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Forum: HF, Funk und Felder Rahmenantenne Verständnisfragen


Autor: Thomas (Gast)
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Hallo, ich beschäftige mich zur Zeit beruflich mit Antennenmessungen 
(EMV) im Bereich 30 MHz bis 1 GHz. Für die Ursachenforschung und 
Entstörung ist es wichtig parasitäre Antennen zu erkennen. Aus diesem 
Grund habe ich mich heute in das Thema der Rahmenantennen, welche in der 
EMV durch stromdurchflossene Leiterschleifen parasitär gebildet wird, 
eingelesen.

Leider konnte ich bisher nicht auf alle meine Fragen eine Antwort 
finden, weil sich die meisten Erklärungen auf den Hertzschen Dipol und 
nicht den magnetischen Dipol (Rahmenantenne) beziehen.

Nun zu meinen eigentlichen Fragen. Der Hertzsche Dipol ist ein 
Schwingkreis (Spule und Kondensator) mit einem Kondensator, dessen 
Elektroden auseinandergeklappt sind. Damit der Hertzsche Dipol 
elektromagnetische Wellen aussendet, muss der Schwingkreis in Resonanz 
betrieben werden.

Muss eine Rahmenantenne zum Aussenden elektromagnetischer Welle auch 
einen Schwingkreis darstellen? Oder strahlt eine Rahmenantenne auch dann 
ab, wenn sie nur von einem hochfrequenten Strom durchflossen wird und 
entsprechend lang ist, die Rahmenantenne also nicht in Resonanz 
betrieben wird?
Für den Fall, dass eine Rahmenantenne ein Schwingkreis sein muss, würde 
mich interessieren wie man sich hierfür die Spule und den Kondensator 
vorstellen darf. Diese Bauteile werden bei einer Leiterschleife ja nicht 
extra eingebaut. Sind diese Bauteile aufbaubedingt bereits in der 
Leiterschleife enthalten?

Dann würde mich noch interessieren wie es mit der Polarisation der 
abgestrahlten Welle bei einer Rahmenantenne ausschaut. Der Hertzsche 
Dipol strahlt ja immer in der Polarisation ab, in der seine 
Kondensatorplatten ausgerichtet sind. Bei beispielsweise waagrecht 
ausgerichteten Kondensatorplatten strahlt er auch nur in der waagrechten 
Polarisation aus.

Aber wie schaut es mit der Rahmenantenne aus?

Nehmen wir folgendes Beispiel an: Die stromdurchflossene Leiterschleife 
(Rahmenantenne) liegt waagrecht auf einem Tisch. In welcher Polarisation 
wird dann eine elektromagnetische Welle abgestrahlt?
Ich würde spontan sagen in senkrechter Polarisation, weil die 
magnetischen Feldlinien senkrecht aus der Leiterschleife austreten.

Vielen Dank schon einmal im Voraus für die Beantwortung meiner Fragen.

Gruß Thomas

Autor: Horst (Gast)
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Thomas schrieb:
> Muss eine Rahmenantenne zum Aussenden elektromagnetischer Welle auch
> einen Schwingkreis darstellen? Oder strahlt eine Rahmenantenne auch dann
> ab, wenn sie nur von einem hochfrequenten Strom durchflossen wird und
> entsprechend lang ist, die Rahmenantenne also nicht in Resonanz
> betrieben wird?

Grundsätzlich strahlt jeder stromdurchflossene Leiter elektromagnetische 
Wellen ab. Auch die Stromkabel in der Wand. Nur ist die Abstrahlung in 
der Regel sehr mies. Rahmenantennen eignen sich eigentlich nur zum 
Empfang.

Thomas schrieb:
> Für den Fall, dass eine Rahmenantenne ein Schwingkreis sein muss, würde
> mich interessieren wie man sich hierfür die Spule und den Kondensator
> vorstellen darf. Diese Bauteile werden bei einer Leiterschleife ja nicht
> extra eingebaut. Sind diese Bauteile aufbaubedingt bereits in der
> Leiterschleife enthalten?

