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Ingenieurwesen » Elektrotechnik » Kondensator an Antenne gekoppelt: Funktion?
Thema eröffnet 2021-10-12 23:46 von Seligman
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Universität/Hochschule Kondensator an Antenne gekoppelt: Funktion?
holsteiner
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  Beitrag No.40, eingetragen 2021-11-12 15:00

Moin zippy, alles klar. Die Schaltung ist überzeugend, dort ist die galvanische Trennung durch den Übertrager am Eingang gewährleistet. Das die Kondensatoren auch zur Anpassung verwendet werden ist unbestritten. Meine Absicht war, die zweifellos richtigen theoretischen Ansätze durch praktische Aspekte zu ergänzen. Es gibt ja noch mehr derartige Aspekte, z.B. Blitzschutz bei Hochantennen. Das hat jedoch (fast) nichts mit dem Koppelkondensator zu tun. Ich hatte damals tatsächlich mal den Fall das sich der gespannte Langdraht so stark elektrisch aufgeladen hat, dass Funken überschlugen. Das sind dann so die Grenzen des Bastelns. Viele Grüße holsteiner


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hightech
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  Beitrag No.41, eingetragen 2021-11-12 18:22

Hallo holsteiner, Karl Rothammels Antennenbuch, aus deinem Beitrag Nr. 38, ist sehr gut für den praktischen Antennenbau geeignet. Man darf allerdings nicht vergessen dass dieses Buch für den Semiprofessionellen Bereich geschrieben ist. Tiefergehende theoretische Ansätze fehlen dort. Aber dafür ist es auch nicht gedacht und erhebt auch nicht diesen Anspruch. Will man sich eingehend mit der Entwicklung und Berechnung von Empfängereingangsschaltungen beschäftigen, so gibt es hierzu Standard Literatur. Stellvertretend hierfür 2 Beispiele, die insbesondere auf den Antennenkoppelkondensator eingehen. - „Telefunken Laborbuch“, Band 1 - „Transistorempfänger“, Entwurf, Berechnung und Bau von Harry Koch In „Transistorempfänger“ wird daraufhin gewiesen, dass bei Nichtangepassten Antennen, wie hier bei dem Audion, die Kopplung der Antenne an den Empfänger unbedingt lose erfolgen muss (siehe Bild). Darauf ist in dem gesamten Beitrag schon mehrfach hingewiesen worden. Außerdem spielt die Leistungsanpassung keine Rolle, wie zu lesen ist. Mit anderen Worten: Über den Koppelkondensator soll gerade so viel HF-Leistung eingekoppelt werden wie unbedingt notwendig, aber keinesfalls mehr. Durch die (sehr) lose Kopplung braucht dann die Antenne bei der Vierpolersatzschaltung der Empfängereingangsschaltung nicht berücksichtigt zu werden. Bild https://matheplanet.com/matheplanet/nuke/html/uploads/b/47704_Bild_1aa.jpg Gruß von hightech


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holsteiner
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  Beitrag No.42, eingetragen 2021-11-12 20:58

Hallo hightech, ein sehr schöner Beitrag. Passt sehr gut in meine Philosophie der Empfängeranpassung. Tatsächlich sehe ich die Sachen eher mit einer semiprofessionellen Brille. Es werden beide Ankopplungen, die von zippy und die aus dem Themenstart besprochen. Die ganze HF ist eine eigene Welt, und die Theorie lässt sich ganz gut rechnen, aber Vieles ist einfach auch Ergebnis praktischer Erfahrung. Es ist ein wenig wie beim Kochen. Man kann genau nach Rezept kochen, aber die viele kocherfahrene peilen die Zutaten einfach und es dann schmeckt auch oder sogar besser. Wenn es allerdings um Sendeanlagen geht, dann sind Antennen, Anpassung und die dazu gehörige Theorie zwingend notwendig. Sonst kommt man nicht raus. Bei Fehlanpassung rauchen die Endstufen ab oder die HF verschwindet in irgendwelchen Küchengeräten und Stereoanlagen. Um Sender zu betreiben braucht man selbstverständlich die passende Lizenzen. Allerdings, ich glaub, heute baut sich keiner mehr seine Geräte selbst. Gibts alles für ein paar Euro vom Feinsten. Viele Grüße holsteiner


