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  • »DL2JMB« ist männlich
  • »DL2JMB« ist der Autor dieses Themas

Beiträge: 45

Hobbys: LangWelle, SAQ, QRP, Basteln, Astronomie

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1

Samstag, 2. April 2016, 20:38

Fundamentals der Mini-Whip-Antenne (1)


An anderer
Stelle in diesem Forum habe ich mir den Zorn langjähriger Mitglieder zugezogen,
nachdem ich in angeblich "arroganten Stil" "herabwürdigende Äusserungen"
über "sehr geschätzte" Autoren getätigt habe.

Ich habe damals angeboten, mich eines Besseren belehren zu lassen
und dann öffentlich Buße zu tun, aber geschehen ist leider nichts.

E- und H-Antennen allgemein sowie speziell die MiniWhip und deren Funktion
sind sind aber ein zu wichtiges Thema, um es Emotionen, Populärwissen und Glaubenskriegen zu überlassen.
Ich werde deshalb im Folgenden sachlich zum Thema Stellung nehmen

und meine Kritik der Funktionserklärung der Mini-Whip [5] kurz erläutern,
soweit es der begrenzte Platz in diesem Forum zulässt.

Auf Wunsch von Peter DL2FI, mit dem ich in Bergheim ein sehr konstruktives Gespräch führte,
plaziere ich das Thema in einen neuen Thread unter "High Level Wissen",
aber keine Angst, so sehr hochtrabend ist es gar nicht.

DL4ZAO führt einen Kronzeugen [1] für die Funktion der Mini-Whip an :
Auf die gleichen Fakten, allerdings ohne den numerischen Nachweis wie ihn Pieter-Tjaerk führte,
hat auch schon früher VK1OD, Owen Duffy hingewiesen.


Bei Owen Duffy [1] lesen wir gleich zu Anfang:
How DOES the PA0RDT Mini-Whip work
E-Field-Magic

The theme of E-field and H-field antennas and benefits is a recurring one in ham radio.
Because a radiated wave contains E field and H field in fixed proportions,
most of the discussion is bunk.
Wie die PA0RDT Mini-Whip tatsächlich funktioniert
E-Feld Magie

Ein immer wiederkehrendes Thema im Amateurfunk sind E-Feld- und H-Feld-Antennen.
Weil eine abgestrahlte Welle E- und H-Feld in festem Verhältnis zueinder enthält,
ist das meiste dieser Diskussion "bunk".
Langenscheidts Wörterbuch: bunk (gesprochen bank) = bunkum = Quatsch, Blödsinn, Gewäsch

Zum gleichen Thema schreibt Rothammels Antennenbuch [2] :
Die Bezeichnung Magnetantennen oder auch Magnetfeldantennen ist etwas unglücklich,
um nicht zu sagen irreführend, denn Antennen wandeln nicht nur einzelne Feldkomponenten,
sondern das ganze elektromagnetische Feld.

Diese Erkenntnis ist durchaus nicht neu, sondern findet sich schon beim Erfinder
der Rahmenantenne, heute meist Loop genannt, Ferdinand Braun im Jahre 1914 [3]:
Die Unterscheidung zwischen elektrischer und magnetischer Kraft ist ...
vielfach unrichtig aufgefasst worden und hat manche Autoren ... dahin geführt,
dass sie unter Umständen von rein magnetischen Wellen reden wollen.
Die Rechnung mit elektrischen Vektoren ist ebenso berechtigt und muss zu denselben Ergebnissen führen.

Bis in die Köpfe scheint es aber ein weiter Weg und so findet sich nach mehr als 100 Jahren
kaum eine technische Veröffentlichung zu diesem Thema, in der dieser "bunk"
nicht wiederholt wird.

So auch bei DL4ZAO, der darauf einen ganzen Vortrag [4] aufbaut, der durch seine
erstklassige Aufmachung dem ahnungslosen Zuhörer durchaus glaubhaft erscheint.
Tatsache ist
- Elektrische und magnetische Feldkomponenten,
- Nah- und Fernfeld, Sekundärfelder,
- Schirmung und Symmetrierung
- Permeabilität und Dielektrizitätskonstante
- Frequenz und Skineffekt
- Gleich- und Gegentakt-Empfangssignale
spielen in der Antennenphysik eine mit einander verwobene, komplizierte Rolle,
die ohne höhere Mathematik-Kenntnisse kaum wirklich zu verstehen ist.
Die einfache Unterteilung in elektrische und magnetische Antennen ist "simply bunk".


