Dietrich Platthaus, DJ6QO
Rüstermark 58
D-45134 ESSEN

 

Erfahrungen mit Geräten aus der Serie

"Feldstärkemessungen leicht gemacht" von om Molière, DL7AV,

in der CQDL 1999.

 

 

 

Zusammengestellt für den OV Grömitz, M10.

Beschrieben wird der Zustand am 01.11.99.

Der Bericht wird fortgeschrieben.

Der OVV, Gerd Dallmann, DK6HD, erhält automatisch die Fortschreibung.

 

Essen, den 01.11.1999

1. Grund der Anschaffung der Geräte

Mein Standort liegt mitten im aufgelockerten Wohngebiet einer Großstadt. Einige Antennen stehen auf dem Dach einer Doppelhaushälfte, eine weitere steht im Garten, und eine W3 hängt vom Kamin zu einer hohen Buche in einem Nachbargrundstück. Meine Nachbarn hatten mich wiederholt nach den Feldstärken gefragt, die ich bisher rechnerisch ermittelte. Messwerte interessierten mich jedoch auch, und so ließ ich einige wichtige Punkte von einem Fachmann ausmessen, hatte aber vor, an etlichen Stellen mal selbst zu messen, denn so aus Neugier kann man schlecht eine professionelle Messung machen lassen.

Die Veröffentlichung der Artikel mit der Gerätebeschreibung in der CQDL 1999 (Chapeau vor soviel Engagement seitens der Autoren!) kam für mich im richtigen Moment.

Die Geräte sollen also zu meiner und der guten Nachbarn Information über die in der Umgebung und im Haus herrschenden Felder und nur als Ergänzung zu schon seitens om Norbert Menke, DL6YAB, vorgenommenen professionellen Messungen dienen, bei dem ich mich an dieser Stelle nochmals herzlich bedanken möchte.

Im einzelnen wurden in den letzten Wochen folgende Geräte zusammengebaut.

In CQDL beschrieben:

Zusätzlich werden zur Kalibrierung gebraucht:

Die H-Sonde fehlt noch.

 

2. Zusammenbau der Geräte.

Beim DARC wurden die Bausätze für den Levelmesser und den Eichgenerator gekauft, bei Conrad einige nicht vorhandene Widerstände bestellt bzw die vergessenen Teile direkt gekauft. Bei Edeka bekam man 44 cm breite Alufolie, beim Baumarkt einige quadratische Kiefernstäbe für die Zelle.

Die o.g. Geräte wurden zusammengebaut und erfolgreich getestet.

Die vom DARC bezogenen Bausätze waren von guter Qualität und die Geräte haben nach Korrektur eines Lötfehlers beim Eichgenerator auf Anhieb funktioniert. Die Farben an den Widerständen waren z.T. nicht so gut zu erkennen (ich kann schlecht sehen), aber ein Multimeter half da ab.

Man sollte sich große Mühe beim Löten geben, damit alles gut funktioniert. Ich habe mit Lupe an einer Klemmvorrichtung und einer Weller-Lötstation mit U = 24 V und 50 W gelötet. Wichtig ist, dass man einen Lötkolben verwendet, an dem etwas Lötzinn hängen bleibt, oder man muss mit sehr dünnem Lötdraht arbeiten.

Bei den Stromversorgungskabeln zu den Platinen und generell bei der ausserhalb der Platinen liegenden Mimik muss man auf mechanische Stabilität achten ("mechanisch instabil": reisst ab bei einigen Wackeleien; "mechanisch stabil": kann mehr als 3 Mal auseinandergeschraubt werden). Ebenso darf man die Geräte als Ganzes nicht mechanisch belasten (hinfallen lassen).

Die E-Sonde wurde abknickbar auf dem "Mess-Stab" montiert, um die z-Komponente einfacher messen zu können.