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Seligman
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  Beitrag No.43, vom Themenstarter, eingetragen 2021-11-13 01:59

Hallo hightech, in dem von dir zitiertem Abschnitt sind ein Paar Begriffe gefallen, über deren Bedeutung ich mir nicht sicher bin (es sei den sie sind wirklich "wortlich" interpretierbar). Was ist genau mit einer "nichtangepassten Antenne" gemeint? Einfach das naivste was einem in den Sinne käme, sprich, dass diese Antenne an eine Empfänger/Senderschaltung angebracht wurde, ohne dass der Konstrukteur sich "aktiv" um Anpassung (im Sinne Matching & Tuning wie in bisherigen Diskussion) gekümmert hat, oder damit was anderes gemeint und das ist "Fachbegriff" zu verstehen? Was ist genau mit "loser Ankopplung" der Antenne gemeint? Was wäre zB im Gegensatz dazu nicht "lose" angekoppelt? Gruß Seligman


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holsteiner
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  Beitrag No.44, eingetragen 2021-11-13 08:57

Moin, lose und feste Kopplung ist eine Begriff aus der Schwingungslehre/Mechanik und bezieht sich auf gekoppelte Pendel. Schwingkreise spielen genau so, daher ist der Begriff übertragbar gekoppelte Pendel Empfängerantennen von früher verwendeten Kurzwellen und Mittelwellenradios wurden in der Regel nicht angepasst. Entweder hatte man nicht so viel Platz im Garten um eine z.B. eine 52m für lange Antenne für Radio Luxemburg aufzuspannen, oder die Frau mochte es nicht, wenn man den Garten mit diversen Antennen verschiedener Länge für verschiedene Bänder verunstaltete. Das wäre für den normalen Haushalt viel zu aufwendig gewesen. Die Berechnung von Anpassgliedern gehörte nun auch nicht zum normalen Lehrplan an den Schulen. Von den Problemen der Städter mit dem Aufstellen von Antennen ganz zu schweigen. Daher wurden Empfängerantennen einfach nicht angepasst (Langdraht) und nur über das Gardinenbrett gelegt. Es sei denn, man brauchte die Antennen für einen besonderen Zweck. Eine schöne Längstwellenantenne von SAQ steht nahe Göteborg in Varberg/Grimeton. (Weltkulturerbe). Die ist tatsächlich angepasst, obwohl für eine Wellenlänge von 18km ( Frequenz ca. 17 kHz!) für eine Antenne wirklich lang ist. Die Masten sind 127m Hoch, ich glaube es sind 7 im Abstend von mehreren 100m. Der Sender ist übrigens ein Maschinensender, ohne Röhren oder Transistoren. Nun, Anpassung kann aufwendig sein. Grimeton Nun, hier war der Zweck die erste Transatlantikverbindung im Jahre 1924 zu erstellen. Hat über Jahrzehnte funktioniert, sogar über den 2. Weltkrieg hinaus. Für jeden Antennen- und Funkinteressierten lohnt sich das anzuschauen, wenn man mal wieder in der Gegend ist. Video vom Maschinensender Viele Grüße holsteiner


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Seligman
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  Beitrag No.45, vom Themenstarter, eingetragen 2021-11-13 22:28