[b]Zitat DL4ZAO (siehe oben)
[/b]... ohne den numerischen Nachweis, wie ihn Pieter-Tjaerk führte, ...

In Wirklichkeit hat OwD [1] die Mini-Whip mit dem Simulationsprogramm NEC-4 berechnet
und stellt Ergebnis in seiner Fig.3 dar. Dazu schreibt er:

But the key thing is that when you look at the current distribution due to the incident wave.
this is almost identical to an ordinary monopole, It does not look like the isolated voltage probe...

Aber der entscheidende Punkt ist, dass die Stromverteilung infolge der einfallenden Welle
fast identisch ist mit einem gewöhnlichen Monopol...
Es sieht nicht aus wie ein isolierter Spannungssensor.

Von dem "numerischen Nachweis" sehen wir bei PTdB [5] nur als Ergebnis sein Bild 2.
Ganz anders als OwD zeigt es durchgehend vom Erdanschluss unten bis zum Verstärker oben
ein gleichmäßiges Erdpotential. Das ist nur möglich, wenn als Randbedingung der Rechnung
Nullimpedanz angenommen wird, was aber allenfalls näherungsweise zulässig ist für eine Erhebung
mehr breit als hoch, z.B. einen Erdhügel, jedoch nicht für einen Antennenmast
und schon gar nicht für ein Kabel !

Zitat DL4ZAO
Dazu gehört es, abweichende Meinungen substanziell zu begründen und plausibel darzulegen.
PTdB behauptet seine neuen Erkenntnisse, von "substanziell begründen und plausibel darlegen"
ist nichts zu sehen.

Das gleiche Bild der Strom-/Spannungsverteilung auf kurzen Vertikalantennen wie bei OwD
findet sich in der Antennenliteratur, z.B. [6 - 8], zwar meist ohne "Computerlösung der
Maxwellgleichungen
" oder NEC-Simulation, aber man muss das Rad ja nicht ständig neu erfinden.

Wir stellen fest :
OwD [1] hat keineswegs auf das gleiche Ergebnis wie PTdB [5] hingewiesen,
sein Zuleitungskabel hat nicht Erdpotential, sondern am oberen Ende
einen Stromknoten und damit einen Spannungsbauch.
OwD's Fig.3 zeigt das glatte Gegenteil des Bildes 2 von PTdB !!!

Im Artikel von PTdB [5] lesen wir weiter :
Directivity
Unfortunately however, antennas do not respond to the Poynting vector but only to the electric
and/or magnetic field.

Richtungsverhalten
Leider sprechen Antennen nicht auf den Poynting-Vektor an, sondern nur auf das elektrische
und/oder magnetische Feld.


Tatsache ist [2]:

Antennen wandeln nicht einzelne Feldkomponenten, sondern das ganze elektromagnetischer Feld.

Das "ganze elektromagnetische Feld" ist gekennzeichnet durch den Poynting-Vektor,
der als Vektorprodukt von E und H den Energiefluss darstellt. Es ist also eher umgekehrt :
Antennen sprechen nicht auf das elektrische und/oder magnetische Feld an, sondern entnehmen
ihre Energie dem Energiefluss der Welle, also dem Poynting-Vektor.

Der Energieinhalt des elektrischen Feldes einer elektromagnetischen Welle
ist gleich dem magnetischen Energieinhalt und das rechnerische Verhältnis von E zu H
ist eine konstante Größe, genannt die Impedanz des Raumes.
Wegen dieser festen Beziehungen zwischen E und H kann man eine Antenne sowohl elektrisch
wie auch magnetisch beschreiben. Das Ergebnis ist in beiden Fällen das gleiche.

Man kann sich die Verhältnisse auch anschaulich klarmachen :
Die Wirkung des elektrischen Feldvektors auf ein Drahtstück (Influenz) ist allgemein akzeptiert.
Die Wirkung des magnetischen Feldvektors (Induktion) z.B. auf einen Vertikaldraht beschreibt die
Linke-Hand-Regel (hier etwas anders formuliert als bei PTdB in [5] :
Wenn der gestreckte Zeigefinger (in Verlängerung des Armes) die Ausbreitungsrichtung des Feldes
(den Poynting-Vektor) bezeichnet, Mittel-, Ring- und kleiner Finger gekrümmt die magnetischen
Feldlinien, dann zeigt der gespreizte Daumen nach oben die Richtung der induzierten Spannung,
die mit der Richtung der elektrischen Feldlinien übereinstimmt.

Wir stellen fest :
Eine Antenne, z.B. eine Vertikalantenne wie die Mini-Whip, spricht nicht nur auf den
elektrischen, sondern ebenso auf den magnetischen Feldvektor an.


