Hallo,
ich habe ein kleines Verständnisproblem zum Lambda/4 Strahler. Folgenden
Text habe ich aus der Wiki.
Lamda-Viertel-Abschnitt der Wiki:
>Hinsichtlich der Abstrahlcharakteristik und des Gewinns>werden fast die Eigenschaften eines Halbwellendipols erreicht.>Der Viertelwellendipol strahlt also in der oberen Hälfte wie ein >Halbwellendipol
im freien Raum.
>Bei gleichem Speisestrom ist deshalb die abgestrahlte Leistung>gerade halb so groß wie beim Halbwellendipol. Folglich sind auch >Strahlungswiderstand und Impedanz nur halb so groß Rs=36,6 Ohm
Im zweiten Satz heisst es, der Lambda/4 strahlt "oben" genauso wie der
Lambda/2 in den freien Raum.
Im nachfolgenden Satz heisst es weiter, dass nur die Hälfte der Leistung
abgestrahlt wird.
Muss ich diesen Satz nun positiv, oder negativ werten? Ist die
Reichweite nun bei halber Leistungsaufnahme genauso hoch wie diejenige
des Lambda/2-Dipols, oder ist die Reichweite bei gleichem
Leistungsverbrauch nur halb so groß wie diejenige des Lamda/2 Dipols?
mfg
BTM schrieb:> Ist die> Reichweite nun bei halber Leistungsaufnahme genauso hoch wie diejenige> des Lambda/2-Dipols, oder ist die Reichweite bei gleichem> Leistungsverbrauch nur halb so groß wie diejenige des Lamda/2 Dipols?
Nein, du bräuchtest die doppelte Leistung um die selbe Reichweite zu
bekommen. Abstrahlcharakteristik beschreibt das Strahlungsdiagramm, also
in welche Richtung die Antenne wie abstrahlt.
Wenn du nen Halbwellendipol hast ist der Draht ja doppelt so lang, also
eben doppelt so viel Abstrahlmöglichkeit. Beim viertelwellendipol ist
die zweite Hälfte ja meistens die Erde welche theoretisch nicht
abstrahlt...
...und wenn man nun so eine IFA-Antenne (Inverted-F-Antenna) aufbaut?
Dort wird doch das "fehlende Viertel" durch eine Spiegelung an der
GND-Fläche simuliert... Soweit ich es verstanden habe, dient der dabei
aufzubauende Masseschluss dazu, eine Induktivität zu simulieren, um die
Kürze der Antenne auszugleichen und somit Blindstromanteil zu
eliminieren, so dass lediglich Wirkleistung abgestrahlt wird...
Erreicht man mit so einer IFA dann vergleichbare Entfernungen wie mit
dem Lambda-Halbe-Strahler? Es gibt so viele Design-Vorschläge und hoch
angepriesene Aufbauten für diesen Strahler, dass ich mir kaum vorstellen
kann, dassdieser nur halb so gut ist wie der Lambda-Viertel-Strahler,
denn nach meinem dafürhalten ist in den verwendeten Gerätschaften Platz
sowohl für ein 3,1cm, als auch für ein 6,2cmlanges Stückchen
Leiterbahn...
mfg
Hallo,
das mit der halben Leistung stimmt, aber halbe Reichweite ist in der
Praxis Unsinn.
Du wirst mit sehr hoher wahrscheinlichkeit eine genauso große Reichweite
haben.
Die Reichweite hängt im praktischen terrestischen Einsatz viel stärker
von den Sender- und Empfangsstandort ab.
Auch für sehr große Entfernungen sind nur geringe Leistungen notwendig
(Satellitenfunk, Weltraumfunk).
Im Amateurfunkbereich wird auf der Satellitenseite oft nur eine Leistung
von einigen 100 mW an einer Lamda/4 Antenne genutzt.
Selbst kommerzielle TV Satelliten haben nur so um die 60W Sendeleistung.
Warum verwenden dann terrestische TV / Radio Sender viele 100W bis 100
kW (im LW MW KW teilweise sogar deutlich mehr) ?
Nun wir hier auf der Erde haben Berge, Städte, Häuser, wollen mit
kleinen Antennen innerhalb von Gebäuden einen brauchbaren Empfang haben
und der Empfänger muß billig sein.
