Strålnings resistans och resistiva förluster

Per Bengtsson SA7PGB

Well-Known Member
Kikat lite på ämnet men nyfiken på att få lite mer på fötterna utan att bli expert i ämnet.
Någon uttråkad nog att ge en knuff i rätt riktning hur mer praktiskt går tillväga att dyka ner i det här kaninhålet?
De jag lyckats hitta förklarar samband men aldelles förlite för att min arma hjärna som icke teknisk fysiker är tillräckligt för att ens börja fundera vilka magiska siffror som ska ställas in på räcknestickan.
Påverkan och förluster har bland annat med reaktanser ( lätt att mäta) Q värde (hur tusan vet jag vilket Q värde en antenn har?) och antenn materialets resistans (ytterligare frågetecken med tanke på skinn effekt och växelspänning då jag utgår att man inte kan gå efter dc resistans per meter).
Ber inte om att någon ska lyckas förklara detta egentligen, utan peta en stackars idiot i rätt riktning .

Ödmjukaste hälsningar
SA7PGB
 

SM0AOM

Well-Known Member
"Strålningsresistans" är en tänkt resistans vilken absorberar lika mycket effekt som omvandlas till radiovågor i en antenn. Ofta används begreppet lite oegentligt om realdelen i antennens matningsimpedans, vilken kan variera stort beroende på var på antennen matningen sker.

Q är strängt definierat som kvoten mellan lagrad energi och förbrukad energi i ett svängande system, och kan också beskrivas som reaktans/resistans i en given nod i kretsen. Andra definitioner är Q = mittfrekvens/bandbredd vid -3 dB punkterna.

Ett högt Q innebär att mycket energi lagras i systemet vilket gör att förlusterna i kretsen måste vara små för att behålla verkningsgraden. Man inser detta när sambandet mellan strålningsresistans och reaktans i en liten antenn studeras;

Säg att strålningsresistansen är 1 ohm, medan den kapacitiva reaktansen hos matningspunkten av antennelementet är 1000 ohm, då blir Q = 1000. För att kunna mata detta element utan förluster måste anpassningsnätet omvandla 50 ohm till 1 ohm samt också leverera en motriktad induktiv reaktans av 1000 ohm. Dessutom behöver denna induktans ha så låg serieresistans att den kan försummas jämfört med 1 ohm, alltså ett eget Q överstigande 10000.

Exemplet beskriver en förkortad mobilantenn för 3,5 MHz som är 3 m lång med en diameter av 8 mm.

Av den anledningen blir de resistiva förlusterna avgörande när elektriskt små antenner utformas, t.ex. magnetloopar och mobilantenner.

Allmänt sett så finns det ett uttryck för verkningsgraden hos en "liten antenn";

verkningsgrad = strålningsresistans/(strålningsresistans+förlustresistans i anpassningsnätet+förlustresistans i själva antennen+förlustresistans i omgivningen)

Exemplet en liten antenn med 1 ohms strålningsresistans, 10 ohms förluster i anpassningsnätet, 20 ohm i omgivningarna och 0,5 ohm i själva antennen ger en verkningsgrad = 1/(10+20+0,5) = 1/30,5 = 3,3 %. 96.7 % av inmatad effekt blir värme, medan bara 3,3 % blir radiovågor.

I praktiskt realiserbara antenner brukar förlusterna i omgivningen och anpassningsnätet dominera över förlusterna i själva antennelementen, vilka sällan överstiger ett ensiffrigt antal procent.
 

Per Bengtsson SA7PGB

Well-Known Member
Tackar ödmjukast för svar, va tvungen att läsa två-tre gånger och fundera.
Så om vi med flinka fingrar rensar bort ganska extrema antenner som Magloops och vi håller oss till relativt vanliga antenner på kortvågen, finns de då fall valet av material egentligen spelar någon större roll ( ponera att man får för sig ideen att bygga en dipol med taggtråd tex) ?
Får nog börja fundera hur anpassningsnät och omgivningar defakto orsakar stora förluster. Som icke väl insatt så är de lite rörigt hur tusan man bör tänka och när man väl börjar nå extremerna dvs stora förluster :)
 

SM0AOM

Well-Known Member
Materialvalet har ingen avgörande betydelse, men det som man ska undvika är ferromagnetiska material som
järn. Även vissa legeringar som rostfritt har något sämre HF-egenskaper.

Men oavsett detta så kommer förlusterna i omgivningen runt t.ex. en lågt monterad dipol för kortvågsbanden att dominera över de som kan uppstå i själva antennelementen även vid "dåliga" materialval.

Det här med "omgivningarna" blir mer och mer betydelsefullt när antennen blir "liten" i förhållande till våglängden.
Då kommer ett mycket stort energibelopp att lagras i en liten "bubbla" runt själva antennen, och då kommer de elektriska egenskaperna hos marken och de eventuella "jordnät" som finns att bli avgörande.

