Forum: HF, Funk und Felder Abstrahlverhalten von Antennen


von Frank B. (wessnet)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hallo an alle

Ich wollte mal fragen ob ich mir das Abstrahlverhalten von Antennen, 
eines Magnetrons einer Mikowelle, eher wie die erste Zeichnung oder wie 
die 2. Zeichnung vorstellen muss.


Frank

von John (Gast)


Lesenswert?

Ein Magnetron ist keine Antenne.

Das "Abstrahlverhalten" der Antennen wird in der Antennenlitaratur schön 
dargestellt.

Ich würde für den Anfang mal auf einer Suchmaschine die Bildersuche 
verwenden und die Suchbegriffe "antenne" und "richtdiagramm" eingeben.

viel ERfolg

von Hp M. (nachtmix)


Lesenswert?

Frank B. schrieb:
> eher wie die erste Zeichnung oder wie
> die 2. Zeichnung

Weder noch.
Die Abstrahlcharakteristik der Antenne des Magnetrons (das ist das 
Metallhütchen samt isolierendem Unterbau) ähnelt eher dem einer 
λ/8-Stabantenne.
Sie umgibt sich also mit konzentrisch verlaufenden Magnetfeldlinien, die 
am Fuß am stärksten und an der Spitze 0 sind, während das elektrische 
Feld parallel zur Antenne verläuft und am Fuß sehr gering ist und an der 
Spitze maximal.
Das ist also ein Rundstrahler, wie andere zu kurze Stabantennen auch.

Da das Magnetron nun an der Breitseite eines Hohlleiters angeflanscht 
ist, der etwas breiter als λ/2 und etwas höher als λ/4 ist, ragt die 
Antenne etwa bis zur halben Höhe in den Hohlleiter hinein.
Die Strahlung des Magetrons wird dann von den elektrisch gut leitenden 
(Metall) Wänden des Hohlleiters reflektiert, und da dieser im Abstand 
von λ/4 von der Antenne durch eine Metallplatte verschlossen ist, wird 
sie auch dort reflektiert.
Auf diese Weise kann sich die Welle im Hohlleiter nur noch in einer 
Richtung -zur Last hin- ausbreiten.
Es ergibt sich dabei ein etwas komplexes Bild der E- und H-Feldlinien 
das man aber ganz gut berechnen kann. 
https://de.wikipedia.org/wiki/Hohlleiter


P.S.:

John schrieb:
> Ein Magnetron ist keine Antenne.

Das hat der TE ja auch nicht behauptet

: Bearbeitet durch User
von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Hp M. schrieb:
> Die Abstrahlcharakteristik der Antenne des Magnetrons (das ist das
> Metallhütchen samt isolierendem Unterbau) ähnelt eher dem einer
> λ/8-Stabantenne.

Ein Freund, der mal eine Mikrowelle auseinander genommen hat, erzählte
mir, dass da am Ende des Hohlleiters vorsätzlich eine Deformation
angebracht worden ist, offenbar um die Abstrahlung noch zusätzlich
zu „diversifizieren“.

von Hp M. (nachtmix)


Lesenswert?

Jörg W. schrieb:
> dass da am Ende des Hohlleiters vorsätzlich eine Deformation
> angebracht worden ist,

Ein Magnetron benötigt eine gewisse nach Betrag und Phase im Datenblatt 
genannte Festreflexion zum ordnungsgemäßen Betrieb, aber meist erledigen 
die Hersteller das durch passende Dimensionierung des Hohlleiters.
Evtl. hat man da etwas nachgebessert.

