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Forum: HF, Funk und Felder Spannung an der Antenne


Autor: Blitzenblitz (Gast)
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Hallo,
mal angenommen, ich habe einen resonanten Lambda/4 Strahler mit 
vergrabenener Groundplane und speise unten mit so und soviel Watt ein.

Wie hoch ist dann die Spannung an der Spitze?
Besteht die Gefahr von Sprühentladung an der Spitze?
Wenn ja, was dagegen tun?

Autor: gast (Gast)
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frag doch mal einen prof. nach der lösung von der aufgabe!

Autor: Blitzenblitz (Gast)
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>frag doch mal einen prof. nach der lösung von der aufgabe!

Es ist keine Hausaufgabe sondern nur eine theoretische Aufgabe die ich 
mir selbst gestellt habe. Habe auf einem Spaziergang auf einem Haus eine 
geschätzte 5 Meter lange CB-Antenne mit ich glaube 12 Radials gesehen. 
Habe mich gefragt, ob die bei 1500W und mehr oben an der Spitze schon 
sprühen würde?

Die Antenne hat oben an der Spitze zwei Ringe, so geschätzt 20cm 
Durchmesser, habe leider kein Bild. Wahrscheinlich ist das so eine 
Anti-sprüh-Protection?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Blitzenblitz schrieb:

> Habe mich gefragt, ob die bei 1500W und mehr oben an der Spitze schon
> sprühen würde?

CB mit 1,5 kW? :-)

Bei solchen Leistungen können natürlich schon hohe Spannungen
entstehen, allerdings ist die Feldstärke an der Spitze einer
Vertikalantenne nicht sehr hoch, da die Gegenelektrode vergleichs-
weise weit weg ist.

> Die Antenne hat oben an der Spitze zwei Ringe, so geschätzt 20cm
> Durchmesser, habe leider kein Bild. Wahrscheinlich ist das so eine
> Anti-sprüh-Protection?

Dann aber als Geisterbeschwörung, oder vielleicht als Blitzableiter...
;-)  Einen Ring an der Spitze der Antenne würde ich eher als
Dachkapazität einordnen, wobei sich die Frage stellt, warum
jemand bei einer elektrisch langen Antenne (5 m bei 27 MHz ist ja
schon lambda/2) noch eine solche benötigen würde.  Anders sieht das
natürlich aus, wenn die Antenne bspw. für den Amateurfunk auf 40 m
benutzt wird.  Da wäre die Antenne mit 5 m schon deutlich kürzer als
lambda/4, sodass eine Dachkapazität sinnvoll sein kann.

Wenn die Frequenzen tiefer werden (und damit das Missverhältnis der
Antennenabmessungen zur Wellenlänge größer), werden auch die
Dachkapazitäten imposanter:

http://www.grimeton.org/TY/HTML_ty/heritage.html

Die Drähte dieser ,,Hochspannungsleitung'' sind dabei die Dach-
kapazität der Antenne; die eigentlichen Strahler werden von einigen
senkrechten Drähten (mit Verlängerungsspule am Fuß) gebildet. ;-)

Autor: Blitzenblitz (Gast)
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Habe dieses Bild gefunden, das kommt der Antenne die ich auf meinem 
Spaziergang gesehen habe schon sehr nahe. Die Spitze sieht auf dem Bild 
allerdings etwas anders aus. Vieleicht habe ich diese Konstruktion mit 
den beiden 20cm großen Ringen an der Spitze ja auch irgendwo anders 
gesehen, und habe das in meiner Erinnerung nur vertauscht?

Autor: Blitzenblitz (Gast)
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Wir haben uns etwas von der Ursprungsfrage entfernt.

Ich versuche das jetzt mal neu zu formulieren:

Wie hoch ist die Spannung an der Spitze einer 1/4 Lambda Antenne oder 
einer 5/8 Lambda Antenne bei einer Speiseleistung von soundsoviel Watt?

Den Strom im Fußpunkt ist (wahrscheinlich) leicht zu berechnen:

I = SQR(P/R) wobei ich mal vermute das R = 50 Ohm sei

das im Umkehrschluss gilt:

U = SQR(P*R) glaube ich nicht so ganz...

Autor: Ben (Gast)
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bei so großen antennen sind körbe dran um die feldstärke zu senken.

für eine sprühentladung braucht man auch schon recht viel spannung, hier 
um die ecke haben wir ein 380KV umspannwerk und da kann man die 
entladungen an den koronaringen der 380KV anlage abends recht gut sehen. 
an den 220 und 110 KV leitungen sieht man die nicht.

Autor: oszi40 (Gast)
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1.Gegenfrage: Warum hat ein Blitzableiter eine Spitze ?

2.Bilder Verteilung der Spannung an der Antenne
http://de.wikipedia.org/wiki/Antennentechnik

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ben schrieb:
> für eine sprühentladung braucht man auch schon recht viel spannung,

Wenn die Elektrode dünn ist, reichen dafür bereits wenige kV.

