Verständnisfrage zu E(I)RP

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Fensterbrettfunker
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Verständnisfrage zu E(I)RP

#1

Beitrag von Fensterbrettfunker »

Gibt ja bereits sehr interessante Beiträge und auch einen FAQ-Eintrag zu dem Thema, bei mir ist es nur leider so:
Ich kann nichts auswendig lernen. Wenn ich was nicht wirklich begriffen habe, ist der Ofen aus :roll:
Theoretischer Kugelstrahler als Referenz. So weit, so gut. Der Punkt, wo ich nicht weiter komme:
Warum soll ein einfacher, popeliger Viertelwellenstrahler mehr Gewinn produzieren als der(das?) Dipol?
Und, was ist dann eigentlich eine Handfunkantenne? Kein (mechanisch verkürzter) Viertelwellenstrahler? Der soll mehr Gewinn bringen als ein Dipol, bspw. am Fenster?
ich wäre wirklich dankbar, wenn man das irgendwie allgemeinverständlich erklären oder man mich an aufschlussreiche Literaturpassagen verweisen könnte.
Danke Euch :wave:
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Radnor
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Re: Verständnisfrage zu E(I)RP

#2

Beitrag von Radnor »

Moltrecht sollte helfen:
Der Antennengewinn

Was man in der Funktechnik unter Gewinn versteht, soll an einem Beispiel erklärt werden. Nehmen wir an, wir wären in einem dunklen Raum und würden ein Glühlämpchen von 1 Watt rundherum leuchten lassen. Es wäre noch ziemlich dunkel im Raum. Bringt man dasselbe Glühlämpchen an die richtige Stelle vor den bündelnden Spiegel eines Autoscheinwerfers, wird es in der Richtung des Scheinwerferstrahls deutlich heller, so dass man auf der anderen Seite des Raumes vielleicht eine Zeitung lesen könnte. Ohne den Scheinwerferspiegel hätte man vielleicht eine rundum strahlende 100-Watt Glühlampe gebraucht, um an derselben Stelle dieselbe Helligkeit zu erreichen.

Der Scheinwerferspiegel bringt also in einer Richtung mit einer 1-Watt-Lampe genau so viel Helligkeit wie die rundherum strahlende Glühlampe mit 100 Watt. Dies wäre ein Gewinn mit dem Faktor 100. Nur ein Hundertstel der Leistung ist notwendig gegenüber dem Fall, bei dem in alle Richtungen gleichmäßig abgestrahlt wird.

Ähnlich verhält es sich mit Antennen. Strahlt eine Antenne nicht gleichmäßig in alle Richtungen, sondern bevorzugt in eine oder mehrere Richtungen, ist in diesen Richtungen das Signal stärker, als wenn die Antenne rundherum strahlen würde. Ein Strahler, der in alle Richtungen gleichmäßig abstrahlt, ist ein isotroper Strahler. Er wird wegen des kugelförmigen Strahlungsdiagramms auch Kugelstrahler genannt. Ein Dipol gewinnt in den Hauptstrahlrichtungen gegenüber dem isotropen Strahler einen Faktor 1,64, ein Lambda/4-Vertikalstrahler 3,28. Diesen Faktor bezeichnet man als GewinnG einer Antenne.

Bei einem Richtstrahler kann dieser Gewinn durchaus einen Faktor 100 aufweisen. Multipliziert man die Hochfrequenzleistung, die man einer Antenne am Speisepunkt zuführt mit dem Gewinnfaktor G, erhält man eine Leistung, die man mit EIRP bezeichnet.

EIRP kommt von equivalent isotropic radiated power , äquivalente auf einen isotropen Strahler bezogene Hochfrequenzleistung.

In der Formelsammlung der BNetzA wird eine Formel zur Berechnung der EIRP aus der Senderleistung angegeben.

