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Forum: HF, Funk und Felder Stehende Welle in einem Leiter erzeugen!


Autor: Stephan Theisgen (stephantheisgen)
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Hallo!

Da ich neu in diesem Forum bin, möchte ich mich kurz vorstellen:
Ich heiße Stephan Theisgen und studiere derzeit im 10. Semester 
Biochemie. Ich bin gerade dabei meine Diplomarbeit anzufertigen.
Hobbymäßig beschäftige ich mich mit Programmierung und mit Elektronik 
(Löten von Schaltungen etc.)

Nun zu meiner Frage. Ich würde gerne als Anschauungsobjekt eine stehende 
Welle in einem Stück Leiter erzeugen. Und irgendwie auch ausmessen, bzw. 
sichtbar machen können, wo Spannungsbäuche bzw. -knoten sind.
Die Frage ist nun, wie stelle ich das am besten an. Ich habe gemerkt, 
daß ich zwar eine Vorstellung habe, wie Gleichstrom sich verhält, ich 
aber bei Wechselstrom keine wirklich Ahnung habe. Ich habe nun viel 
theoretisches Zeug über Lecher-Leitungen und Wellenleiter gelesen, im 
Sinus-Generatoren und DDS (direct digital synthesis). Aber irgendwie bin 
ich mir nicht sicher, ob das für mich überhaupt zutrifft. Außerdem sagen 
sie nichts zur praktischen Machbarkeit.

Könnte ich eigentlich in einen Wechselstromkreis einen normalen 
Widerstand einbauen, und wenn ich diesen richtig wähle, dann ergibt sich 
eine stehende Welle?

Wie Ihr/Sie seht/sehen, habe ich wenig bis gar keine Ahnung von der 
Materie und wäre über Beiträge zur Machbarkeit, Anregungen zur 
praktischen Umsetzung, Links, notfalls auch Buchempfehlungen, und 
Erklärungen zur Theorie sehr dankbar!

Vielen Dank und viele Grüße
Stephan Theisgen

Autor: Andreas W. (Gast)
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kurz gesagt?
als anschauungsobjekt unmöglich. da man ja strom nicht sieht, und jeder 
eingriff auf das kabel verändert die resonanze und damit die stehende 
welle.

als tip, zwar nicht einfach aber machbar.
besorg die eine sehr alte leuchtstoffröhre. wenn man die vorsichtig mit 
hochspannung betreibt. ich meine damit nicht sehr hell. ensteht in einen 
kleinen bereich eine stehende welle. die herkunft zu erklären ist nicht 
so einfach. man sieht jedenfals eine hell-dunkel-verteilung.

Autor: Stephan Theisgen (stephantheisgen)
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Hallo Andreas,

danke erstmal für die Antwort.

Gut, also wäre sie nicht sichtbar zu machen, aber wie müßte ein Aufbau 
denn aussehen, damit ich eine stehende Welle überhaupt erzeugen könnte.

Wie ich sie dann nachweise, muß ich mir dann noch irgendwie überlegen...

MfG
Stephan

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Das Problem ist es, die nötige Wechselspannung mit einigermaßen
brauchbarer Leistung (damit man auch was sehen kann) bei einer
benutzbaren Wellenlänge bereit zu stellen (50 Hz hat ja jeder, aber
man müsste halt 3000 km laufen, um die halbe Wellenlänge zurück zu
legen :).

Was mir in den Sinn kommt: eine CB-Funke nehmen.  Die liefert so 2...3
W an HF auf 27 MHz, d. h. bei 11 m Wellenlänge.  Das liegt gerade noch
im praktikablen Bereich.  An den Ausgang eine Zweidraht-Parallel-
Leitung aus nicht isoliertem Kupferdraht spannen, die ein
ungeradzahliges Vielfaches von lambda/2, also 5,5 m lang ist.  Diese
Leitung wird am Ende kurzgeschlossen:


+-----------+ Antennen-
|   CB-     | buchse
|  Funke    |-+
|           | ---------------------------------------------------*
+-----------+-+                                                  |
               \-------------------------------------------------*

               |<------------------ l = 5,5 m ------------------>|

Auf der Leitung wird eine kleine Glühlampe (ich würd's mit einer
Fahrradlampe probieren) verschiebbar angebracht.  An beiden Enden
ist die Lampe dunkel, in der Mitte ist sie hell.  Wenn man den
Platz hat, kann man sie auch 16,5 m lang machen, dann hat man 1,5
komplette Wellenlängen und damit 4 Stromknoten (in denen Strom im
Draht fließt, aber keine Spannung nachweisbar ist) und drei
Spannungsbäuche (bei denen die Lampe leuchtet).

Autor: Stephan Theisgen (stephantheisgen)
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Hallo Jörg Wunsch!

Der Tip klingt ganz gut. Ist zwar immer noch etwas lang, aber 
wahrscheinlich noch machbar!
Allerdings schnalle ich immer noch nicht warum ich unbedingt eine 
Parallel-Leitung brauche?
Ist das unbedingt nötig für die stehende Welle, oder nur für den 
Nachweis, hier um die Lampe zum Leuchten zu bringen?