Nachteilig ist an der Lamda/4 Antenne tatsächlich das ein deutlicher
Teil der Leistung nach oben abgestrahlt wird, sich "oben" aber keine
Stationen befinden die dein Signal nutzen.
(Stimmt so nicht 100 %, im Kurzwellenbereich ist Strahlung nach oben
teilweise erwünscht, damit das Signal dann in der Ionosphäre reflektiert
wird und in großer Entfernung wieder auf die Erde auftrifft).
Insgesamt ist der Unterschied zwischen Theorie und Praxis bei Funk-
(Antennen-) anwendungen sehr groß, da es sehr viele unbekannte und
veränderliche Einflussgrößen im "echten" leben gibt.
Das alles ist ein sehr interessantes aber auch nicht ganz einfaches
Gebiet der Elektronik und Physik.
mfg
Ham
deppl schrieb:> BTM schrieb:>> Ist die>> Reichweite nun bei halber Leistungsaufnahme genauso hoch wie diejenige>> des Lambda/2-Dipols, oder ist die Reichweite bei gleichem>> Leistungsverbrauch nur halb so groß wie diejenige des Lamda/2 Dipols?>> Nein, du bräuchtest die doppelte Leistung um die selbe Reichweite zu> bekommen. Abstrahlcharakteristik beschreibt das Strahlungsdiagramm, also> in welche Richtung die Antenne wie abstrahlt.> Wenn du nen Halbwellendipol hast ist der Draht ja doppelt so lang, also> eben doppelt so viel Abstrahlmöglichkeit. Beim viertelwellendipol ist> die zweite Hälfte ja meistens die Erde welche theoretisch nicht> abstrahlt...
Da möchte ich mal nachhaken, ich habe vermutlich auch ein
Verständnisproblem:
Wie passt die obige Aussage dazu, dass ein Dipol 2,15 dBi Gewinn hat,
aber ein Monopol 5,15 dBi? Demzufolge müsste der Monopol in der Theorie
doch mit gleicher eingespeister Leistung in die Hauptstrahlrichtung eine
größere Reichweite haben (und nicht eine kleinere)?
> Die Reichweite hängt im praktischen terrestischen Einsatz viel stärker> von den Sender- und Empfangsstandort ab.> Auch für sehr große Entfernungen sind nur geringe Leistungen notwendig> (Satellitenfunk, Weltraumfunk).> Im Amateurfunkbereich wird auf der Satellitenseite oft nur eine Leistung> von einigen 100 mW an einer Lamda/4 Antenne genutzt.
Der Vergleich Freiraumdämpfung gegen irgendein andere Zusatzdämpfung
führt zu nix.
> Selbst kommerzielle TV Satelliten haben nur so um die 60W Sendeleistung.> Warum verwenden dann terrestische TV / Radio Sender viele 100W bis 100> kW (im LW MW KW teilweise sogar deutlich mehr) ?> Nun wir hier auf der Erde haben Berge, Städte, Häuser, wollen mit> kleinen Antennen innerhalb von Gebäuden einen brauchbaren Empfang haben> und der Empfänger muß billig sein.
Die Angaben sind i.d.R. ERP, nicht Sendeleistung.
> Nachteilig ist an der Lamda/4 Antenne tatsächlich das ein deutlicher> Teil der Leistung nach oben abgestrahlt wird, sich "oben" aber keine> Stationen befinden die dein Signal nutzen.>> (Stimmt so nicht 100 %, im Kurzwellenbereich ist Strahlung nach oben> teilweise erwünscht, damit das Signal dann in der Ionosphäre reflektiert> wird und in großer Entfernung wieder auf die Erde auftrifft).
Nö, Steilstrahlung ist unnütz, weil sie eben nicht reflektiert wird.
(snelliussches Brechnungsgesetz)
> Insgesamt ist der Unterschied zwischen Theorie und Praxis bei Funk-> (Antennen-) anwendungen sehr groß, da es sehr viele unbekannte und> veränderliche Einflussgrößen im "echten" leben gibt.>> Das alles ist ein sehr interessantes aber auch nicht ganz einfaches> Gebiet der Elektronik und Physik.
