Roomcap -THEORIE                                                                             
21 Juni 2014 Update: 21.1.2016                                                                               
Felix Meyer HB9ABX                                                                                    


          Theorie von Roomcap

ACHTUNG:
Das   Überfliegen der Seite ohne die Links anzusehen und nachzurechnen
bringt kaum was !

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>>>  NEU: 29. Juli 2014
Bitte als Einleitung zur neuen Antenne lesen, damit die Idee verstanden wird,
was zur neuen Antenne geführt hat.
Der Text in der Theorie hat wenig Text, und die Formeln und Bilder
werden dann besser verstanden. Vor der Theorie lesen.
Hier zur EINLEITUNG
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Zuerst:  Physik und Antennen

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Hier physikalische Grundlagen, welche erklären,
was die Unterschiede zu den
normalen Draht-Antennen sind. Siehe Link oben.
 

Dabei ist das Prinzip in traditionelle Antenne : 
Strom im Draht
.

Und ist das Prinzip bei der Roomcap-Antenne: Strom über Flächen.


                                                                      
Hier z.B. Praxisbuch-Antennenbau

Dabei wird durch Strom ein Magnetfeld rund um den Draht erzeugt, und dieses
Feld wird als H-Feld bezeichnet.    Einheit des H-Feld = A/m

     H = I / (2 . phi . r)     



Die Spannung erzeugt ein E-Feld um den Draht. Um so höher die Spannung,
um so grösser das E-Feld.           Einheit des E-Feld =  V/m.








Hier betrachten wir einen Halbwellen-Dipol:       
Prinzip = Strom im Draht

Rot = Strom,   Grün = Spannung
Wir sehen hier:
- An beiden Endes des Dipols = maximale Spannung, dort ist Strom auf null.
- In der Mitte hat der Strom sein Maximal, und dort ist die Spannung minimal.
Entsprechend erhalten wir ein starkes H-Feld in der Mitte des Dipols,
und ein hohes E-Feld an beiden Enden, jedoch das H-Feld an beiden Enden
beträgt Null, weil am Ende kein Strom fliesst.
Dieses Feld an der Antenne bezeichnet man als NAHFELD.

Dieses Nahfeld strahlt NICHTS, weil keine Leistung abgestrahlt wird, denn
das Produkt aus E-Feld x H-Feld = (fast) NULL ist.
Die beide Feldern sind am Dipol um 90 Grad verschoben sind, sondern
erzeugen ein reaktiver Nahfeld, darin die Leistung gespeichert wird.
Erst im Übergangsbereich entsteht innerhalb einiger Wellenlängen ein
Fernfeld. 

Das E-Feld und H-Feld steht im Fernfeld in Phase zu einander, d.h.
im Fernfeld ist kein Phasendifferenz, und im Nahfeld besteht 90% Phasen-
differenz. Mit zunehmendem Abstand von der Antenne nimmt die
Phasendifferenz ab.

Wer dazu mehr Infos zu Nahfeld und Fernfeld sucht: hier und  hier 

Um eine reale LEISTUNG = Wirkleistung  abzustrahlen, muss ein Produkt
 sein:     wobei cos(phi) möglichst bei 1 sein soll.  

cos von  90 Grad = 0,   cos von  0 Grad = 1      (Tabelle mit cos-Werte hier )

Deshalb war mein Gedanke war, die Phasenverschiebung zwischen E-Feld und
H-Feld zu eliminieren.
Wenn man einen
kurzen Strahler nimmt, dann wird cos (phi) >0.95 ,
jedoch wie kann man den Wirkungsgrad des kurzen Strahlers erhöhen ?
(Ein kurzer Strahler ist kürzer als 7% der Wellenlänge)                    siehe BILD
Beachte: Mit langen Strahler entsteht am "Spannung-Bauch" ein E-Feld und
am "Strom-Bauch" ein H-Feld, wobei diese beide Felder zu einander um 90 Grad
verschoben sind, und deshalb ein "Nahfeld" bilden, welches nicht strahlt.
Erst auf Distanz entsteht ein Strahlerfeld, worin E-Feld und H-Feld in Phase sind,
und
damit damit ein "Fernfeld", worin dann eine Fernwirkung besteht.
Dank dem kurzen Strahler beginnt das "Fernfeld" an der Roomcap! 
NEU >>>      Bemerkungen



Dann zu den MAXWELL-Gleichungen:
Diese Gleichungen beschreiben die Zusamenhänge zwischen elektrischen und
magnetischen Eigenschaften. Siehe  hier
Nun ist jedoch die Verständigung sehr schwierig, dies kann kaum jemand
vollständig verstehen. Die Formeln sind differentiell und integral, und
man lernt nur, mit der mathematischen Regeln zu arbeiten.
Doch wer versteht was diese Zusammenhänge bedeuten?   

