Abstrahlung erfolgt an Antenne und nicht in Speiseleitung

[Sloop]

Hallo,

neulich bekam ich eine Frage gestellt:

Wenn man die PTT-Taste drückt, der TRX ein HF-Signal generiert und es über die Antennenbuchse rausjagt ... woher wissen die beschleunigten Elektronen die daran beteiligt sind, dass diese Energie an der Antenne (also nach dem Einspeisepunkt!) abgegeben werden sollen und nicht schon in der Speiseleitung? Kurzum: woher weiß das Signal, dass das Speisekabel selbst nicht schon als Antenne gezählt wird? Die Impedanz ist doch überall gleich: TRX-Antennenbuchse=50Ohm, Koaxialkabel-Speiseleitung=50Ohn, Fusspunktwiderstand-Antenne=50Ohm).

Gute Frage was passiert (technisch gesehen) und wie könnte man das beantworten? Woher weiß die Energie, dass sie erst im "Antennenteil" abgestrahl werden soll und nicht schon vorher (im Speisekabel) ?

[der_Kölner]

Gute Frage was passiert (technisch gesehen) und wie könnte man das beantworten? Woher weiß die Energie, dass sie erst im "Antennenteil" abgestrahl werden soll und nicht schon vorher (im Speisekabel) ?

Weil sich (im Idealfall) die Energie im Kabel als Transversalwelle ausbreitet und deshalb nicht abgestrahlt werden kann.
Also die Energie breitet sich weder im Innenleiter noch in der Abschirmung, sonder dazwischen, im Dieelektrikum aus.
Am Antennenfußpunkt verläßt diese Welle das Kabel, die Symmetrie ist gestört, die Energie "sieht" die Antenne (und einen Gegenpol, also Erde oder oder einen andern Pol) und breitet sich dann darin aus.
Die Antenne ist quasi ein auseinandergezogener Kondensator in einem Schwingkreis.
Von der nächsten ankommenden (phasenverschobenen) Welle wird die Energie dann aus der Antenne sowie dem Gegenpol (kann eine "Erde", Radialnetz, zweite Dipolhälfte sein) verdrängt (sie kann also nicht zurück durch das Kabel), die also garkeine andere Möglichkeit hat als sich in den Raum auszubreiten.
Ist jetzt ganz primitiv und kindlich beschrieben.
Ich spare mir jetzt die Formeln und komplexen Zusammenhänge, aber so kann man sich das vorstellen.
Umfassende Abhandlungen finden sich im Rothammel, diversen Antennbüchern, Grundlagen der HF-Ausbreitung, den Maxwell-Gleichungen oder sonstiger Literatur.
Für den Anfang ein paar Links:
https://de.wikipedia.org/wiki/Koaxialka ... enschaften
http://elektroniktutor.de/technologien/ ... abstrahlen
http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drac ... -1-felder/
http://www.ulfkonrad.de/physik/ph-12-inh-dipol.htm

Stimmt die Anpassung nicht (SWR, Kabelimpedanz etc.) dann strahlt auch das Kabel, weil die Welle eben nicht komplett aus der Antenne verdrängt (abgestrahlt) wird, sondern zurück läuft oder sich andere Wege als den Freiraum sucht...
Wie gesagt, ganz banal erklärt, nicht 100% wissenschaftlich korrekt sondern nur bildlich.
Gibt hier bestimmt viele Leute die das viel besser erklären können als ich Laie...

[pom]

Hej,

das 'weiß' die Energie nicht, das muss man ihr 'sagen'.
Dazu bietet man ihr einen definierten Speisepunkt. Den bekommt man nur, wenn eine unsymmetrische Antenne (z.B. Groundplane) mit einer unsymmetrischen Leitung (Koaxkabel) gespeist wird. Speist man eine symmetrische Antenne (z.B. Dipol) ohne weiteres mit einer unsymmetrischen Leitung, strahlt die Leitung. Das kann bei Behelfsantennen gewünscht sein, bei mobilen Anlagen ist es meist der Grund, dass man Störungen hat. Strahlt Koaxkabel unerwünscht, fügt man ein Symmetrierglied am Speisepunkt ein (z.B. Mantelwellensperre, Balun), definiert so den Speisepunkt und das Kabel ist strahlungsfrei.
Suchworte für ein weiteres Reinlesen ins Thema sind kursiv geschrieben.

Ahoi
Pom

PS: Noch stärker vereinfacht als der fast zur gleichen Zeit antwortetnde der_Kölner.

