diff --git a/contents/drawings/1135.svg b/contents/drawings/1135.svg new file mode 100644 index 0000000..afe2599 --- /dev/null +++ b/contents/drawings/1135.svg @@ -0,0 +1,189 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + diff --git a/contents/drawings/1135.tex b/contents/drawings/1135.tex new file mode 100644 index 0000000..1381e93 --- /dev/null +++ b/contents/drawings/1135.tex @@ -0,0 +1,50 @@ +% Author: Prof. Dr. Matthias Jung, DL9MJ +% Year: 2026 +\begin{circuitikz} + \pgfdeclarelayer{bg} % declare background layer + \pgfsetlayers{bg,main} + \draw [dashed] (0,0) -- ++(0.55,0) coordinate(a); + \draw (a) to [short,o-o] ++(0.5,0) coordinate(u1); + \begin{pgfonlayer}{bg} + \draw[very thick ] (u1) + to [short] ++(1,0) coordinate(b); + \end{pgfonlayer} + \ctikzset{inductors/coils=2, inductors/scale=0.5, capacitors/scale=0.5} + \draw(b) to [short, *-] ++(0,0.35); + \draw(b) to [open] ++(0.5,0.35) + arc(0:180:0.125) + arc(0:180:0.125); + \draw(b) to [open] ++(0.5,0.35) + to [short] ++(0,-0.35) coordinate(u2); + \draw(b) to [short] ++(0,-0.35) + to [C, name={foo}] ++(0.5,0) + to [short,-*] ++(0,+0.35) coordinate(q); + \draw[very thick, DARCred](q) + to [short] ++(2,0) coordinate(x1) + to [open] ++(0.5,0) coordinate(x2) + to [short] ++(2,0) coordinate(c); + \draw(c) to [short] ++(0,0.35); + \draw(c) to [open] ++(0.5,0.35) + arc(0:180:0.125) + arc(0:180:0.125); + \draw(c) to [open, *-] ++(0.5,0.35) + to [short] ++(0,-0.35); + \draw(c) to [short] ++(0,-0.35) + to [C] ++(0.5,0) + to [short,-*] ++(0,+0.35) coordinate(u3); + \draw[very thick](u3) + to [short] ++(1,0) coordinate(u4); + \draw(u4) + to [short,o-] ++(0.5,0) coordinate(d); + \draw [dashed] (d) -- ++(0.55,0); + \draw (d) to [short,-o] ++(0.0,0); + \draw (x1) to [short, -*] ++(0,0) node[anchor=north]{X}; + \draw (x2) to [short, -*] ++(0,0) node[anchor=north]{X}; + \draw (q) to [short, -*] ++(0,0); + \draw (foo.south) node[anchor=north]{$f_\mathrm{res}=\qty{7,05}{\mega\hertz}$}; + + \DARCmeasure[black][top]{u1}{b}{0,0.75}{0}{$\qty{6,71}{\meter}$} + \DARCmeasure[black][top]{u2}{x1}{0,0.75}{0}{$\qty{10,07}{\meter}$} + \DARCmeasure[black][top]{x2}{c}{0,0.75}{0}{$\qty{10,07}{\meter}$} + \DARCmeasure[black][top]{u3}{u4}{0,0.75}{0}{$\qty{6,71}{\meter}$} +\end{circuitikz} \ No newline at end of file diff --git a/contents/drawings/1136.svg b/contents/drawings/1136.svg new file mode 100644 index 0000000..b1e22dd --- /dev/null +++ b/contents/drawings/1136.svg @@ -0,0 +1,191 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + diff --git a/contents/drawings/1136.tex b/contents/drawings/1136.tex new file mode 100644 index 0000000..e5b75b2 --- /dev/null +++ b/contents/drawings/1136.tex @@ -0,0 +1,51 @@ +% Author: Prof. Dr. Matthias Jung, DL9MJ +% Year: 2026 +\begin{circuitikz} + \pgfdeclarelayer{bg} % declare background layer + \pgfsetlayers{bg,main} + \draw [dashed] (0,0) -- ++(0.55,0) coordinate(a); + \draw (a) to [short,o-o] ++(0.5,0) coordinate(u1); + \begin{pgfonlayer}{bg} + \draw[very thick, DARCred] (u1) + to [short] ++(1,0) coordinate(b); + \end{pgfonlayer} + \ctikzset{inductors/coils=2, inductors/scale=0.5, capacitors/scale=0.5} + \draw(b) to [short, *-] ++(0,0.35); + \draw(b) to [open] ++(0.5,0.35) + arc(0:180:0.125) + arc(0:180:0.125); + \draw(b) to [open] ++(0.5,0.35) + to [short] ++(0,-0.35) coordinate(u2); + \draw(b) to [short] ++(0,-0.35) + to [C, name={foo}] ++(0.5,0) + to [short,-*] ++(0,+0.35) coordinate(q); + \draw[very thick, DARCred](q) + to [short] ++(2,0) coordinate(x1) + to [open] ++(0.5,0) coordinate(x2) + to [short] ++(2,0) coordinate(c); + \draw(c) to [short] ++(0,0.35); + \draw(c) to [open] ++(0.5,0.35) + arc(0:180:0.125) + arc(0:180:0.125); + \draw(c) to [open, *-] ++(0.5,0.35) + to [short] ++(0,-0.35); + \draw(c) to [short] ++(0,-0.35) + to [C] ++(0.5,0) + to [short,-*] ++(0,+0.35) coordinate(u3); + \draw[very thick, DARCred](u3) + to [short] ++(1,0) coordinate(u4); + \draw(u4) + to [short,o-] ++(0.5,0) coordinate(d); + \draw [dashed] (d) -- ++(0.55,0); + \draw (d) to [short,-o] ++(0.0,0); + \draw (x1) to [short, -*] ++(0,0) node[anchor=north]{X}; + \draw (x2) to [short, -*] ++(0,0) node[anchor=north]{X}; + \draw (q) to [short, -*] ++(0,0); + \draw (u3) to [short, -*] ++(0,0); + \draw (foo.south) node[anchor=north]{$f_\mathrm{res}=\qty{7,05}{\mega\hertz}$}; + + \DARCmeasure[black][top]{u1}{b}{0,0.75}{0}{$\qty{6,71}{\meter}$} + \DARCmeasure[black][top]{u2}{x1}{0,0.75}{0}{$\qty{10,07}{\meter}$} + \DARCmeasure[black][top]{x2}{c}{0,0.75}{0}{$\qty{10,07}{\meter}$} + \DARCmeasure[black][top]{u3}{u4}{0,0.75}{0}{$\qty{6,71}{\meter}$} +\end{circuitikz} \ No newline at end of file diff --git a/contents/html/applet_traps.html b/contents/html/applet_traps.html new file mode 100644 index 0000000..6ae9801 --- /dev/null +++ b/contents/html/applet_traps.html @@ -0,0 +1,155 @@ + + +
+
+ + + + +
+ +
+ Trap-Dipol ohne Anregung +
+ +

+ Keine Anregung: Kein Antennenteil ist aktiv. +

+ + +
diff --git a/contents/sections/antennenformen_2.md b/contents/sections/antennenformen_2.md index 3ff89bd..9106b50 100644 --- a/contents/sections/antennenformen_2.md +++ b/contents/sections/antennenformen_2.md @@ -85,7 +85,7 @@ Aufgrund der zum Dipol senkrechten Abstrahlcharakteristik kann ein vertikal mont --- -Einen Spezialfall einer Vertikalantenne stellt die gegen Erde (oder einer Fahrzeugkarosserie) erregte $5/8 \lambda$-Antenne dar (vgl. Abbildung [ref:e_fuenf_achtel]). Hier ist die Länge gerade so gewählt, dass sich ein optimaler Gewinn ergibt (vgl. Abbildungen [ref:a_5_8_lambda_strahlung] und [ref:e_fuenf_achtel]). +Einen Spezialfall einer Vertikalantenne stellt die gegen Erde (oder einer Fahrzeugkarosserie) erregte $\frac{5}{8}\lambda$-Antenne dar (vgl. Abbildung [ref:e_fuenf_achtel]). Hier ist die Länge mit umgerechnet $\qty{0.625}{\lambda}$ aus einem bestimmten Grund gewählt. Der Strahler ist damit mechanisch etwa 2,5-mal so lang wie der einer normalen $\frac{\lambda}{4}$-Groundplane ($\qty{0.25}{\lambda}$). Die größere Strahlerlänge verändert das vertikale Strahlungsdiagramm vorteilhaft, wie in Abbildung [ref:a_5_8_lambda_strahlung] dargestellt: Mehr von der abgestrahlten Leistung wird in Richtung Horizont gebündelt, weniger wird nach oben oder unten abgestrahlt. Das ergibt bei terrestrischen Verbindungen bei gleicher Leistung in der Regel eine höhere Reichweite. Eine Strahlerlänge von etwa $\frac{5}{8} \lambda$ ist für diesen Effekt optimal: Wird der Strahler weiter verlängert, geht wieder mehr