Amateurfunk Forum - Archiv

[quote]...Bedauerlicherweise entziehen sich Wellenvorgänge derartigen einfachen einfachen sächlichen Analogien und erschließen sich nur durch ein gerüttelt Mass an Abstraktionsfähigkeit. Um die Relativitätstheorie plausibel zu machen, versagen auch Analogien mit Elementen aus der Newton'schen Mechanik.

Da sind wir zu sehr Gefangene der alltäglichen Prägung unserer Vorstellungswelt....[/quote]Das ging den Naturwissenschaftlern Ende des 19. Jahrhundets wohl auch so als ihre ach so heile Wellenwelt durch den äußeren Photoeffekt ins Wanken geriet... Nicht umsonst gibt es heute an einigen Unis auch Seminare über die Philosophie der Physik.
[quote]...Es gibt nun einmal keine Möglichkeit, diese hypothetische "reflektierte Energie" abzutrennen und meßtechnisch zu erfassen, wenn das System eingeschwungen ist. [/quote]
Das ist doch genau der Punkt. Wir unterhalten uns hier über verschiedene Modelle, die einen realen Sachverhalt erklären sollen. Das Wort Modell impliziert aber das wir ein Hilfskonstrukt verwenden um uns bestimmte Dinge zu erklären. Ein Modell ist per definitionem unperfekt. Daraus ergeben sich eben diese Ambivalenzen in der Auslegung.
Ob man das versucht mit irgendwelchen Rechnungen in der einen oder anderen Weise zu hinterlegen ist völlig irrelevant. Solange wir mit Modellen hantieren ist eine absolute Wahrheitsfindung schlicht nicht möglich.
Wir können aber sehr wohl mit Hilfe eines Übertragungsmodells und Messungen die dieses bestätigen die Fragestellung des Themenstarters beantworten.
Es besteht zwischen den beiden aufgeführten Artikeln eben kein echter Widerspruch.
DF4EU vernachlässigt bei seinen Aussagen einfach die hier oben schon aufgeführten Zusatzverluste auf einem nicht mit Nennimpedanz betriebenem Koaxkabel. Sie sind für ihn schlicht nicht relevant. Er benennt sie aber. Seine Kerneaussage ist ja auch richtig. Das SWR einer Antenne sagt nichts über ihre Abstrahlung aus. Um diese Aussage nicht zu schwächen hat er die Zusatzverluste halt ignoriert...
DJ8EI hingegen konstruiert ein Beispiel auf 30MHz in dem diese Verluste auf immerhin 1.2dB ansteigen (62 statt 80Watt). Aber auf 10m werden die meisten eine Antenne haben deren SWR besser als 5:1 ist....
Somit stimmt auch DJ7WWs Aussage ohne zu dem bisher gesagtem im Widerspruch zu stehen:
[quote]Nicht was sie an Leistung abstrahlen kann, sondern was sie an Leistung vom Sender aufnehmen kann.[/quote]Genau so ist das. Im Falle eines ATs im Shack fehlt der Antenne halt die Leistung duch die Zusatzdämpfung
Bleibt also noch das Problem der symmetrischen Antenne an einem Koaxkabel.
Und da treten wie oben schon gesagt die echten Schwierigkeiten auf. Da haben sich schon viele die Finger am TRX oder AT verbrannt, wenn sie denn feststellen mußten das sie Mantelwellen auf dem Koaxkabel haben.
Hier liegt der große Vorteil des externen ATs. Der Balun wird eben auf seiner Nennimpedanz mit ausschliesslich realem Z betrieben. Und nur da funktioniert er perfekt.
73, André

Ich habe Youtube bei mir abgeblockt, danke für die Info, vielleicht mache ich mal eine "Sonder-Session" mit offenem Google. Als kurzen Zwischenbericht:

Ich habe angefangen im cqDL-Archiv zu suchen (Inhaltsverzeichnis) mit SWR, Stehwelle und Leitung und habe bisher in dem Block 1953-1970 folgende Artikel gefunden (Jahrgang/Heft/Seite):