Bei einem einzigen Gerät habe ich auch Oberwellenfilter im Hohlleiter 
gefunden. Das waren zwei unterschiedliche, in einigem Abstand 
voneinander in der Mitte der Breitseite aufgenietete, Zylinder aus 
massivem Aluminiume  etwa von der Größe eines Fingerhuts.

von Frank B. (wessnet)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hallo und danke für die Antworten

Ich stelle mir dann eher wie meine neue Zeichnung A vor. Dann wär’s ja 
leicht diese zu Fokussieren wie in b.  Hintergrund des ganzen ist ein 
bericht über Energieübertragung per Mikrowelle im Fernsehen. Für mich 
geht es Primer um eine Drohne die ich mit Energie versorgen will.   Ich 
habe auch an Laser gedacht aber das ist auch nicht das gelbe vom Ei. 
Ich glaube zwar nicht das dies sie Zukunft der Energie übertrag wird 
aber ich muss ja nur 200- 1000m überbrücken und nur 100-200 Watt 
übertragen.

frank

: Bearbeitet durch User
von Hp M. (nachtmix)


Lesenswert?

So gehts überhaupt nicht, - und das ist gut so!

von peter (Gast)


Lesenswert?

Frank B. schrieb:
> Ich stelle mir dann eher wie meine neue Zeichnung A vor.

Schön aber falsch. Hast du dir jetzt mal ein Richtdiagramm einer Antenne 
angeschaut?

Frank B. schrieb:
> Für mich
> geht es Primer um eine Drohne die ich mit Energie versorgen will.   Ich
> habe auch an Laser gedacht aber das ist auch nicht das gelbe vom Ei.
> Ich glaube zwar nicht das dies sie Zukunft der Energie übertrag wird
> aber ich muss ja nur 200- 1000m überbrücken und nur 100-200 Watt
> übertragen.

Da bist du nicht der Einzige der sowas gerne machen würde. Leider ist es 
nunmal so dass alleine die (Google Stichwort) Freiraumdämpfung erheblich 
ist. Jetzt hast du ohnehin schon das Problem, dass die meiste Energie 
während der Übertragung Absorbiert wird. Nicht in deinem Empfänger (wo 
sie hin soll) sondern an den Wassermolekülen in der Luft. Die werden 
also schön warm, dein Empfänger bekommt von der Energie kaum was ab. 
Jetzt nimmst du auch noch eine Mikrowelle. Deren Frequenz ist genau so 
gewählt, dass möglichst viel der Energie in die Wassermoleküle abgegeben 
wird. So funktioniert nämlich eine Mikrowelle. Wenn du also die Wahl im 
Frequenzbereich hättest, dann ist die mit Abstand schlechteste Wahl den 
Frequenzbereich der Mikrowelle zu nutzen.

Die Freiraumdämpfung liegt bei 1000m und 2,4GHz bei ca. 100,5dB 
(http://df1iar.darc.de/formel.html ganz unten). Google mal nach dB, dann 
wirst du feststellen, dass 100dB einem Faktor von 10.000.000.000 
entsprechen. Um also 1W bei 2,4GHz über 1000m Übertragen zu können 
brauchst du in Luft 10.000.000.000 W also 10GW. Das größte Kernkraftwerk 
das es gibt hat übrigens eine Leistung von 1,5GW.

Geht dir ein Lichtchen auf? Das keine gute Idee ...

Als kleiner Spaßverderber-Hinweis: Auch der Mensch besteht zu einem 
Großteil aus Wasser. Und das wird von der Mikrowelle schön erhitzt. Nur 
falls du daran denken solltest die Mikrowelle mit offener Türe zu 
verwenden. Und denk daran, du würdest nie an eine 1kW Heizung hinfassen 
wenn sie vor dir stünde. Leider fühlt man die 1kW der Mikrowelle erst 
wenn es schon zu spät ist.

von Possetitjel (Gast)


Lesenswert?

peter schrieb:

> die Freiraumdämpfung

"Freiraumdämpfung" ist ein üblicher, aber irreführender
Ausdruck. Der Freiraum "dämpft" die Leistung nicht; sie
verteilt sich nur auf eine größere Fläche.

> liegt bei 1000m und 2,4GHz bei ca. 100,5dB

Das gilt für einen Isotropstrahler.
Parabolspiegel kommen leicht auf einen Gewinn von 40dB;
dann beträgt die "Freiraumdämpfung" plötzlich nur noch
20dB.