Leistung nach oben und unten verloren. [question:EG108] diff --git a/contents/sections/traps.md b/contents/sections/traps.md index e4c6f81..b3c80cd 100644 --- a/contents/sections/traps.md +++ b/contents/sections/traps.md @@ -1,27 +1,57 @@ -Multibandantennen, die gezielt auf mehreren Bändern resonant sind, haben wir bereits kennengelernt. Eine besondere Möglichkeit einen Dipol gezielt in einem bestimmten, zusätzlichen Frequenzbereich nutzbar zu machen ist das Einfügen eines Parallelschwingkreises bestehend aus Kondensator und Spule (genannt *Trap* aus dem Englischen für "Falle"). Ein solcher Parallelschwingkreis ist bei seiner Resonanzfrequenz hochohmig, stellt also ein "Hindernis" für Ströme dar. Der Parallelschwingkreis wirkt dann als *Sperrkreis*, der den Stromfluss bei einer gewissen Frequenz dann an dieser Stelle sperrt und den Dipol elektrisch auf die entsprechende Länge begrenzt. Gleichzeitig kann bei Anregung mit tieferer Frequenz aber auch der ganze Dipol schwingen. +Multibandantennen, die gezielt auf mehreren Bändern resonant sind, haben wir bereits kennengelernt, z. B. die endgespeiste Antenne mit 1:49-Transformator. Ein mittengespeister Halbwellendipol kann neben seiner Grundfrequenz grundsätzlich auch auf ungeradzahligen Vielfachen dieser Frequenz resonant sein. So besitzt beispielsweise ein für das $\qty{80}{\meter}$-Band ausgelegter Dipol mit einer Grundfrequenz von $\qty{3,5}{\mega\hertz}$ weitere Resonanzen näherungsweise bei $\qty{10,5}{\mega\hertz}$ und $\qty{17,5}{\mega\hertz}$. + +Bei geradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz, beispielsweise bei $\qty{7}{\mega\hertz}$ oder $\qty{14}{\mega\hertz}$, liegt am mittigen Speisepunkt dagegen ein Stromminimum und damit eine hohe Impedanz. Diese Frequenzen sind bei einem einfachen mittengespeisten Dipol daher nicht ohne Weiteres nutzbar. Eine Möglichkeit, zusätzliche Resonanzen gezielt auf solchen Frequenzen zu erzeugen, ist der sogenannte *Sperrkreis-Dipol*, der auch als *Trap-Dipol* bezeichnet wird. + +Bei einem Sperrkreis-Dipol befindet sich in jeder Dipolhälfte mindestens ein Parallelschwingkreis aus einer Spule und einem Kondensator. Einen solchen Schwingkreis bezeichnet man als *Trap* (englisch für „Falle“). Ein Parallelschwingkreis ist bei seiner Resonanzfrequenz hochohmig (vgl. Abbildung [ref:a_sperrkreis]). Er wirkt dann als *Sperrkreis* und verhindert weitgehend, dass Strom in den weiter außen liegenden Teil des Dipols fließt. Dadurch kann derselbe Dipol auf mehreren Frequenzbändern unterschiedliche elektrische Längen besitzen. + + +[picture:1036:a_sperrkreis:Qualitativer Frequenzgang eines Parallelschwingkreises (Sperrkreis)] + [question:AG109] [question:AG110] -Frequenzen, die über der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises liegen, können den entsprechenden Trap zwar passieren, jedoch verkürzt der überwiegend wirkende Kondensator die Antenne ein wenig (die Spule ist für hohe Frequenzen von untergeordneter Bedeutung). +--- -[question:AG113] +Wie sich ein Trap auf den Dipol auswirkt, hängt davon ab, wie die Betriebsfrequenz im Verhältnis zu seiner Resonanzfrequenz $f_\mathrm{res}$ liegt. -Betreibt man einen Trap-Dipol auf der Resonanzfrequenz eines der Parallelschwingkreise, dann