Jetzt habe ich versucht, Teil 1 und 2 zusammenzufügen,
da sagt diese "komische Forums-Software" : Ihre Nachricht ist zu lang !
Also müssen es doch 2 Teile werden.
Irgendwie komme ich auch mit diesem Editor noch nicht zurecht,
denn der endgültige Text sieht immer anders aus als Editor und Vorschau.

Dieser Beitrag wurde bereits 5 mal editiert, zuletzt von »DL2JMB« (4. April 2016, 00:09)


2

Sonntag, 3. April 2016, 12:17

Moin,

ich frage mich im Moment, warum die Diskussion dann nicht an der Stelle weitergeführt wird, wo sie thematisch hingehört bzw. sie begonnen hat. Aber wenn denn schon ein neues Thema erstellt wird - was durchaus sinnvoll ist - warum werden zum ein und demselben Thema zwei Disskussionsfäden aufgemacht? Wie bzw. wo soll dann nun sinnvollerweise geantwortet werden? ?( Irgendwie scheint der Umgang mit und in Foren schwierig zu sein... :whistling:
73 de Michael, DF2OK Ein Mensch, der keine Zeit hat, nimmt sich ganz einfach zu wichtig. Webseite qrz.com YouTube Twitter
~ DARC ~ G-QRP-Club ~ DL-QRP-AG ~ AGCW ~ FISTS ~ QRPARCI ~ SKCC ~

3

Sonntag, 3. April 2016, 15:36

Nun Michael,

wie ich lese, weil nach Rückfrage mit dem Betreiber diese so vorgeschlagen hat.

Ich finde das so ok !
73 de Uwe
DC5PI

4

Sonntag, 3. April 2016, 16:18

Moin,

ich frage mich im Moment, warum die Diskussion dann nicht an der Stelle weitergeführt wird, wo sie thematisch hingehört bzw. sie begonnen hat.
Das hat er meiner Bitte entsprechend getan, Michael. Bei dem Gespräch in Bergheim wurd mir sehr schnell klar, dass die vorgesehene Ausarbeitung im Unterforum "Antennentheorie für Spezialisten" am besten aufgehoben ist :-)
73/2 de Peter, DL2FI
Proud member of Second Class Operators Club SOC and Flying Pig Zapper #OOO (Certificated Kit Destroyer)

5

Sonntag, 3. April 2016, 20:08

Aber wenn denn schon ein neues Thema erstellt wird - was durchaus sinnvoll ist - warum werden zum ein und demselben Thema zwei Disskussionsfäden aufgemacht?
Nun denn, ich fand es ja auch sinnvoll. Aber zwei Threads? Vielleicht noch ein dritter, weil ja beim zweiten der Schluß fehlt? ;)
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6

Sonntag, 3. April 2016, 20:30

Guten Abend zusammen,
für dieses Problem hat der ADMIN die Möglichkeit, diesen Thread an den anderen anzuhängen und den Rest incl. von mir löschen.

73
Gerhard

7

Montag, 4. April 2016, 21:30

Hallo DL2JMB

Ich kann es mir nicht verkneifen, Dir zu widersprechen. Deine Deutung der Antennentheorie ist falsch. Fachbücher und unzählige wissenschaftliche Artikel über dieses Thema zeigen sehr wohl, dass es Antennen mit sehr kleinen Abmessungen gibt, die in sehr guter Näherung nur auf das magnetische oder nur das elektrische Wechsefeld einer elektromagnetischen Welle empfindlich sind. Es braucht allerdings fortgeschrittene Kenntnisse in Physik und Mathematik, um dies verstehen zu können.

73 de HB9EHI

8

Dienstag, 5. April 2016, 11:30

Zitat


Eine Antenne, z.B. eine Vertikalantenne wie die Mini-Whip, spricht nicht nur auf den
elektrischen, sondern ebenso auf den magnetischen Feldvektor an.

Also mit "ebenso" habe ich so meine Schwierigkeiten.
Für Speckis gibts ja E und H Feld Messsonden.
Und wenn man beide mal abwechselnd anschließt, merkt man einen unterschied.

Aber das die Mini-Whip AUCH, wenn auch nur im geringen Maß wegen ihrer Abmessung auf Magnetische Felder reagiert, das kann ich mir sehr gut vorstellen !

9

Dienstag, 5. April 2016, 11:43

Aber das die Mini-Whip AUCH, wenn auch nur im geringen Maß wegen ihrer Abmessung auf Magnetische Felder reagiert, das kann ich mir sehr gut vorstellen !