Es funktioniert aber trotzdem nicht; die Spiegel
müssten vergleichsweise riesig sein.

von Peter (Gast)


Lesenswert?

Frank B. schrieb:
> Für mich
> geht es Primer um eine Drohne die ich mit Energie versorgen will
Gibt es doch alles schon: https://www.golem.de/1011/79088.html

Ansonsten wird es zum Basteln ebenfalls am einfachsten mit Photovoltaik 
auf der Drohne funktionieren. Mit einem oder mehreren großen Spiegeln 
Sonnenlicht auf die Drohne konzentrieren dürfte möglich sein. Die 
Spiegel müssen nur noch genau nachgeführt und ein passendes 
Photovoltaikmodul für die Leistungsdichte gefunden werden.

von Ralph B. (rberres)


Lesenswert?

peter schrieb:
> Deren Frequenz ist genau so
> gewählt, dass möglichst viel der Energie in die Wassermoleküle abgegeben
> wird. So funktioniert nämlich eine Mikrowelle.

Wasserstoff hat seine Resonanzfrequenz aber nicht bei 2450MHz sondern 
bei 1420MHz

Die Frequenz 2450MHz wurde einzig und alleine deswegen verwendet, weil 
diese Frequenz im ISM Band liegt. Diese Frequenz ist nicht an 
schutzwürdige Funkdienste vergeben , sondern für allgemeine industrielle 
Verwendung freigegeben.


Frank B. schrieb:
> Ich glaube zwar nicht das dies sie Zukunft der Energie übertrag wird
> aber ich muss ja nur 200- 1000m überbrücken und nur 100-200 Watt
> übertragen.

Vögel die diesen Funkstrahl in der Nähe des Senders durchfliegen ändern 
ihre Flugbahn nach ballistischen Gesetzen.

Dein Vorhaben ist törricht und einfach lebensgefährlich.

Ralph Berres

von Hp M. (nachtmix)


Lesenswert?

Ralph B. schrieb:
> Wasserstoff hat seine Resonanzfrequenz aber nicht bei 2450MHz sondern
> bei 1420MHz

Nur wirst du diese Absorption auf der Erde nicht finden, weil sie 
einerseits zu kaltem atomaren Wasserstoff gehört, der in diesen unseren 
Landen praktisch nicht vorkommt, und weil andererseits die Linie so 
abartig schmalbandig ist, dass du sie überhaupt nicht treffen wirst.
http://www.cv.nrao.edu/course/astr534/HILine.html

von Ralph B. (rberres)


Lesenswert?

Hp M. schrieb:
> Nur wirst du diese Absorption auf der Erde nicht finden, weil sie
> einerseits zu kaltem atomaren Wasserstoff gehört, der in diesen unseren
> Landen praktisch nicht vorkommt, und weil andererseits die Linie so
> abartig schmalbandig ist, dass du sie überhaupt nicht treffen wirst.

Mag alles richtig sein. Das war auch hier nicht das Thema.

Ich habe auch nie behauptet das bei einer Mikrowelle die Frequenz wegen 
der Wasserstoffatome so gewählt ist. das war ein anderer.

Ich habe lediglich darauf hingewiesen das die 2450MHz wegen des ISM 
Bandes so gewählt wurde, und nichts mit Frequenz zu tun hat, bei der 
Wasserstoff die Energie maximal absorbiert.

Ralph Berres

von Frank B. (wessnet)


Lesenswert?

Hallo
Also Ich werde die Idee mit dem Sonnenlicht und Photovoltaik mal 
ausprobieren. Aber das mit dem Fokussieren von Mikrowellen lässt mir 
keine Ruhe. Wenn ich einen Metallkasten um die Antenne Mache und darin 
ein Kleines Loch dann habe ich einen klaren Ausgangspunkt Die Wellen 
werden ja gebeugt und dann könnte man sie Ja wie Sonnenlicht über einen 
Parabolspiegel Fokussieren. Wenn im  Kasten ein Vakuum aufbaut wäre, 
hätte man kaum Verluste.

