Antennen - wer nicht fragt bleibt dumm

Mister Unwissend schrieb:
> Hallo,
>
> ich habe eine (wahrscheinlich dumme) Frage:
>
> Strahlt eine Antenne auch Energie ab außerhalb ihrer Resonanzfrequenz?
> Also auch in dem Bereich wo der Reflektionsfaktor in dB = 0 ist?
>
> Danke.

Da wo der Reflexionsfaktor in dB tatsächlich 0 ist wird nichts 
abgestrahlt (zumindest von der Antenne, eine Leitung strahlt allerdings 
auch immer etwas ab), da dort die Antenne komplett fehlangepasst ist.

Danke schon mal für die Antwort.

Wo geht in diesem Falle die Ganze Leistung hin? Wird diese vollständig 
in Wärme umgewandelt?

Kann man die Rückflussdämpfung in dB mit dem Reflektionsfaktor in dB 
gleichsetzen?

Mister Unwissend schrieb:
> Wo geht in diesem Falle die Ganze Leistung hin? Wird diese vollständig
> in Wärme umgewandelt?

Sie wird zurück zur Quelle reflektiert, was manchen Sendeendstufen nicht 
all zu gut behagt ;)

> Kann man die Rückflussdämpfung in dB mit dem Reflektionsfaktor in dB
> gleichsetzen?

Ja - aber nur in diesem Fall, wenn volle Reflexion herrscht:
Reflexionsfaktor = rücklaufende Welle : einlaufende Welle
Rückflussdämpfung = (einlaufende Welle : rücklaufende Welle)² = (1 / 
Reflexionsfaktor)²

=> Wenn der Reflexionsfaktor = 1, dann ist auch die Rückflussdämpfung = 
1

slibowitz schrieb:
> Sie wird zurück zur Quelle reflektiert, was manchen Sendeendstufen nicht
> all zu gut behagt ;)

Das Märchen von der bösen Leistung, die an einer Antenne reflektiert 
wird, und dann aus dem Eingang der Leitung zurück in die Endstufe 
schlüpft und dort Böses bewirkt, hält sich hartnäckig.

Die Realität (im eingeschwungenen Zustand) ist wohl etwas 
differenzierter:

a) Zwischen PA und Leitung ist ein Anpassgerät, das die Fehlanpassung am 
leitungseingang konjugiert komplex kompensiert und transformiert: In 
diesem Falle wird die rücklaufend Welle am Anpassnetzwerk total 
reflektiert und addiert sich (verktoriell) zur vorlaufenden Welle.

b) Ohne Anpassgerät "sieht" die Endstufe am Leitungseingang eine 
komplexe Last und kann - bedingt durch ihre innere Konstruktion - 
weniger Leistung an die Leitung abgeben.

In Falleb) kann es sein, dass durch  Verschiebung des Arbeitspunktes in 
der PA mehr DC-Verlustleistung entsteht, die die PA überlastet. Diese 
Überlastung wird aber nicht durch "zurückschlüpfende Leistung" 
verursacht.

Der Energiefluss auf Leitungen ist hier sehr anschaulich erläutert 
http://cq-cq.eu/DJ5IL_rt002.pdf

Fred

Fred_G schrieb:
> Das Märchen von der bösen Leistung, die...

nanana, mein Lieber.

Sehen wir es doch mal realistisch:

Wenn eine Antenne nicht angepaßt ist, dann ist sie aus Sicht der 
Endstufe entwder eine zu hochohmige oder eine zu niederohmige Last 
und/oder eine Impedanz (L oder C), was irgendwelche abgestimmten 
Schwingkreise in der Endstufe verstimmen kann.

Eine zu niederohmige Last führt eher zur Überlastung der PA.

Eine zu hochohmige Last sollte theoretisch nur dazu führen, daß eben 
weniger HF-Leistung erzeugt wird, weil der Strom, den die PA liefern 
könnte, eben nicht gezogen wird. Die Praxis sieht oft anders aus, weil 
die fehlende Last dazu führen kann, daß die Amplitude in den 
Schwingkreisen der PA ansteigt und bei zu knapp dimensionierten 
Schaltungen dann irgend ein Bauteil die Spannung nicht mehr aushält. Wie 
gesagt: KANN, nicht MUSS.

W.S.

Richtig,

aber es ist niemals reflektierte Leistung, die in die Quelle zurückgeht 
und dort in Wärme umgewandelt wird.

Danke das hilft mir schon mal weiter. Ihr seit super.

