Anpassung, Transformation, Symmetrierung und Mantelwellen
Anpassung, Transformation, Symmetrierung und Mantelwellen
Diese Lerneinheit behandelt, wie du Anpassung zwischen Sender und Antenne herstellst, Impedanztransformation durchführst und störende Mantelwellen vermeidest.
Stell dir vor: Dein Sender ist wie eine Wasserpumpe, die Antenne wie ein Sprinkler:
- Anpassung: Rohrdurchmesser passt zu Pumpe und Sprinkler - voller Durchfluss
- Transformation: Ein Adapter verbindet unterschiedliche Rohrgrößen
- Mantelwellen: Wasser, das außen am Rohr entlangläuft statt innen - das willst du nicht!
Fragen AG401-AG405: Leistungsanpassung und SWR
Frage AG401: Optimale Lastimpedanz
Frage AG401 fragt: Welche Lastimpedanz braucht man bei 50 Ω Ausgangsimpedanz?
Antwort: 50 Ohm
Warum? Bei Leistungsanpassung muss der Lastwiderstand gleich dem Innenwiderstand der Quelle sein. Dann wird die maximale Leistung übertragen.
Frage AG402: Reflexion bei Fehlanpassung
Frage AG402 fragt: 100 W werden in ein Kabel mit 3 dB Dämpfung eingespeist. Welche Leistung wird bei offenem oder kurzgeschlossenem Ende reflektiert?
Antwort: 50 W
Warum? Bei Leerlauf oder Kurzschluss wird 100% reflektiert. Die 100 W werden auf dem Hinweg um 3 dB gedämpft (= 50 W kommen an), diese 50 W werden komplett reflektiert. Auf dem Rückweg nochmal 3 dB Dämpfung → am Eingang kommen 25 W zurück. Aber gefragt war die reflektierte Leistung am Leitungsende = 50 W.
Frage AG403: SWR-Messung analysieren
Frage AG403 beschreibt: Mit Antenne SWR = 3, mit 50-Ω-Dummy SWR ≈ 1. Was bedeutet das?
Antwort: Die Antenne ist fehlerhaft. Sie strahlt so gut wie keine HF-Leistung ab.
Warum? Das Kabel und Messgerät sind okay (mit Dummy SWR ≈ 1). Die Antenne hat eine falsche Impedanz. Hinweis: SWR=3 bedeutet Fehlanpassung mit Reflexionen, nicht dass keine Leistung abgestrahlt wird!
Frage AG404: SWR bei offenem Kabelende
Frage AG404 fragt: Kabel mit 5 dB Dämpfung, mit Antenne SWR = 1. Welches SWR bei abgeklemmter Antenne?
Antwort: Ein SWR von ca. 1,92
Warum? Die Kabeldämpfung „versteckt" teilweise die Fehlanpassung. Je mehr Dämpfung, desto besser sieht das SWR am Eingang aus - obwohl am Ende totale Fehlanpassung herrscht.
Frage AG405: SWR bei Impedanz-Mismatch
Frage AG405 fragt: 75-Ω-Kabel speist Faltdipol (ca. 240-300 Ω). Welches SWR?
Antwort: ca. 3,2 bis 4
Warum? SWR = höherer Widerstand / niedrigerer Widerstand = 240÷75 = 3,2 bis 300÷75 = 4.
Frage AG406: Das Pi-Filter
Frage AG406 zeigt eine Schaltung und fragt, worum es sich handelt.
Antwort: Ein Pi-Filter zur Impedanztransformation und Verbesserung der Oberwellenunterdrückung.
So erkennst du ein Pi-Filter:
- Form erinnert an den griechischen Buchstaben π (Pi)
- Zwei Kondensatoren parallel (oben und unten)
- Eine Spule in Serie (in der Mitte)
Fragen AG407-AG412: λ/4- und λ/2-Leitungen
Die λ/4-Leitung und λ/2-Leitung haben besondere Eigenschaften:
Phasenverschiebung (Fragen AG407, AG408)
| Frage | Elektrische Länge | Phasenverschiebung |
|---|---|---|
| AG407 | λ/4 | 90° |
| AG408 | λ (ganze Wellenlänge) | 0° (= 360°) |
Warum? Pro λ/4 verschiebt sich die Phase um 90°. Bei λ = 4 × λ/4 = 360° = 0°.
Impedanztransformation (Fragen AG409-AG411)
Eine λ/4-Leitung transformiert Impedanzen invertierend:
Kurzschluss am Ende
→ Eingang wird sehr hochohmig
(Frage AG409)
Offen am Ende
→ Eingang wird nahezu 0 Ω
(Fragen AG410, AG411)
λ/2-Leitung: Keine Transformation (Frage AG412)
Frage AG412 fragt: λ/2-Leitung mit 50 Ω Abschluss - Eingangsimpedanz?
