Warum erkennt man bei gekoppelten Dipolantennen im Gegensatz zu Schwingkreisen keine Koppelschwingungen?
Wenn man zwei Schwingkreise koppelt und einen mit einem Impuls anstößt erkennt man zwei Schwingungen und eine Amplitudenmodulation. Bei Dipolantennen nicht! Warum?
2 Antworten
Wenn du mkt Koppelschwingung meinst dass der eine Schwingkreis Energie an den anderen abgibt und dort ebenfalls eine Schwingung anregt dann ist das bei Antennen genau so.
Zb bei der Yagi Uda Antenne hast du eine Dipol welcher die als Direktoren bezeichneten Dipole ebenfalls anregt. Die Schwingen also Passiv im Feld des aktiven Dipols mit.
Schwebungen kannst du schon erreichen du musst sie nur entsprechend anregen.
Idr regt aber eine Antenne die andere mit der selben Frequenz an.
Wenn du einen Schwingkreis auf eine Frequenz zwingst tritt da auch keine Schwingung außer der erzwungenen Schwingung auf.
Bei zwei Schwingkreisen unterschiedlicher Frequenz musst du beide mit eine Stoß anregen dann ists möglich. Aber das hast du bei Antennen auch nur werden eben die Nebenschwingungen stärker gedämpft.
Ja, richtig. Ein Schwingkreis folgt ja bei erzwungenen Schwingungen, nach dem Einschwingvorgang der Erreger-Frequenz. Und bei Impulsanregung schwingen Resonanzkreise je nach Kopplungsgrad und Frequenzunterschieden mit eigenen Moden und man erkennt auch immer die typischen Aufspaltungen und Verschiebungen der Frequenzen. Aber bei mehreren Dipolantennen mit Resonanzfrequenzen ab etwa 20 MHz erkenne ich bei verschiedenen Dipolen nur die Schwingung der längsten Antenne und keine typischen Moden.
Das kann daran liegen dass die Antennen im reaktiven Nahfeld zueinander sind. Die schwingen dann eben eher wie eine einzige größere Antenne und nicht unabhängig voneinander.
Du musst bei Antennen eben im Gegensatz zu herkömlichen Schwingkreisen beachten, dass die auch alle ineinander über die Elektromagnetischen Wellen einkoppeln.
Das heißt Spulen koppeln nur magnetisch und Antennen auch elektrisch und somit zwingen die sich gegenseitig eine Frequenz auf? Ich kapier das gerade nicht, aber vielleicht muss ich das Ganze anders angehen.
Idr sind Schwingkreise ja so gebaut dass diese nicht unbedingt abstrahlen. Antennen schon.
Also ein Schwingkreis gibt dir am Ende nicht wirklich Energie an seine Umgebung ab daher koppeln die auch nicht wirklich ineinander ein sofern man die Spulen nicht auf den selben Kern wickelt.
Antennen hingegen strahlen Felder ab und die werden nun wieder von anderen Antennen emfpangen und regen hier nun wieder eine Schwingung an. Sofern die Dipole nicht groß unterschiedlich sind liegen die ja auch untereinander in ihren jeweiligen Bandbreiten und koppeln daher auch gut.
Haben Schwingkreise also kein reaktives Nahfeld? Denn die Schwingkreise mit welchen ich Experimentiere (z.B. Teslaspulen) sind ja sehr stark (nur wenige mm bis cm Entfernung) gekoppelt.
Jein also sie koppeln rein Induktiv nur das Feld nimmt eben sehr schnell mit der Entfernung ab.
Teslaspulen strahlen doch relativ stark ab aber nachdem die Schwingkreise ja keine Impedanztransformation an den Freiraum machen strahlen die Vergleichsweise wenig Energie ab.
Man kann sie auch als Antennen mit schlechtem Wirkungsgrad sehen.
Wenn du aber die Dipole zB einzeln durchmisst findest du durchaus unterschiedliche Eigenresonanzfrequenzen.
Erstaunlicherweise habe ich einmal bei 8 Dipolen, im goldenen Schnitt zueinander, ähnlich wie bei Logper-Antennen, mit einem Sweep ein Frequenzprofil in Form eines weißen Rauschend gemessen. Leider lässt sich der Versuch nicht mehr wiederholen. Was ich da falsch/richtig gemacht habe kann ich nicht mehr einschätzen.
Ja das kann durchaus sein wenn die richtig positioniert sind.