Das stellt wohl niemand wirklich in Abrede. Nur das Maß ist eben gering. Was will uns das Konvolut oben sagen??

73
Günter

10

Dienstag, 5. April 2016, 11:58

Naja.. er hat eine Theorie aufgestellt.

Mir ist gerade beim Kaffee ein Experiment eingefallen :
Also man bastelt sich einen Schaltwandler.
Und zwar so :
Akku -> Schaltwandler -> Lastwiderstand in einem elektrisch abgeschirmten Metallgehäuse.
Nur die Spule. ragt durch ein Loch hinaus .
Und zwar so eine Spule :
http://www.reichelt.de/09P-330-/3/index.…nduktivitit%E4t
Wenn die aus dem Loch rausragt, kann man davon ausgehen, das das E-Feld so gut wie möglich unterdrückt wird.
Um sicher zu gehen, kann man diese noch mit einer Schirmwicklung modifizieren.
Jetzt müsste man einen breitbandigen Störsender haben, der nur das Magnetische Feld im Nahfeld emittiert.
Und darauf würde ich mal ne aktive Magnet oder Miniwhip loslassen.
Würde.. wenn ich nicht gerade ein paar spannendere Dinge zu tun hätte.. ;-)

  • »OE1SRC« ist männlich

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11

Dienstag, 5. April 2016, 14:05

Der eigentlich missverständliche Punkt in der ganzen Feldtheorie ist ersteinmal, das es zwei arten von elektrischen Feldern gibt, solche mit Quellen und Senken zwischen Potentialunterschieden (divE=roh/e0) und quellenfreie Wirbelfelder (rotE=-dB/dt) das ist ein riesen Unterschied zum Magnetfeld bei dem bislang keine Quellen nachgewiesen wurden. (divB=0)

Elektromagnetische wellen im Raum bestehen aus einer kombination eines Elektrischen Wirbelfeldes mit einem Magnetischen Wirbelfeld (rotB=const1+const2*(dE/dt)) Wenn man einwenig mit diesen Vektorformeln spielt kann man das schön zeigen das sich die Wirbelfelder eben gegenseitig erzeugen. So gesehen reagiert jede Antenne auch auf die Elektrische komponente, die ja zwinend zur Magnetischen dazugehört.

Und auch Sendeseitig gilt: Das die Änderung eines elektrischen Feldes mit Quelle zum Beispiel von einer Dipolantenne ein Magnetisches wirbelfeld hervorruft, andereseits ruft ein Magnetisches Wirbelfeld aber immer ein Elektrisches Wirbelfeld
hervor.

Das soll jetzt nicht heißen die eine Seite hat recht und die andere nicht. Nur, wenn es eine Störung gibt mit der sogenannte Magnetische Antennen besser zurecht kommen als andere, nur einmal angenommen, dann würde ich aus der Betrachtung von oben schließen, das es sich bei so einer Störung nur um ein änderndes Elektrisches Potential handeln kann, das aufgrund seiner nähe direkt auf die Antenne einwirken kann, ohne das die Wellenausbreitung dieses elektrischen Feldes in der Sache relevant ist.

Eine rein elektrische welle gibt es auf jeden fall mal nicht, das ist fakt. Sobald wellen involviert sind isses immer elektromagnetisch und damit hat auch eine Magnetic Loop keinen Vorteil mehr.

grüße
Hans

(PS: die Formeln sind nicht realistisch dargestellt und dienen nur der Idendifizierung der jeweils gemeinten Maxwell Gleichung)

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »OE1SRC« (5. April 2016, 23:32)


12

Dienstag, 5. April 2016, 14:35

Eine rein elektrische welle gibt es auf jeden fall mal nicht, das ist fakt. Sobald wellen involviert sind isses immer elektromagnetisch

Das stellt wohl niemand ernsthaft in Frage.

Jedoch die Proportionalität zwischen elektrischer Feldstärke und magnetischer Feldstärke, die charaktistische Impedanz bzw. im Deutschen der Feldwellenwiderstand variiert in Antennenähe zwischen einer elektrischen kurzen Schleife und einem elektrisch kurzen Dipol. Und da Antennen streng reziproke Gebilde sind, gelten alle für die Sendung beschriebenen Phänomene gleichermaßen für den Empfangsfall. So kann man auch beim Empfang von einem Übergang zwischen Fernfeld und Nahfeldbediungungen ausgehen. Die Schleife verhält sich niederohmig, der elektrisch kurze Dipol hochohmig. Es hat sich in der Literatur eingebürgert, kurze Schleifenantennen mit niederohmigem Impedanzfeld als "magnetische Antennen" und kurze Monopole oder Dipole mit hochohmigem Impedanzfeld als "elektrische Antennen" zu bezeichnen. Die Namensgebung kann man nun gut finden oder nicht, es ändert nichts am Wesen der Sache.