wirkt der entsprechende Schwingkreis wie bereits erläutert als Sperrkreis und lässt nahezu keinen Strom hindurch. +* Bei $f=f_\mathrm{res}$ ist der Parallelschwingkreis hochohmig und wirkt als Sperrkreis. Der äußere Teil des Dipols wird dadurch weitgehend vom inneren Teil getrennt. +* Bei $ff_\mathrm{res}$ überwiegt die kapazitive Wirkung des Traps. Dadurch wird der Strahler elektrisch etwas verkürzt. + + +In diesem Applet kann man die Wirkung eines Traps auf einen Dipol für verschiedene Frequenzen untersuchen: + +[include:applet_traps] + + +Besonders anschaulich ist zunächst der Resonanzfall. Wird der Dipol bei der Resonanzfrequenz des Traps betrieben (z. B. $\qty{7.05}{\mega\hertz}$ in unserer Abbildung), ist der Parallelschwingkreis hochohmig. Es fließt daher nur wenig Strom in den äußeren Teil des Dipols. Der Dipol verhält sich näherungsweise so, als würde er an der Position des Traps enden. [question:AG112] -Der Dipol verhält sich bei der Resonanzfrequenz der entsprechenden Sperrkreise dann beinahe so, als ob er an der entsprechenden Stelle zu Ende wäre. +Dieser Zusammenhang kann für den Entwurf eines Zweiband-Dipols genutzt werden. Für das höherfrequente Band bestimmt der Abstand zwischen den beiden Traps im Wesentlichen die wirksame Dipollänge. Die äußeren Drahtstücke werden bei dieser Frequenz durch die Sperrwirkung der Traps weitgehend abgetrennt, als wären sie nicht da und der Dipol verhält sich wie ein kürzerer Dipol. [question:AG116] -Bei niedrigeren Frequenzen hingegen fließt nur wenig Strom durch den Kondensator und die Wirkung der Spule überwiegt, die dann wie eine Verlängerungsspule für eine elektrische Verlängerung sorgt. +--- + +Wird der Dipol dagegen mit einer Frequenz *unterhalb* der Resonanzfrequenz des Traps betrieben (z. B. $\qty{3.5}{\mega\hertz}$ in unserer Abbildung), ist der Schwingkreis nicht mehr hochohmig. Seine induktive Wirkung überwiegt. Der Trap wirkt dadurch ähnlich wie eine Verlängerungsspule und verlängert den Dipol elektrisch. Dadurch kann der gesamte Dipol einschließlich der äußeren Drahtstücke für ein niedrigeres Frequenzband genutzt werden. [question:AG111] -Durch Einfügen mehrerer Traps lassen sich entsprechend noch mehr Resonanzen erzeugen. Hierbei wird der Resonanzfrequenz des innersten Schwingkreises auf die höchste Frequenz abgestimmt (entsprechend der kürzesten Wellenlänge), der nächst-äußere Schwingkreis auf die nächst-niedrigere Frequenz (also die nächst-längere Wellenlänge) usw. +--- + +Bei einer Frequenz *oberhalb* der Resonanzfrequenz überwiegt dagegen die kapazitive Wirkung des Traps. Der Trap wirkt dadurch elektrisch verkürzend und er kann sogar auf z. B. $\qty{14}{\mega\hertz}$ resonant sein. Auch dieser Effekt sollte bei der Dimensionierung eines Sperrkreis-Dipols berücksichtigt werden. + +[question:AG113] + +--- + +Durch mehrere Trap-Paare können Dipole für noch mehr Frequenzbänder aufgebaut werden. Dabei liegen die Traps für die höchsten Frequenzen am weitesten innen, weil hierfür die kürzeste wirksame Dipollänge benötigt wird. + +Der innerste Trap wird daher auf die höchste vorgesehene Frequenz abgestimmt. Das nächste weiter außen liegende Trap-Paar wird auf die nächstniedrigere Frequenz abgestimmt und so weiter. Je