[Sloop]

das 'weiß' die Energie nicht, das muss man ihr 'sagen'.
Dazu bietet man ihr einen definierten Speisepunkt. Den bekommt man nur, wenn eine unsymmetrische Antenne (z.B. Groundplane) mit einer unsymmetrischen Leitung (Koaxkabel) gespeist wird.

Speist man eine symmetrische Antenne (z.B. Dipol) ohne weiteres mit einer unsymmetrischen Leitung, strahlt die Leitung...

Sicher, aber lassen wir diesen speziellen Fall in der weiteren Betrachtung einfach mal weg und konzentrieren uns auf den ganz simplen oben skizziert gezeigten Fall wo der gesamte Signalweg unsymmetrisch und mit 50Ohm erfolgt (=vollständige Anpassung)

Siehe hierzu folgende Skizze:

skizze_antenne_speiseleitung_abstrahlung

Die Energie sieht am Ausgang des TRX nur eine Linie. Wie unterscheidet und stellt sie denn fest, wo der Speisepunkt ist? Es ist doch alles unsymmetrisch, die Antenne sei eine unsymmetrische Antenne (z.B. Marconi) und überall sind 50 Ohm?

Weil sich (im Idealfall) die Energie im Kabel als Transversalwelle ausbreitet und deshalb nicht abgestrahlt werden kann.

Auch hier könnte man ja wieder obiges behaupten --> Die Welle sieht ab TRX-Ausgang alles als "unsymmetrische Leitung" und 50 Ohm. Wo ist mein Denkfehler?

[Holgi]

Denkfehler:

Die Elektronen werden nicht "beschleunigt" oder "abgestrahlt" sondern es entsteht, jeweils wechselweise und um 90° versetzt, ein Feld welches sich aus einer elektrischen und einer magnetischen Komponente zusammensetzt.

Da eine Antenne elektrisch gesehen nichts weiter als ein Schwingkreis ist (in dem Induktanzen und Reaktanzen als frequenzbestimmende Komponenten vorhanden sind, sowie einem ohmschen Anteil der dann die entsprechende Arbeit verrichtet) erklärt sich das vorhandensein von elektrischen (Kondensator) und magnetischen (Spule) Anteilen.

Du hast in dem Punkt recht das die Impedanz am Senderausgang 50 Ohm beträgt, idealerweise sollte also der Speisepunkt auch 50 Ohm Impedanz aufweisen damit die maximale Leistung übertragen werden kann.

Damit wird klar: Dem Sender (und auch den Elektronen im Kabel) ist es vollkommen egal was mit dem Signal passiert. Es kann auch in einem passenden Schluckwiderstand (aka Dummyload) verbraten werden.

Eine Antenne ist als Wellentypwandler definiert und setzt die leitungsgebundene Welle in eine Raumwelle um, der Wellenwiderstand im freien Raum beträgt 377 Ohm.

Dafür gilt, oh Wunder, die gleiche Formel mit denen die Impedanz eines Koaxkabels berechnet wird. also SQR/(L/C), setzt man für den freien Raum SQR(my0/epsilon0) ein dann kommt man auf die besagten 377 Ohm.

Hier passiert nun was unser Funkfreund als Kölle bereits angedeutet hat. Zur Erklärung reicht die Betrachtung einer Komponente aus. Man nimmt meist das elektrische Feld was sich im Kondensator aufbaut. Die Feldlinien treten aus den Kondensatorplatten im rechten Winkel aus un in die andere Platte wieder ein. Zieht man die Platten auseinander ändert sich nichts. Stellt man nun die Platten so auf das sie im rechten Winkel zueinanderstehen dann treten immer noch die Feldlinien im rechten Winkel aus und wieder ein, die äußeren Feldlinien müssen aber einen längeren Weg zurücklegen.

Elektromagnetische Wellen sind schnell, sauschnell, genauso schnell wie das Licht, aber nicht unendlich schnell. Also schaffen es irgendwann die äußersten Feldlinien nicht mehr den Weg zurück in den Antennenstrahler wenn (Wechselspannung!) der Fluß der Elektronen versiegt und in entgegengesetzter Richtung aufgebaut wird. Diese Feldlinien werden beim nächsten Turn also von der Antenne weg in den freien Raum geschoben.