Hier will ich versuchen, meine Gedanken dazu zu erklären:


Bild: MAXWELL

Im Kondensator ist das E-Feld, zwischen den Platten, als Folge der Spannung,
welche an den Kondensator angelegt ist. An eine Wechselspannung am Konden-
sator bewirkt einen Wechselstrom, welcher zwischen den Platten fliesst, ohne dass
dort einen Draht hat. Dieser Strom erzeugt ein H-Feld zwischen den beiden Platten.
Dieser Strom im Kondensator heisst nun Verschiebungsstrom. Dieser Strom ist
ausserhalb des Kondensators nicht feststellbar, weil das Feld durch die Platten
abgeschirmt ist. Ausserhalb des Kondensators ist also das E-Feld, H-Feld, und
der Verschiebungsstrom nach aussen keine Wirkung bewirkt.
 

Beachte:
Der Strom I im Leiter und der Strom im Kondensator sind in Phase, weil
Leitung und Kondensator in Serie sind.
Die Spannung U ist um 90Grad verschoben zu Strom I im Kondensator.

Das E-Feld kann nicht austreten, weil die Platten das eigene Feld abschirmen!

Mit der Schaltung oben kann keine Wirkleistung abgestrahlt werden,
weil cos(phi) ist hier 0 ist.
Damit Wirkleistung ersteht, müssen reale Widerstände eingeführt werden,
entweder in Serie zur Leitung, oder in parallel zum Kondensator.
Eine "normale" Antenne fügt einen "Strahlungswiderstand" ein, welcher damit
die Wirkleitung abstrahlt.
Die Wirkleistung beträgt: U x I x cos(phi).
In in der Antenne-Theorie schreibt immer:
P= I x I x Rs   (Rs = serieller Strahlungswiderstand), also der Rs solle möglichst
gross werden.

Und der Strom ???    NEU >>>>>>>     Dazu Bemerkungen                     

Im Bild MAXWELL muss der Kondensator möglich gross sein, denn je grösser C
umso grösster der I.

Deshalb versuchten viele eine C-Antenne (EH-Antenne, CFA, Isotron, HB9AKN),
um damit eine kleine Antenne zu finden.
Erfolg: Damit gescheitert, weil der Wirkungsgrad so klein, damit unbrauchbar ist.
Warum: Da das E-Feld zwischen den C-Platten liegt ist  das E-Feld abgeschirmt.


Dazu ein neuer Gedanke: Was geschieht, wenn wir den Kondensator öffnen?


Deshalb ein  OFFENER KONDENSATOR:

Bild: offener KONDENSATOR (auf rechter Seite)

Bei offenen Kapazitäten können die E-Felder in den Raum ausstrahlen.
Dies wird immer als Kondensator beschrieben wo zwei Platten sich gegenüber stehen.
Damit wird das E-Feld durch die beiden Flächen nach aussen abgeschirmt, und
die E-Felder nicht können nicht austreten. Wenn man die Platten so ausrichtet wie
gezeichnet, dann kann das E-Feld und genauso der Verschiebungsstrom  austreten, 
und damit
                                entstehen neue Eigenschaften!

Feststellung: Es entsteht ein (paralleler) Strahlungswiderstand des Kondensators
erhalten, welcher nun als Empfänger der Senderleistung abstrahlt.

Dies ist das Prinzip der ROOMCAP-Antenne.
(Ein geschlossener Kondensator hat (ideal) einen unendlichen grossen Parallelwiderstand).

Der offene Kondensator besteht aus der Fläche unten (Gegenfläche) und aus der
senkrechten Fläche. Die beiden Flächen sollen sich gegenseitig so wenig wie möglich
sehen.  Die direkte Kapazität ist fast null, die Kapazität in den Raum ist gross.
Ich sage hier, wenn der Strom über die Flächen fliesst:
                                          "STROM ÜBER FLÄCHEN"
Aus dieser Flächen fliesst nun der Strom in den Raum!

Die EM-Wellen fliegen in Art von Photonen in den Raum. Beim einer Draht-Antenne
werden virtuellen Photonen
in das Nahfeld erzeugt, und erst im Uebergangsbereich
entstehen die Photonen, welche dann in den Raum strahlen.
Bei der Roomcap verlassen die Antenne als Photonen und direkt in den Raum strahlen.
Dies ist eine mögliche Erklärung, warum der Wirkungsgrad dieser Antenne so gross ist,
da nicht erst virtuelle Photonen zu Photonen umgewandelt werden müssen.
 