Viele Grüße
Stephan

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Stehende Wellen entstehen auf Leitungen, und damit man sie vernünftig
reproduzieren kann, braucht man eine (einigermaßen) konstante Impendanz
(Wellenwiderstand) der Leitung.  Diese wiederum erreicht man (solange
man nicht auf der Leitung das Dielektrikum wechselt) durch ein
konstantes Verhältnis von Drahtabstand zu -durchmesser.

Die parallele Leitung ist halt die einfachste Form davon, und sie
gestattet zudem eine einfache Ankopplung der Glühlampe als Indikator.

Autor: Stephan Theisgen (stephantheisgen)
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Mhm, ok das glaube ich habe ich geschnallt. Auch wenn für meinen Fall 
wohl nicht relevant, aber nur des Interesse wegens: Kennst Du noch 
andere Möglichkeiten außer durch eine zweite Leitung?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Nach nochmaligem Durchrechnen korrigiere ich meinen Vorschlag ein
wenig.  Am Ende der Leitung keinen Kurzschluss anbringen, sondern eine
vernünftige Last.  Dafür müsste sich eine Kfz-Glühlampe 12 V / 4 W
(Standlicht) eignen.  Diese verheizt die vom Funkgerät abgegebene
Energie bei einigermaßen passender Größe als Abschlusswiderstand.

Als Indikator dann eine kleine 24-V-Glühlampe (24 V / 50 mA) benutzen.

Autor: Norgan (Gast)
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Nun ja, einen Hinweis sollte ein Stehwellen-Messgerät liefern können. 
Nein, dass ist kein Witz, das sind gängige Geräte. Wobei ein solches 
eigentlich zum Nachweis der Abwesenheit einer stehenden Welle und 
anderer Grausamkeiten dient und sich der Zeiger bei einer stehenden 
Welle um den Zeigeranschlag biegen müsste :-)

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Stephan Theisgen wrote:

> Kennst Du noch
> andere Möglichkeiten außer durch eine zweite Leitung?

Aus HF-Sicht ist das eine Leitung ;-).

Ja, es gäbe andere Methoden, beispielsweise eine Antenne.  Allerdings
wird da der Nachweis schwieriger, und der Aufbau insgesamt unhandlicher.

Bei höheren Frequenzen kann man das natürlich kleiner bauen, aber da
fällt mir auf Anhieb nichts ein, was man problemlos beschaffen könnte.
Freenet-Walkie-Talkies laufen auf 148 MHz mit 2 m Wellenlänge, aber
erstens produzieren sie nur 0,5 W an HF, und zweitens haben sie eine
integrierte Antenne und damit keine Antennenbuchse, an die man einfach
was anklemmen kann.

Als Indikator könnte man auch eine LED mit Vorwiderstand nehmen, die
entzieht weniger Energie als eine Glühlampe.  Man muss aber entweder
noch eine normale Diode davor schalten, die in Sperrichtung die LED
schützt, oder aber zwei LEDs gegensinning parallel ("antiparallel")
schalten.  Vorwiderstand vielleicht 1 kΩ.  Günstig an dieser
Anordnung ist, dass man die äquivalente HF-Spannung (arithmetischer
Mittelwert) durch Helligkeitsvergleich mit einer durch Gleichspannung
gespeisten LED ermitteln kann.  Ich vermute, dass bei der CB-Funke
da durchaus Spannungen von 40 V entstehen können im Spannungsbauch.

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

UHF-Oszillator nehmen, irgendwo um 400MHz, Lecherleitung dran und 
Glühlampe drüberschieben. Und nicht erwischen lassen. :-)

Ein ganz früher ;) üblicher Röhrenoszillatoren mit EC92 o.ä. und ein 6V 
0,1A (Fahrrad-Rücklicht) klappte problemlos.

Man konnte mit schön den Abstand zwischen den Spannungsmaxima messen und 
die Frequenz daraus berechnen.

Sollte mit passendem Halbleiter selbstschwingend auch heute kein 
wirkliches Problem sein.

Verstößt sicherlich gegen diverse Vorschriften...

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Der gute Gast (Gast)
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Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Der OP schrob aber, dass er Biochemie studiert...  Ich fürchte, ihm
den Aufbau einer HF-Schaltung zuzumuten, ist ein wenig übers Ziel
hinaus geschossen.

Daher habe ich einfach nach Möglichkeiten für einen HF-Generator
gesucht, den man auf relativ einfache Weise erlangen kann.  Die
CB-Funke dürfte da immer noch das Günstigste sein.

Klar, wenn er einen Funkamateur in seiner Nähe hat, kann der ihm
vielleicht auch eine 145- oder 433-MHz-Funke leihen, aber dann hätte
er möglicherweise gar nicht erst hier nachfragen müssen.

Autor: Mark (Gast)
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Früher gab's die s.g. Messleitung, wurde zur Bestimmung von 
unbekannten Impedanzen benutzt. So eine Art Vorläufer der 
Networkanalyser.