Die TEM-Zelle wurde nicht hängend sondern fest und stehend aufgebaut, was mechanisch etwas schwierig war. Alles wurde zwischen 4 stehenden Kiefernstäben (14x14x200 mm) aufgehängt, wobei die eigentliche Zelle der Größe 440x700x285 mm mit 10x10 mm Kieferstäben eingefasst wurde. Durch Anbringung zweier "Sicherheitsbretter" am Boden und einer Sperrholzplatte oben konnte das Ganze nach einem anfänglichem Zusammenbruch stabilisiert werden. Die Elektrik am HF-Einspeisepunkt wurde auf eine 50x100 mm-Platine mit 10 Leiterbahnen mit geeigneten Unterbrechungen derselben gelötet. Die Platine steckt in einem an 3 Seiten offenen am Kupfer verlöteten Platinengehäuse, an dem Poti und BNC-Buchse angebracht sind.

Die Einspeisung der Zelle erfolgt oben, wobei die Elektrik mit A-Meter auf der Sperrholzplatte liegt..

 

 

 

3. Inbetriebnahme der Geräte

3.1 Levelmeter mit Tiefpass, E-Sonde und Eichgenerator

Man stellt beim ersten Anschalten des Levelmessers, mit und ohne Tiefpass, mit und ohne E-Sonde fest, dass

  1. der Tiefpass ein Muss ist, da die VHF- und UHF-Felder im Hintergrund bei mir sehr hoch sind,
  2. der Tiefpass nahe am Levelmeter liegen sollte, wenn man kein doppelt-abgeschirmtes Kabel verwendet,
  3. der dBm-Abgleich des Levelmeters mit dem Potentiometer P5 bei Verwendung des Eichgenerators funktioniert.

Der Levelmesser wurde mit den Eichgeneratorausgängen 1 mW und 1 nW auf 0 dBm und 60 dBm eingestellt.

3.2 Abgleich des Levelmessers in dBV/m mit dem Eichgenerator.

Es wurde ähnlich wie in der CQDL angegeben vorgegangen.

Ich glich den Levelmesser mittels Eichgenerator mit 0 dBm und 60 dBm ab, wobei auf der Anzeige aber nicht die Leistungswerte 0 und 60 dBm eingestellt wurden, sondern die sich fiktiv im Freifeld ergebenden E-Felder in dBV/m, die zu diesen Leistungen am Levelmesser führen würden.

Dazu folgende Erläuterung.

Man macht sich zur Ermittlung dieser Feldstärken die Eigenschaften des elektromagnetischen Feldes um eine Quelle zu Nutze, in dem ja eine entfernungsabhängige Leistungsdichte Pd = P/(4πr) W/m (isotrope Quelle vereinfacht angenommen) herrscht, wobei im Freifeld wegen des senkrechten Aufeinanderstehens der Vektoren Pd, H und E der Poyntingsche Vektor Pd = E x H (mit x = Vektorprodukt) als Pd = E*H (W/m, V/m, A/m) geschrieben werden kann.

Eine Leistung P kann man als von der E-Sonde mit der Fläche Fs in einem Feld um eine Antenne mit der Leistungsdichte Pd = (P/Fs) gemessen betrachten.

Wegen des Zusammenhangs

Leistung P = I*U = U/Ro (mit Ro = 377 Ohm im Freien),

und hieraus abgeleitet für die Leistungsdichte Pd

Pd = E/Ro

kann man nun das E-Feld zu P angeben.

Man erhält

E = √((P/Fs)*377) V/m

mit Fs = Sondenfläche /m/ und

P = Leistung des Eichgenerators /W/,

wodurch man die fiktiven im Freifeld existierenden E-Feldstärken imitiert.

In Tabelle 1 sind für einige Leistungen und die bei mir vorliegende E-Sondenfläche von 144 cm die fiktiven diese Leistungen hervorrufenden E-Felder in V/m und, für die Einstellung am Levelmesser, in dBV/m angegeben.

Aus Tabelle 1 kann man mit -45,8 dBV/m bzw 14,2 dBV/m die Einstellungen für die Eichgenerator-Outputs von 60 dBm bzw 0 dBm ablesen.

Man erkennt auch, dass ein E-Feld von 50 V/m die in den Artikeln erwähnten 34 dBV/m liefert, wenn sie vom Messwerk dämpfungslos an den Levelmesser durchgeleitet werden.

Mit den Werten -45,8 und 14,2 wurde der Levelmesser abgeglichen. D.h. man braucht nur einen der beiden Werte einstellen, wenn man den Abgleich mit 60 und 0 dBm gemacht hat (siehe 3.1).