En antenn som är i samma storleksordning som våglängden kommer inte att lagra speciellt mycket energi
i sina omgivningar, och då blir de allt mera okritiska. För en horisontell halvvågsdipol som sitter på mer än 1/2 våglängds avstånd från marken eller andra ledande föremål kan man i princip att börja försumma inverkan av omgivningen.
 

SM4HFI

Well-Known Member
Kan mina goda signaler på 80 m bero på att gräsklipparens tråd går parallellt med dipolen?
/Jan
 

SM0BRF

Well-Known Member
Jag mätte på kul för några år sedan hur stor skillnaden var mellan koppartråd och järntråd och DL1000, som är delvis koppar och delvis stål. Man kan givetvis simulera, men det är roligare IRL Jag dokumenterade det på utrikiska:

To make a practical measurement, a dipole for 14 MHz was mounted with the center 7 meters above ground and the ends one meter lower. A MINI VNA was connected to the 37 meter long RG 213 coaxial cable and the length was retracted. However, the cable is simulated as loss-free.


In addition to 1.5 square mm copper, and DL1000 wire a 1 mm plastic coated soft steel wire was used, which is used in the garden.


The feed impedance was measured at the resonance point when it was pure resistive.


Results:


Impedance ohm


Copper 53


DL 1000 64.7


Steel wire 74.2


Thus, an additional loss resistance of 11.7 ohm for DL 1000 and 21.2 ohm for steel wire. This corresponds to 18% or 0.85 dB extra power loss for DL 1000 and 28.6% or 2.3 dB for the steel wire.


Man borde alltså kunna höra en liten skillnad mellan en antenn av koppartråd och en av järntråd.
 

SM0AOM

Well-Known Member
Det verkar helt rimligt, och ferromagnetiska material har mycket riktigt dåliga HF-egenskaper och bör därför undvikas som antennmaterial. Dock kommer andra förluster i omgivningen att dominera ifall en antenn sitter lågt.
 
Last edited:

SM6VJE

Well-Known Member
Nu vet jag inte riktigt hur jag ska uttrycka mig, men i ett fall som dl1000 med två olika sorters ledare, uppstår det några andra effekter av just detta faktum?
 

Per Bengtsson SA7PGB

Well-Known Member
Ångrar inte en sekund mina knasiga frågor då man lär sig hysteriskt mycket.
Det enda som jag reagerat på är SM0AOM "Det här med "omgivningarna" blir mer och mer betydelsefullt när antennen blir "liten" i förhållande till våglängden." Vilket går i klinch av mina och andras kunskaper om magloopen, men gissar att de är undantaget som bekräftar regeln och de fungerar på andra vis än antennerna som hänvisas till :)
 

SM0AOM

Well-Known Member
"Magloopen" utgör ett av extremfallen när det gäller små antenner.
Andra elektriskt små antenner koncentrerar sin lagrade energi i den elektriska
fältkomponenten runt antennen, ungefär som i en kondensator, medan en "magloop" övervägande lagrar dem i den magnetiska fältkomponenten.

Ett elektriskt fält kommer att penetrera och förbrukas i sin omgivning på ett annat sätt än ett magnetiskt, så i antennens närområde blir energiförlusterna i omgivningen lägre, helt enkelt för att loopen kopplar sämre till sin närmaste omgivning. I gengäld kommer verkningsgraden i "magloopen" ändå bli låg, eftersom den magnetiska energilagringen genererar mycket stora strömmar i loopen, och då blir det kritiskt med grova materialdimensioner för att hålla nere förlustresistanserna.

Den som designar "elektriskt små" antenner har att välja mellan att göra dem av E-fälts typ, som t.ex. en "mobilvippa" och få förlusterna i antennens närmaste omgivning och i anpassningsnätet, eller att göra dem "magnetiska". Då uppstår förlusterna istället i materialets resistanser. I båda fallen blir det besvärligt att få till en verkningsgrad på mer än ett ensiffrigt antal procent.

De som gör HF-antenner för små flygplan och helikoptrar är plågsamt medvetna om detta...
 
Last edited:

SM0BRF

Well-Known Member
Eftersom magnetiska loopen nämndes....
Jag har haft regelbundna kontakter med amatörer på andra sidan jordklotet som har använt magnetiska loopar inomhus eller dolda på balkonger när de inte haft andra möjligheter. Jag antar att det är just att magnetfältet inte kopplar så hårt till omgivande material. Ett roligt exempel är VA7UNX i Vancouver som använder en K2:a med 15 Watt på 14 MHz CW och en magnetisk loop lutad mot bokhyllan inomhus på andra våningen. Bifogade bild visar antennen i "operating position".
VA7UNXmagloop-e1566632560101-768x1024.jpg
 
Top