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%14.3  Spanndrahtantenne fr EME %<'FontWeight',MSVTITLWEIGHT,'FontSize',MSVTITLSIZE-4,'Color',MSVTITLCOLOR>
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% Der Antenne liegt folgende Basisidee zugrunde:  Die  12-Elementgruppenantenne 
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antgraph(gr12)
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% lsst sich gut mehrfach nebeneinander als Drahtantenne realisieren:
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n   = 5;                % maximale Anzahl von 12-Gruppen
dy  = 2.4;              % Abstand der 12-Gruppen
d   = (0:(n-1))'*dy;    % Positionen der 12-Gruppen
z   = 0;
for k=2:length(d), z=[z;0]; antgraph(group(gr12,[z d(1:k,1) z])); end;
%
% Die Abmessungen sind ziemlich unkritisch.
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% Solch eine Antenne soll verspannt werden parallel zur Erdachse.  In Rektaszension, also 
% in der Richtung der durch die Erddrehung verursachten scheinbaren Mondbewegung hat man 
% dann die hier als Vertikaldigramm bezeichnete relativ breite Strahlungskeule:
%
rpv(gr12,144);
%
% Damit es nicht zu Missverstndnissen kommt, drehen wir die Antenne um  {\fontname{Courier}90}:
%
gr12v = rotation(gr12,[90 0 0]);
antgraph(gr12v);
rphv(gr12v,144);
%% Die Antenne  gr12v  wird weiter unten noch verwendet. 
%
% Der Mond bewegt sich  {\fontname{Courier}15} pro Stunde.  Man muss also nur etwa alle Stunde die Antenne um 
% {\fontname{Courier}15}  weiterdrehen.
%
% In der Deklination, also der Hhe ber dem Himmelsquator, bndelt die Spanndrahtantenne 
% umso schrfer, je mehr Gruppen sie enthlt:
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n  = 5;               % maximale Anzahl von 12-Gruppen
dy = 2.4;             % Abstand der 12-Gruppen
d  = (0:(n-1))'*dy;   % Positionen der 12-Gruppen
z  = 0;
for k=1:length(d), z=[z;0]; rphv(group(gr12v,d(1:k,1)),144,0,1); end;
%
% In dieser Richtung kann man die Antenne aber nicht drehen.  Ein Drehen in dieser 
% Richtung ist auch nicht erforderlich, weil der Mond seine Deklination nur lansam ndert.  
% Die Ebene der Mondbahn um die Erde ist gegen die Bahnebene der Erde um die Sonne (sog. 
% Ekliptik) um  {\fontname{Courier}5.145}  geneigt.  Die quatorebene der Erde ist gegen die Ekliptik um 
% {\fontname{Courier}23.452}  geneigt.  Aufgrund sehr langsamer Bahnnderungen knnen sich die beiden 
% Neigungen addieren, so dass der Mond im Extremfall den Abstand  {\fontname{Courier}28.597}  vom quator 
% haben kann.  Im Laufe eines Mondurchgangs von Ost nach West in 12 Stunden ndert sich 
% die Deklination aber nur um maximal  {\fontname{Courier}2} .  Die vertikale Antennenkeule kann deshalb fr 
% einen ganzen Durchgang fest eingestellt werden.
%
% Die Richtung in der Deklination kann durch feste Einstellung der Phasen erfolgen: 
%
n  = 4;               % Anzahl von 12-Gruppen
dy = 2.4;             % Abstand der 12-Gruppen
d  = (0:(n-1))'*dy;   % Positionen der 12-Gruppen
z  = [];
for k=1:n, z(k) = 0; end;
antgraph(group(gr12v,d));
for w=0:5:40,  c = exp(-i*pi*w/180); rpv(group(gr12v,d,c.^d),144); end;
%
% Auch hier hilft eine etwas unregelmssige Anordnung gegen zu starke Nebenzipfel.  Die 
% Verbesserung ist aber unbedeutend.  Insbesondere ist der Gewinn trotz der um  {\fontname{Courier}2.50m}  
% grsseren Ausdehnung nicht besser.