Der hier beschriebene Abgleich ist ähnlich dem im Artikel des Levelmessers angegebenen Vorgang, mit dem Unterschied, dass bei mir eine andere Sondenfläche zum Tragen kommt, und die 0 dBm-Anzeige (und nicht die -60dBm-Anzeige) im Bereich 10 dBV/m liegt. Ansonsten bleibt der Anzeigenbereich für die Felder genauso |60 dB| wie bei den Leistungen. Man muss also den Anzeigenbereich nicht mit P5 umstellen.

 

 

 

Tabelle 1:

Dezibel-Werte für Leistungen P und dazu gehörige Spannungen U bei

vorgegebenem Widerstand Ro sowie fiktive Feldstärken bei vorgegeber

E-Sonden-Fläche Fs.

P

dBm(P,Po)

U(P,Ro)

dBV(U,Uo)

E

dBV/m

/W/

/V/

/V/m/

(Po=1mW)

(Ro=377 Ohm)

(Uo=1V)

(Fs=144cm)

(Eo=1V/m)

=10*log(P/Po)

=SQRT(P*Ro)

=20*(U/Uo)

=SQRT(Ro*P/Fs)

=20*log(E/Eo)

1,00E-11

-80,00

6,14E-05

-84,24

5,12E-04

-6,58E+01

2,00E-11

-76,99

8,68E-05

-81,23

7,24E-04

-6,28E+01

5,00E-11

-73,01

1,37E-04

-77,25

1,14E-03

-5,88E+01

1,00E-10

-70,00

1,94E-04

-74,24

1,62E-03

-5,58E+01

2,00E-10

-66,99

2,75E-04

-71,23

2,29E-03

-5,28E+01

5,00E-10

-63,01

4,34E-04

-67,25

3,62E-03

-4,88E+01

1,00E-09

-60,00

6,14E-04

-64,24

5,12E-03

-4,58E+01

2,00E-09

-56,99

8,68E-04

-61,23

7,24E-03

-4,28E+01

5,00E-09

-53,01

1,37E-03

-57,25

1,14E-02

-3,88E+01

1,00E-08

-50,00

1,94E-03

-54,24

1,62E-02

-3,58E+01

2,00E-08

-46,99

2,75E-03

-51,23

2,29E-02

-3,28E+01

5,00E-08

-43,01

4,34E-03

-47,25

3,62E-02

-2,88E+01

1,00E-07

-40,00

6,14E-03

-44,24

5,12E-02

-2,58E+01

2,00E-07

-36,99

8,68E-03

-41,23

7,24E-02

-2,28E+01

5,00E-07

-33,01

1,37E-02

-37,25

1,14E-01

-1,88E+01

1,00E-06

-30,00

1,94E-02

-34,24

1,62E-01

-1,58E+01

2,00E-06

-26,99

2,75E-02

-31,23

2,29E-01

-1,28E+01

5,00E-06

-23,01

4,34E-02

-27,25

3,62E-01

-8,83E+00

1,00E-05

-20,00

6,14E-02

-24,24

5,12E-01

-5,82E+00

2,00E-05

-16,99

8,68E-02

-21,23

7,24E-01

-2,81E+00

5,00E-05

-13,01

1,37E-01

-17,25

1,14E+00

1,17E+00

1,00E-04

-10,00

1,94E-01

-14,24

1,62E+00

4,18E+00

2,00E-04

-6,99

2,75E-01

-11,23

2,29E+00

7,19E+00

5,00E-04

-3,01

4,34E-01

-7,25

3,62E+00

1,12E+01

1,00E-03

0,00

6,14E-01

-4,24

5,12E+00

1,42E+01

2,00E-03

3,01

8,68E-01

-1,23

7,24E+00

1,72E+01

5,00E-03

6,99

1,37E+00

2,75

1,14E+01

2,12E+01

1,00E-02

10,00

1,94E+00

5,76

1,62E+01

2,42E+01

2,00E-02

13,01

2,75E+00

8,77

2,29E+01

2,72E+01

5,00E-02

16,99

4,34E+00

12,75

3,62E+01

3,12E+01

1,00E-01

20,00

6,14E+00

15,76

5,12E+01

3,42E+01

2,00E-01

23,01

8,68E+00

18,77

7,24E+01

3,72E+01

5,00E-01

26,99

1,37E+01

22,75

1,14E+02

4,12E+01

1,00E+00

30,00

1,94E+01

25,76

1,62E+02

4,42E+01

2,00E+00

33,01

2,75E+01

28,77

2,29E+02