Die Leiterschleife ist die Spule. Einen passenden Kondensator für die 
gewünschte Frequenz musst du irgendwo anbauen.


Hast du den Artikel mal gelesen?
https://de.wikipedia.org/wiki/Rahmenantenne

Autor: Wolfgang (Gast)
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Horst schrieb:
> Rahmenantennen eignen sich eigentlich nur zum Empfang.

Die Rahmenantenne zum Senden laufen meist unter der Bezeichnung 
"Magnetische Antennen".
http://www.ib-haertling.de/amateurfunk/Magnetische...

Autor: ● J-A VdH ● (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector)
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Thomas schrieb:
> Für den Fall, dass eine Rahmenantenne ein Schwingkreis sein muss, würde
> mich interessieren wie man sich hierfür die Spule und den Kondensator
> vorstellen darf.

wenn Du mehrere Windungen in einer Rahmenantenne hast, gibt es sogar 
Kapazitäten zwischen den einzelnen Windungen
oder Windungslagen bei anderen Spulen.

angepasst daran gibt es dann für mehrlagige Spulen,
z.B. Kreuzwickelspulen.

Autor: DHC (Gast)
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● J-A V. schrieb:
> Kreuzwickelspulen.

http://www.welt-der-alten-radios.de/detektor-honig...

Beitrag "Re: Induktivitätswert für eine 77,5kHz Ferritantenne"



Solche Spulen haben nur geringe parasitäre Kapazitäten. D.h., auch mit 
einem Drehkondensator mit kleinem Kapazitäts-Abstimmbereich kann man 
einen großen Frequenz-Abstimmbereich erzielen.


Möchtest du eine Rahmenantenne für den Empfang selber bauen?



Hier steht auch noch etwas Interessantes zum Thema:
https://de.wikipedia.org/wiki/Parallelresonanz
(siehe uch Abb.: 'Kreuzwickelspule mit geringer Eigenkapazität')

Autor: Thomas (Gast)
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Horst schrieb:
> Rahmenantennen eignen sich eigentlich nur zum
> Empfang.

Vermutlich ist meine Wortbezeichnung nicht ganz richtig. Was ich meine 
sind stromdurchflossende Leiterschleifen, welche elektromagnetische 
Wellen aussenden.

Horst schrieb:
> Die Leiterschleife ist die Spule. Einen passenden Kondensator für die
> gewünschte Frequenz musst du irgendwo anbauen.

Bei mir geht es ja um die Lösung von Störaussendungsproblemen in der 
EMV. Deswegen möchte ich keine magnetische Antenne bauen, denn sie ist 
ja bereits parasitär vorhanden. Mir geht es mehr darum mein Verständnis 
für magnetische Antennen zu vertiefen.

Horst schrieb:
> Grundsätzlich strahlt jeder stromdurchflossene Leiter elektromagnetische
> Wellen ab.

Muss der stromdurchflossene Leiter für die Aussendung 
elektromagnetischer Wellen ein Schwingkreis sein, der in Resonanz 
betrieben wird?

Dann würde mich noch interessieren wie es mit der Polarisation der
abgestrahlten Welle bei einer magnetischen Antenne ausschaut. Der 
Hertzsche
Dipol strahlt ja immer in der Polarisation ab, in der seine
Kondensatorplatten ausgerichtet sind. Bei beispielsweise waagrecht
ausgerichteten Kondensatorplatten strahlt er auch nur in der waagrechten
Polarisation aus.

Aber wie schaut es mit der Rahmenantenne aus?

Nehmen wir folgendes Beispiel an: Die stromdurchflossene Leiterschleife
(Rahmenantenne) liegt waagrecht auf einem Tisch. In welcher Polarisation
wird dann eine elektromagnetische Welle abgestrahlt?
Ich würde spontan sagen in senkrechter Polarisation, weil die
magnetischen Feldlinien senkrecht aus der Leiterschleife austreten.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Thomas schrieb:
> Muss der stromdurchflossene Leiter für die Aussendung
> elektromagnetischer Wellen ein Schwingkreis sein, der in Resonanz
> betrieben wird?