Das ist mittlerweile ziemlich gut in Theorie und Praxis ausprobiert, es
gibt genug Funknetzbetrieb, die vorher wissen vollen, was sie treiben.
miko l. schrieb:> Wie passt die obige Aussage dazu, dass ein Dipol 2,15 dBi Gewinn hat,> aber ein Monopol 5,15 dBi? Demzufolge müsste der Monopol in der Theorie> doch mit gleicher eingespeister Leistung in die Hauptstrahlrichtung eine> größere Reichweite haben (und nicht eine kleinere)?
Quelle? Für die Abstrahlung eines elektromagnetischen Feldes brauchst du
beide Pole.
Ham schrieb:> Quelle? Für die Abstrahlung eines elektromagnetischen Feldes brauchst du> beide Pole.
Quelle z.B. Wikipedia (http://en.wikipedia.org/wiki/Monopole_antenna):
"Because it radiates only into the space above the ground plane, or half
the space of a dipole antenna, a monopole antenna will have a gain of
twice (3 dBi over) the gain of a similar dipole antenna, and a radiation
resistance half that of a dipole. Thus a quarter-wave monopole, the most
common type, will have a gain of 5.19 dBi and a radiation resistance of
about 36.8 ohms if it is mounted above a good ground plane."
miko l. schrieb:> Ham schrieb:>> Quelle? Für die Abstrahlung eines elektromagnetischen Feldes brauchst du>> beide Pole.>> Quelle z.B. Wikipedia (http://en.wikipedia.org/wiki/Monopole_antenna):
Mit Monopol (Einpol) hat das nun wirklich nicht viel zu tun. Guck dir
mal die Stromverteilung/Spannungsverteilung auf dem Strahler an. So ein,
im englischen als "Monopole-Antenna" bezeichnetes Gebilde braucht die
Erde als Gegengewicht, an der das Feld gespiegelt wird (Elektrodynamik,
1. Semester).
Ja, das weiß ich. Ich kenne die Antenne aber auch im deutschsprachigen
als Monopol bzw. Lambda/4-Monopol, und diese Antenne hat in der
Literatur überall 3 dB mehr Gewinn als der Lambda/2-Dipol.
Wie passt das aber mit der von BTM zitierten Stelle aus dem deutschen
Wikipedia zusammen (der Übersichtlichkeit wiederhole das Zitat nochmal):
"Der Viertelwellenstrahler ist eine Sonderform des Halbwellendipols.
Hier wird nur ein Zweig des Halbwellendipols als Antennenstab verwendet.
Die Funktion der anderen Hälfte als Gegenpol (Gegengewicht) wird durch
eine elektrisch leitfähige Oberfläche oder durch mehrere abstehende
Stäbe übernommen, an dem sich der Viertelwellenstab elektrisch
„spiegelt“.
...
Hinsichtlich der Abstrahlcharakteristik und des Gewinns werden fast die
Eigenschaften eines Halbwellendipols erreicht. Der Viertelwellendipol
strahlt also in der oberen Hälfte wie ein Halbwellendipol im freien
Raum. Bei gleichem Speisestrom ist deshalb die abgestrahlte Leistung
gerade halb so groß wie beim Halbwellendipol. Folglich sind auch
Strahlungswiderstand und Impedanz nur halb so groß: Rs=36,6 Ohm"
Wieso ist jetzt hier die abgestrahlte Leistung nur halb so groß und
nicht doppelt so groß (Monopol 3dB mehr Gain)?
miko l. schrieb:> Wieso ist jetzt hier die abgestrahlte Leistung nur halb so groß und> nicht doppelt so groß (Monopol 3dB mehr Gain)?
Die eingespeiste Leistung wird nicht in den gesamten Raum sondern nur in
den oberen Halbraum abgestrahlt. Von dem spiegelsymmetrischen Diagramm
des Halbwellendipols wird eine Hälfte "nicht versorgt". Dadurch geht bei
gleicher Speiseleistung die doppelte Leistung in die obere Hälfte,
wodurch die dort erzeugten Strahlungsleistungsdichten doppelt so hoch
sind.
Kurz: Die 3 dB zusätzlicher Gewinn kommen daher, dass mit der gegebenen
Leistung nur das halbe Volumen versorgt wird.
Eine reale Monopolantenne hat keine unendlich leitfähige und unendlich
ausgedehnte Groundplane. Dadurch ist ihr Gewinn kleiner als der Gewinn
dieses idealisierten Modells.