: Bearbeitet durch User
von John (Gast)


Lesenswert?

Frank B. schrieb:
> Wenn ich einen Metallkasten um die Antenne Mache und darin
> ein Kleines Loch dann habe ich einen klaren Ausgangspunkt Die Wellen
> werden ja gebeugt und dann könnte man sie Ja wie Sonnenlicht über einen
> Parabolspiegel Fokussieren. Wenn im  Kasten ein Vakuum aufbaut wäre,
> hätte man kaum Verluste.

Das ist eine ganz schlechte Idee. Sehr gefährlich und funktioniert 
nicht.

Das hätten die Fachleute schon lange gemacht, wenn es möglich wäre, und 
die arbeiten schon seit über 100 Jahren daran.

von Hp M. (nachtmix)


Lesenswert?

Frank B. schrieb:
> Wenn ich einen Metallkasten um die Antenne Mache und darin
> ein Kleines Loch dann habe ich einen klaren Ausgangspunkt Die Wellen
> werden ja gebeugt und dann könnte man sie Ja wie Sonnenlicht über einen
> Parabolspiegel Fokussieren.

Kannst auch gleich ein ausgemustertes Radargerät kaufen.
Das "kleine Loch" im Hohlleiter nennt man übrigens Iris, aber 
wahrscheinlich brauchst du es nicht, und den Parabolspiegel beleuchtet 
man mit einen Hornstrahler. Mit dem Hornstrahler gehts besser als den 
Hohlleiter einfach abzuschneiden und viel besser, als die aus einer Iris 
austretende Strahlung zu verwenden.
Der gut bündelnde Reflektor wird dann so ungefähr 6m breit werden, also 
genau das Richtige fürs Kinderzimmer ;-)

von Lothar M. (Gast)


Lesenswert?

[Ironie]Hier gibt es was zum Spielen:
https://www.heise.de/ct/Redaktion/cm/Thumpmobile_Zapper.html
Vielleicht übst du damit erstmal ein paar Vögel abzuschiessen[/Ironie]

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


Lesenswert?

Den Thumpmobile-Zapper wollte ich auch gerade zitieren. Es gibt auch in 
Kalifornien ein Solarkraftwerk, wo jährlich 6000 gebratene Vögel vom 
Himmel fallen:
http://www.latimes.com/local/california/la-me-solar-bird-deaths-20160831-snap-story.html
"Ivanpah is a bird sink" Vogelsenke so kann man es auch nennen

: Bearbeitet durch User
von Frank B. (wessnet)


Lesenswert?

Hallo

Ich wollte meinen thread noch mal aufgreifen.
Also vorab. Das mit Photovoltaik funktioniert. Aber die erste Drohne 
wurde gebraten.
Die Zweite hat Flugzeiten über 10 Stunden ereicht. Sonne wurde mit 
Spiegel (12qm)  auf
1m in 100m Höhe fokussiert. Die Drohne wurde komplett verspiegelt ( Bis 
auf Photovoltaik)
Wir wollten ja ursprünglich Werbung dran hängen. Funktioniert aber nicht 
wirklich.
Haltbarkeit der Photovoltaik ca 60 Betriebsstunden. Die Wärme kriegen 
wir auch nicht in den Griff.
Spaß hat die Entwicklung gemacht. Praxistauglich ist sie eher nicht. 
Aber vielleicht fällt mir
noch was ein.

Bei Mikrowelle stellte sich als ko Kriterium die rück Wandlung in Strom 
heraus. Na ja man könnte ja eine Dampfmaschine entwick……… Aber das soll 
mal ein anderer machen.

So, jetzt mal zu meiner Frage

Ich hatte oben mal 100m Entfernung gesagt und als antwort bekommen das 
dies einen Dämpfung von 100 DB wären.

Also wie rechet man das aus.

z.b.  1000w 10m und Mikrowelle 2450 mhz

Ich gehe davon aus, das da 0,000953674 Watt ankommen. Alle Meter /4 .