%
d = [0.00 2.42 5.56 10.00]';   % zufllige Positionen der 12-Gruppen
antgraph(group(gr12v,d));
for w=0:5:40,  c = exp(-i*pi*w/180); rpv(group(gr12v,d,c.^d),144); end;
%
% Bei gleichen Abmessungen ist es dann gnstiger, 5 Gruppen zu nehmen:
%
n   = 5;               % Anzahl von 12-Gruppen
dy  = 2.4;             % Abstand der 12-Gruppen
d   = (0:(n-1))'*dy;   % Positionen der 12-Gruppen
z   = zeros(n,1);
antgraph(group(gr12v,d));
for w=0:5:40,  c = exp(-i*pi*w/180); rpv(group(gr12v,d,c.^d),144); end;
%
% In allen Fllen gelingt es offenbar nicht, eine brauchbare Strahlungskeule an der 
% Extremposition des Mondes zu erzeugen.
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% Die Impedanz der  12-Gruppe betrgt
%
imp(gr12v,144)
%
% Die Antennen mssen also durch relativ hochohmige symmetrische Kabel versorgt werden. 
% Am Verteiler ergeben sich dann  {\fontname{Courier}170 \Omega}  bzw.  {\fontname{Courier}136 \Omega}  bei 4 bzw. 5 Gruppen.
% 
% Die Speisung der Antennen ist besonders einfach, wenn anstelle der 12-Gruppe die 
% 20-Gruppe verwendet wird.  Denn die einzelne Gruppe kann dann ohne nennenswerte 
% Verluste ber  {\fontname{Courier}400 \Omega-}Bandkabel versorgt werden:
%
gr20v = rotation(gr20,[90 0 0]);
antgraph(gr20v);
imp(gr20v,144);
%
% Auch die Phasensteuerung erfolgt durch Einfgung entsprechender Kabelstcke.  Die 
% Parallelschaltung aller Kabel liefert am Verteiler bei 4  20-Gruppen etwa  {\fontname{Courier}90 \Omega} , bei 5 
% 12-Gruppen etwa  {\fontname{Courier}70 \Omega} .  Letzteres lsst sich sehr gut an das  {\fontname{Courier}50 \Omega-}Speisekabel 
% anpassen durch ein  {\fontname{Courier}\lambda/4-}Kabelstck von  {\fontname{Courier}60 \Omega} .
%
% Neben dem weiteren Vorteil des deutlich hheren Gewinns der 20-Gruppe gibt es den Nachteil 
% der erheblich engeren Strahlungskeule in Rektaszension.  Die Nachfhrung muss deshalb viel
% sorgfltiger durchgefhrt werden, und verwinden darf sich die Drahtkonstruktion auch nur 
% wenig:
%
n  = 5;               % Anzahl von Gruppen
dy = 2.4;             % Abstand der Gruppen
d  = (0:(n-1))'*dy;   % Positionen der Gruppen
z  = [];
for k=1:n, z(k) = 0; end;
gr20v = rotation(gr20,[90 0 0]);
antgraph(group(gr20v,d));
for w=0:5:40,  c = exp(-i*pi*w/180); rpv(group(gr20v,d,c.^d),144); end;
%
% Fr die Nahfeldberechnung bringen wir die Antenne in die vorgesehene schiefe Lage: 
%
stw = -30;   % aktueller Stundenwinkel des Mondes (Drehung der Antenne)
dkl = -12;   % aktuelle Deklination des Mondes (Phasengesteuerte Drehung)
phi = 54;    % geographische Breite der Antenne (Neigung der Drehachse)
a   = 5;     % Entfernung der unteren Antenne vom Drehpunkt
h   = 2.5 + 3*cos(pi*phi/180) - a*sin(phi*pi/180); % Hhe des unteren Drehpunktes
n   = 5;                 % Anzahl von Gruppen
dy  = 2.4;               % Abstand der Gruppen
d   = (0:(n-1))'*dy;     % Positionen der Gruppen
c   = exp(-i*0.025*dkl); % Phasen der Speisungen
z  = [];
for k=1:n, z(k) = 0; end;
gr20v = rotation(gr20,[90 0 0]);  % Antenne vertikal
gn  = group(gr20v,d,c.^d);        % Gruppe von n 20-Gruppen
aa  = translation(gn,[0 0 a+1]);  % Verschiebung um a+1
as  = rotation(aa,[0 0 stw]);     % Stundenwinkel
ap  = rotation(as,[90-phi 90 0]); % parallaktische Montierung
ah  = translation(ap,[0 0 h]);    % Anhebung um h
nfield(ah,144,-10:1:40,-20:1:20,1.8,500);