Beachtung: Flächen hier gilt für Abmessungen der Flächen, wo die Länge kleiner
als 7% der Wellenlänge ist.  Wenn man von Flächenantennen (Flächenantennen) spricht,
dann hält es sich um Aperturstrahler, wo die Wellenlänge im Vergleich zur Abmessung
klein ist. Dort handelt es sich um etwas ganz anderes.


Feststellung:
Die Formeln zu Antennen stammen aus Maxwell-Gleichungen, wobei immer
der Fall als Basis aus "Strom im Draht" diente.

Wenn ich die Maxwell-Gleichungen für "Strom über Flächen" anwende,
so entstehen neue Formeln !

(Im Bild Maxwell den Kapazität durch "offenen Kapazität" ersetzen)
UND: Dies eine sehr intessante Feststellung: Roomcap hat nur Fernfeld !!!
Das Fernfeld beginnt bei der Roomcap Antenne!
Die Roomcap-Antenne hat kein Nahfeld!

(Die Messung zeigt, dass die Intensität E und H  mit 1/r  abnimmt, dies sind die Eigen-
schaften des Fernfelds!)  Siehe hier  Formeln 5.42a und 5.42b oder hier Seite 5
Diese Zusammenhänge sind hier etwas einfacher erklärt:
http://www.hs-augsburg.de/~clemen/lehre/Skript_Wellen/10Antennen.PDF
siehe Seiten 106 und Seite 107 (Nahfeld und Strahlunswidersand)

- Zur besseren Verständnis hier wichige >>>>> Bemerkungen
>>>  DAZU NOCH:
Der "offene Kondensator" durch eine Mantelwellensperre vom Koax trennen,
und eine
(fast) verlustlose Impedanz-Anpassung vor "offener Kapazität",
und die Gegenfläche isoliert von der "Erde".
 



RESULTAT:
Die Effizienz der Roomcap auf 40m wurde als 87% gemessen!
Die Analyse mit Messungen und Berechnung ist hier erhältlich.
Die Feldstärke von über 25 automatischen Stationen in Europa gemessen,
im Abstand von 140 km bis 2500 km.
Im Vergleich mit Stationen mit Drahtantennen über längere Zeit gemessen.
- Antenne in normaler Höhe zwischen 6 bis 20m über Boden
- mein Standort innerhalb 200m Abstand von der Vergleichstation
- gleiche Leistung
- in CW
- gleiche Zeit
- automatische Aussendung
- 1 Stunde lang automatisch gemessen, Room
cap im Auto auf Strasse
(Mit RBN ausgewertet).
Neu:  23.6.14: Die RBN Vergleiche mit Text und Bilder  HIER   
 

 
>>>  Die Feldstärke dokumentiert stärker um
               4 bis 10dB stärker als die Vergleichstationen!
              
(Bei Mittelung der QSB-Schwankungen)
               Info zur RBN-Sytem hier .

Es gibt keinen besseren Beweis der Funktion einer Antenne als
die Rapporte, welche von Gegenstationen gemessen werden !

  


Eine Bitte:
Ich bitte mir um die Meinung zu dieser Theorie. Ist dies verständlich, oder
fehlen hier wichtige Ergänzungen ? Ich habe bewusst auf mathematische Abhandlungen weggelassen,
es geht um den Gedanken, denen man (fast) ohne Mathematik folgen kann.
- Und mitteilen,wenn Sie Tippfehler finden.
Bitte per Email an mich, danke.

NB: Die Bauanleitung ist erhältlich, damit eine solche Antenne richtig bauen kann, siehe hier



Zum bessern Verständung der Wellenerzeugung:





Nun noch ein Resultat von Gerd Janzen,
mit einem Versuch einer Kurzantenne.

Hier wollte er untersuchen, ob eine Kurzantenne mit "super grosse Dachkapazität"
mit einem guten Halbwellen-Dipol konkurrenzen kann.
Seine Folgerung:
Eine solche Antenne ist 7.89 dB oder 9 dB schlechter als der Normal-Dipol.
Auf der 4.Seite unten, schreibe ich warum sein Modell erfolglos war.
Die ROOMCAP ist in echten Messungen mit RBN gegenüber den G5RV, FD-3,
Titanex Vertical
GP 40/10 ,CP-6, etc. immer stärker als Vergleichantennen. 

Der ganze Bericht von Gerd Janzen ist zum Lesen hier









                                                                          

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