Joa geht grob in die richtige Richtung, muss aber noch viel genauer präzisiert werden was es sich in diesem Fall genau auf sich hat. Im Falle einer "induktiven Kopplung" habe ich im Buch Grundwissen Elektrotechnik und Elektronik von Leonhard Stiny (Seite 365) die beste Erläuterung finden können. Es heißt dort: Durchdringen alle Feldlinien, die in der Primärspule erzeugt werden, auch die Sekundärspule, so ist die Kopplung fest (100%ige Kopplung, Kopplungsfaktor $k =1$), ansonsten wird die Kopplung als lose bezeichnet ($k < 1$). (NB das $k$ ist mathematisch dasselbe, wie beim mechanischen gekoppeltem Pendel. Es gibt also in beiden Fällen wieder wie start beiden Systeme miteinander gekoppelt sind) Grob gesagt die Beurteilung ob wir es mit einer festen oder losen induktive Kopplung zu tun haben, hängt einfach davon ab wie nah sich die Primärspule von Sekundärspule befindet, da die Distanz der beiden ungefähr das widerspiegelt, wieviele Feldlinien der Primärspule tatsächlich die Sekundärspule durchdringen. Ok das beantwortet schon mal was es sich mit "induktiven Kopplung" (Bild 44 in hightech's Betrag 41). Meine Frage wäre jetzt, ob es sowas ähnliches wie ein Kopplungsmaß nun auch für die "kapazitive Kopplung" gibt. Im zitierten Buch war das nur für Trafos, also induktive Kopplung erklärt. Kann man auch zwischen fester und loser "kapazitiven" Kopplung unterscheiden? Meine Vermutung: Vielleicht die Entfernung der beiden Kondensatorplatten des Koppelkondensators C_K in Bild 43? Ist nur eine Vermutung. Stimmt das?


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holsteiner
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  Beitrag No.46, eingetragen 2021-11-14 07:03

Moin, genau. Das ist nichts anderes als eine kleinere Kapazität. Früher hatte man dafür Drehkondensatoren um die Kapazität einzustellen, da wurden die Platten einfach auseinandergedreht. Ein veränderlicher Kondensator wird durch den schrägen Pfeil quer durch das Kondensatorsymbol angedeutet. Je nach eingestellter Koppelkapazität wird der Audion/Transistorempfänder entweder empfindlicher oder trennschärfer. Das wurde in diesem Thread alles schon gesagt. Enge Kopplungen vergrößern die Bandbreite des Schwingkreises aber auch die Empfindlichkeit. Um auch kurz die woanders gestellte Frage mit zu beantworten: Die beste bandbezogene Trennschärfe und Empfindlichkeit, die man mit einfachen Mitteln erreichen kann, erhält man mit einem einfachen angepassten, hoch aufgehängten $\lambda/2$ Dipol der richtigen auf das Band abgestimmten Länge. Dafür braucht man nur ein wenig Draht und einen Zollstock. Die Einspeisung erfolgt dann sinnvollerweise induktiv und niederohmig. Gut abgestimmte Antennen sind die besten HF Verstärker, aber ein kapazitiv angekoppelter Langdraht tut es eben auch wenn der Platz nicht da ist. Viele Grüße holsteiner


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hightech
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  Beitrag No.47, eingetragen 2021-11-14 21:49

Hallo Seligmann, hier die Antworten zu deinen Fragen aus Beitrage Nr. 43: 1. \(\small \text{Was ist genau mit einer "nichtangepassten Antenne" gemeint?}\) „nichtangepasst“ bedeutet, die Bedingung zur (Leistungs)-Anpassung ist nicht erfüllt. Diese Bedingung lautet: \(\small R_{Q} = R_{L}\) \(\small R_{Q} = \) Innenwiderstand der Quelle \(\small R_{L} = \) Lastwiderstand 2. \(\small \text{Was ist genau mit "loser Ankopplung" der Antenne gemeint?}\) Die Kopplung beschreibt das Übertragungsverhalten \(\large \frac{\underline U_{2}}{\underline I_{1}} = f(ω)\). Dabei sind 3 Fälle zu unterscheiden: - unterkritischen Kopplung, auch lose Kopplung genannt (sehr geringe Leistungsübertragung). - kritische Kopplung, auch transitionale Kopplung genannt, mit ungleicher Dämpfung der beiden Kreise. - überkritische Kopplung mit großer Leistungsübertragung, jedoch Verzerrung der Übertragungsfunktion (Einzug im Durchlassbereich). Damit sollten deine Fragen wenigstens grundsätzlich beantwortet sein. Weitere Einzelheiten und Details sind sehr umfangreich und können deshalb hier im Forum nicht wiedergegeben werden. Gruß von hightech


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Seligman
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  Beitrag No.48, vom Themenstarter, eingetragen 2021-11-16 21:50