Also wenn man den Frequenzgang einer Antenne in einem Diagramm 
darstellen will, dann kann man in diesem die Resonanzfrequenz, die 
Bandbreite und den minimalen Relektionsfaktor (oder Rückflussdämpfung?!) 
ablesen, stimmt das?

Warum wird bei der Bandbreite meist -10dB als Grenze angenommen?

Mister Unwissend schrieb:
> Warum wird bei der Bandbreite meist -10dB als Grenze angenommen?

Reine Hausnummer. Je nach Anforderung sind auch 6dB oder erst 20dB 
"gut". Bei einfachen resonanten Antennen lässt sich halt nur das eine 
gegen das andere handeln - Bandbreite oder Güte. Bei Antennen, die 
mehrere Oktaven oder gar Dekaden überstreichen ist das eigentlich immer 
so das angestrebte Mittel. Wobei da so "einfach resonante" Strahler und 
log-periodische Strahler (breitbandig, da halbwegs frequenzunabhängiger 
Fusspunkt) glaub ich schon noch unterschieden werden müssten. Bessere 
Anpassung erreicht man jedenfalls dann nur noch mit Verlusten. 
Verstärkerausgänge müssen m.E. schon noch deutlich höhere Fehlanpassung 
verkraften.

Die Güte ohne weitere Bezeichnung ist eine mathematische Definition der 
Resonanzspannung zu der 0,7 fachen Resonanzspannung nach Veränderung der 
Resonanzfrequenz f(res). Dies ist vebunden mit dem Begriff der 
Bandbreite B, links und rechts der Resonanzfrequenz. Deshalb auch Q = 
f(res)/B
Q ist dimensionslos.
Man spricht dann von der 3dB Bandbreite. 20log 0,7 = -3dB
Andere Definitionen des Abfalles auf das .......fache der 
Resonanzspannung sind möglich, nur müssen sie bei der Güte angegeben 
werden.
Also 6 dB Güte, 10 dB Güte usw.
Aber Vorsicht: Es handelt sich immer um einen Abfall der Spannung, nicht 
der Leistung!!
Viele Antennenhersteller geben die Bandbreite ihrer Antennen ohne nähere 
Angabe an, ob es sich dann um die 3 dB Bandbreite handelt, bleibt 
dahingestellt.

Nochmal zu meiner Frage:

Also wenn man den Frequenzgang einer Antenne in einem Diagramm
darstellen will, dann kann man in diesem die Resonanzfrequenz, die
Bandbreite ablesen.

Sowas hier: 
http://www.elektroniknet.de/fileadmin/user_upload/wor_pics/3c6589e8b72d875052e53201f748663e_568x528.jpg

Ist das dann der minimale Relektionsfaktor oder die Rückflussdämpfung?!

Mister Unwissend schrieb:
> Sowas hier:
> http://www.elektroniknet.de/fileadmin/user_upload/...
>
> Ist das dann der minimale Relektionsfaktor oder die Rückflussdämpfung?!

Die Diagramme zeigen den Betrag des Streuparameters 
S11(Eingangsreflexionsfaktor), hier dargestellt als ar in 
logarithmischem Maß in dB. Landläufig bezeichnet man den Wert ar als 
Rückflussdämpfung:

ar = -20log r

(ar = Rückflussdämpfung dB; r = Reflexionsfaktor)

Definiert man die Bandbreite einer Antenne über die Abweichung des 
Fußpunktwiderstandes vom Nennwert, ließe sich aus der Reflexionsdämpfung 
auch die Bandbreite ermitteln.

Eine anschauliche Zusammenfassung der Zusammenhänge findest du hier:

http://www.kathrein.de/de/mcs/techn-infos/download/mobilfunk-antennentechnik.pdf

Die Diagramme der Rückflussdämpfung zeigen im Diagramm-Minimum auf die 
gute oder schlechte Anpassung der Antenne auf 50 Ohm hin.
Eine tiefe Einsattelung ergibt eine geringe Bandbreite aber eine gute 
Anpassung an 50 Ohm.

Die "Tiefe der Einsattelung" allein ist kein Maßstab für die Bandbreite 
einer Antenne.

Streng genommen besitzt eine Antenne auch keine Bandbreite, denn 
Resonanz ist keine Voraussetzung, dass eine Antenne strahlt.

Die Bandbreite einer Antenne beschreibt aber im Allgemeinen das 
Frequenzintervall in dem die elektrischen Eigenschaften dieser Antenne 
sich nur um definierte Werte ändern: Zum Beispiel das Frequenzintervall, 
in dem das VSWR kleiner 2 ist.

Danke für eure Ausführungen! Ihr seit eine große Hilfe!