Der Aufbau besteht aus einem Generator und einem Rundhohlleiter, der der 
Länge nach geschlitzt ist. Durch diesen Schlitz kann man mit einer 
Antenne die Feldstärke innerhalb des Hohlleiters messen. D.h. die 
Antenne ist auf einem Schlitten montiert, den man am Hohlleiter entlang 
schieben kann.
Schliesst man am Ende eine Impedanz ungleich dem Wellenwiderstand der 
Messleitung an gibt es Reflexionen und im Hohlleiter entstehen "stehende 
Wellen". Aus dem Verhältnis von Minimum zum Maximum der Feldstärke und 
dem Abstand der Minima zueinander kann man auf die angeschlossene 
Impedanz zurückrechnen.

In manchen Laboren findet sich in irgendeiner Ecke noch sowas. Damit 
liese sich das Feld recht gut visualisieren. Großes Zeigerinstrument ist 
da auch immer dabei.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Buch "Minispione 2": 2 Watt Sender für UKW ca. 100 MHz gibt 
"handlichere"
Paralleldrahtleitung; Anwendung nur in EMV-Kabine zulässig, Fahrradbirne 
( hinten ) geht gut ...

Gruss

Autor: Maik (Gast)
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Messleitung, oder im Neudeutschen auch "Slotted Line" betitelt.

Normalerweise, wie mein Vorredner schreibt, eigentlich eher für den GHz 
Bereich als Hohlleiterversion verwendet.
Es gibt aber auch solche mit einem echten koaxialen Aufbau, die bis 
hinunter auf 600 MHz einsetzbar sind.
Habe so ein Ungetüm von Siemens (l = 0,4m, 6kg Messing , 7/16 50 Ohm) 
noch bei mir hinter dem Schreibtisch stehen, und nutze es gelegentlich 
als einstellbaren Feintrieb ;) . Falls sowas noch igendwo im 
laboreigenem steht, könnte man das Gesamtkunstwerk irgendwo in einem ISM 
Band wie be 866 MHz betreiben und hätte einen echten koaxialen Aufbau. 
Frag doch einfach mal die HF Etechniker an Deiner Hochschule, die haben 
dann bestimmt auch gleich einen geeignetenSynthesizer bis 1 GHz dazu.

Die Version mit der Lecherleitung und der CB Funke gefällt mir 
persönlich aber  am besten, ggfs. ein entsprechendes Anpassnetzwerk am 
CB Gerät auf die 240 - 300 Ohm der Leitung ergänzen.

mfg Maik

Autor: high_speed (Gast)
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> Diese verheizt die vom Funkgerät abgegebene Energie bei einigermaßen
> passender Größe als Abschlusswiderstand.

-> Anpassung
Und wie bekommen wir jetzt eine stehende Welle, wenn am Ende der Leitung
die Energie verheizt wird.

Der Endstufe vom Funkgerät wird es bestimmt auch nicht gefallen, eine 
nennenswerte Menge der zurücklaufende Energie zu verheizen.
Für solche Experimente braucht man reflexionsfeste Entstufen.
Oder einen Zirkulator, aber bei 27MHz dürfte der ein wenig groß 
ausfallen. ;-)

> Es gibt aber auch solche mit einem echten koaxialen Aufbau, die bis
> hinunter auf 600 MHz einsetzbar sind.
> Habe so ein Ungetüm von Siemens (l = 0,4m, 6kg Messing , 7/16 50 Ohm)

Im Praktikum hatten wir eine 2m lange mit 60 Ohm Wellenwiderstand.
Gearbeitet hatten wir mit 200MHz.

MfG
Holger

Autor: Netbird (Gast)
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Tipp: An der Uni einen Funkamateur auftun, der eine 70cm Funke /430MHz 
besitzt.
Lecherleitung, 2m..3m lang, aus zwei parallelen Kupferdrähten aufbauen, 
die durch große Lüsterklemmen als Abstandshalter gezogen werden. Die 
Klemmen werden auf eine lange Leiste geschraubt. An einem Ende Koax vom 
Sender anklemmen, das andere Ende ist offen oder geschlossen.
Als Anzeige mit einer Glühlampe z.B. 6V/0,18A in einer aufgespreizten 
Fassung auf den beiden Drähten entlangrutschen -> Knoten und Bäuche sind 
prima zu erkennen!
Variante: GLühlampe irgendwo in der Mitte festlöten, vom Ende her mit 
einem kräftigen Schraubendreher die Lecherleitung kurzschließen und in 
Richtung Senderankopplung rutschen. Jetzt schieben sich periodisch 
Knoten und Bäuche an der Lampe vorbei.

Klappt prima mit einer eingekoppelten Leistung ab 5W, das macht jedes 
Amateurfunkgerät ..

Viel Vergnügen

Autor: high_speed (Gast)
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Ein interessanter Link zum Thema Leitung und Hochfrequenz:
http://www.hf.rub.de/lehre/Animationen/Leitung1.html

Und hier das Gleiche noch einmal mit Impulsen:
http://www.hf.rub.de/lehre/Animationen/Leitung2.html

MfG
Holger

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