Am Ende beeinflussen ja auch sonstige Dinge die Resonanz des Dipols. ZB Wände und Objekte in der Nähe.
Wir haben zB früher unsere QFH Antennen immer in einem Raum durchgemessen wobei alle Dinge bei 433MHz schon nicht mehr wirklich im Reaktiven Nahfeld der Antenne waren trotzdem haben wir einen deutlichen Unterschied zum Verhalten am Feld gemessen. Die Resonanz war zwar in etwa die selbe aber die Bandbreite war geringer.
Wenn du jetzt die Antennen so anordnest dass diese alle leicht unterschiedliche Resonanzen haben dann kanns durchaus sein dass das Gesamtkonstrukt extrem Breitbandig wird.
Die Logper kannst du ja am Ende auch einfach nur als ein Wechselwirken von Dipolen mit unterschiedlichen Resonanzen sehen.
Interessanterweise habe ich damals nur am kleinsten Element alle Frequenzen erkennen können. Jetzt aber sehe ich immer das Selbe Signal, abgeschwächt.
Ja also das mit dem selben Signal und abgeschwächt ist eh normal. Je nachdem wie weit du von der Resonanz weg bist hast du unterschiedliche Dämpfungen.
Zudem hängts auch von der genauen Frequenz ab. Der Skinneffekt kommt bei höheren Frequenzen ja immer mehr zum tragen und der führt zu höheren Dämpfungen im Dipol.
Due Grundschwingung liegt bei nur gerade mal 145 kHz. Aber die anderen Resonanzen zwischen 60 MHz und 1,5 GHz!
Dann koppelt da sicher etwas anderes ein. Ein normaler Stab ist idr ein Lambda Halbe Dipol da kommst du mit 145kHz Frequenz nicht hin.
Selbst bei 60MHz bist du bei etwa 10 Meter länge für einen Lambda Halbe Dipol. Kann natürlich sein, dass die Elemente als Herzscher Dipol mitschwingen aber da ist der Wirkungsgrad eben klein.
Gut je nachdem wie du deine Schwingung misst ist es ohnehin so, dass die Dipole sehr stark dämpfen. Die Strahlen bei Resonanz die Energie ja ab.
Vermutlich beeinflusse ich auch das Ergebnis durch die Messung sehr stark.
Ja das ist natürlich auch ein Faktor weil du am Ende ja nur eine Leistung messen kannst. Sofern die Anpassung der Antenne an das Messgerät nicht passt siehst du die Resonanz auch nicht.
Im wesentlichen misst man solche Dinge am besten in einer geschirmten Kammer mit Absorbern an den Wänden, damit es eben zu keinen Signalreflektionen kommt. Dann macht man seinen Versuchsaufbau und die Messung erfolgt über eine abgestimmte Breitbandantenne. Das was hier interessiert ist am Ende ja die Elektromagnetische Abstrahlung der Antenne im Fernfeld.
Ja, das Fernfeld dürfte hier aber schwer zu ermitteln sein. Jede Frequenz hat ja bei unterschiedlichen Dipollängen unterschiedliche Abstände bis zum Fernfeld! Deshalb wollte ich das an der Antenne selbst messen, natürlich verzerrt es das ein bisschen, aber jetzt messe ich garnichts mehr außer einer riesigen Alpenlandschaft (Resonanzen/Antiresonanzen). Das kontinuierliche Spektrum habe ich danach nicht mehr gehabt.
Das Fernfeld ist mehr oder weniger alles über 3 Lambda. Also wenn du zB bei einer Maximalen Wellenlänge von 10m 30m entfernt stehst bist du für alle Antennen mit 10m Wellenlänge und kleiner im Fernfeld.
An der Antenne selbst kannst du das Feld nicht messen sondern das verzerrt extrem. Die Antenne ist nur bei einer bestimmten Frequenz auf den Empfänger abgestimmt, für alle anderen Frequenzen hast du also enorme Dämpfungen weil dein Eingangsverstärker das Signal einfach nicht mehr aufnimmt sondern zur Antenne zurück reflektiert und diese das Signal eben wieder abstrahlt.
Ander gesagt direkt an der Antenne kannst du nur jene Frequenzen messen für welche Antenne und Messgerät aufeinander abgestimmt sind, andere kannst du nicht (gut) messen, egal ob der Dipol hier angeregt wird oder nicht.
Es ist generell schwer freie Dipole zu messen. Du kannst nur mit einer aktiven Antenne diesen Dipol passiv anregen und anschließend über das Richtdiagramm bestimmen wie gut oder schlecht er hier selbst strahlt, bzw in wie weit er die Antenne beeinflusst.