niedriger die Betriebsfrequenz ist, desto größere Teile des Dipols werden wirksam. [question:AG115] [question:AG114] - +Traps werden nicht nur in Dipolantennen eingesetzt. Auch bei Richtantennen wie Yagi-Antennen können Sperrkreise in den einzelnen Elementen verwendet werden, um die Antenne auf mehreren Frequenzbändern nutzbar zu machen. \ No newline at end of file diff --git a/contents/slides/traps.md b/contents/slides/traps.md index aa17ebd..2e61fce 100644 --- a/contents/slides/traps.md +++ b/contents/slides/traps.md @@ -18,6 +18,11 @@ Trap als Parallelschwingkreis aus Kondensator und Spule * Bei Anregung mit tieferer Frequenz schwingt hingegen der gesamte Dipol. +--- +## Trap-Dipol ausprobieren + +[include:applet_traps] + --- [question:AG109] --- diff --git a/contents/solutions/AG114.md b/contents/solutions/AG114.md new file mode 100644 index 0000000..3685b7b --- /dev/null +++ b/contents/solutions/AG114.md @@ -0,0 +1,9 @@ +Die mit *a* bezeichneten Traps liegen weiter außen als die mit *b* bezeichneten Traps. Sie werden daher für das nächstniedrigere Frequenzband verwendet. + +Die inneren Traps *b* sind für das höchste Band, also das $\qty{10}{\meter}$-Band, abgestimmt. Die weiter außen liegenden Traps *a* müssen entsprechend auf das $\qty{15}{\meter}$-Band abgestimmt sein. + +Das $\qty{15}{\meter}$-Band liegt bei ungefähr + +$\qty{21,2}{\mega\hertz}$. + +Bei dieser Frequenz wirken die mit *a* bezeichneten Traps als Sperrkreise und begrenzen die wirksame Länge des Dipols. Für das $\qty{20}{\meter}$-Band wird schließlich die gesamte Antenne einschließlich der äußeren Drahtstücke wirksam. \ No newline at end of file diff --git a/contents/solutions/AG115.md b/contents/solutions/AG115.md new file mode 100644 index 0000000..cdce24d --- /dev/null +++ b/contents/solutions/AG115.md @@ -0,0 +1,7 @@ +Die mit *b* bezeichneten Traps liegen näher am Speisepunkt als die mit *a* bezeichneten Traps. Sie begrenzen daher bei ihrer Resonanzfrequenz den wirksamen Dipol auf den kürzesten Abschnitt der Antenne. + +Der kürzeste Dipol wird für das höchste der drei Frequenzbänder benötigt. Von den Bändern $\qty{20}{\meter}$, $\qty{15}{\meter}$ und $\qty{10}{\meter}$ besitzt das $\qty{10}{\meter}$-Band die höchste Frequenz. + +Die mit *b* bezeichneten Traps müssen daher ungefähr auf das $\qty{10}{\meter}$-Band abgestimmt sein, also auf + +$\qty{29,0}{\mega\hertz}$. \ No newline at end of file diff --git a/contents/solutions/AG116.md b/contents/solutions/AG116.md new file mode 100644 index 0000000..6b4f3a3 --- /dev/null +++ b/contents/solutions/AG116.md @@ -0,0 +1,9 @@ +Für das $\qty{80}{\meter}$-Band sollen die Traps als Sperrkreise wirken. Ihre Resonanzfrequenz muss daher ungefähr in diesem Band liegen, also bei etwa + +$\qty{3,65}{\mega\hertz}$. + +Bei dieser Frequenz sperren die Traps den äußeren Teil der Antenne weitgehend ab. Zwischen den beiden Traps muss deshalb näherungsweise ein Halbwellendipol für das $\qty{80}{\meter}$-Band entstehen: + +$l \approx \frac{\lambda}{2} = \frac{\qty{80}{\meter}}{2} = \qty{40}{\meter}$ + +Die Traps müssen also bei etwa $\qty{3,65}{\mega\hertz}$ resonant sein und der Abstand $l$ zwischen ihnen beträgt ungefähr $\qty{40}{\meter}$. \ No newline at end of file