Erläuterungen und Bild-Quelle: BSI - Technische Richtlinie Elektromagnetische Schirmung von Gebäuden - Theoretische Grundlagen

73
Günter
»DL4ZAO« hat folgendes Bild angehängt:
  • Feldwellenwiderstand.jpg

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »DL4ZAO« (5. April 2016, 19:03)


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13

Dienstag, 5. April 2016, 20:57

Der eigentlich missverständliche Punkt in der ganzen Feldtheorie ist ersteinmal, das es zwei arten von elektrischen Feldern gibt, solche mit Quellen und Senken zwischen Potentialunterschieden (divE=roh/e0) und quellenfreie Wirbelfelder (rotE=-dB/dt) s


Lieber OM Hans,
Kannst Du für die Behauptung rot E = - dB/dt bitte eine ernstzunehmende Quelle anführen?
Vielen Dank.
73 de Heiko DL2VER

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14

Dienstag, 5. April 2016, 23:30


Kannst Du für die Behauptung rot E = - dB/dt bitte eine ernstzunehmende Quelle anführen?


Lieber Heiko,

die Maxwell Gleichungen sind zumindestens vom sehen her so bekannt das angenommen hatte ich könnte auf eine Quelle verzichten.

Allerdings muss ich jetzt anmerken das die Formeln Ermangelung eines Formelsatz Scriptes nicht akkurat im Forum dargestellt werden können. Die Ableitung ist Partiell, E und B sind Feldvektoren. Die const1 in der rotB Formel ist auch nicht so konstant 0 wie man für die Herleitung von Raumwellen annimmt. Die Formeln mit nummern zu idendifizieren ist noch blöder weil die Literatur unterschiedlich nummeriert soweit ich weis.

Der Wikipedia Artikel https://de.wikipedia.org/wiki/Maxwell-Gleichungen ist sehr gut, aber jedes bessere Physik oder Elektrotechnik Buch tut es auch.

grüße
Hans

15

Mittwoch, 6. April 2016, 00:35

Moin Hans,

leider kann nicht jede Webseite TeX interpretieren ( http://dl7bj.org/wordpress-latex/ ) Schreibe doch Formeln einfach in der LaTeX Syntax. Da kann sich jeder z.B. Texmaker herunterladen und das selbst darstellen. Oder Du nimmst gleich Texmaker oder ähnliches und hängst das als Screenshot ins Forum. http://www.xm1math.net/texmaker/

73, Tom

PS: Ich bin der Meinung, dass TeX statt Word an Schulen gelehrt wird. Nur damit kann man technisch-wissenschaftliche Ausführungen vernünftig darstellen.
DARC I18 |DL-QRP-AG #1186|G-QRP #14624|FISTS #15933|SKCC #13896|LIDS #88 https://twitter.com/DL7BJ

16

Mittwoch, 6. April 2016, 11:16

Kannst Du für die Behauptung rot E = - dB/dt bitte eine ernstzunehmende Quelle anführen?

vielleicht hilft das Papier weiter (pdf):
http://www.josefleisen.de/uploads2/03%20…Gleichungen.pdf

73
Günter

  • »DL2VER« ist männlich

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17

Mittwoch, 6. April 2016, 11:49


Kannst Du für die Behauptung rot E = - dB/dt bitte eine ernstzunehmende Quelle anführen?


Lieber Heiko,

die Maxwell Gleichungen sind zumindestens vom sehen her so bekannt das angenommen hatte ich könnte auf eine Quelle verzichten.

Allerdings muss ich jetzt anmerken das die Formeln Ermangelung eines Formelsatz Scriptes nicht akkurat im Forum dargestellt werden können. Die Ableitung ist Partiell, E und B sind Feldvektoren. Die const1 in der rotB Formel ist auch nicht so konstant 0 wie man für die Herleitung von Raumwellen annimmt. Die Formeln mit nummern zu idendifizieren ist noch blöder weil die Literatur unterschiedlich nummeriert soweit ich weis.

Der Wikipedia Artikel https://de.wikipedia.org/wiki/Maxwell-Gleichungen ist sehr gut, aber jedes bessere Physik oder Elektrotechnik Buch tut es auch.

grüße
Hans


Lieber OM Hans,

Bei Deiner Formel hast Du natürlich recht, leider hast Du den Teil mit = 0 (und nicht = const) unterschlagen.
Damit ist die Welt für mich wieder in Ordnung, will heißen: Das elektrostatische Feld ist wirbelfrei.
Für mich hieß die Maxwell-Gleichung immer schon rot E = 0, und da stimmen wir ja letztlich auch überein.