PEIRP = (PSender - PVerluste) · GAntenne isotrop

Die Formel besagt: Um die äquivalente isotrope Strahlungsleistung PEIRP zu erhalten, muss man von der Senderleistung die Verlustleistung (Kabel, Stecker, Anpassung) abziehen und diesen Wert mit dem Gewinnfaktor GAntenne isotrop multiplizieren.

Beispiel
Ein UKW-Sender mit 20 Watt Ausgangsleistung ist über eine Antennenleitung, die 1 dB Kabelverluste hat, an eine Richtantenne mit 11 dBi Gewinn (auf isotropen Strahler bezogen) angeschlossen. Welche EIRP wird von der Antenne abgestrahlt?

Lösung: Hier sind Verluste und Gewinn in dB angegeben. Diese darf man miteinander verrechnen. Von den 11 dBi Gewinn ziehen wir die 1 dB Kabelverluste ab. Es bleiben 10 dB Gewinn, also ein Faktor 10 bei der Leistung.

PEIRP = 20 W · 10 = 200 W

Aus den 20 Watt Senderleistung sind 200 Watt isotrope Strahlungsleistung geworden. Diese Tatsache ist vom Funkamateur zu be­rücksichtigen, wenn er die Einhaltung der Personenschutzgrenzwerte nachweisen muss (Lektion 18).
EIRP und ERP
ERP

Früher hat man in Deutschland den Gewinn einer Antenne vorwiegend auf den Dipol als Vergleichsantenne bezogen. Diese mit dem Gewinnfaktor multiplizierte Antenneneingangsleistung bezeich­net man mit ERP.

ERP kommt von effective radio power und bedeutet "Effektive Strahlungsleistung", siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/ERP.

Die ERP (PERP in der Formel) erhält man, indem man von der Senderleistung PSender die Kabelverluste PVerluste abzieht und dann mit dem Gewinnfaktor GAntenne Dipol bezogen auf den Dipol multipliziert. Die Formel dafür lautet:

Wenn der Gewinn gegenüber einem Dipol bekannt ist, kann man die EIRP errechnen, indem man die ERP mit dem Gewinnfaktor 1,64 eines Dipols multipliziert.
Fensterbrettfunker hat geschrieben: Sa 1. Okt 2022, 13:30 Theoretischer Kugelstrahler als Referenz. So weit, so gut. Der Punkt, wo ich nicht weiter komme:
Warum soll ein einfacher, popeliger Viertelwellenstrahler mehr Gewinn produzieren als der(das?) Dipol?
eigentlich gibst Du Dir hier die Antwort selbst: Die Referenz ist der theoretische Kugelstrahler, nicht der Dipol
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noone
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Re: Verständnisfrage zu E(I)RP

#3

Beitrag von noone »

Es geht auch noch komplizierter, es gibt nämlich noch verschiedene Definitionen des "Isotropen Strahlers".

Und es gibt für den CB-Funk eine über das Knie gebrochene Regel.

Zu Zeiten vor den 12 Watt SSB hat haben "Fachleute" der Behörde mal bei einer Verbands Zusammenkunft oder wars bei einer Fragestunde einfach mal entgegen der Physik festgelegt und es wurde mit Quellenangabe in einer Zeitschrift kommuniziert (ich habs nicht mehr es stammt aus meinem löchrigen Gedächtnis und ich habe nie Geld und Zeit für ein CB-Archiv verschwendet), dass die 10 Weirp nicht ERP bei Verwendung eines vertikalen Rundstrahlers eingehalten sind.