4,72E+01

5,00E+00

36,99

4,34E+01

32,75

3,62E+02

5,12E+01

1,00E+01

40,00

6,14E+01

35,76

5,12E+02

5,42E+01

2,00E+01

43,01

8,68E+01

38,77

7,24E+02

5,72E+01

5,00E+01

46,99

1,37E+02

42,75

1,14E+03

6,12E+01

1,00E+02

50,00

1,94E+02

45,76

1,62E+03

6,42E+01

2,00E+02

53,01

2,75E+02

48,77

2,29E+03

6,72E+01

5,00E+02

56,99

4,34E+02

52,75

3,62E+03

7,12E+01

1,00E+03

60,00

6,14E+02

55,76

5,12E+03

7,42E+01

3.3 Inbetriebnahme der TEM-Zelle mit der Gleichspannungsquelle

Die TEM-Zelle funktionierte nach Beseitigung einer kalten Lötstelle gut. Man kann und sollte die Elektrik vor Einbau prüfen, wobei der Abschlusswiderstand, bzw. die Widerstandsgruppe, an die Stelle gebracht wird, wo die Zelle hinkommt. Man kann dadurch a) Fehler finden und b) mit den 19,95 V Gleichspannung das 100 kΩ-Poti schon mal in die richtige Stellung bringen, damit das Ampθremeter 50 A anzeigt.

Ohne digitales Voltmeter kommt man hier nicht aus.

Die Alu-Folie an der Zelle flattert und es ist ratsam, sie mit Fäden einigermaßen gerade zu halten.

Bei den im Artikel der CQDL angegebebenen Ausmaßen der Zelle ist diese Stellung des Potis für die nachfolgenden Einstellungen beizubehalten.

 

3.4 Abgleich des Levelmessers mit der E-Sonde und 50 V/m in der TEM-Zelle

Man geht ähnlich wie in der CQDL angegeben vor.

  1. Zur Voreinstellung des Levelmessers wurde dieser auf die oben angegebenen dBV/m-Werte bei den 0 dBm- und 60 dBm-Outputs des Eichgenerators eingestellt (s.o.).
  2. Dann wurde die TEM-Zelle mit einem 14 MHz-Signal auf 50 V/m gebracht. Man beginnt hierzu mit der Einstellung des Senders auf CW bei niedrigster Carrier-Stellung. Dann wird bei Sende-Stellung der Carrier-Knopf soweit hochgedreht, bis das A-Meter an der TEM-Zelle auf 50 A zeigt. Man hat dann ein durch HF erzeugtes E-Feld in der Zelle von 50 V/m erzeugt, das von der E-Sonde zur Kalibration des Ensembles E-Sonde+Levelmesser benutzt wird.
  3. Dann wurde die E-Sonde an den Levelmesser angeschlossen und in die Zelle mit 50 V/m gehalten. Der sich am Levelmesser einstellende Wert war natürlich nicht 34 dBV/m, sondern der um die "E-Sonden-Dämpfung" reduzierte Wert. In meinem Fall lag der Anzeigewert bei ca. 17 dBV/m. Das machte gegenüber dem eigentlich richtigen Wert eine Differenz von |51 dbV/m| aus, d. h. um diesen Betrag reduziert wurde das Feld wiedergegeben.
  4. Es erfolgte die Einstellung des Levelmessers bei E-Sondenempfang im 50 V/m - Feld bei 14 MHz mittels des Potentiometers P4 auf 34 dBV/m.
  5. Dann wurde zu den Messungen vor Ort geschritten.

Bei den Schritten b) bis d) durchzog ein bekannter Geruch den Keller, der von den sich erhitzenden 1-W-Widerständen im Eingang der Zelle herrührte.