73 de Heiko

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18

Mittwoch, 6. April 2016, 16:08

Zitat

Für mich hieß die Maxwell-Gleichung immer schon rot E = 0, und da stimmen wir ja letztlich auch überein.


Leider stimmen wir da nicht überein, die Maxwell Gleichung ist "rotE= - dB/dt" . "rotE=0" beschreibt lediglich den Spezialfall (wenn du kein veränderliches Magnetfeld hast. hast du keine Elektrischen feldwirbel) in der Elektrostatik, diesen Spezialfall hast du aber nicht immer und damit gehört rotE=0 nicht zu den Maxwell Gleichungen.

Wenn rotE=0 dann keine induktion, keine elektromagnetische Welle und kein Funk, und auch nicht unser Hobby.
Das Elektrische Feld kann ein Wirbelfeld sein, das Magnetische Feld muss ein Wirbelfeld sein (divB=0).

grüße

Hans

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19

Mittwoch, 6. April 2016, 18:01

Zitat

Für mich hieß die Maxwell-Gleichung immer schon rot E = 0, und da stimmen wir ja letztlich auch überein.


Leider stimmen wir da nicht überein, die Maxwell Gleichung ist "rotE= - dB/dt" . "rotE=0" beschreibt lediglich den Spezialfall (wenn du kein veränderliches Magnetfeld hast. hast du keine Elektrischen feldwirbel) in der Elektrostatik, diesen Spezialfall hast du aber nicht immer und damit gehört rotE=0 nicht zu den Maxwell Gleichungen.

Wenn rotE=0 dann keine induktion, keine elektromagnetische Welle und kein Funk, und auch nicht unser Hobby.
Das Elektrische Feld kann ein Wirbelfeld sein, das Magnetische Feld muss ein Wirbelfeld sein (divB=0).

grüße

Hans

Hallo Hans,
den Teil mit elektrostatisch hatte ich ja markiert, hast Du vielleicht übersehen.
Aber wenn wir schon Haare spalten: Der von Dir beschriebene (allgemeine) Fall tritt eben auch nur dann auf, wenn ein magnetisches Wechselfeld vorhanden ist, wie bei Funkwellen natürlich üblich.
Insofern ist es dann kein "reines" elektrisches Feld mehr, sondern ein elektromagnetisches Feld, bei dem die Induktion ins Spiel kommt. Man kann es also dann auch nicht mehr von einander trennen, wie es die Aussage dass "es zwei Arten von elektrischen Feldern gibt" unterstellt. Sondern wie beim Highlander "kann es nur eins geben".
73 de Heiko, DL2VER

P.S.: Ich freue mich, dass es mal einen Diskussionspartner dazu gibt. Meist hantieren wir im "normalen" Leben ja nicht mit Differentialoperatoren herum. ;)

20

Donnerstag, 7. April 2016, 02:37

Quantitative Betrachtung ergibt die Relevanz

Hallo Jürgen,

Tatsache ist
- Elektrische und magnetische Feldkomponenten,
- Nah- und Fernfeld, Sekundärfelder,
- Schirmung und Symmetrierung
- Permeabilität und Dielektrizitätskonstante
- Frequenz und Skineffekt
- Gleich- und Gegentakt-Empfangssignale
spielen in der Antennenphysik eine mit einander verwobene, komplizierte Rolle,
die ohne höhere Mathematik-Kenntnisse kaum wirklich zu verstehen ist.

würde ich mit den folgenden allgemeinen Regeln ergänzen:
- Quantitative Betrachtung nicht ohne Qualitative Betrachtung oder zumindest Abschätzung
- Nur mit einer Quantitativen Betrachtung kann man die Relevanz bestimmen.

Als Beispiel möchte ich ein 10cm langes Stück Draht nehmen. Was hat das für Eigenschaften?
- einfache leitende Verbindung (Strom konstant, Spannung auf beiden Seiten gleich)
- Widerstand (aus Querschnitt, Länge und Material)
- HF Widerstand für Frequenz (Skin Effekt)
- Induktivität (~100nH)
- Kapazität (~1pf)
- Leitung (Wellenwiderstand, Dämfung usw.)
- Antenne (z.B. Lamda/4 für 40cm, gar nicht so verschieden vom Modell für Leitung)

Mann könnte jetzt immer alle Eigenschaften berechnen und berücksichtigen. Aber man findet schnell heraus, dass je nach Anwendungsfall manche Parameter keine Relevanz haben, da sie vernachlässigbar klein sind und in dem Fall dann nicht betrachtet oder maximal parasitär betrachtet werden müssen.