Da die Leistungsdichte quadratisch mit der Entfernung abnimmt, würde man
mit 3 dB mehr Gewinn die sqrt(2)-fache Reichweite erhalten.
miko l. schrieb:> Wieso ist jetzt hier die abgestrahlte Leistung nur halb so groß und> nicht doppelt so groß (Monopol 3dB mehr Gain)?
Ergänzung, weil ich glaube, dass du dich an der "halben Leistung"
aufhängst: Bei gleichem Speisestrom erzeugt der Monopol im oberen
Halbraum das gleiche Feld, wie der Dipol. Er nimmt an seinen Klemmen
dafür aber nur die halbe Leistung auf.
Es ist nun egal, ob du mit gleicher Leistung die doppelte
Strahlungsleistungsdichte erzeugst oder ob du für die gleiche
Strahlungsleistungsdichte nur die halbe Leistung brauchst. Beides
bedeutet doppelter Gewinn.
Danke für eure Erklärungsmühen, ich habe anscheinend ein richtig dickes
Brett vor dem Kopf - ich sehe immer noch nicht, wie sich die beiden
Aussagen decken.
Sagen wir, ich habe einen Sender mit 0 dBm Ausgangsleistung, Z = 50 Ohm.
Daran klemme ich nun zum einen einen perfekt impdanzangepassten Dipol
und zum anderen einen perfekt impedanzangepassten Monopol (Anpassung mit
Induktivitäten und Kapazitäten, damit im Anpassnetzwerk keine Verluste
auftreten). 0 dBm an 50 Ohm (Impedanzanpassung) ergibt in beiden Fällen
ca. 4,5 mA. Was ist meine abgestrahlte Leistung in Hauptstrahlrichtung?
Meine Sichtweise:
Dipol: 2,15 dBm
Monopol: 5,15 dBm
-> Monopol hat doppelte abgestrahlte Leistung des Dipols
Wikipedia schreibt (zumindest in dem von BTM zitierten Teil):
"Der Viertelwellendipol strahlt also in der oberen Hälfte wie ein
Halbwellendipol im freien Raum. Bei gleichem Speisestrom ist deshalb die
abgestrahlte Leistung gerade halb so groß wie beim Halbwellendipol.
Folglich sind auch Strahlungswiderstand und Impedanz nur halb so groß:
Rs=36,6 Ohm"
-> Hier steht: "..ist die abgestrahlte Leistung (des
Viertelwellendipols/Monopols) gerade halb so groß wie beim
Halbwellendipol..."
Das passt doch nicht mit "meinem Sender" oben zusammen.
Hat mein Hänger evtl mit der Anpassung zu tun?
miko l. schrieb:> Sagen wir, ich habe einen Sender mit 0 dBm Ausgangsleistung, Z = 50 Ohm.> Daran klemme ich nun zum einen einen perfekt impdanzangepassten Dipol> und zum anderen einen perfekt impedanzangepassten Monopol (Anpassung mit> Induktivitäten und Kapazitäten, damit im Anpassnetzwerk keine Verluste> auftreten). 0 dBm an 50 Ohm (Impedanzanpassung) ergibt in beiden Fällen> ca. 4,5 mA. Was ist meine abgestrahlte Leistung in Hauptstrahlrichtung?
Hauptstrahlrichtung ist irrelevant, es geht hier um die gesamte
abgestrahlte Leistung. Der 2. wichtige Punkt ist der, dass der Monopol
im oberen Halbraum das gleiche Feld erzeugt, wie ein Dipol, *wenn der
Klemmenstrom gleich ist*.
In deinem Beispiel wird in beiden Fällen 0 dBm abgestrahlt. Die erzeugte
Strahlungsleistungsdichte ist bei Monopol aber doppelt so hoch, weil er
diese Leistung nur "in das halbe Volumen" strahlt (gleichsam besser
bündelt).
Der Strom, den du oben ausrechnest, ist in beiden Fällen gleich, weil du
das gleiche Impedanzniveau hast. Du berechnest den Strom am Eingang
deines gedachten Anpassnetzwerkes, nicht im Strahlerfußpunkt. Im
Strahlerfußpunkt sind die Ströme aber verschieden. Sie verhalten sich
umgekehrt, wie die Wurzel aus dem Verhältnis der Strahlungswiderstände.