Autor: Ben (Gast)
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bei 1500 watt hab ich aber noch nicht mehrere KV auf der antenne.

beim blitzableiter soll die feldstärke ja meiner meinung nach hoch sein, 
damit der blitz eben da rein geht und nicht irgendwo anders.

Autor: Blitzenblitz (Gast)
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@ oszi40 (Gast)

Das Bild in Wikipedia zeigt wohl qualitativ die Strom- und 
Spannungsverteilung auf einer Antenne.
Quantitativ wird keine Aussage gemacht.

Autor: Blitzenblitz (Gast)
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@Benedikt K. (benedikt) (Moderator)

du schreibst:

>Wenn die Elektrode dünn ist, reichen dafür bereits wenige kV.

Und wenn die Frequenz hoch ist, geht es vieleicht sogar mit noch weniger 
Spannung.

Autor: Ben (Gast)
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> Und wenn die Frequenz hoch ist, geht es vieleicht
> sogar mit noch weniger Spannung.
mit weniger spannung als bei DC auf jeden fall, gibt dann auch schöne 
HF-flammen. aber das sind immer noch KVs, sonst würde nicht jeder der 
sowas mal erleben will eine teslaspule oder einen zeilentrafo nehmen.

Autor: oszi40 (Gast)
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>Wie hoch ist dann die Spannung an der Spitze?
Es ist auch ein Frage der Anpassung der Antenne wo der Bauch ist.

Autor: Hewlett (Gast)
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Bei jeder Ground Plane oder Dipolantenne, auch wenn sie nicht angepasst 
ist, befindet sich am Ende IMMER ein Spannungsmaximum, denn wo kein 
Draht mehr ist, da kann auch kein Strom mehr fliessen, er ist deshalb am 
Drahtende IMMER null.

Anpassung bedeutet nur, dass der Sender seine maximale Leistung an die 
Antenne abgibt, ohne sich selbst abzuregeln. Hat das Antennensystem 
nicht exakt 50 Ohm , dann benötigt man zur Anpassung immer zusätzlich 
ein L C Netzwerk.

Praxiswert für die Spannung am Ende eines Lambda viertel Strahlers bei 
27 MHz ohne Anpassnetzwerk bei 100 Watt Anspeisung etwa 500 V eff.

Sogenannte Radials am Ende der Antenne dienen immer dazu, die Antenne 
"kapazitiver" zu machen, der Wirkungsgrad und die Bandbreite werden 
dadurch größer. Sie sind kein Spannungs-Sprühschutz.

Autor: Gast (Gast)
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Ringe oder eine Kugel an der Spitze einer Vertikalantenne sollen 
tatsächlich die Feldstärke senken - allerdings vorrangig im 
Empfangsfall: eine spitz ausgeformte Antenne zieht deutlich mehr 
"Mikroentladungen" auf sich als eine Antenne mit kugelförmiger Spitze. 
Die Kugel an der Antennenspitze sorgt also für weniger Prasselstörungen 
im Empfänger. Deshalb findet (fand) man auch auf der Spitze jeder 
Gemeinschaftsantennenanlage für LMK-Rundfunkempfang eine kleine Kugel.

Autor: HFProfi (Gast)
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>Hat das Antennensystem nicht exakt 50 Ohm

Das muss nicht  EXAKT 50 Ohm sein. In der Praxis gibt man sich mit einem
ReturnLoss vom ~10dB zufrieden.

Autor: Wellensalat (Gast)
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> eine kleine Kugel

...und die Kapazität einer Kugel ist ihrem Radius proportional: C~r

Autor: Peter Z. (Gast)
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Hewlett schrieb:

> Praxiswert für die Spannung am Ende eines Lambda viertel Strahlers bei
> 27 MHz ohne Anpassnetzwerk bei 100 Watt Anspeisung etwa 500 V eff.
>

Ich will das jetzt keinesfalls anzweifeln, aber
die Formel
U = SQR(P*R)
liefert aber nur 70V, keine 500V.
Wo kommt der Faktor 7 zwischen 70V und 500V her?
Ist das eventuel (Strahlungswiderstand Luft/Strahlungswiderstand 
Antenne)?
Strahlungswiderstand Luft = SQR(µ0 / 0)

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Peter Zz schrieb:

> Ich will das jetzt keinesfalls anzweifeln, aber
> die Formel

> liefert aber nur 70V, keine 500V.

Das offene Ende der Antenne ist nicht niederohmig, da hast du keine
50 Ω.  Deine 70 V kommen am Einspeisepunkt hin.  Das offene Ende
ist hochohmig, und die Antenne wirkt wie ein (Aufwärts-)Transformator.
Allerdings hätte ich bei den 500 V auch leicht meine Zweifel, ich
würde im KW-Bereich von etwa 600...1000 Ω für das offene Ende ausgehen,
das entspricht so ungefähr 250...300 V bei 100 W.