Heißt es dann automatisch dass die Antenne bei einer geringen 
Rückflussdämpfung auch einen hohen Gewinn in diesem Bereich aufweist?

Wie sieht der Gewinn aus wenn die Rückflussdämpfung besonders groß ist 
(nahe 0 dB) ?

Welcher Zusammenhanf besteht da?

Zusammenhang sollte es heißen ;)

Mister Unwissend schrieb:
> Welcher Zusammenhanf besteht da?

Keiner!

Ein guter Abschlusswiderstand hat z.B. eine hohe Rückflussdämpfung, 
strahlt Energie nur in Form von Wärme ab.

Zu deinem Verschreiber "Zusammenhanf": hast du was geraucht?

Nein habe nichts geraucht! :) Warum hast du was? ;)

Aber warum nehme ich dann eine Antenne die in dem Frequenzbereich den 
ich haben will eine besonders kleine Rückflussdämpfung hat?

Nach deiner Begründung kann ich ja auch eine UMTS Antenne für WLAN 
nehmen, wenn ich das richtig verstehe.

Hängt das nicht über den Wirkungsgrad indirekt zusammen?

Antennengewinn = Richtfaktor * Wirkungsgrad

Der Winkungsgrad ist doch definiert als Verhältnis von eingespeister zu 
abgestrahlter Leistung?

Wenn durch eine hohe Rückflussdämpfung ein Großteil der Leistung am 
Fußpunkt der Antenne reflektiert wird hat die Antenne doch einen 
schlechten Wirkungsgrad, ergo einen schlechten Gewinn, oder liege ich da 
jetzt vollkommen daneben?!

Ich scheine irgendwie noch einem Denkfehler zu unterliegen.

Mister Unwissend schrieb:
> Wenn durch eine hohe Rückflussdämpfung ein Großteil der Leistung am
> Fußpunkt der Antenne reflektiert wird hat die Antenne doch einen
> schlechten Wirkungsgrad, ergo einen schlechten Gewinn, oder liege ich da
> jetzt vollkommen daneben?!

Rückflussdämpfung hat nichts mit dem Wirkungsgrad und der Wirkungsgrad 
hat wiederum nicht zwingend etwas mit dem Gewinn zu tun. Das sind 
vollkommen unterschiedliche Dinge.

Der Wirkungsgrad einer Antenne ist das Verhältnis ihres 
Strahlungswiderstandes RS zu der Summe der Verlustwiderstände RV.

Wirkungsgrad = RS / (RS + RV)

Eine Antenne mit gutem Wirkungsgrad kann z.B eine mierable 
Rückflussdämpfung, aufweisen, weil ihre Anschlussimpedanz nicht zu dem 
Wellenwiderstand der Speiseleitung passt. Das Gesamtsystem hat dann zwar 
einen schlechten Wirkungsgrad, aber nicht weil der Wirkungsgrad der 
Antenne schlecht ist, sondern weil keine Anpassung vorliegt.

Der Antennengewinn ist das Verhältnis der in Hauptrichtung abgegebenen 
Strahlungsleistung, verglichen mit einer verlustlosen Bezugsantenne. Als 
Bezugsantenne wird ein hypothetischer Isotropstrahler mit kugelförmig in 
allen Richtungen gleicher Strahlstärke gewählt, der definitionsgemäß 
einen Gewinn von 0dB hat.

Nehmen wir an ich habe eine Antenne, deren Fußpunktimpedanz 50 Ohm 
beträgt. Meine Speiseleitung hat aufgrund von "Fehldimensionierung" 
einen Wellenwiderstand von 60 Ohm.

Die Folgen wären eine Fehlanpassung  --> Leistung wird reflektiert

Diese Leistung steht mir beim Abstrahlen nicht mehr zur Verfügung.

Daraus folgt ich habe weniger Gewinn, bis hin zu negativem Gewinn, also 
Verlust? Ich strahle zwar Leistung ab, aber weniger als die 
Sendeleistung?

Kann man das so sehen?


Hat das auch Auswirkungen auf die Resonanzfrequenz, die minimale 
Rückflussdämpfung und Bandbreite?

Der Antennengewinn hängt von der Konstruktion, dem Frequenzbereich usw 
ab . Parabolantennen im GHz Bereich haben einen definierten Gewinn, der 
in erster Linie vom Durchmesser abhängt. Auch Yagi oder Log. Per. 
Antennen haben einen definierten Gewinn, auf die Arbeitsfrequenz 
bezogen. Bei KW-Antennen ist die Gewinn Aussage nicht so genau 
definierbar, aber ebenfalls durch Drahtlänge Form, Höhe usw. bestimmt.
Bitte google doch mal, oder besorge dir eines der hunderten 
Antennenfachbücher.