Bei einer Fehlanpassung wird ein Teil der ankommenden Welle nicht von der Antenne aufgenommen sondern es gibt an der Stoßstelle eine Reflektion. Durch die Überlagerung von vor- und rücklaufender Welle entstehen "stehende Wellen" die ihren Namen deshalb tragen weil die immer am gleichen Ort auftauchen. Wenn ein Koaxkabel strahlt sind das Mantelwellen, Mantelwellen sind Ausgleichsströme die an der Außenseite (!) eines Koaxkabels zurück zum Sender fließen und bei Unsymetrien entstehen. Als klassischer Fall sei der Dipol genannt der mit Koaxkabel gespeist wird. Hier muss also entweder mit einem 1:1 Balun gearbeitet werden oder die Mantelwellen über Ferritringe oder auch nur ein paar Windungen Koax unterdrückt werden.
Streng genommen hat man es in diesem Falle mit 3 Leitungen zu tun, die Seele und die Innenseite des Geflechts und die Außenseite des Geflechts.
Im Gegensatz zu Stehwellen strahlen Mantelwellen!

Soweit meine Erklärungen, wobei ich ja der Meinung bin das Du uns mit Deinen Fragen einfach nur locken willst.

73s Holgi

[noone]

Sehr gern werden bei Funkamateuren Dipole etwas asymmetrisch aufgebaut und per Koax gespeist oder auch Yagis unsymmetrisch gespeist!

Und wenn man die Matelwellen überschätzt hat wickelt man eben aus einem Teil der Zuleitung eine Mantelwellendrosse!

Die Spule der Gainmaster dient mit auch diesem Zweck denn die Antenne wird physikalisch ordentlich verbogen Mantelwellen blieben da normalerweise nicht aus.

Das ist ein Art exotischer extended koax Dipol bei dem der obere und der untere Schenkel phasenveersetzt gespeist werden das Antennendiagramm wird zum Boden hingezogen sozusagen ein rudimentäres Phased-array so erreicht man stärkere Signale bei gleichbleibendem Antennengewinn!

Ich warte auf größere Vertikals dieser Art!

[Holgi]

Sehr gern werden bei Funkamateuren Dipole etwas asymmetrisch aufgebaut und per Koax gespeist oder auch Yagis unsymmetrisch gespeist!

Und wenn man die Matelwellen überschätzt hat wickelt man eben aus einem Teil der Zuleitung eine Mantelwellendrosse!

Die Spule der Gainmaster dient mit auch diesem Zweck denn die Antenne wird physikalisch ordentlich verbogen Mantelwellen blieben da normalerweise nicht aus.

Das ist ein Art exotischer extended koax Dipol bei dem der obere und der untere Schenkel phasenveersetzt gespeist werden das Antennendiagramm wird zum Boden hingezogen sozusagen ein rudimentäres Phased-array so erreicht man stärkere Signale bei gleichbleibendem Antennengewinn!

Ich warte auf größere Vertikals dieser Art!

Deine Einlassungen schweifen sehr vom Thema ab. Aber eine trotzdem ein kurzes Statement von mir dazu:

Sorry, halte ich für dummes Zeug. Koaxkabel muss "kalt" sein!

73s Holgi

[noone]

Hab ich gesagt es wäre nicht kalt!

Ich erwähnte den alten Hut des asymmetrischen Dipols, die asymmetrische Speisung einer Yagi, die Asymetrierung eines extended Land/2 Dipols und das alles unter dem Vorbehalt der Mantel Wellen Sperre falls es nicht hinhaut! Oder als Mittel gegen Mantelwellen wenn man doch mal asymmetrisch eine Antenne zb den Dipol anfährt wie es durchaus getan wird!
Eine Symetrierung kann durchaus mehr Verluste bringen als eine Mantelwellendrossel bzw die Asymmetrie braucht sich gar nicht auszuwirken!

[benson04]

Holgi, klasse erklärt und perfekt auf den Punkt gebracht. Um das so zu formulieren, hätte ich vermutlich deutlich länger gebraucht, als du vermutlich zum tippern...
Manche Leute können gut erklären, schon mal an Lehrgangsleitung gedacht? Ach, das machste ja schon...[FACE WITH STUCK-OUT TONGUE AND WINKING EYE]
Nochmal: Respekt

[salat]

Eine Antenne ist als Wellentypwandler definiert und setzt die leitungsgebundene Welle in eine Raumwelle um, der Wellenwiderstand im freien Raum beträgt 377 Ohm.

Wunderbar erklärt! Ich finde dieses gut 60 Jahre alte (englische) AT&T Lehrvideo super passend: https://www.youtube.com/watch?v=DovunOxlY1k

73, Sascha