Nein, aber Resonanzen können zu einer vielfachen Verstärkung von Strömen 
und Spannungen führen und so die Abstrahlung begünstigen.

Thomas schrieb:
> Aber wie schaut es mit der Rahmenantenne aus?

Die elektrischen Feldlinien stehen in einiger Entfernung (im so 
genannten Fernfeld) stets senkrecht auf den magnetischen Feldlinien.
Im Nahfeld können andere Bedingungen herrschen.

Autor: Christian Kück (chris111)
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Du bekommst einen magnetischen Dipol im Nahfeld. Die abgestrahlte 
Feldstärke ist proportional zum Strom und zur Fläche der Leiterschleife. 
Egal ob du daraus einen Resonanzkreis gemacht hast oder nicht. Mit einer 
flach auf dem Tisch liegenden Leiterschleife bekommst du sowohl im 
Nahfeld als auch im Fernfeld eine senkrechte E-Feld Polarisation wie sie 
eine senkrecht stehende Dipol-Antenne produziert. Im Nahfeld hast du 
hauptsächlich magnetische Felder die erstmal hauptsächlich reaktiv 
Blindleistung erzeugen, d.h. die elektrische Feldkomponente steht 90 
Grad zur magnetischen. Im Fernfeld ist die magnetische und elektrische 
Feldkomonente dann in Phase.

: Bearbeitet durch User
Autor: DHC (Gast)
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http://www.dl0hst.de/magnetlooprechner.htm
http://www.dl0hst.de/dateien/software/MagnetLoop_Hilfe.pdf

Mit diesem Programm hier kannst du Magnetantennen (auch mit mehreren 
Windungen) berechnen. Eventuell hilft es, durch Rumexperimentieren mit 
den Werten ein besseres Gefühl für magnetische Antennen zu bekommen.

Viele Grüße

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas schrieb:
> Damit der Hertzsche Dipol elektromagnetische Wellen aussendet, muss der
> Schwingkreis in Resonanz betrieben werden.

Das ist eine grundlegend falsche Annahme.

Ein resonanter Dipol bietet nur besonders günstige Voraussetzungen
für die Einkopplung der Leistung, aber strahlen tut er prinzipiell
bei jeder Frequenz.

Kurzwellen-Funkamateure dürfen auf vielen Frequenzen zwischen 1,8
MHz (eigentlich ja schon Mittelwelle, wird aber meist als
Kurzwellenband bezeichnet) und 29,7 MHz senden.  Oft genug haben sie
nicht für jedes Band dabei eine spezielle Antenne, sondern betreiben
was auch immer sie an Draht in die Luft hängen können per
Zwangsanpassung auf allen Bändern.  Sicher sind die Abstrahlbedingungen
dann nicht immer optimal, aber es funktioniert.

Zur Natur von „magnetischen“ Antennen haben ja die anderen schon
einiges geschrieben.

Autor: Thomas (Gast)
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Hp M. schrieb:
> Nein, aber Resonanzen können zu einer vielfachen Verstärkung von Strömen
> und Spannungen führen und so die Abstrahlung begünstigen.

Bei meinen EMV-Messungen liegt der Grenzwert bei 40 dBuV/m in 3 Meter 
Entfernung Antenne-Prüfling. Würdet ihr behaupten, dass eine parasitäre 
Antenne in Resonanz betrieben werden muss, um diesen Grenzwert der 
Störausssendung zu überschreiten?

Christian K. schrieb:
> Mit einer
> flach auf dem Tisch liegenden Leiterschleife bekommst du sowohl im
> Nahfeld als auch im Fernfeld eine senkrechte E-Feld Polarisation wie sie
> eine senkrecht stehende Dipol-Antenne produziert.

Vielen Dank schon einmal für diese Information. Das deckt sich mit 
meiner Einschätzung.