 

4. Messungen

Die ersten Messungen zeigten, dass die Geräte sinnvolle Ergebnisse bringen. Eine bisher rechnerisch ermittelte Feldstärke wurde auf 10 % wiedergefunden. Das ist wohl Zufall, denn speziell im Nahfeld ist mit großen Inhomogenitäten des Feldes zu rechnen. Die Rechnung und die Messung wurden nicht "aneinander angeglichen".

Die Rechnung für die Mitte des Spitzbodens, die ich für einen Freund durchführte, ist im Anhang 1 wiedergegeben.

Zur Auswertung der Levelmesser-Ablesungen können die in der Tabelle 1 wiedergegebenen Werte für dBV/m und V/m zur Ermittlung der Feldstärken aus den Levelmesser-Anzeigen benutzt werden, wobei in Anhang 2 eine feinere Unterteilung der Leistungen und Feldstärken erfolgte.

Es empfiehlt sich, zur Protokollierung der Messungen Formulare zu benutzen. Dann hat man die Gewähr, dass man nichts Wichtiges vergessen hat.

 

Anhang 1: Berechnung eines E-Feldes

Champs électrique à 5 m et à 10 m dun dipôle pour 28 MHz

La densité de la puissance PD /W/m/ dun dipôle se calcule par la formule générale de radiation

Po * F1*F2

PD = ------------------ [1]

4*π*r

avec

Po = puissance isotropique /W/; F1 = gain vers antenne isotropique /-/;

r = distance de lantenne; F2 = facteur de latténuation de langle /-/.

F1 et F2 sont donnés comme facteurs normaux, et non pas en dB ici.

F1 est délivré par les constructeurs des antennes, normalement (en dBd ou dBi).

F2 est rarement donné par les constructeurs. Le DARC donne des valeurs dans son handout du 16.5.98 /Lit.1/, page 9.

On lit que [1] soit une formule des équations de Maxwell. Cest trop loin, ou meilleur dit, trop haut.

Une source isotrope avec la force de source S /particles par séconde/ éffectue sur la surface F dune sphère avec un radius r la densité de flux FD de

FD = S/F = S/(4*π*r) en particles par sιconde par m (si F est donné en m),

car 4*π*R est la surface dune sphθre, cest tout.

Peut-être [1] est aussi une solution triviale des équations de Maxwell.

[1] est valable en tout cas pour le "champs loin"

.

Avec Po=10 W; F1= 1,64; r=10m; F2=1 on obtient avec [1] une densité de puissance de

PD = (10*1,64)/(12,566*100) = 13,05 mW/m. [2]

PD est ici équivalent au fameux vector de Poynting S = E x H [3] (x est lopérateur du produit vectorale) est mène en dehors de la sphère autour de la source, cela veut dire, il est perpenticulier sur la surface. La radiation électromagnétique consiste en ondes transversales où les parties E et H sont parallèles à la surface de la sphère. Cela veut dire que les vecteurs E et H sont perpenticuliers envers PD, et parce quils sont perpenticuliers envers eux mêmes aussi, on obtient

PD = E*H [4],

cela veut dire par une simple multiplication des valeurs des champs.

Dans le champs proche on a des facteurs a) de phase et b) des angles ≠ 90entre E et H.

À cause de E*H = E/Ro avec Ro= résistance dans le vide = 377 ohms on a

PD=E/377 [5]

dans le champs en pleine air on obtient de [2] et [5] le champs électrique E de

E = (PD*377)**0,5 [6]

Et avec la valeur de PD de [2] on a E=2,218 V/m au niveau du dipôle.

Avec latténuation de langle (supposé) F2 = 30 (-14,7 dB) pour un dipole de 2 élements on obtient une densité de puissance (pour des valeurs P, r, F1 données en haut) de

PD=0,435 mW/m [7] , dont on obtient avec [6]:

E= 0,405 V/m [8]

Le facteur F2 = 30 est équivalent -14,7 dB (relié à une puissance). Ce facteur est appliqué quand on se trouve par terre et ne pas au niveau du dipôle.

Dans mon (DJ6QO) cas de 60 W, r=5 m; F1 = 1,64; F2 = 4 ( équivalent à -6 dB); on obtient

PD = 78,3 mW/m [9], dont avec [6]

E = 5,4 V/m [10].

Et je mesurais 6 V/m sous le toit au-dessous de mon antenne FB23.



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  • Update: 12.06.2001