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Forum: HF, Funk und Felder Unterschied Induktives Feld/Funk


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Autor: Marc S. (darkchaos)
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Hey,
Sorry für die vermutlich triviale Frage, aber bei meinem Versuch eine 
Antenne für den LW/LF Bereich (100-150kHz) zu bauen bin ich über ein 
Problem gestoßen, bei dem ich nicht genau weiß wie die Fachbegriffe 
wären, weshalb eine Google Suche recht unerfolgreich ist.

Und zwar hab ich ein vorhandenes System mit meinem SDR Dongle analysiert 
und ein Signal aufgezeichnet. Heißt das schon automatisch, dass das 
Signal nicht induktiv sein kann, weil die Antenne/der Chip nicht dafür 
gedacht sind, Magnetfelder zu messen?

Umgekehrt habe ich versucht mit einer Loopantenne, die für RFID gemacht 
ist, ein Signal zu versenden, doch außer einem höheren Rauschen, wenn 
ich die Loopantenne um die Teleskopantenne des SDR stecke, konnte ich 
nichts erreichen.

Ich habe dann den Hinweis erhalten, dass das so auch gar nicht gehen 
kann, weil RFID ja ein Magnetfeld aufbaut, welches vom Tag moduliert und 
diese vom Reader erkannt wird. Außerdem sei Induktion ohnehin nur für 
nahezu-Kontakt gedacht.

Tatsächlich: Nehme ich eine "Kabeltrommel" mit 100m 0.14mm^2 und lasse 
das eine Ende frei, kann ich mit dem SDR ganz schwach ein Signal 
erkennen.

Konkrete Fragen:
1. Wie unterscheiden sich ein Induktives Feld und ein 
"elektromagnetisches" (?) Feld? Dies ist insbesondere relevant, da viele 
Empfangsantennen ja mit einem umwickelten Ferritstab ausgelegt werden. 
Sowas wäre ja zumindest als Sender in meinem Falle ungeeignet, richtig?

2. Gibt es einfache Theorie bezüglich Helix- oder Ferritstabantennen? 
Ich habe mir nämlich eine Menge Kupferdraht bestellt und versuche 
einfach mal lambda/16 bzw lambda/8 zu wickeln, aber alleine der 
Durchmesser hat ja einen Einfluss auf die Wickelungszahl bzw. vermutlich 
auch noch weitere Einflüsse.

3. Bezüglich der BNA Bedingung 5: ISM-Anwendungen können 
Frequenzbereiche mitbenutzen, die Funkdiensten im Frequenzbereich 9 kHz 
– 300 GHz zugewiesen sind, wenn die für diese Nutzung erforderlichen 
Frequenzen aufgrund des gewünschten physikalischen Effekts vorgegeben 
und nicht frei wählbar sind.

Kann hierbei eine geringe Reichweite bei jedoch guter Durchdringung bzw. 
energiesparendes Receiverdesign gemeint sein? Denn das Signal wird nur 
genutzt um den Gegenpart aufzuwecken und dann auf 433 MHz weiter zu 
machen.

Vielen Dank im Voraus

Autor: Christoph db1uq K. (christoph_kessler)
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Lehrbuchmäßig spricht man davon, dass sich beim Funk die 
elektromagnetische Welle "vom Draht löst" und sich ihre Energie in die 
Ferne verteilt, kapazitive und induktive Felder sind dagegen nur in der 
Nähe zu finden.

Autor: Karl M. (Gast)
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Was soll das sein?

> "Magnetfelder zu messen"

Du meinst vielleicht empfangen?

Unter messen verstehe ich den Wandlungsfaktor eine Antenne zu kennen und 
diese mit einer physikalischen Größe zu vergleichen.

> "Induktives Feld"
Ist hier das elektromagnetische Feld gemeint?

> "3. Bezüglich der BNA Bedingung 5:"

Quelle?

Schau Dir bitte man an, wie eine Antenne, hier eine Dipol-Antenne, den 
elektrischen Teil einer Aussendung aufnimmt.


Zur Wellen/Teilchen-Ausbreitung

Dann kann man sich noch mit dem Begriff Polarisation von 
elektromagnetische Feldern auseinander setzen.

Also die Polarisationsebene des elektrischen Feldes unterscheidet sich 
von der Polarisationsebene des magnetischen Feldes. Zusammen ergibt das 
den Pointing-Vektor.

Im Fernfeld ist immer Beide, also der elektrische und der magnetische 
Teil vorhanden!