Hallo hightech, du hast geschrieben: \quoteon(2021-11-14 21:49 - hightech in Beitrag No. 47) Die Kopplung beschreibt das Übertragungsverhalten \(\large \frac{\underline U_{2}}{\underline I_{1}} = f(ω)\). Dabei sind 3 Fälle zu unterscheiden: ... \quoteoff Die auftauchenden Spannungen $U_1, U_2$ und $I_1, I_2$ stehen in beiden Kopplungsarten (kapazitiv, induktiv) in folgender Beziehung zueinander, nehm ich an? https://matheplanet.com/matheplanet/nuke/html/uploads/b/52467_Induktive_und_Kapazitive_Kopplung.png Wenn du das meinst, dann verstehe ichs. Was mir nach wie vor nicht ganz klar ist, ist das Konzept hinter Tunning (Abstimmung) grundsätzlich bei Empfängerschaltungen, was du bereits mehrmals aufgeworfen hast. Das Konzept der Anpassung (mit dem Impedanzenmatch) ist mir jetzt verständlich, was du aber genau mit Abstimmung meinst, noch nicht ganz (bis das es irgendwie "was mit was mit Schwingkreis und Resonanz zu tun" hat). Ganz allgemein, wann man eine Antenne und eine Empfängerschaltung vor sich hat, und man möchte für diese beiden Komponenten eine "Abstimmung" - im Sinne wie du es zuvor gemeint hast - durchführen, was ist damit genau gemeint? Was führt man da für einzelne Schritte durch? Gruß Seligman


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Seligman
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  Beitrag No.49, vom Themenstarter, eingetragen 2021-11-23 20:39

Hallo, wollte erwaehnen, dass sich vermutlich die Sache mit Abstimmung vermutlich erledigt hat. Kann man grob sagen, dass bei Empfaengerschaltungen die Abstimmung (Tuning) nichts anderes ist als einfach die Uusammenfassung aller moeglichen Methoden, die Selektivitat der Empfangsschaltung zu verbessern (aequivalent dazu: die Guete Q der Empfangsschaltung zu erhoehen)? Rueckgreifend waere zb der Koppelkondensator in Schaltung aus Beitrag No 27 so eine Moeglichkeit die Empfangsschaltung zu "tunen", ja? Ist das was ich geschrieben habe nun richtig? Kann man so umschreiben, was Anpassung bei Empfaengern an sich ist?


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rlk
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  Beitrag No.50, eingetragen 2021-11-23 21:58

Hallo Seligman, nein, das stimmt nicht. Die mir bekannte Bedeutung von "Abstimmung" bzw. tuning ist die Einstellung der Mittenfrequenz eines Filters, um das gewünschte Signal aus dem von der Antenne gelieferten Signal herauszufiltern. In der hier diskutierten Schaltung wird diese Abstimmung durch Veränderung der Kapazität des ganz links gezeichneten Drehkondensators vorgenommen. https://www.matheplanet.com/matheplanet/nuke/html/uploads/b/52467_Antenne_KOPPELKONDENSATOR.png Der feste Koppelkondensator beeinflusst die Filterwirkung des Schwingkreises, weil die beiden zusammen einen frequenzabhängigen Spannungsteiler bilden. Nachtrag: der in Beitrag 5 und Beitrag 6 angesprochene electron coupled oscillator wird auf https://www.frostburg.edu/personal/latta/ee/6cl6xmtr/6cl6schematic.html#ecoscillator beschrieben. Die von hightech in Beitrag 9 und Beitrag 13 beschriebene Verwendung von tuning für die Anpassung des Imaginärteils der Quellimpedanz lese ich hier zum ersten Mal. Servus, Roland


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Seligman
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  Beitrag No.51, vom Themenstarter, eingetragen 2021-11-24 21:27