Der Henning hat das bestimmt in seinem Archiv oder weis jemanden der es noch wissen könnte wann und wo das war.
Zuletzt geändert von noone am Sa 1. Okt 2022, 14:16, insgesamt 1-mal geändert.
Jack4300
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Re: Verständnisfrage zu E(I)RP

#4

Beitrag von Jack4300 »

Bei ERP ist die Referenz der Dipol. Bei EIRP ein theoretischer Strahler welcher in alle Richtungen gleich stark strahlt. Beides aber im theoretischen Freiraum. Das heißt ohne Boden. Mindestens der erzeugt aber auch Reflektionen. Daher muss für einen Dipol unter normalen Umständen mehr Gewinn angenommen werden als für einen Freiraumdipol. Wenn man sich einen theoretischen Virtelwellenstrahler auf einer unendlich großen Massefläche betrachtet, so hat dieser den gleichen Gewinn von 3dBd (3dB über dem Freiraumdipol). Das heißt Verdopplung. Ist ja auch klar, da dieser Monopol seine ganze Leistung nur auf einer Seite dieser idealen Massefläche abstrahlt.
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Re: Verständnisfrage zu E(I)RP

#5

Beitrag von noone »

Jack4300 hat geschrieben: Sa 1. Okt 2022, 14:15 Bei ERP ist die Referenz der Dipol. Bei EIRP ein theoretischer Strahler welcher in alle Richtungen gleich stark strahlt. Beides aber im theoretischen Freiraum. Das heißt ohne Boden. Mindestens der erzeugt aber auch Reflektionen. Daher muss für einen Dipol unter normalen Umständen mehr Gewinn angenommen werden als für einen Freiraumdipol. Wenn man sich einen theoretischen Virtelwellenstrahler auf einer unendlich großen Massefläche betrachtet, so hat dieser den gleichen Gewinn von 3dBd (3dB über dem Freiraumdipol). Das heißt Verdopplung. Ist ja auch klar, da dieser Monopol seine ganze Leistung nur auf einer Seite dieser idealen Massefläche abstrahlt.
Das sind alles nur Dipole.

Kurz gesagt ist zb die klassische Triple Leg einfach nur ein an einer Seite dickerer Diplol in Skelettausführung. die Klassische 5/8 GP ist ein asymetrisch gespeister extended Halbwellendipol oder verkürzter Ganzwellendipol der meist "etwas" verkürzt ist.

Ne Lamda/2 Endgespeist oder Hentenna wie soll ich das erklären........ :clue:
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DH2PA
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Re: Verständnisfrage zu E(I)RP

#6

Beitrag von DH2PA »

Ich versuche es mal mit eigenen Worten, aber dafür weniger Text. :D

Als Referenz wird der Kugelstrahler angenommen, der in alle Richtungen gleich gut und ohne Verluste strahlt. Diese Antenne gibt es nicht, aber man kann prima damit rechnen.

Die einzige Möglichkeit bei einer Antenne einen Gewinn zu erhalten liegt in der Fokusierung der Abstrahlung. Dies gilt reziprok auch für den Empfang. Natürlich ist das mit einem zum Teil erheblichen Verlust in nicht bevorzugte Richtungen verbunden. Ein sehr gutes Beispiel dafür ist die Sat-Antenne für TV. Ein paar Grad daneben und das Bild ist weg.

Bei dieser Betrachtung wurden die Antennen bis jetzt als verlustlos angesehen. Die kurze Handfunkantenne für CB hat durch die Verkürzung erhebliche Verluste welche nichts mit dem Strahlungsdiagramm zu tun haben. Sie wird dadurch einen negativen Gewinn gegenüber dem verlustlosen Kugelstrahler aufweisen und erst recht gegen den Dipol.

Patrick -DH2PA-
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lonee
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Re: Verständnisfrage zu E(I)RP

#7

Beitrag von lonee »

Und wenn man jetzt noch anmerkt, das dB auch noch ein "Dämpfungsmaß" ist, wird man ganz kirre!

Ich empfand die Zeit als dBd noch als "Grundwert" angenommen wurde, als wesentlich angenehmer.
Ich denke aber auch, dass die ganzen EMVU-Vorschrifen bei uns Hobbyfunkern eigentlich mehr als flüssig sind. Also überflüssig....