53/12/543 R.Heer, Die angezapfte Stichleitung als Transformator, "Leitungsgleichungen".
[b:3tnd9ji3]55/06/260 DL3AB, Messung und Berechnung der Verluste auf Leitungen, "Reflexion, Spannungs- verlauf mit Graphik, Anpassung (SWR) und Dämpfung berechnet".[/b:3tnd9ji3]
55/12/548 DL1AU, SWR-Indikator, "Fehlanpassung ... Reaktanzen auf der Leitung".
56/09/393 DL6BU, Stehwellenindikator für Bandkabel.
58/12/559 H. Budde, Hochfrequenzleitungen und ihre Anwendung, "l/4 als Transformator".
[b:3tnd9ji3]67/02/062 DL6PC, Stehwellenverhältnis und seine Bedeutung, "Reflektion ... stehende Welle".
68/06/345 DJ7HS, Leitungsstücke als Filter, "Leerlauf und Kurzschluß Berechnung".[/b:3tnd9ji3]

Früher wurde mehr per Ein- und Zweidraht-Feeder gearbeitet, Koax und Ringkerne waren teuer, und man mußte schon zum Rechenschieber oder Bleistift greifen und rechnen. Angepaßt wurde mit Transformationsleitungen. Dadurch sind die Vorgänge auf der Leitung etwas mehr im Blickpunkt gewesen. Der Klassiker war das Collins-(Pi-)Filter der PA zur Speiseleitung (Oberwellenfilter plus R-Transformator in einem Stück) und bei der Antenne ein Lamda/4-Transformator-Stück Leitung. Die hervorgehobenen Artikel sind m.E. lesenswert - DL6PC allgemeinverständlich geschrieben.

Zu Janzen habe ich UKW Berichte 3/97 schon öfter zitiert (Die Geheimnisse der Hochfrequenzleitung). Von ihm gibt es auch einen umfassenden Artikel in UKW-Berichte 2/99 "Messungen an Antenne durch die Speiseleitung". Darin ist vor allem gut erklärt, wie die PA (Generator) die Antenne (transformiert) vom Leitungseingang her sieht. Er arbeitet nach der Einleitung sehr viel mit Smith-Charts, hat aber die Berechnungen dazu im Text. (Anmerkung: ich bin die Smith-Charts nicht sooo gewohnt und lasse die mangels Übung immer etwas links liegen und halte mich an die Gleichungen und klassische U/I-Graphik).

Die UKW-Berichte sind i.d.R. nachkaufbar, cqDL für DARC Mitglieder im Archiv abrufbar. Ich habe mich doch entschlossen, das aktuelle ARRL Antenna Book zu kaufen (CD und EZNEC ist mit drin) und schau mal, wie sich die Zeiten dort geändert haben. Via einer ARRL CD habe ich von der HAM Radio noch genügend Lesestoff von W2DU, also noch einiges vor mir.

Ich rühre mich ab und an wieder, open end. 73 Peter

@dl8yev: paßt, danke für den Beitrag.

[quote]Wir unterhalten uns hier über verschiedene Modelle, die einen realen Sachverhalt erklären sollen. Das Wort Modell impliziert aber das wir ein Hilfskonstrukt verwenden um uns bestimmte Dinge zu erklären. Ein Modell ist per definitionem unperfekt.[/quote]
vollkommen d'accord!

Manche Modelle sind allerdings ziemlich perfekt, die Gültigkeit der Maxwell'schen Gleichungen wird zum Beispiel niemand in Frage stellen oder als Blödsinn abtun.

Eine Theorie ist ein System von Aussagen, das die Realität beschreiben oder erklären soll und Vorhersagen ermöglicht.

Die Vorhersagen der klassischen Mechanik und der speziellen Relativitätstheorie unterscheiden sich beispielsweise deutlich, wenn die betrachteten Objekte sich mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen.

Ähnlich verhält es sich hier mit der Diskussion über die Vorgänge auf der Leitung. Die verbreiteten vereinfachten Modellbetrachtungen reichen in der Regel im Amateurbetrieb vollkommen aus, num vorauszusagen, was mit der Sendeleistung der PA, auf der Leitung und an der Antenne passiert - aber sie sind augenscheinlich nicht allgemeingültig, denn sie generieren unter gewissen Rahmenbedingungen Widersprüche und prognostizieren falsche Ergebnisse.

