abnimmt, überwiegt der zweite Effekt.

Die Feldlinien beginnen sich nach unten durchzubiegen, bis sie die leitende Ebene berühren (Kurven 1, 2, 3, 4, 5 und 6). Dort zerreißen sie dann in zwei Teile (Kurven 7,7’, 8 und 8’). Der eine Teil (7’ und 8’) wandert ebenfalls zum Sender zurück, während sich der zweite Teil (7 und 8 ) in den freien Raum ablöst. Dies passiert ungefähr an dem Ort, an dem die Feldlinie den Schnittpunkt mit der Trennlinie zur Region II / Region III hat. Das Feld schnürt sich an diesem Punkt dann selber ab.

Die mathematische Herleitung basiert darauf, dass im Nahfeld die Phasen- und die Gruppengeschwindigkeiten nicht gleich sind und wie eine Art pulsierende Blindleistung wirken.

Nun aber wieder zurück zu den echten Antenne, die für uns Funker interessant sind. Jeder Dipol lässt sich mathematisch gesehen aus einer Reihe von Hertzschen Dipolen zusammensetzen. Wenn wir uns aber die Feldgleichungen des Hertzschen Dipols ansehen, können wir uns gut vorstellen, dass es keine einfache Aufgabe ist echte Dipole zu berechnen. Noch schwieriger wird es, wenn wir plötzlich mit echten Drähten operieren und dann auch noch mit einer nicht perfekten Erde!

Tom, Du hattest noch den Wellenwiderstand des freien Raumes eingeführt. Was können wir Amateure uns darunter vorstellen? Haben wir es hier nicht am Ende des Tages wieder mit einer Anpassung zu tun, ähnlich wie bei einem normalen Koaxialkabel? Ist also unsere Antenne am Ende des Tages nicht einfach nur eine Matchbox, die unsere Senderimpedanz an die 377Ohm anpasst?

Vielleicht sollten wir auch noch erwähnen, dass unsere Aussagen natürlich nur gelten, wenn wir uns nicht schneller als mit 1/10 der Lichtgeschwindigkeit bewegen und auch nur bei Feldstärken, die unser Ausbreitungsmedium nicht verändern und auch nur bei handelsüblichen Frequenzen? Wir Physiker hätten sonst noch ein paar tolle Tricks auf Lager, die die Contester unter uns in helle Aufregung bringen!

Brauchen wir eigentlich noch mehr echte Mathematik in unserer Darstellung?

VY 73 de dl6uq – Alexander

Hallo Tom,

ich bin absolut bei Dir, aber meiner Meinung nach brauchen wir genau diese Hinweise, da wir sonst mit einem gesunden Halbwissen versuchen den Rest der Welt zu interpretieren und das geht dann meist richtig schief!

Wenn wir bei Deinem Beispiel der Elektronen im Atom bleiben, die wie Planeten um den Kern sausen, dann können wir mit der Fortsetzung leider keine Antenne erklären, denn ein wesentlicher Bestandteil des Bohrschen Atommodells ist, dass die sich bewegenden Elektronen nicht strahlen, da sie sonst Energie verlieren würden und in den Kern stürzen. Genau diese Strahlung, der bewegten Elektronen brauchen wir aber, um elektrodynamische Wellen zu erklären.

Was ich damit sagen will, ist nur, dass wir vorsichtig sein sollten, wenn wir Modelle anwenden, ohne deren Randbedingungen zu kennen. Wenn ich mir die ganzen Threads über Antennen (z.B. EH) ansehe, passiert dies aber in diesem Gebiet ganz oft.

Ich werde heute Abend versuchen einen ersten Thread in Peters neuen Foren zu starten, damit wir unsere praktischen Erfahrungen auf eine halbwegs fundierte und von vielen Seiten akzeptierte theoretische Basis zu stellen. Der Prüfstein dafür ist, dass wir es schaffen den Praktikern unter uns die Theorie so zu erklären, dass sie es verstehen.

Bis später

VY 73 de dl6uq

Hallo Uwe,

ich gebe Dir Recht, dass die Bilder unter Deinem angegebenen Link eine sehr anschauliche Darstellung einer unglaublich trockenen Theorie sind. Aber, diese Mathematik und damit die Bilder gelten nur für den Hertschen-Dipol und der hat mit unserem Lambda/2 Dipol nur wenige Gemeinsamkeiten.

Der Hertzsche-Dipol ist eine mathematische Konstruktion bei der die beiden strahlenden Elemente sehr klein (eigentlich 0, oder wie die Fachleute sagen "infinitesimal") sind, da sich damit die Gleichungssysteme (Maxwell) einfach lösen lassen. Wenn Du Dir die räumliche Richtcharakteristik dazu ansiehst, siehst Du einen Donut in dessen Mitte der Hertzsche-Dipol sitzt.

Zu jedem anderen Antennengebilde (endlicher Dipol, z.B. mit der Länge Lambda/2) kommst Du, indem Du diesen Strahler durch unendlich viele Hertzsche-Dipole ersetzt. Im Allgemeinen gibt es dafür aber keine geschlossenen mathematischen Modelle mehr, sondern nur noch Näherungsverfahren. Der Trick dabei ist, dass wir gewisse Terme nicht mehr berücksichtigen, die im Nahfeld eine Rolle spielen, aber im Fernfeld nicht mehr.

VY 73 de dl6uq - Alexander

Hallo liebe Mitleser,

als geschundener theoretischer Physiker würde ich mich jetzt doch ganz gerne mal zur Wort melden.

Ich habe diesen Thread jetzt mehrfach durchgelesen und was mir dabei aufgefallen ist, war dass die einfache Frage von Peter eine große Reihe von Antworten und weitere Fragen aufgeworfen hat. Dies zeigt mir, dass die Materie für uns alle sehr spannend, aber nur von wenigen wirklich durchdrungen ist. In dem Thread werden meines Erachtens viele Dinge miteinander vermischt, wie zum Beispiel E-Feld, H/B-Feld, Nahfeld, Speiseleitung, EZNEC, Fußunktwiderstand und vieles andere. Das macht die Sache nicht einfacher. Leider ist die Theorie reichlich kompliziert und wird durch Beobachtungen, die wir als Funkamateure machen noch verwirrender, da wir an den Grenzen der Modelle operieren und da es uns Theoretikern zumeist nicht gelungen ist ordentliche und eindeutige Modelle für die Praktiker zu erzeugen. Hier haben wir dringenden Nachholbedarf! Im QRP Report haben wir vor einiger Zeit etwas Ähnliches für die Theorie der MicroVerts gemacht.

Ich schlage daher vor, dass wir unter der Rubrik "Antennentheorie" eine Reihe von Threads eröffnen, um uns zu dem speziellen Thema über die Theorie und die praktischen Belange Gedanken zu machen. Wenn ich diesen Thread noch mal Revue passieren lasse, fallen mir folgende Themen eine:

- warum strahlt eine Antenne
- Speiseleitung
- Anpassung
- SWR
- der Dipol
- die Simulation und ihre Grenzen
- ...

Steinigt mich dafür, aber ich habe das Gefühl, dass wir uns diesem Thema nur schrittweise nähern können!

73 de dl6uq - Alexander

PS: Meiner Einschätzung nach hat Peter mit seiner ursprünglichen Frage und Antwort Recht und ich konnte das an meiner eigenen Antenne (asymmetrisch gespeister Dipol mit 450Ohm Wiremann) auch nachvollziehen