1.

Wie rechne ich den Verlust in db? z.b. pro meter x db entsprechend  ca x 
Watt

2.
 hängt dieser Verlust nur mit der Ausdehnung des Feld Bereich zusammen? 
(Alle Meter Vervierfachung der Feld Fläche)

3.
Wie rechne ich die Erhöhung bei Nutzung einer Parabolantenne?

4.
Was käme in 10m an ( ohne Parbollantenne und mit)?

Ich weiß das man googlen kann. 1. Ich wollte euch das Ergebnis mitteilen 
und zweitens begreife ich das mit der wir findet eine Dämpfung um x DB 
da wieder eine Erhöhung usw.

Danke für die bisherige Hilfe

Frank

von 123 (Gast)


Lesenswert?

Frank B. schrieb:
> 1.
>
> Wie rechne ich den Verlust in db? z.b. pro meter x db entsprechend  ca x
> Watt

Für die Freiraumdämpfung gibt es Aproximationen. (z.B. 
http://www.radartutorial.eu/01.basics/Freiraumd%C3%A4mpfung.de.html) Im 
Endeffekt hängt sie hauptsächlich von der Frequenz ab.

Eine vernünftige Angabe wäre dB / m Dämpdung (lies dB pro Meter). Diese 
Zahl multiplizierst du mit der Anzahl der Meter. Dann hast du deine 
Dämpfung in dB. In der HF-Technik gibt man alles in dB an. dB kann man 
dann wieder in ein Verhältnis umrechnen. Wie z.B. hier in der Tabelle 
http://www.technicalaudio.com/reading/handydB.html (musst in der Spalte 
"Power_multipiler" schauen. Z.B. 100dB = 10000000000 (also das 1 
Milliardstel).

1W Sendeleistung wird bei 100dB zu einem Milliardstel Watt also 1nW 
(Nanowatt).

> 2.
>  hängt dieser Verlust nur mit der Ausdehnung des Feld Bereich zusammen?
> (Alle Meter Vervierfachung der Feld Fläche)

Nein. Unsere Atmosphäre ("Luft") absorbiert einen Teil der 
Sendeleistung. Das ist jedoch sehr stark von der Frequenz abhängig. Je 
geringer die Frequenz desto weniger der Sendeleistung wird absorbiert.

> 3.
> Wie rechne ich die Erhöhung bei Nutzung einer Parabolantenne?

Die "Verstärkung" (es ist eigentlich eine Bündelung) der Parabolantenne 
wird in ihrem Datenblatt angegeben. Ein maximaler Wert sind 28dB für 
eine 80cm SAT-Schüssel. Du hast dir also deine Freiraumdämpfung 
ausgerechnet (z.B. 100dB). Davon subtrahierst du dann die 28dB. 
100-28=72dB. (Merke dB werden immer addiert oder subtrahiert, nie 
multipliziert!). Die 72dB kannst du wieder in einen Leistungsfaktor 
umrechnen. (72 db -> ca. ein 16 Millionstel). Mittels deiner 
Parabolantenne bist du also von einem Milliardstel (1nW) der 
ursprünglichen 1W Sendeleistung zu einem 16 Millionstel (16µW) gekommen.


> 4.
> Was käme in 10m an ( ohne Parbollantenne und mit)?

http://funknetzplanung.com/powerberechnung.php sagt 2,4GHz auf 10m 
bedeutet 60,1dB Dämpfung.
Deine Parabolantenne hat 28dB (sehr optimistisch) Gewinn.

60,1-28 = 32,1dB Dämpfung

32,1dB entspricht dem Leistungsfaktor 1621.81

Von 1W kommen also 0,0006165950388763172W also 0,6mW an.


Denk daran, dass auch Kabel und Stecker gewisse Verluste aufweisen. 3dB 
(die Hälfte der Leistung !!!) verliert man schnell.

Du siehst denke ich langsam warum es so schwer ist drahtlos Energie zu 
übertragen - gerade auf große Distanzen.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.