Die Theorie, die den Energiefluss auf der Leitung als Ergebnis von Wellenphänomenen und deren Superposition beschreibt, generiert diese Widersprüche nicht und führt zu korrekten Ergebnissen. Es ist damit zwar nicht das einfachere aber offenbar das perfektere Modell.

73

@df4kv

[quote]...Es gibt nun einmal keine Möglichkeit, diese hypothetische "reflektierte Energie" abzutrennen und meßtechnisch zu erfassen, wenn das System eingeschwungen ist. [/quote]

Ich dachte aber, daß dies z.B. mit einem Richtkoppler genau getan wird.

Auch Karl Fischer, DJ5IL, schreibt in dem von mir zitierten Artikel von sog. "Zirkulatoren", mit denen er folgendes vorhat:

[quote]Mit einem Zirkulator 2 lassen sich tatsächlich vorlaufende und rücklaufende Wellen voneinander separieren, aber dann gehen sie getrennte Wege - interferieren also nicht mehr miteinander - und damit kann es schon prinzipiell die gegenläufigen Energieflüsse auf der Leitung nicht mehr geben, die Maxwell durch diese Anordnung eigentlich beweisen will.[/quote]

Widerspruch?

Hallo Günter, ich wollte eh' gerade nachtragen, kurz zu Deiner Frage: Richtkoppler greifen mehr oder weniger in die Leitung ein und entziehen Energie (und wenn es nur zum Messen ist). Dadurch sind sie im Grunde (m.E.) ein weiterer Lastwiderstand, wenn auch "Richtungs-abhängig", jedenfalls verändern sie auch die Leitung - spätestens beim Energieentzug. Im Zirkulator sehe ich es auch nicht anderes.

Der Vorgang der Reflektion (und damit der gegenläufigen Welle) ist ziemlich abstrakt. In den Gleichungen ist es gut erkennbar, aber die Umsetzung in eine andere Beschreibung etwas diffizil. Im ARRL-Handbook ist es per Vektoren im Fall "mismatched lines" gut beschrieben. Eine weitere gute Beschreibung habe ich vonDG7GK in UKW-Berichte 2/86 "Reflexionsfaktor" (sic) gefunden. Ich werde es entweder in meinem pdf (erst mal für mich geschrieben, als "Hausarbeit" zum eigenen besseren Verständnis und für Diskussionen) entweder zitieren oder überarbeiten. Das Problem zum Verständnis ist, daß wir zum Energietransport [b:5tcfqfv4]zwei[/b:5tcfqfv4]Wellen haben, die transversal schwingen, in Phase sein müssen (bei 100% Energieweitergabe) und an jedem Punkt dazu mit einem reellen Wellenwiderstand verknüpft sind. Bei einem Mis-Match Wellenwiderstand <> Lastwiderstand wird "Überschuß-"Energie zurückgegeben, wobei für die Rückgabe - jetzt benutze ich den Ansatz von DG7GK - zwei Bedingungen erfüllt sein müssen:
1. die überlagerten U- und I-Amplituden (Hin+Rück) müssen im Verhältnis dem Lastwiderstand R(L)entsprechen,
2. die überlagerten U- und I-Amplituden des Rücklaufes müssen dem Wellenwiderstand der Leitung Z entsprechen.
Das geschieht mit der Reflektion durch eine Überlagerung (unmittelbar am Lastwiderstand) wie folgt:
* Fall R(L) > Z: Die Spannungswelle behält ihr Vorzeichen, die Stromwelle wechselt das Vorzeichen.
DG7GK nutzt ein Beispiel mit 50 Ohm Ltg und 200 Ohm Last bei 10V Einspeisung - entsprechen 0,2A auf der 50 Ohm Leitung. Am Lastwiderstand ergibt sich dann (10V+Urück)/ (0,2A-Irück) =200 Ohm. Bei der Auflösung ergeben sich Urück = 6 V und Irück 0,12 A.
* Fall R(L) < Z: Die Stromwelle behält ihr Vorzeichen, die Spannungswelle wechselt. Da spare ich mir jetzt ein Beipiel, die Logik ist entsprechend.