Wie dem auch sei, diese "entspannten Zeiten" sind vorbei.
Gruß,
André
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Fensterbrettfunker
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Re: Verständnisfrage zu E(I)RP

#8

Beitrag von Fensterbrettfunker »

Danke für Eure Ausführungen.
Wenn etwas klar geworden ist: So einfach ist das nicht, da alles auf theoretischen Modellen beruht.
Und, ich sollte wohl dringend meine Vorstellung von einem Dipol überdenken. Bisher war das für mich ein Viertelwellenstrahler mit symmetrischem Gegengewicht :)
Werde mir das morgen in Ruhe zu Gemüte führen. Heute hatte ich völlig unerwarteterweise ein langes Gesichts-QSO mit einem mir bis dato unbekannten OM aus der Nachbarschaft. Im Funk wären wir uns wohl nie begegnet, manchmal muss man einfach bekloppt genug sein, mit HaFu und Hyflex einkaufen zu gehen :lol:
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hb9pjt
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Re: Verständnisfrage zu E(I)RP

#9

Beitrag von hb9pjt »

Das sind zwei verschiedene Themen in Deiner Frage:
  • Der Unterschied zwischen ERP und EIRP, der ist 2.15 dB.
  • Die Abstrahlung eines Dipols im Vergleich zu einem Monopol.
Bei dem Vergleich der Abstrahlung ist ein 1/4 Lambda Monopol mit idealem Ground aus einem voll leitendem Boden (Metall) im Vorteil. In der Praxis ist der Boden schlecht leitend und der Monopol hat weniger Gewinn als ein Dipol.

Das Handfunkgerät hat eine Dipolantenne bestehend aus einer verkürzten Dipolhälfte, dem Teleskop, und einer schlecht leitenden Dipolhälfte, dem Funker, der das Gerät in der Hand hält. Diese Handfunkgerät-Antenne ist deshalb wesentlich schlechter als ein richtiger Dipol, welcher meistens auch höher über Boden angeordnet ist.

73, Peter - HB9PJT
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lonee
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Re: Verständnisfrage zu E(I)RP

#10

Beitrag von lonee »

Ein Isotropstrahler kann kaum etwas anderes als ein Monopol sein. Ist ja quasi nur ein virtueller "Punkt" der unter allen Umständen und optimal rundum abstrahlt. (Also fern jeder Realität, solange es auf der Erde nach physikalischen Grundlagen geht).
Im Zusammenhang mit dem Dipol ist diese Formulierung jedoch oft auch irreführend.

Und der These, bei einem Handfunkgerät wäre die Gummiwurst ein "Dipol", würde ich jedenfalls widersprechen wollen.
Zumindest ist das bei keinem meiner Geräte mit Originalantenne der Fall.
Wenn ich die Dinger auf einen VNA stecke, kommt da zumeist irgendwas mit Lambda 1/4 herum heraus. Wenn die Antennen überhaupt vernünftig auf den Frequenzbereich angepasst sind..
Gruß,
André
hb9pjt
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Re: Verständnisfrage zu E(I)RP

#11

Beitrag von hb9pjt »

Nein, ein Monopol ist kein isotroper Strahler. Ein isotroper Strahler gibt es nicht in der Praxis.

Ich habe nicht geschrieben, dass eine Gummiwurst ein Dipol ist. Ich habe geschrieben, dass das Antennensystem am Handfunkgerät eine Dipolantenne ist. Also die Gummiwurst ist die eine Hälfte des Dipols und der Operator die andere Hälfte. Zumindest in Kurzwelle.

Auf UHF hat dann das Funkgerät selbst eine Grösse im Verhältnis zur Wellenlänge, dass das Gerät selbst schon eine Hälfte der Dipolantenne ist.