Es wäre auch hilfreich, wenn du uns sagen könntest, für welche 
Antennenform und welches Frequenzgebiet du Auskünfte suchst.

Antennengewinn hat mit Fehlanpassung nichts zu tun, dies sind die 
Zuleitungs, oder Transformationsverluste.
Diese Verluste werden auf dem Übertragungsweg zur Antenne,dort 
reflektiert, am Tx wieder eflektiert usw.in Wärme umgesetzt, oder 
strahlen über das Speisekabel Energie ab.
Im KW Bereich werden von Amateurfunkern deshalb Antennentuner 
eingesetzt, welche den 50 Ohm Sende-Ausgang auf die kapazitive oder 
induktive Impedanz, gebildet von Kabel und Antenenne transformiert.
Auch Anpassung von 50 Ohm auf andere reelle Fußpunktwiderstände, wie sie 
bei verschiedenen Antennengebilden auftreten sind dadurch möglich.
Es ist dies die sogenannte Resonanztransformation oder das 
Collinsfilter.

Ich beziehe mich bei meinen Überlegungen auf planare Antennen in allen 
Formen. Dabei kann eine koaxiale Speisung auftreten (z.B. SMA Connector) 
oder die Antenne hängt direkt an einer Streifenleitung.

Den Gewinn kann man doch auch messen? Geht das mit einem 
Netzwerkanalysator? Misst man da nicht auch die übertragene Leistung?

Ich habe doch beispielsweise in einem Gehäuse, zwar ähnliche 
Abstrahlcharakteristik aber der Gewinn reduziert sich doch, weil nicht 
mehr so viel Leistung beim Empfänger ankommt, oder?

Die Gewinn-Messung ist recht aufwändig
http://www.rohde-schwarz.de/file_11408/N198_Netzwerkanalysatoren-Antennenmesssysteme_d.pdf

Der Gewinn wird bei Planarantennen meist vom Hersteller angegeben.
Ein ganz interessanter Artikel:
http://www.dc9zp.homepage.t-online.de/antennen.htm

Ich habe mir natürlich die gängige Literatur einverleibt, aber 
offensichtlich scheine ich es nicht richtig zu verstehen. Deswegen 
brauche ich eure Hilfe.

Also bei der Messung messe ich den S21 Parameter. Das ist eine 
Transmissionsmessung? Als eine Messung der übertragenen Leistung im 
Vergleich zu einer am NWA eingestellten Leistung, meistens 0db?!

Wenn du nicht gleichzeitig das Mitglied "Absoluter Beginner" bist, dann 
lies mal was der so alles fragt. Im Prinzip das gleiche wie du.
Die Messmethode von R&S die ich dir geschickt habe, hast du dir 
anscheinend gar nicht angesehen.
Es ist nicht so einfach mit einem "NWA" (Welches Fabrikat,Type?) im 
Bastelkeller Antennendiagramme aufzunehmen.
Du benötigst eine im Gewinn definierte Sende- Messantenne und einen 
geeigneten HF-Messraum

Hallo Mister Unwissen,
da gab es damals mal einen der hat einen Rothammel geschrieben. Und der 
sagte was von es gibt die Resonanzfrequenz und das Lamda vielfaches ab.
Was damit gemeint ist nunja die Ingenieure wissen es. In der Praxis kann 
man auf einer Antenne auf mehrern Bändern gleichzeitig senden. Wenn man 
mal die alten Messgeräte bei Ebay so für 1 Euro erwirbt und wieder 
fertig macht dann gibt es oft einen Dipper mit Röhre. Der Zeit was wenn 
die Kopplung möglichst lose ist. Die neumodischen Messgeräte mit den 
neuen Bauteile sind meistens zu schwach um irgendwas genau anzuzeigen 
ohne was zu verändern. Sprich schau mal bei Ebay und hol dir einen alten 
Dipper und experimentiere mal rum. Vielleicht weicht ja doch die Theorie 
der Ingenieur von der Praxis ab. Vielleicht sind ja doch die alten 
Messgeräte aus Holz und so noch interessant für junge Studenten und 
bieten mit ein wenig Retro aufmotzen und einem neuen USB Anschluss mit 
Digital Display Wissen und Erfahrung in einem. Gerade beim Tag der 
offenen Türe sind solche Messgeräte interressant im Vergleich mit 
Hochmodernen Teuren Budget Minimierenden Ausgaben.