Hallo Roland, danke, das erklärt Einiges. Also verstehe ich es richtig, dass im Grunde das Tuning der Anpassung/ Einstellung der Parameter der Elemente in der Bandpassfilter-Schaltung (hier der LC-Schwingkreis) entspricht, damit die Empfangsschaltung gewünschte Filtereigenschaften aufweist (oder mathematisch ausgedrückt: eine möglichste gewünschte Übertragungsfunktion besitzt (https://de.wikipedia.org/wiki/Bandpass#Eigenschaften), richtig? Und die Geschichte mit dem Koppelkondensator, der Filterwirkung des Schwingkreises beeinflussen soll, ist so eine Art "Feintuning" im Sinne, dass zB wir zwar mit den drei Elementen aus dem parallel LC-Kreis (also Drehkondensator 500 pF, L_1 & L_2) bereits zB die gewünschte Mittenfrequenz des Filterbandes einstellen, aber damit sind wir nicht "flexibel" genug, damit unsere Filterschaltung eine wirklich beliebige Übertragungsfunktion aufweist. zB die Flanken können wir nur mit diesen drei Elementen nicht alleine beeinflussen, einfach zu wenig "Freiheitsgrade". So hab ichs zumindest verstanden. Und da kommt dieser Koppelkondensator ins Spiel, der uns mehr Möglichkeiten erlaubt, dass sich unsere Filterschaltung nach einer vorgegebenen Übertragungsfunktion zu designen. Also mit anderem Worten durch Hinzunahme des Koppelkondensators hätte unser Bandpassfilter höhere Ordnung. Also philosophisch im ähnlichen Sinne wie hier (https://de.wikipedia.org/wiki/Hochpass#Hochpass_1._Ordnung) im Bildchen zu "Amplitudengänge von Hochpässen 1. und 2. Ordnung": Da ist es zwar so, dass theoretisch ein Hochpass 1. Ordnung zum Rausfiltern niedriger Frequenzen ausreicht, aber um eine "steilere" Amplitudenfunktion zu erreichen, braucht man eben ein zusätzliches LC-Glied. Kann man also sagen, dass oben die Rolle des Koppelkonsators zur "Beeinflussung der Filterwirkung des Schwingkreises" dieselbe ist, wie das Verfeinern einer Filterschaltung zu einer höheren Ordnung?


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  Beitrag No.52, eingetragen 2021-11-24 23:28

Hallo Seligman, betrachten wir zur Vereinfachung nur den Schwingkreis aus dem linken Drehkondensator $C$ und der Spule $L=L_1+L_2$ sowie den Koppelkondensator $C_K$. Weiters modellieren wir die Antenne mit einer Spannungsquelle. Der Schwingkreis hat eine Impedanz, die bei der Resonanzfrequenz ihren maximalen Betrag annimmt. Erst durch eine in Serie geschaltete Impedanz erhalten wir ein Bandpassfilter. Die Ordnung wird aber nicht erhöht, wenn für diese Impedanz ein Kondensator oder eine Spule verwendet wird. Servus, Roland


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Seligman
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  Beitrag No.53, vom Themenstarter, eingetragen 2021-11-25 00:07

Hallo Roland, achso, verstehe, dann wird das überhaupt erst zum Bandpassfilter für das ankommende Signal , wenn der Koppelkondensator $C_K$ dazukommt, also so: https://matheplanet.com/matheplanet/nuke/html/uploads/b/52467_LCR_Parallel_Filter.png Hätte der LC-Schwingkreis dann überhaupt eine relevante Funktion in diesem Empfänger ohne $C_K$? Wann aber sowohl $C, L$ als auch $C_K$ erstmal alle am Bord sind, dann haben wir unseren Bandpassfilter und Tunning/Abstimmung ist dann jene Praxis die Mittenfrequenz festzulegen, also man "verschiebt" damit einfach die Übertragungsfunktion entlang der $f$-Achse? Nichts mehr?


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Folgende Antworten hat der Fragesteller vermutlich noch nicht gesehen.
Er/sie war noch nicht wieder auf dem Matheplaneten
rlk
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  Beitrag No.54, eingetragen 2021-11-25 22:55

Hallo Seligman, ja, so sieht das Bandpassfilter aus. Wenn man den Koppelkondensator durch einen Kurzschluss ersetzt, wäre der Schwingkreis in der vereinfachten Schaltung wirkungslos, weil die von der Spannungsquelle gelieferte Spannung nicht verändert wird. Die Abstimmung durch Veränderung von $C$ verändert die Mittenfrequenz des Bandpassfilters, damit wählt man den gewünschten Sender aus. Servus, Roland


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