Wie würde es sich eigentlich verhalten, wenn die Leiterschleife vertikal 
im Raum stehen würde? Ich würde behaupten, dass die vertikalen 
Abschnitte der Leiterschleife waagrecht polarisierte Wellen aussenden 
würden und die horizontalen Abschnitte vertikal polarisierte Wellen. 
Liege ich mit dieser Einschätzung richtig?
Zur besseren Anschaulichkeit habe ich hierzu eine kleine Skizze mit 
einer rechteckigen Leiterschleife und dem in rot eingezeichnetem 
Magnetfeld gemacht (siehe Anhang).

Jörg W. schrieb:
> Das ist eine grundlegend falsche Annahme.
>
> Ein resonanter Dipol bietet nur besonders günstige Voraussetzungen
> für die Einkopplung der Leistung, aber strahlen tut er prinzipiell
> bei jeder Frequenz.

Das ist ein guter Hinweis. In den ganze Internetseiten auf denen ich zu 
dem Thema recherchiert habe wird nämlich immer von Resonanz gesprochen. 
Ich vermute mal, dass es durch die Spannungsüberhöhung, welche bei 
Serienresonanz auftritt, zu einem erhöhten elektrischen Feld zwischen 
den "Kondensatorplatten" der elektrischen Dipolantenne und somit auch zu 
erhöhter Störaussendung kommt. Liege ich mit dieser Vermutung richtig?

Jörg W. schrieb:
> Kurzwellen-Funkamateure dürfen auf vielen Frequenzen zwischen 1,8
> MHz (eigentlich ja schon Mittelwelle, wird aber meist als
> Kurzwellenband bezeichnet) und 29,7 MHz senden.  Oft genug haben sie
> nicht für jedes Band dabei eine spezielle Antenne, sondern betreiben
> was auch immer sie an Draht in die Luft hängen können per
> Zwangsanpassung auf allen Bändern.  Sicher sind die Abstrahlbedingungen
> dann nicht immer optimal, aber es funktioniert.

Verstimmten diese Funkamateure nicht hier auch einen Schwingkreis z.B. 
durch Verstellen eines Drehkondensators ? Das würde ja dann bedeuten, 
dass auch die Funkamateure bei Resonanz aussenden.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas schrieb:
> Verstimmten diese Funkamateure nicht hier auch einen Schwingkreis z.B.
> durch Verstellen eines Drehkondensators ? Das würde ja dann bedeuten,
> dass auch die Funkamateure bei Resonanz aussenden.

Gewissermaßen tun sie das, aber das hat mit der Abstrahlung selbst
nichts zu tun.  Es hat nur was damit zu tun, dass man die Leistung
aus dem Sender halt dann optimal entnehmen kann, wenn dessen
Ausgangsimpedanz zur Antennenimpedanz passt.  Da die übliche
Ausgangsimpedanz heutiger Sender 50 Ω sind, muss man die Antenne
möglichst nah an 50 Ω reell heranbringen, und das ist, wenn man so
will, natürlich „Resonanz“.  Eine der Grundeigenschaften eines
resonanten Schwingkreises ist es ja, dass sein Widerstand keinen
induktiven oder kapazitiven Anteil mehr hat, also reell ist.

Es gibt auch Antennen, die nicht einmal zwangsweise in Resonanz
gebracht werden, sondern bei denen man die 50 Ω auf andere Weise
erreicht, bspw. Antennen mit einem so genannten Schluckwiderstand.
Diese sind als Sendeantennen aber dahingehend nachteilig, dass sie
einen Teil der Leistung verheizen.  Als Empfangsantenne macht man
in Form einer Beverage-Antenne gern von solch einer Konstruktion
Gebrauch.

Für deine EMV gilt auf jeden Fall: alles, was strahlen könnte und
genügend Anregung (in Form von HF-Strom oder -Spannung) erhält, das
wird auch strahlen.  Reonsanzen sind diesen Antennen dabei völlig
schnuppe, sie strahlen eben nur mal mehr oder mal weniger.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Christian K. schrieb:
> Mit einer
> flach auf dem Tisch liegenden Leiterschleife bekommst du sowohl im
> Nahfeld als auch im Fernfeld eine senkrechte E-Feld Polarisation wie sie
> eine senkrecht stehende Dipol-Antenne produziert.