Im ARRL Antenna Book 1976 im Chapter 3 und im neuen Antenna Book (vor einer Std eingetroffen) Chapter 23 mit Vektor(pfeilen) ebenso beschrieben. Etwas ironisches zum Schluß: das 1976er (13. edition) wiegt 475 gr, das 2013er (22. edition) 1820 gr. . Ein Zuwachs von 3,7% pa in der Summe, bei "Transmissions Lines" ist es eingeschwungen - alles beim Alten .

73 Peter

[quote][quote]...Es gibt nun einmal keine Möglichkeit, diese hypothetische "reflektierte Energie" abzutrennen und meßtechnisch zu erfassen, wenn das System eingeschwungen ist.[/quote]
Ich dachte aber, daß dies z.B. mit einem Richtkoppler genau getan wird.
Auch Karl Fischer, DJ5IL, schreibt in dem von mir zitierten Artikel von sog. "Zirkulatoren", mit denen er folgendes vorhat:
[quote]Mit einem Zirkulator 2 lassen sich tatsächlich vorlaufende und rücklaufende Wellen voneinander separieren, aber dann gehen sie getrennte Wege - interferieren also nicht mehr miteinander - und damit kann es schon prinzipiell die gegenläufigen Energieflüsse auf der Leitung nicht mehr geben, die Maxwell durch diese Anordnung eigentlich beweisen will.[/quote]

Widerspruch?[/quote]
Überhaupt kein Widerspruch, im Gegenteil.
In dem Satz wird deutlich gemacht: Wenn durch einen Richtkoppler oder Zirkulator Wellen abgetrennt werden (die wiederum am Ausgangs-Widerstand des Richtkopplers eine Leistung generieren) dann sind diese weg (gehen getrennte Wege) und können daher auch nicht mehr mit anderen Wellen auf der Leitung interferieren. Das ganze System ist durch diesen Eingriff so verändert, so dass gänzlich andere Einschwing-Bedingungen vorliegen.

Nicht Alles was hinkt ist ein Vergleich, aber trotzdem der Versuch einer Analogie: Wenn ich an einer hochohmigen Quelle mit einem niederohmigen Spannungsmesser versuche die Spannung zu messen, verändere ich auch durch den abgetrennten Strom durch das Messgerät das System und erhalte andere Spannungs-Werte.

73

Günter,

sorry, ich meinte, daß der Satz bei Karl (daß man die Wellen separieren kann) im Widerspruch zu den Aussagen von DF4KV steht (daß es keine Möglichkeit gibt, "diese hypothetische 'reflektierte Energie' abzutrennen und meßtechnisch zu erfassen").

Was ist nun richtig? Kann man oder nicht?

@guenther: Hast Du Karl da richtig interpretiert ?? Gleich auf Seite 1 seiner geposteten Schrift:
[i:nx5qmz3w] Mit einem Zirkulator lassen sich tatsächlich vorlaufende und rücklaufende Wellen voneinander separieren, aber dann gehen sie getrennte Wege - interferieren also nicht mehr miteinander - und damit kann es schon prinzipiell die gegenläufigen Energieflüsse auf der Leitung nicht mehr geben, die Maxwell durch diese Anordnung eigentlich beweisen will.[/i:nx5qmz3w]
Er kritisiert damit den Ansatz von W2DU und sagt eigentlich das gleiche wie DF4 KV.
73 Peter

Wie bitte?

Karl sagt, daß man die Wellen separieren kann. Oder nicht?
DF4KV sagt, man könne die theoretisch reflektierte Energie nicht abtrennen. Oder nicht?

Das kann doch nicht dasselbe sein!

Nach wie vor die Frage: Kann ich die (theoretisch oder nicht) reflektierte Welle von der hinlaufenden meßtechnisch trennen (und damit messen) oder nicht?

Wenn NICHT: Was machen dann Zirkulatoren oder Richtkoppler (egal, ob sie Energie entziehen oder nicht)?