Es müssten bei mir mehrere Frequenzen drin sein. Daher auch mehrere Nahfelder/Fernfelder.
Das ist egal du bist für jede Frequenz oberhalb einer Mindestfrequenz im Fernfeld.
Natürlich ist die Grenze anders aber das Nahfeld kannst du ohnehin nicht vermessen, weil die beinflussung der Antenne im Nahfeld stark ausgeprägt ist. Eine einfache Schraube im Reaktiven Nahfeld kann deine Resonanz um mehrere MHz verschieben.
Ok. Dann muss ich mit einem Verstärker und einer Breitbandantenne im Fernfeld messen. Aber dafür brauche ich vermutlich einen Raum mit Abschirmung.
Muss nur Reflexionsfrei sein also im freien gehts auch. Aber wie gesagt bei 60MHz darfst du im 60m Radius bereits nichts mehr haben.
Der Boden beeinflusst natürlich die Antenne weiterhin aber das bekommst du nicht ganz weg. Du kannst natürlich auch einen Lambda Viertel Monopol aufstellen und den durchmessen, aber der müsste immer noch 5m hoch sein damit er auf 60MHz abgestimmt wäre.
Aber nur mal so nebenbei was ist eigentlich das Ziel deiner Messungen?
Ich möchte die genauen Eigenschaften meiner selbstkonstruierten Antennen ermitteln.
In der Praxis verwendet man dazu zunächst einen VNA also einen sogenannten Vector Network Analyzer und betrachtet in einer Messkammer oder im Freiraum den sogenannten Returnloss oder eben das sogenannte VSWR.
Returnloss VSWR und Reflektionskoeffizient sind im wesentlichen die selben Faktoren. Jetzt nimmt man zunächst an, dass die nicht reflektierte Leistung die der VNA in die Antenne schickt, abgestrahlt wurde. Also ein Reflektionskoeffizient von 0.2 bedeutet zB, dass 80% deiner Leistung auch wirklich als Welle abgestrahlt wird und 20% wieder zum VNA zurück kommen.
Das ist eine Messung die noch relativ einfach möglich ist.
Danach kommts aber zum Durchmessen der Gesamtantenne und das ist wesentlich komplizierter. Du bräuchtest dazu eine Breitbandantenne mit bekannten Gewinn und Richtdiagram. Diese Messantenne bewegst du nun um die eigentliche Antenne in einem Abstand von mindestens 3 Lambda und misst die Empfangspegel.
Diese Empfangspegel kannst du dann als Übertragungskoeffizient darstellen und so erhältst du eben ein Richtdiagramm und wie viel Leistung die Antenne am Ende wirklich in eine bestimmte Richtung emittiert. Denn nur weil der Returnloss hoch ist muss das am Ende noch nicht bedeuten, dass diese Antenne auch wirklich alles abstrahlt. Eine Beaverage Antenne hat zB im angepassten Zustand auch einen guten Returnloss, allerdings einen Wirkungsgrad von 1%. Wenn du also 100W rein sendest gibt die am Ende nur 1W Strahlungsleistung ab, der Rest wird als Wärme verheizt.
So habe ich das bisher noch nicht gesehen. Kann es auch sein dass man nichts erkennt weil die Energie zu gering ist? Wenn ich eine Dipolantenne durchmesse komme ich etwa 5 pF Kapazität und 1,2 µH Induktivität. Die gespeicherte Energie, bei ca. 300 V Anregungsspannung, ist relativ gering im Vergleich zu den anderen Elementen, weclhe mit dem Kondensator bei 1µF angeregt werden. Kann das Oszi das dann nicht mehr erkennen weil der Vorwiderstand die paar nJ/pJ sofort verheizt?
Ja ein Oszi ist da nicht sonderlich sensitiv. Zudem müsstest du bei Spannungseinspeisung auch an einem Spannungsknoten einspeisen sonst wirst du da keine Energie rein bekommen.
Also bei Spannungseinspeisung müsstest du am Dipolende einspeißen, in der Dipolmitte ist ein Spannungsknoten. Du musst also auch auf das Impedanzmatching deiner Quelle achten sonst bekommst du einfach keine Energie in den Dipol rein.
Das Oszi ist zudem ebenfalls hochohmig, da hast du am Dipolende auch die besten Chancen etwas zu emfpangen.