Wenn beide 1 mW abstrahlen, dann ist der Strom beim Monopol mit 36,6 Ohm
sqrt(2)-mal so groß wie beim Dipol mit seinen 73,2 Ohm. Folglich erzeugt
der Monopol doppelte Strahlungsleistungsdichten. Die sind nämlich
proportional zum Quadrat des Strahlerstroms.
Wie du zu der Aussage "Monopol hat doppelte abgestrahlte Leistung des
Dipols" kommst, wenn du doch annimmst, du speist in beide 1 mW ein, weiß
ich nicht. Der Monopol strahlt bei gleicher Speiseleistung nicht die
doppelte Leistung ab sondern er erzeugt die doppelte
Strahlungsleistungsdichte, wie ein Dipol.
Noch ein Versuch, dich auf's Gleis zu setzen:
miko l. schrieb:> Meine Sichtweise:> Dipol: 2,15 dBm> Monopol: 5,15 dBm> -> Monopol hat doppelte abgestrahlte Leistung des Dipols
Diese Folgerung ist falsch. Wenn beide mit der gleichen Leistung
gespeist werden, bedeutet doppelter Gewinn nicht, dass doppelte Leistung
abgestrahlt wird, sondern dass die doppelte Strahlungsleistungsdichte
(bei gleicher abgestrahlter Leistung) erzeugt wird.
> -> Hier steht: "..ist die abgestrahlte Leistung (des> Viertelwellendipols/Monopols) gerade halb so groß wie beim> Halbwellendipol..."
Diese Aussage ist richtig, wenn beide Antennen mit dem gleichen Strom
gespeist werden. Dann erzeugt der Monopol in einem Halbraum die gleiche
Strahlungsleistungsdichte wie ein Dipol, nimmt dabei aber nur die halbe
Leistung auf, strahlt also auch nur die halbe Leistung ab.
Zusammenfassung: Wenn beide Antennen die gleiche Leistung abstrahlen,
sind die Strahlerströme nicht gleich. Der Monopol erzeugt dann die
doppelte Leistungsdichte im oberen Halbraum. Wenn die Strahlerströme
gleich sind, erzeugen beide die gleiche Leistungsdichte im oberen
Halbraum. Dazu benötigt der Monopol aber nur die halbe Leistung
verglichen mit dem Dipol.
Allmählich lösen sich die Fragezeichen, nochmal vielen Dank @Plasmon!
Ich habe meinen Denkfehler wohl vor allem hier gemacht:
Plasmon schrieb:> Der Strom, den du oben ausrechnest, ist in beiden Fällen gleich, weil du> das gleiche Impedanzniveau hast. Du berechnest den Strom am Eingang> deines gedachten Anpassnetzwerkes, nicht im Strahlerfußpunkt. Im> Strahlerfußpunkt sind die Ströme aber verschieden.
Damit wird mir dann jetzt auch das hier klar:
Plasmon schrieb:> Hauptstrahlrichtung ist irrelevant, es geht hier um die gesamte> abgestrahlte Leistung. Der 2. wichtige Punkt ist der, dass der Monopol> im oberen Halbraum das gleiche Feld erzeugt, wie ein Dipol, *wenn der> Klemmenstrom gleich ist*.
Der Dipol hat den doppelten Fußpunktwiderstand, damit ist bei gleichem
Speisestrom die Leistung doppelt so hoch wie beim Monopol. Die
abgestrahlte Leistung beim Dipol teilt sich auf "zwei Halbkugeln" auf ->
im oberen Halbraum ist die gesamte abgestrahlte Leistung somit gleich
zum Monopol.
Plasmon schrieb:> Wie du zu der Aussage "Monopol hat doppelte abgestrahlte Leistung des> Dipols" kommst, wenn du doch annimmst, du speist in beide 1 mW ein, weiß> ich nicht. Der Monopol strahlt bei gleicher Speiseleistung nicht die> doppelte Leistung ab sondern er erzeugt die doppelte> Strahlungsleistungsdichte, wie ein Dipol.