Nö.
So bekommst du ein vertikales H-Feld und im dementsprechend im Fernfeld 
ein horizontales E-Feld.


Dementsprechend sind ja auch die magnetischen Ferritantennen der Radios 
waagerecht angeordnet -die Drahtschleifen liegen also nicht sondern 
stehen-, weil die senkrecht stehenden Masten der MW und 
LW-Rundfunksender ein vertikal polarisiertes E-Feld erzeugen.
Die Magnetfeldlinien verlaufen da konzentrisch um den Sendemast.

Mit anderen Worten:
Die Polarisation des E-Feldes  verläuft parallel zu der von der 
Drahtschleife aufgespannten Fläche, ist bei einer liegenden 
Leiterschleife also waagerecht.
...und die stärkste Abstrahlung erfolgt in dieser Ebene.

: Bearbeitet durch User
Autor: Thomas (Gast)
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Hp M. schrieb:
> Christian K. schrieb:
>> Mit einer
>> flach auf dem Tisch liegenden Leiterschleife bekommst du sowohl im
>> Nahfeld als auch im Fernfeld eine senkrechte E-Feld Polarisation wie sie
>> eine senkrecht stehende Dipol-Antenne produziert.
>
> Nö.
> So bekommst du ein vertikales H-Feld und im dementsprechend im Fernfeld
> ein horizontales E-Feld.

Jetzt wäre es natürlich interessant zu wissen welche der Theorien nun 
die Richtige ist:). Vielleicht möchte sich zu diesem Thema ja noch eine 
3. Person äußern.

Jörg W. schrieb:
> Für deine EMV gilt auf jeden Fall: alles, was strahlen könnte und
> genügend Anregung (in Form von HF-Strom oder -Spannung) erhält, das
> wird auch strahlen.  Reonsanzen sind diesen Antennen dabei völlig
> schnuppe, sie strahlen eben nur mal mehr oder mal weniger.

Vielen Dank für diese Einschätzung. Gibt es eigentlich kostenlose 
Simulationsprogramme mit denen ich Abstrahlungsprobleme der EMV 
simulieren kann?
Mir würde ein elektromagnetischer Feldsimulator vorschweben, mit dem ich 
bestimmte Teile der Anlage, welche nach meiner Einschätzung als 
parasitäre Antenne wirken, mit ihren echten Abmessungen simulieren und 
deren elektrische Feldstärke in 3 m Abstand "messen" kann. Also 
vereinfacht gesagt würde ich gerne in bestimmte Gehäuseteile Störungen 
einkoppeln (z.B. durch induktive Kopplung) und dann simulieren wie stark 
diese Teile elektromagnetische Wellen abstrahlen. Vielleicht könnte man 
hierdurch im Idealfall durch bessere Kenntnis der Abstrahlungsursache 
bestimmte Antennen in ihrer Abstrahlung "verschlechtern".

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas schrieb:
> Gibt es eigentlich kostenlose Simulationsprogramme mit denen ich
> Abstrahlungsprobleme der EMV simulieren kann?

Es gibt kostenlose Feldsimulatoren.  Einen Vortrag über einen haben
wir auf den Chemnitzer Linuxtagen gehört:

https://chemnitzer.linux-tage.de/2017/de/programm/...

Georg hatte auch die verschiedenen Varianten von Feldsimulation dort
benannt und gezeigt, auf welche der Möglichkeiten sich OpenEMS da
konzentriert.

Das größte Problem dabei, sowas in deinem Umfeld zu simulieren, dürfte
es sein, die Ströme bzw. Spannungen zu ermitteln, die tatsächlich
irgendwo an einer potenziellen Antenne vorhanden sind, um diese
anzuregen.

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