Ja, ich messe immer am Dipolende. Aber wie schon gesagt es hat mehrmals funktioniert und jetzt ist da garnichts mehr! Aber was soll ich sagen. Ich weiß es selbst nicht.
Hallo,
weil Antennen nicht schwingen, sondern nur empfangen oder senden!
Falsch:
eine Amplitudenmodulation
das sind nur abklingende Schwingungen!!
Grüße aus Leipzig
Den Schwingkreis musst Du hier aber als Spannungsquelle sehen, die lediglich von der in der Luft vorhandenen elektromagnetischen Wellen angestoßen werden... ist halt nicht viel und deshalb muss man auch entsprechend verstärken UND Impedanz wandeln, damit man das schwache Signal so wenig wie möglich nur belastet.
Natürlich schwingt eine Antenne. Die verhält sich am Ende durch ihre Induktivität und ihre Kapazität wie ein Schwingkreis.
Aber nur, wenn sie mit einer Induktivität zusammen geschaltet wird!
Davon war in der Frage nicht die Rede!
Nein die haben auch so eine Induktivtät.
Die Antenne hat eine Kapazität und eine Induktivität die sich rein durch ihren Aufbau ergibt. Die beiden bilden einen Schwingkreis und die Antenne empfängt oder sendet nun auf der Resonanzfrequenz dieses Schwingkreises.
Eine Antenne ist am Ende ein Schwingkreis welcher im Gegensatz zum normalen Schwingkreis mit konzentrierten Elementen eine Impedanztransformation auf den Freiraum durchführt.
Ich bin mir gerade nicht sicher ob du selbst das gelesen hast.
Aber denk einfach mal nach. Um einen Stromdurchflossenen Draht bildet sich ein Magnetfeld => der Draht hat eine Induktivität.
Jetzt sieh dir mal die Stromverteilung und die Spannungsverteilung zb im Dipol an.
Du hast ein Elektrisches Feld und dieses wirkt eben wie eine Kapazität und du hast einen Stromfluss dieser wirkt Induktiv.
Die Antenne hat also einen Induktiven und einen Kapazitiven Anteil.
Du kannst sogar Antennen durch beeinflussung von diesen Abstimmen ist dann eben eine sogenannte Verlängerungsspule bzw eine Verlängerungskapazität die kannst du auch direkt in die Antenne integrieren.
Das ganze als Schwingkreis zu betrachten ist einfach die logische Konsequenz daraus wenn man sich die Strom und Spannungsverteilung ansieht.
Diese Schwingungen kommen durch die angeschlossenen Spule, dem parallelen Kondensator und dem parallelem Dipol, klar.
Die Kapazität des Dipols würde bei sehr, sehr sehr hohen Frequenzen rein rechnerisch auch funtkionieren, da diese Kapazität ja sehr klein ist!
Rein rechnerisch deshalb, weil bei diesen hohen Frequenzen eben ganz andere Wirkungen dazu kommen - lassen wir mal weg, diesen Ultrahochfrquenzbereich.
Da wo Dipolantennen eingesetzt werden ist aber ein "normaler" Schwingkreis mit Spule und Kondensatoer, der auf die gewünschte Frquenz eingestellt wird, notwendig. sind also auch Schwingungen des Dipols nachweisbar!
Am Dipol aber, ohne weitere Anschlüsse, sind diese eben nicht nachweisbar!
Wie offenbar der Fragesteller auch festgestellt hat.
Auf einem Dipol ohne Anschluss kann man solche Schwingungen nachweisen.
Die Yagi Uda Antenne funktioniert genau so. Die direktoren sind Passive Dipole die im Feld des primären mit ihrer eigenen Frequenz mitschwingen.
Letzteres ist dann auch der Grund warum die logritjmisch Periodische Antenne eine hohe Bandbreite erreicht. Die kürzeren Dipolr haben eben eine höhere Resonanz und koppeln dann eben in den nächsten Dipol ein zwar nicht ganz perfekt aber im reaktiven Nahfeld gehts ja auch so.
Spule und Kondensator muss es in dem Fall nicht unbedingt sein du kannst ja den Dipol auch direkt aus einem HF Verstärker ansteuern welcher nicht selbst resonant ist. Es geht am Ende aber auch indem man den mit einem Funktionsgenerator anregt.
Mit Amplitudenmodulation war die Schwebung welche bei hohen Kopplungsraden auftritt gemeint.
Ja, dort treten aber m.W.n. wegen der Phasenverschiebung und dem Kopplungsgrad keine Schwebungen auf.