Autor: Blitzenblitz (Gast)
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@ Jörg Wunsch (dl8dtl)
>Das offene Ende der Antenne ist nicht niederohmig, da hast du keine
>50 Ω.  Deine 70 V kommen am Einspeisepunkt hin.  Das offene Ende
>ist hochohmig, und die Antenne wirkt wie ein (Aufwärts-)Transformator.
>Allerdings hätte ich bei den 500 V auch leicht meine Zweifel, ich
>würde im KW-Bereich von etwa 600...1000 Ω für das offene Ende ausgehen,
>das entspricht so ungefähr 250...300 V bei 100 W.

Besten Dank, klingt alles ganz nett und könnte stimmmen.

Aber jetzt mal Butter bei die Fische, wo sind exakte Zahlen, Fakten 
Fakten Fakten?

Gibt es da ein Schlaubuch aus dem Schlaubuchverlag wo solches Wissen 
zitierfähig aufbereitet ist?

Autor: Ben (Gast)
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schnapp dir ein CB funkgerät, einen 300W nachbrenner, eine genehmigung 
für den feldversuch von der RegTP (ein faradayscher käfig tuts evtl. 
auch) und dann kannst du es mit einem alten drehspulinstrument 
vielleicht messen. ein multimeter kannste wegen der HF vergessen, das 
zeigt nur müll an und fängt schlimmstenfalls sogar an zu dampfen.

Autor: Blitzenblitz (Gast)
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@Ben,

netter Vorschlag, aber ein paar Watt dürften reichen. Wenn man erst mal 
den grundsätzlichen Zusammenhang gefunden hat, kann man das später zu 
hohen Leistungen extrapolieren.

Autor: Testballon (Gast)
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Hallo Ben.

> bei 1500 watt hab ich aber noch nicht mehrere KV auf der antenne.

Das hängt von Deiner Antenne ab. Eine Antenne ist ein Schwinkreis, der 
durch den Strahlungswiderstand und seine Verlustwiderstände bedämpft 
wird.

Hast Du eine viel zu kurze Antenne, die Du mit einer externen L oder C 
Beschaltung auf Resonanz zwingst, und die aufgrund ihrer schlechten 
Abstrahlung durch die Abstrahlung nicht stark bedämpft wird, bleiben nur 
die Verlustwiderstände. Die Verlustwiderstände hälst Du aber möglichst 
klein, weil Du wilst die mühsam erzeugte Sendeleistung ja abstrahlen und 
nicht verwärmen. Das fürt zu einer Antenne, die als Schwingkreis mit 
beachtlich hoher Güte anzusehen ist. Im Schwinkreis tritt nun eine 
Spannungsüberhöhung oder Stromüberhöhung im Resonanzfalle (und den 
soltest Du haben, sonst geht gar nix) auf.

Bei 100W kommst Du so schnell auf ein paar kV. Allerdings nicht bei 
einer GP. Da schätze ich eher auf etwas um 70-200V, je nach Aufbau. Das 
Erdsystem geht ja stark mit ein.

Wenn Du aber auf 137kHz 10W an nur 20m draht betreibst, schlägt es Dir 
locker über 2-3cm über. Einmal gezündet kannst Du dann den Lichtbogen 
auf 15cm aufziehen. :-)

> und dann kannst du es mit einem alten drehspulinstrument
> vielleicht messen. ein multimeter kannste wegen der HF vergessen, das
> zeigt nur müll an und fängt schlimmstenfalls sogar an zu dampfen.

Nicht nur das Multimeter zeigt Müll an, auch das Drehspulinstrument. Es 
ist zwar möglich, Drehspulinstrumente zu bauen, die bis ein paar 100kHz 
gehen (Ich hab mal was von H&B gesehne, das war bis 200kHz angegeben, 
bei immerhin 1,5%), aber CB Funk ist 27MHz. Dazwischen liegen Welten.
Was aber dort gehen könnte, wäre ein Hitzdrahtinstrument, oder eine 
Gleichrichtung und dann DC messen. Das ganze müsste er aber mit einer 
Kalibriertabelle versehen, um einigermassen genau zu sein. Um die DC zu 
messen, sollte er aber auch ein gutes Multimeter haben. Mein 
Metex-Schrott
(M-4650) spinnt z.B. bei Anwesenheit von HF. Aber das alte RFT DM-2000 
läst sowas kalt.

73! Und lass Dich nicht Nerven. ;-)

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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ich bin von einer gut abgestimmten antenne ausgegangen, die auch real 
zum senden geeignet ist. daß ich mit ein paar watt leistung unter dafür 
geschaffenen umständen einige kV erreichen kann steht ja außer frage.

> Wenn Du aber auf 137kHz 10W an nur 20m draht betreibst, schlägt es Dir
> locker über 2-3cm über.
das müßte ich doch glatt mal ausprobieren, allerdings muß man bei 137kHz 
und 20m draht erstmal 10W schaffen! allein dafür brauch ich ja schon 
sehr hohe eingangsspannung, mit einem 12Vss sinus wird das nichts.

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