Ich habe das Gefühl, dass genau dieses in Deiner Abhandlung etwas zu kurz gekommen ist.

Interessant ist, dass, nachdem ich jetzt alle Quellen die irgendwie zu der Mini-Whip verlinkt waren durchgearbeitet habe, also DL4ZAO, Owen Duffy, PA3FWM, DJ1ZB und DL2JMB alle in vielen Aussagen übereinstimmen:
- Die Antenne funktioniert
- Das Zuleitungskabel hat einen großen Einfluss
- Die Montagehöhe (Länge das Zuleitungskabels) geht ein.

Die Differenzen sind nur in einigen kleinen Aussagen zur genauen Funktionsweise.

Jetzt könnte man mit dem Thema eine Abschlussarbeit an der Hochschule füllen, wenn man noch ein paar praktische Messungen und Simulationen hinzufügt und natürlich auch die Theorie aufarbeitet.

Von Owen Duffy und PA3FWM wurden Simulationen durchgeführt mit denen ich im Gegensatz zu Dir, Jürgen mit beiden konform gehe.

Aber jede Simulation hat auch seine Vereinfachungen, die geprüft werden müssen, ob sie ins Ergebnis eingingen.

Bei der NEC2 Simulation bin ich mir nicht sicher, ob der Simulator auch die Änderung des Anregungsfeldes durch die Leiter mit berücksichtigt. Wir sehen eine Stromverteilung auf der Zuleitung, aber wie hoch ist der Strom? Oder kann man ihn vernachlässigen und nur das Potential (bei 600m Wellenläne) ist ausschlaggebend.

PA3FWM zeigt in seiner Simulation (auch für tiefe Frequenzen) keine Potentialunterschiede an dem dicken Mast. Berücksichtigt der Simulator die Ströme in Leitern nicht, oder ist für die Simulation die Spannungsverschiebung (dicker Mast, tiefe Frequenz, also geringe induktive Impedanz) so klein, dass es nicht Sichtbar wird.

Dann kommt DJ1ZB und trennt die Zuleitung mit einer bifilaren Drossel ab und setzt einen internen Massebezug in die Antenne. Damit ist dann der Einfluss der Zuleitung weg, aber auch da zählt die Höhe der Antenne (also die Länge des Antennenkabels) linear mit auf die Empfangsfeldstärke.

Also ich schließe daraus:
- Das Zuleitungskabel geht mit in die Antenneneigenschaften ein und ist auch als Antenne (mit ggf. Resonant) zu betrachten.
- Trennt man die Antenne mit einer bifilaren Drossel (Mantelwellensperre) HF-mäßig, geht trotzdem das Zuleitungskabel durch die Feldverdrängung, wie bei PA3FWM simuliert, mit in die Empfangsfeldstärke ein.
- Betrachtet man die Antenne für niedrige Frequenzen (600m) ist vermutlich die Stromverteilung auf dem Kabel nicht relevant, die Annahme des konstanten Potentials kann gemacht werden.

Ich kann also keine der Simulationen im Prinzip ablehnen. Genauso wie die Abhandlungen von DL4ZAO für mich sehr gut sind und meinen Respekt haben.
Bis in die Köpfe scheint es aber ein weiter Weg und so findet sich nach mehr als 100 Jahren
kaum eine technische Veröffentlichung zu diesem Thema, in der dieser "bunk" nicht wiederholt wird. So auch bei DL4ZAO, der darauf einen ganzen Vortrag [4] aufbaut, der durch seine
erstklassige Aufmachung dem ahnungslosen Zuhörer durchaus glaubhaft erscheint.

Also ich betrachte mich nicht komplett als "ahnungslosen" Zuhörer (war bis jetzt nur Leser) und nur weil er in den einen Punkt, Trennung von magnetischem und elektrischem Feld beim Empfang, nicht mit Dir übereinstimmt, ihm vorzuwerfen, er hätte die Eigenschaften des Elektromagnetischen Feldes nicht verstanden, finde ich schon ein wenig übertrieben, zumal er es auf den Folien auch noch gut darstellt.

Es wurde schon vorher hier erwähnt und dem stimme ich zu: Eine wechselndes magnetisches Fels ohne ein elektrisches Feld gibt es nicht. Die elektromagnetische Welle in der Ausbreitung im freien Raum "lebt" von der Wechselwirkung zwischen den Feldern. Entnimmt man der Welle Energie, gehen beide Komponenten mit ein.