Zur Empfangsantennen, die müssen nicht resonant bzgl. der 
Empfangsfrequenz sein, wenn ja gilt die Funktion für den "Schwingkreis":

f = 1/ ( 2 *pi *wurzel(L*C) )

L: Induktivität in Henry [H]
C: Kapazität in Ferrad [F]
pi: die Kreiszahl Pi

Siehe Bilder: https://de.wikipedia.org/wiki/Schwingkreis

Autor: Christoph db1uq K. (christoph_kessler)
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Man unterscheidet zwischen rein induktiven Feldern, also magnetischen 
Wechselfeldern und entsprechenden rein kapazitiven Wechselfeldern, und 
den elektromagnetischen Wellen, die immer beides haben. Etwas 
irreführend ist die Bezeichnung "Magnetantenne" für Ferritstab oder 
Loopantennne, beide empfangen elektromagnetische Wellen.
Ferritantennen sind zum Senden ungünstig, der Stab hat vermutlich hohe 
Verluste. Normalerweise arbeitet man aber bei diesen "Magnetantennen" 
mit passend abgestimmtem Kondensator, also einem Schwingkreis wie es 
auch Karl schrieb.
Ein SDR hat vermutlich 50 Ohm Eingangsimpedanz, je nach Antenne kann das 
diese stark belasten, man braucht noch eine Anpasschaltung dazwischen.

Ein RFID im Langwellenbereich hat eher eine induktive Kopplung, denn die 
elektromagnetische Abstrahlung mit diesen winzigen Antennen hat einen 
winzigen Wirkungsgrad, das meiste geht schon im Sender verloren.

: Bearbeitet durch User
Autor: Günter Lenz (Gast)
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Marc S. schrieb:
>aber bei meinem Versuch eine
>Antenne für den LW/LF Bereich (100-150kHz) zu bauen bin ich über ein
>Problem gestoßen, bei dem ich nicht genau weiß wie die Fachbegriffe
>wären, weshalb eine Google Suche recht unerfolgreich ist.

Die Zauberworte sind Resonanz und Leistungsanpassung.
Das sollte immer das Ziel sein wenn man eine gute Antenne
haben möchte. Gildt bei Empfang und beim Senden.
Eine gute Antenne ist der beste HF-Verstärker.

Karl M. schrieb:
>Zur Empfangsantennen, die müssen nicht resonant bzgl. der
>Empfangsfrequenz sein,

Ja, wenn die Signale stark genug sind funktioniert es auch
wenn die Antenne nicht resonant ist, aber wenn man letzte
an Empfindlichkeit rausholen möchte sollten sie schon
resonant sein. Gleichzeitig werden bei einer resonanten
Antenne Frequenzen unterdrückt die man nicht haben möchte.

Aber was soll denn überhaupt gesendet und empfangen werden,
über welche Entfernung?

Autor: TV-Fritz (Gast)
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Christoph db1uq K. schrieb:
> Man unterscheidet zwischen rein induktiven Feldern, also magnetischen
> Wechselfeldern und entsprechenden rein kapazitiven Wechselfeldern

Schreib nicht so einen Quatsch! Reine Felder bestehen nur aus einer 
Komponente und die sind zwingend ruhend = statisch, also entweder 
elektrisch oder magnetisch:

#1 Rein elektrisch - unbewegte Ladung
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrostatik

#2 rein magnetisch - ruhender Magnet.
https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetostatik

Marc S. schrieb:
> Versuch eine Antenne für den LW/LF Bereich (100-150kHz) zu bauen

Die Rundfunkindustrie nutzt seit 70 Jahren Ferritantennen dafür.

Wieso nimmst nicht eine Marc S. schrieb:
> 1. Wie unterscheiden sich ein Induktives Feld und ein
> "elektromagnetisches" (?) Feld?

Ganz grob: ist dasselbe.
induktiv und kapazitiv sind Begriffe, die eine Kopplungsvariante 
(Energie- oder Signalbertragung) bei NF- oder HF-Bauteilen beschreiben, 
z.B. in Trafos, Schwingkreisen oder auch bei HF-Antennen. Im NF-Bereich 
vorwiegend über Spulen + Eisen/Ferrite (VLF bis einige Megahertz), 
darüber vorwiegend über Drähte/Leitungen

https://de.wikipedia.org/wiki/Induktive_Übertragung

https://de.wikipedia.org/wiki/Kapazitive_Kopplung

https://de.wikipedia.org/wiki/Induktionsschleife

Marc S. schrieb:
> 2. Gibt es einfache Theorie bezüglich Helix- oder Ferritstabantennen?