[quote]
Nach wie vor die Frage: Kann ich die (theoretisch oder nicht) reflektierte Welle von der hinlaufenden meßtechnisch trennen (und damit messen) oder nicht?
Wenn NICHT: Was machen dann Zirkulatoren oder Richtkoppler (egal, ob sie Energie entziehen oder nicht)?[/quote]

Klar kann man das, und das hat auch keiner hier bestritten. Du musst dies bitte im Zusammenhang sehen und nicht isoliert. Die Aussage im Kontext war: Man kann die reflektierte Welle von der hinlaufenden nicht trennen OHNE DAS VERHALTEN DES EINGESCHWUNGENEN SYSTEMS ZU VERÄNDERN. Oder kurz: das Messen verändert das Messergebnis.

So langsam wird es ein Diskurs um des Kaisers Bart.

73

Es kommt hinzu, das die reflektierte(n) Welle(n, E + H,) mit dem Einschwingen als stehende Welle(n) in ortsfeste Schwingung(en) übergeht und (verlustfrei angenommen) zu der darin gespeicherten (Einschwing-)Energie keine Energie mehr aufnimmt oder abgibt. Mit jedem Abtrennen oder Zugriff, der praktisch möglich ist, ist das System gestört oder als Gesamtheit hinüber - es ist keine eingeschwungene Leitung zwischen Last und Generator mehr.

Ein klassisches Gegenstück in der Elektrotechnik ist die Feldmessung eines statischen E-Feldes z.B. in einer Wohnung. Da gehst Du einmal mit dem Meßinstrument rein, kriegst kurz eine Anzeige und dann ist es futsch. Nach ein paar Stunden kannst Du es wiederholen, wenn sich der Wohnraum aus natürlichen Quellen wieder aufgeladen hat.
73 Peter

Vergessen: der Zirkulator paßt überhaupt nicht, das ist eine Diplexer-Funktion, die die Leitung komplett trennt, in der Praxis in der Impulstechnik eher im Wechselbetrieb üblich. Ich kenne die Dinger nicht und weiß nicht, ob die bei Dauersendung auch vernünftig funktionieren. Die übrigen Meßgeräte (Reflektometer, SWR-Meter) messen lediglich eine (mit möglichst minimaler Belastung) ausgekoppelte Max- und Min-Spannung und werten die an einem Meßwiderstand als SWR etc. aus.

Hallo Guenther,
ein Richtkoppler kann in der Tat richtungsabhängig einen definierten Teil der Leistung auf einer Koax-Leitung abzweigen.
Wieviel das ist wird durch die Koppeldämpfung beschrieben, wie gut er die Richtung der Leistung bestimmen kann durch die Richtschärfe. Ein Richtkoppler mit 0dB Koppeldämpfung bezeichnet man als Zirkulator. In der einen Richtung wird die Leistung also ungehindert durchgelassen, in der anderen zu 100% auf den Auskoppelport umgeleitet. Auf Kurzwelle breitbandig kenne ich so etwas nicht, aber auf VHF aufwärts gibt es diese Bauteile auch fertig aus kommerzieller Fertigung. Wenn man an den Auskoppelport noch eine Dummyload anschließt erhält man einen sogenannten Isolator. Dann wird jede reflektierte Leistung auf die Dummyload umgeleitet. Das verwendet man als Endstufenschutz insbesondere auf UHF und höher, als Schutz für die Endstufen bei vereisten Antennen...
Was Ulrich aber sagen wollte ist, das man die reflektierte Leistung zwar vielleicht messen kann aber ihre Bedeutung nicht zuordnen kann. Du darfst nicht vergessen, das die Messung einer Leistung mit einem Richtkoppler zwar den Betrag der Leistung messen kann aber keine Aussage über die Phasenlage dieser macht. Außerdem ist diese Messung auf die nominellle Impedanz der Leitung bezogen. Also kann es durchaus sein das im Falle eines ATs in Sendernähe man auf der Speiseleitung eine deutliche rücklaufende Leistung mißt, aber trotzdem die gesamte Leistung an die Antenne abgegeben wird. Das liest sich zugegebenermaßen etwas skuril, ist aber im Bereich eines nicht zu hohen SWRs Fakt. Das ist eben der Unterschied einer rein skalaren Betrachtungsweise zu einer vektoriellen oder auch Superpositions- Sicht der Dinge.
73, André

[quote]
sorry, ich meinte, daß der Satz bei Karl (daß man die Wellen separieren kann) im Widerspruch zu den Aussagen von DF4KV steht (daß es keine Möglichkeit gibt, "diese hypothetische 'reflektierte Energie' abzutrennen und meßtechnisch zu erfassen").