Das war mir schon klar. Aber blöderweise habe ich nicht korrekt das
formuliert was ich meinte, Entschuldigung dafür. "Doppelte abgestrahlte
Leistung" ist natürlich Blödsinn. Der Gewinn einer Antenne gibt ja
letztendlich die Bündelung in eine bestimmte Richtung an. Was ich sagen
wollte: Wenn ich mich in Hauptstrahlrichtung vom mit identischen
Leistungen gespeisten Monopol bzw. Dipol wegbewege und dabei an
beliebigen Punkten jeweils die empfangene Leistung messe, messe ich bei
gleichem Abstand beim Monopol die doppelte Leistung.
Oder mein Satz nochmal komplettiert: "Der Monopol hat IN DER
HAUPTSTRAHLRICHTUNG die doppelte abgestrahlte Leistung des Dipols, WENN
BEIDE MIT DER GLEICHEN LEISTUNG GESPEIST WERDEN."
Kann man den Satz so stehen lassen? Auch wenn man vielleicht eher von
"doppelter Strahlungsleistungsdichte" spricht als von "doppelter
abgestrahlter Leistung in Hauptstrahlrichtung".
Nochmals vielen Dank und noch einen schönen Sonntag :)
miko l. schrieb:> Oder mein Satz nochmal komplettiert: "Der Monopol hat IN DER> HAUPTSTRAHLRICHTUNG die doppelte abgestrahlte Leistung des Dipols, WENN> BEIDE MIT DER GLEICHEN LEISTUNG GESPEIST WERDEN.">> Kann man den Satz so stehen lassen? Auch wenn man vielleicht eher von> "doppelter Strahlungsleistungsdichte" spricht als von "doppelter> abgestrahlter Leistung in Hauptstrahlrichtung".
1. Strahlungsleistungsdichte ist richtig. Eine Leistung wird daraus erst
wieder, wenn sie mit einer Antennenwirkfläche empfangen wird. Wenn du
also bei Leistung bleiben willst, musst du korrekt von "doppelter
Empfangsleistung" sprechen.
2. Das gilt nicht nur für die Hauptstrahlrichtung sondern für alle
Richtungen der oberen Halbkugel. Die Strahlungsleistungsdichte ist in
allen Richtungen doppelt so hoch.
Plasmon schrieb:> 2. Das gilt nicht nur für die Hauptstrahlrichtung sondern für alle> Richtungen der oberen Halbkugel. Die Strahlungsleistungsdichte ist in> allen Richtungen doppelt so hoch.
Natürlich, danke - da habe ich oben wieder getippt ohne nachzudenken.
auch von mir ein Danke für die vielen Erklärungen.
Nun geht es ja dann an die praktische Umsetzung.
Woran erkenne ich an einem Funkmodul, ob der Antennenausgang eines
Funkmoduls eine Stromspeisung oder eher eine Spannungsspeisung (gibts
das?) erwartet?
Soweit ich weiss, wird das Funkmodul BTM-222 in "Stromspeisung" mit
Lamda/4 Antenne betrieben. Warum und woher weiss ich aber, dass das
Modul nicht eine Spannungsspeisung erzeugt, was dann wohl einen Lambda/2
Aufbau begünstigen würde?
mfg
BTM schrieb:> Soweit ich weiss, wird das Funkmodul BTM-222 in "Stromspeisung" mit> Lamda/4 Antenne betrieben. Warum und woher weiss ich aber, dass das> Modul nicht eine Spannungsspeisung erzeugt, was dann wohl einen Lambda/2> Aufbau begünstigen würde?
Was meinst du mit "Stromspeisung" und "Spannungsspeisung"? Der Quelle
ist es ziemlich egal, welche Art von Antenne angeschlossen wird. Bei der
Zusammenschaltung von Quelle und Last sind die wichtigen Fragen eher:
- Impedanzanpassung (bestmögliche Wirkleistungsabgabe)
- symmetrisch oder unsymmetrisch (wird ggf. ein Balun benötigt?)
Vielleicht hast du im Hinterkopf, dass man eine Quelle entweder als
Stromquelle mit Parallelwiderstand oder als Spannungsquelle mit
Serienwiderstand darstellen kann. Das ist aber netzwerktheoretisch
völlig äquivalent, d.h. von den Klemmen her nicht unterscheidbar, und
tut hier auch wenig zur Sache.