Mit Deinem VNA kannst Du das einfach feststellen, wenn Du eine 11 m Teleskopantenne auf Deinen VNA steckst und testest. Allerdings darf der VNA kein Anschlusskabel, haben, da dieses sonst zur zweiten Hälfte der Dipolantenne wird. Also muss der VNA batteriebetrieben sein. Dann kannst Du sehen, was der VNA anzeigt, wenn Du ihn auf den Tisch stellst oder wenn Du ihn in die Hand nimmst. Je nach Innereien Deiner 11 m Gummiwurst, zeigt sich dies auch damit, aber vermutlich nicht so ausgeprägt, da die Gummiwurst durch interne Komponenten eine halbe Dummy Load sein kann.

73, Peter - HB9PJT
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Re: Verständnisfrage zu E(I)RP

#12

Beitrag von lonee »

hb9pjt hat geschrieben: So 2. Okt 2022, 15:30 Auf UHF hat dann das Funkgerät selbst eine Grösse im Verhältnis zur Wellenlänge, dass das Gerät selbst schon eine Hälfte der Dipolantenne ist.
.. dann muss ich wohl einige Geräte mit falschen Dimensionen besitzen.
Selbst wenn ich 70cm als höchste Frequenz annehme, sind alle Geräte kleiner als Lambda 1/4, was dann die zweite Hälfte eines Dipols bilden könnte. Selbst wenn ich alle Flächen des Gerätes ausbreiten könnte, wäre das nicht Lambda 1/2.
(Also 2 x Lambda 1/4, bestehend aus Gerät + Antenne)
Zudem kommt noch die kapazitive Kopplung des Gerätes durch den Nutzers hinzu, was man bei einem z.B. Nano-VNA durchaus simulieren kann.
Man glaubt kaum was trockene/feuchte Hände ausmachen und selbst das Schuhwerk wirkt mit ein. Nur kann man diesen Effekt sich zwar zu Nutze machen, jedoch nicht berechnen weil sich die Eckparameter ständig verändern.

Daher kann ich auch belegen, dass die Antennen teilweise in völlig abwegigen Resonanzfrequenzen "herumturnen", insofern eigentlich kaum als Sendeantenne tauglich sind sondern eher als "Energievernichter". Gleiches gilt ebenso für die Qualität der "Kopplung" über die "Daddeln" des Funkers.

Ein kleiner Versuch mit der Leistung eines VNA´s, einem selektiven Feldstärkemessgerät, und 2 x Antenne (eine Originale und mal ein geschnibbeltes Lambda 1/4 Stäbchen) wird einem die Augen öffnen..
Nichtsdestotrotz kommt man nicht an Strahlungsleistung eines z.B. Koax-Lambda 1/2 Strahlers heran, was ja auch logisch ist.

Nichtsdestotrotz weiß ich immer noch nicht, was EIRP mit einem Monopole zu tun hat und auch nicht, warum dabei ein HaFu eine Rolle spielen soll.
Wenn ich mich gerade nicht irre, ist ein Isotop winzig klein, einteilig und nur in diesem Fall eine theoretische Grundlage.

Wie dem auch sei, es wäre schön gewesen, wenn man nachvollziehbare Grundwerte genommen hätte. So ist es wie höhere Mathematik, die so manchem bis zum Lebensende nicht einleuchtet.
Gruß,
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Re: Verständnisfrage zu E(I)RP

#13

Beitrag von Fensterbrettfunker »

lonee hat geschrieben: So 2. Okt 2022, 17:18 und auch nicht, warum dabei ein HaFu eine Rolle spielen soll.
Hatte ich ins Spiel gebracht, weil ich bei der Gelegenheit auch Diese mal antennentechnisch richtig einordnen wollte.
lonee hat geschrieben: So 2. Okt 2022, 17:18 So ist es wie höhere Mathematik
Ja, das ist es dann wohl. Aber, auch diese Erkenntnis hilft mir ja schon weiter.
Wenn also in Zusammenhang mit Gewinnrechnung von einem Viertelwellenstrahler die Rede ist, muss ich vom optimalen Monopol ausgehen und einen Gewinn berücksichtigen, den es in der Praxis so nicht gibt.
Puh, soweit richtig verstanden? :)
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