Jain. Äpfel und Birnen. Ferritantennen zählen zu den magnetischen 
Antennen, sie werten den magnetischen (induktiven) Feldanteil aus mit 
ausgeprägter Richtwirkung.

Helixantennen sind UKW-Antennen, die den elektrischen Feldanteil 
auswerten, sind viel größer, für Deine Zwecke eher nicht zutreffend.

Marc S. schrieb:
> 3. Bezüglich der BNA Bedingung 5: ISM-Anwendungen können
> Frequenzbereiche mitbenutzen, die Funkdiensten im Frequenzbereich 9 kHz
> – 300 GHz zugewiesen sind, wenn die für diese Nutzung erforderlichen
> Frequenzen aufgrund des gewünschten physikalischen Effekts vorgegeben
> und nicht frei wählbar sind.

Trifft für Dich nicht zu.

Autor: Stefan M. (derwisch)
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Marc S. schrieb:
> Sorry für die vermutlich triviale Frage

Das sind viele Fragen und sie sind nicht unbedingt trivial.
Man merkt, dass Dein Interesse dich in die richtige "Denkrichtung" 
zwingt.
So soll es auch sein.
Die Grundlagen der Antennentechnik zeigen sich irgendwann von selbst und 
man sieht klarer.
Mit deinen Fragen überholst du dich ( deinen Wissensstand ) momentan 
noch selbst.
So ging es mir auch mal. Bleib dran.

Beschäftige Dich am besten zuerst mit dem Unterschied zwischen E-Feld- 
und H-Feld Antennen.
H-Feld ist die magnetische Komponente ( Loopantenne und 
Ferritstabantenne ).
Erkennbar an geschlossenen Leiterschleifen ( Spule ).

E-Feld steht für die elektrische Feldkomponente ( Dipol, 
Teleskopantenne, Yagiantenne, Wurfdraht etc. ).
Das sind meistens Antennen, bei denen ein Strahlerende in der Luft 
endet.
Es gibt da aber auch Ausnahmen.

Im Lang- und Mittelwellenbereich sind H-Feldantennen üblich, da ( 
resonante )E-Feldantennen schlichtweg gewaltig lang sein müssten ( 
Wellenlänge Lambda ).

: Bearbeitet durch User
Autor: Christoph db1uq K. (christoph_kessler)
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Ich spreche nicht von statischen Feldern, aber bei Abmessungen sehr 
klein gegen die Wellenlänge im Langwellenbereich sind es vielleicht 
"unreine" Felder, jedenfalls dominiert eines der beiden im Nahfeld:
https://de.wikipedia.org/wiki/Nahfeld_und_Fernfeld_(Antennen)#Nahfeld
je nach Quelle "hohe elektrische Feldstärke ... schwächere magnetische 
Feldstärke" und umgekehrt.
im Fernfeld "sind die magnetische Feldkomponente und die elektrische 
Feldkomponente" (über eine Konstante) "miteinander verknüpft".

Autor: GEKU (Gast)
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Christoph db1uq K. schrieb:
> m Fernfeld "sind die magnetische Feldkomponente und die elektrische
> Feldkomponente" (über eine Konstante) "miteinander verknüpft".

Der Wellenwiderstand des Mediums.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Wellenwiderstand

Autor: TV-Fritz (Gast)
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Autor: Christoph db1uq K. (christoph_kessler)
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Die 377 Ohm Freiraumwellenwiderstand sind im Wikiartikel ja genannt, ich 
wollte nur herausstellen, dass im Nahfeld der Antennentyp einen Einfluß 
auf das E/H-Verhältnis hat, während es im Fernfeld einen konstanten Wert 
hat, unabhängig von der Antenne. Das wäre meine Erklärung zur Frage in 
der Überschrift.

Die 150kHz entsprechen einer Wellenlänge von 2km, der Begriff Nahfeld 
ist hier entsprechend groß, Wiki nennt z.B: 2 Lambda als Grenze. Dass 
ein RFID nur über ein paar Zentimeter (z.B. mit SDR nachweisbar) sendet, 
ein Langwellensender dagegen in halb Europa zu empfangen ist, liegt 
nicht nur an dessen vielen Kilowatt Sendeleistung sondern vor allem an 
der Antennengröße. Zwar darf ein Hertzscher Dipol winzig gegen die 
Wellenlänge sein, aber das ist ein theoretisches Gebilde ohne 
Verlustwiderstände. Reale RFID-Antennen haben einen miserablen 
Wirkungsgrad.

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