%
% Dieses obige Skript ist der Kern folgender Funktion:
%
parameterhelp eme100
%
% Ein Beispiel:
%
eme100(-42,8,54)
%
% Die Antenne kann in weitem Bereich mit grosser Leistung benutzt werden.  Nur 
% bei niedrig stehendem Mond ist die Strahlung in Bodennhe verstndlicherweise 
% gross.  Bei grosser Deklination des Mondes ergeben sich durch die Phasensteuerung
% der Antenne erhebliche Nebenzipfel.  Deshalb muss in diesem Fall trotz relativ 
% hoch stehendem Mond die Leistung stark gedrosselt werden:
%
eme100(-70,+25,54,3,1,500)
%
% Bei absolut kleinerer Deklination, also tiefer stehendem Mond, ist das nicht der Fall:
%
eme100(-70,0,54,3,1,500)
%
% Selbstverstndlich muss die Leistung reduziert werden, wenn der Mond untergeht:
%
eme100(85,-10,54,3,1,500)
%
%
% blicherweise werden bei EME-Kontakten azimutal montierte Antennen mit horizontaler 
% Polarisation verwendet.  Es stellt sich daher die Frage, ob es sinnvoll ist, einseitig 
% eine andere Polarisation zu benutzen, denn die Reflexion an der Mondoberflche dreht 
% die Polarisation nur wenig.  Eine Untersuchung der rumlichen Lage der Polarisation 
% zeigt jedoch, dass die in Europa und Japan jeweils mit horizontaler Polarisation 
% ausgesandten Signale vom Mond aus gesehen aufeinander senkrecht stehen.  Deshalb ist 
% der Kontakt zwischen Europa und Japan deutlich schwieriger als zwischen weniger 
% entfernten Standpunkten.  Die Funktion  graphpoldiff  zeigt die Polarisationsdrehung 
% fr eine Reihe von Orten der Erde ber dem Stundenwinkel des Mondes am eigenen Ort, 
% und zwar in blau fr beiderseits horizontale Polarisation und in rot fr den Fall, 
% dass am eigenen Ort die Polarisation parallel zur Erdachse liegt whrend auf der 
% anderen Seite die bliche horizontale Polarisation benutzt wird:
%
parameterhelp graphpoldiff
%
% Einige Beispiele fr graphpoldiff:
%
graphpoldiff(0,-10,54)      % Hamburg,  Mond-Deklination 0
%
graphpoldiff(-25,-10,54)    % Hamburg,  Mond-Deklination -25
%
graphpoldiff(+25,-10,54)    % Hamburg,  Mond-Deklination +25
%
graphpoldiff(+18,-175,-42)  % Wellington/NeuSeeland, Mond-Deklination +18
%
% Der durch die Geometrie bedingten Phasendrehung ist eine durch den Faraday-Effekt 
% in der Ionosphre verursachte stark schwankende Phasendrehung berlagert. Letztere 
% erfolgt in gleicher Drehrichtung fr beide Wege einer bidirektionalen Funkverbindung. 
% Dadurch kann die geometrische Phasendrehung auf dem einen Weg kompensiert und auf dem 
% anderen 90 werden. Mit linear polarisierten Antennen funktioniert dann nur einer der 
% Wege. Man kann dies interaktiv mit der Funktion emepolrot ausprobieren:
%
emepolrot
%
%
% Eine etwas andere Anordnung von 6 Gruppen zu je 20 Elementen benutzt  {\fontname{Courier}gr120} :
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gr120
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% Das Richtdiagramm ergibt sich zu
%
rphv(gr120,144)
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% In  {\fontname{Courier}9 m}  Hhe zentral angebracht ergibt sich folgende Ausleuchtung in  {\fontname{Courier}1.8 m}  Hhe:
%
nfield(translation(gr120,[0 0 9]),144,-5:1:130,-20:1:20,1.8,500);
%
% Dieselbe Antenne um  {\fontname{Courier}90}  gedreht fr horizontale Polarisation:
%
nfield(translation(rotation(gr120,[90 0 0]),[0 0 9]),144,-5:1:130,-20:1:20,1.8,500);
%