Was ist nun richtig? Kann man oder nicht?[/quote]
Ich sehe keinen Widerspruch:

Die Betonung liegt beide Male auf [i:3ahc2wtt][b:3ahc2wtt]Energie[/b:3ahc2wtt][/i:3ahc2wtt].

Karl schreibt in seinem Text, daß es mit geeigneten Meßaufbauten (z. B. Richtkoppler, die zum Wellenwiderstand passen müssen) zwar möglich ist, die reflektierten Spannungs- und Stromwellen, mit denen man die Verhältnisse auf der Leitung modelliert (lineare Superposition), zu erfassen, daß es aber unsinnig ist, diesen reflektierten Wellen einen [b:3ahc2wtt][i:3ahc2wtt]Energie[/i:3ahc2wtt][/b:3ahc2wtt]fluß zuzuweisen, der in Gegenrichtung zum tatsächlichen Energietransport in Richtung Last läuft, während man im System zeitlich konstante Spannungs- und Stromamplituden mißt (=eingeschwungener Zustand)

Stellt man trotzdem Anteile von reflektierter Energie fest (z. B. "Geisterbilder" bei einer TV-Übertragung, ein Argument, das auch bei W2DU auftaucht), hat man damit nur gezeigt, daß eben kein stationärer Zustand mehr vorliegt, die Leitungslänge ist gegenüber der Wellenlänge des Modulationssignals nicht mehr vernachlässigbar.

73

[quote]In der einen Richtung wird die Leistung also ungehindert durchgelassen, in der anderen zu 100% auf den Auskoppelport umgeleitet. Auf Kurzwelle breitbandig kenne ich so etwas nicht, aber auf VHF aufwärts gibt es diese Bauteile auch fertig aus kommerzieller Fertigung. Wenn man an den Auskoppelport noch eine Dummyload anschließt erhält man einen sogenannten Isolator. Dann wird jede reflektierte Leistung auf die Dummyload umgeleitet.[/quote]

Das führt eher zu Verwirrung, denn der ganze Thread dreht sich doch vornhmlich um die Modellbetrachtung dass eben keine LEISTUNG RÜCKWARTS FLIESST, sondern nur deren Ursache, TEM-Wellen. Auch am Ausgangsport eines Richtkopplers oder Zirkulators wird durch die Superposition von hin- und rücklaufender Welle am Ort des Kopplers Spannung bzw. Strom (Energie) ausgekoppelt, deren Betrag quantitativ der rücklaufenden Welle entspricht. Was nicht zwangläufig bedeutet, dass (im eingeschwungenen Zustand) auf der Leitung auch tatsächlich LEISTUNG (gemeint ist Energie) ZURÜCK fliessen muss.

73

Wenn beim Zirkulator die "Fehlanpassung ausgekoppelt wird" (die an der Last reflektierte E-/H-Welle) sieht der Generator lediglich eine angepaßte Leitung und bedient seinen Nominalwiderstand (geplante Schutzfunktion). In so fern sind das völlig andere Bedingungen als nur Generator - Leitung - Last.

Mit der reflektierten (Steh-)Welle plus Hinlauf sieht der Generator (ohne Zirkulator oder Tuner) am Eingang einen transformierten Lastwiderstand. Zusätzlich zum Lastwiderstand muß er lediglich Leitungs-Verluste ausgleichen - ohmsche Verluste längs und quer, auch für die Stehwelle (die aber selber keinen Energiefluß nach dem Einschwingen mehr hat).

Danke für die Zirkulator - Anwendungserklärung mit Dummy-Load (cool ), war mir nicht bekannt.
73 Peter