Das war die Betrachtung Fernfeld. Im Nachfeld kann die Verteilung anders sein und in speziellen Fällen kann man eine Komponente vernachlässigen, da sie nicht relevant für die Eigenschaften ist:
- Überträgt man ein HF Signal mit einem Kondensator, gibt es zwar ein magnetisches Feld, das ist aber unwichtig
- Bei einem HF Übertrager ist das Feld in den Spulen (ggf. sogar hauptsächlich im Ringkern) relevant, das elektrische Feld nur parasitär.
Bei beiden bildet sich je nach Aufbau mehr oder weniger auch eine Elektromagnetische Welle, die maximal parasitär zu betrachten ist.

Geht man zu Antennen, so kann im Nahfeld das Verhältnis von elektrischem zu magnetischem Feld sich stark verschieben und gleicht sich erst im Fernfeld an. Die so genannte Magnetic Loop (z.B. Ring aus Kupferrohr mit Kondensator) erzeugt erst einmal ein hauptsächlich magnetische Feld, das elektrische Feld baut sich erst in der Ferne auf. Ich konnte da auch gut nachweisen, indem ich mit einer magnetischen und einer elektrischen Feldsonde gemessen habe.

Da dies Sonden aber im Prinzip auch nur breitbandige Antennen sind, kann ich also Deiner Kern-Aussage nicht zustimmen. Es gilt also doch Antennen, die bevorzugt magnetisches oder elektrisches Feld empfangen. Im Fernfeld ist es dann im Prinzip egal, da die Komponenten ausgeglichen sind. Im Nahfeld fällt es aber stark auf.

Falls es solche Antennen nicht gäbe, warum schreibt uns dann das EMV Gesetz vor, im Nahfeld immer elektrisches und magnetisches Feld getrennt zu messen? Haben alle Hochschulen und EMV Labore unrecht, wenn sie von der Messung der einzelnen Feldkomponenten reden?

Damit muss ich Dir, Jürgen, leider in Deiner Kern-Aussage widersprechen. Meiner Meinung nach sollte man unterscheiden zwischen den Komponenten im Fernfeld und dem Funktionsprinzip der Antennen.

Auch die angeblich "magnetische Loopantenne" (in Rechteckform) lässt sich elektrisch sehr einfach
und anschaulich beschreiben als Phasendifferenz der beiden vertikalen Seitendrähte und sie funktioniert
auch noch sehr gut bei Längstwellen.

Auch hier bin ich der Meinung, Du liegst mit der Erklärung falsch:
Genau so, wie die Loop als Sendeantenne hauptsächlich ein magnetische Feld erzeugt, empfängt sie als Empfangsantenne auch hauptsächlich die magnetische Komponente. Das umso mehr, wenn man sie niederohmig anschließt und den Strom als Signal aufnimmt. Daher hat so eine Antenne auch einen scharfen Einbruch der Empfangs-Feldstärke, wenn die Antenne nicht mehr von Feld durchsetzt wird (Null-Durchgang eines Sinus). Das Maximum ist dagegen weniger ausgeprägt (Maximum einer Sinus Funktion). Falls Du mal versuchst, den gleichen Effekt mit zwei Stabantennen für 80m zu erreichen, wirst Du vermutlich gut sehen, wie sehr PA3FWM doch recht mit seiner Aussage hatte:
Im gleichen Abschnitt bei PTdB [5] steht ferner :
The first way in which an antenna can have directional sensitivity, is by measuring the electric
or magnatic field at several places and "comparing" the phase of the signal at those places. ...
However, for small antennas this principle doesn't work: if the antenna is small compared to
the wavelength, the signal arrives almost simultaneously everywhere in the antenna,
and thus does not give a significant phase difference.
Wen ich mich richtig erinnere, ist d(Sin(x))/dx =1 für x=0. Falls ich jetzt am späten Abend noch richtig rechnen kann, ist bei 20cm Abstand für 80m somit die Amplitudendifferenz 1/400 stel der Gesamt-Amplitude. Das wäre eine sehr große Herausforderung dieses Signal sauber auszuwerten. (Der lokale Einfluss auf das Feld durch die 2 nahen Stäbe ist dabei noch nicht berücksichtigt)

Also Jürgen oder die anderen Leser - vielleicht liege ich ja mit meinen Annahmen daneben. Ich freue mich auf die Diskussion und lerne immer gerne noch dazu.

vy 73 de Karsten DD1KT

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