Anpassung und Antennenauswahl

Was bei Fehlanpassung auf dem Koax passiert

Zwischen Funkgerät und Antenne liegen meist viele Meter Koax. Passt die Impedanz am Speisepunkt nicht zum Kabel, kostet das auf dem Weg Leistung, und die Frage ist, wie viel. Am Ende fasst die Lektion zusammen, nach welchen Punkten du zwischen mehreren Aufbauten wählst.

Koax hat einen Wellenwiderstand, meist 50 Ω. Weicht die Impedanz am Speisepunkt davon ab, wird dort ein Teil der Welle reflektiert und läuft zurück zum Funkgerät. Hin- und rücklaufende Welle überlagern sich auf dem Koax zu einer stehenden Welle. Das SWR gibt an, wie stark sie ausgeprägt ist.

Auf ihrem Weg zurück setzt auch die rücklaufende Welle einen Teil ihrer Leistung im Kabel in Wärme um. Deshalb dämpft dasselbe Kabel bei Fehlanpassung stärker, als im Datenblatt steht. Das Datenblatt nennt die Dämpfung bei Anpassung.

Die Kurven sind eine 12db-Rechnung mit dem üblichen Leitungsmodell und idealisiert 50 Ω Wellenwiderstand: Aus der Dämpfung laut Datenblatt und dem SWR am Speisepunkt folgt die Gesamtdämpfung. Ein Kabel mit 1 dB dämpft bei SWR 3 rund 1,5 dB, bei SWR 5 rund 2,1 dB.

Zwei Preisnachlässe um je die Hälfte ergeben ein Viertel des alten Preises, nicht null, denn die Faktoren werden multipliziert, nicht die Prozente addiert. Ebenso multiplizieren sich hintereinanderliegende Leistungsfaktoren, und in Dezibel wird daraus ein Addieren: Zweimal rund 3 dB sind 6 dB, übrig bleibt rund ein Viertel der Leistung. So setzen sich die 1,5 dB bei SWR 3 aus den 1 dB des Datenblatts und rund 0,5 dB Zusatzdämpfung durch die Fehlanpassung zusammen.

Was ein Tuner ändert

Ohne Tuner sieht der Sender die Fehlanpassung, bei deutlicher Fehlanpassung regeln viele Sender ihre Leistung zum Schutz zurück. Ein Tuner (Anpassgerät) transformiert die Impedanz an der Stelle, an der er sitzt. Liegt sie in seinem Anpassbereich, bietet er dem Sender 50 Ω. Steht er am Funkgerät, sieht der Sender dann SWR 1:1 und gibt seine volle Leistung ab.

Die zum Tuner zurücklaufende Welle wird dort erneut reflektiert und läuft wieder zur Antenne. Die Antenne nimmt einen Teil auf, der Rest wird wieder reflektiert. Das ist ein Bild für die Wellen auf der Leitung, im Dauerbetrieb stellt sich daraus ein fester Zustand ein. Die reflektierte Leistung geht also nicht von selbst verloren, verloren geht, was Kabel und Tuner dabei in Wärme umsetzen.

An der Fehlanpassung zwischen Koax und Antenne ändert der Tuner am Funkgerät nichts: Die Impedanz der Antenne bleibt dieselbe, und auf dem Kabel zwischen Tuner und Antenne liegen weiter die stehende Welle und die höhere Dämpfung.

Das Kabel täuscht zudem bei der Messung. Weil es auch die rücklaufende Welle dämpft, zeigt ein SWR-Meter direkt am Kabelanfang ein kleineres SWR als am Speisepunkt. Ein Analysator am Kabelanfang zeigt außerdem in der Regel andere Werte für Wirk- und Blindanteil, denn das Kabel formt die Impedanz abhängig von seiner Länge um.

Einen Aufbau auswählen

Dieser Abschnitt fasst die Grundlagen des Moduls zusammen, Abstrahlwinkel und Ausbreitung vertieft Modul 8. Für die Wahl zwischen mehreren Aufbauten liefern die bisherigen Lektionen die Prüfpunkte: Länge im Verhältnis zur Wellenlänge, Strahlungswiderstand neben den Verlustwiderständen, Leiter im Nahfeld und Anpassung.

Bei einem waagerechten Dipol kommt die Höhe dazu, gemessen in Wellenlängen. Lektion 4 hat sie mit dem Spiegelbild über ideal leitendem Boden eingeführt. Mit zunehmender Höhe rückt die unterste Strahlungskeule eines waagerechten Dipols meist zu flacheren Winkeln, bei großen Höhen kommen weitere Keulen und Nullstellen dazu (Modul 8, Lektion 1).

Eine 12db-Simulation für 20 m über ebenem Boden mittlerer Leitfähigkeit ergibt quer zum Draht: Bei sehr kleinen Höhen wie $\lambda/8$ geht der größte Teil der Strahlung steil nach oben, bei $\lambda/4$ liegt das Maximum bei rund 60°, senkrecht nach oben ist es dort kaum schwächer, bei $\lambda/2$ liegt es bei knapp 30°. Veröffentlichte Modellrechnungen kommen auf ähnliche Winkel^[6]. Über ideal leitendem Boden läge es bei $\lambda/4$ noch senkrecht nach oben, das Ergebnis hängt also vom Bodenmodell ab. Für Verbindungen über große Entfernung sind flache Winkel meist günstig, beim waagerechten Dipol hat die Höhe deshalb großes Gewicht.