Antwort: 50 Ohm
Warum? Eine λ/2-Leitung überträgt die Impedanz 1:1 - egal welchen Wellenwiderstand das Kabel hat!
Fragen AG413-AG416: Dipole mit Speiseleitungen
| Frage | Antenne | Speiseleitung | Z₁ (Dipol) | Z₂ (Eingang) |
|---|---|---|---|---|
| AG413 | λ/2-Dipol | λ/2 | niederohmig | niederohmig |
| AG414 | λ-Dipol (Ganzwelle) | λ/2 | hochohmig | hochohmig |
| AG415 | λ-Dipol (Ganzwelle) | λ/4 | hochohmig | niederohmig |
| AG416 | λ/2-Dipol (70 Ω) | λ/2 (300 Ω) | 70 Ω | 70 Ohm |
Merke:
- λ/2-Leitung: Überträgt Impedanz 1:1 (keine Transformation)
- λ/4-Leitung: Transformiert invertierend (hochohmig ↔ niederohmig)
Fragen AG417-AG418: Transformationsleitung berechnen
Um mit einer λ/4-Leitung anzupassen, braucht man den richtigen Wellenwiderstand:
- $Z$ = Wellenwiderstand der λ/4-Transformationsleitung
- $Z_E$ = gewünschte Eingangsimpedanz (Speiseleitung)
- $Z_A$ = Antennenimpedanz (Last)
Rechenbeispiel AG417: Dipol (60 Ω) an 240-Ω-Flachbandkabel
$Z = \sqrt{240\,\Omega \cdot 60\,\Omega} = \sqrt{14400} = \mathbf{120\,\Omega}$
Rechenbeispiel AG418: Faltdipol (240 Ω) an 600-Ω-Hühnerleiter
$Z = \sqrt{600\,\Omega \cdot 240\,\Omega} = \sqrt{144000} \approx \mathbf{380\,\Omega}$
Fragen AG419-AG424: Symmetrierung und Umwegleitung
Frage AG419: Drahtantennensystem
Antwort: Die Strahlerlänge sollte λ/2 oder ein Vielfaches davon sein.
Hinweis: Dies gilt für diesen Antennentyp (Draht mit Anpassnetzwerk). Andere Antennen haben andere typische Längen - z.B. λ/4 beim Monopol über Gegengewicht.
Frage AG420: Symmetrierung
Frage AG420 fragt: Wie erreicht man Symmetrierung bei Koax-Speisung eines Dipols?
Antwort: Durch Symmetrierglieder wie Umwegleitung oder Balun.
Warum braucht man das? Ein Koaxkabel ist unsymmetrisch, ein Dipol ist symmetrisch. Ohne Symmetrierung entstehen Mantelwellen!
Fragen AG421-AG422: Balun-Transformator
Frage AG421 zeigt einen Balun mit 2 × 8 Windungen.
Antwort: Ausgelegt für 200 Ohm Antennenimpedanz.
Frage AG422 fragt: Faltdipol (200 Ω) an Balun - Impedanz zwischen a und m?
Antwort: 50 Ohm
Warum? Der Balun hat ein Übersetzungsverhältnis von 1:4 (Impedanz). 200 Ω ÷ 4 = 50 Ω.
Fragen AG423-AG424: Umwegleitung
Frage AG423 zeigt einen λ/2-Faltdipol mit λ/2-Umwegleitung.
Antwort: Die Anordnung passt den Fußpunktwiderstand von 240 Ω an ein 60-Ω-Kabel an (Verhältnis 4:1).
Frage AG424 erklärt die Funktionsweise:
Antwort: Der λ/2-Faltdipol hat an jedem Anschluss 120 Ω gegen Erde. Die λ/2-Umwegleitung macht 1:1-Widerstandstransformation mit 180° Phasendrehung. An der Leitungsseite werden 2 × 120 Ω gegen Erde phasenrichtig parallel geschaltet → 60 Ω.
So funktioniert die Umwegleitung:
- λ/2-Leitung dreht die Phase um 180°
- Dadurch werden beide Dipolhälften gleichphasig am Koax-Innenleiter zusammengeführt
- Die Parallelschaltung von 2 × 120 Ω gegen Erde ergibt 60 Ω
Fragen AG425-AG429: Mantelwellen
Mantelwellen sind ein häufiges Problem bei Antennenanlagen.
Frage AG425: Was sind Mantelwellen?
Antwort: Mantelwellen liegen vor, wenn Gleichtaktanteile vorhanden sind.
Was bedeutet das? Normalerweise sind die Ströme in Innen- und Außenleiter gleich groß und entgegengesetzt (Gegentakt) - ihre Summe ist null. Bei Mantelwellen fließt zusätzlich Strom auf der Außenseite des Schirms.
Frage AG426: Stromkompensierte Drossel
Frage AG426 fragt: Wie wirkt eine stromkompensierte Drossel (Koaxkabel um Ferritkern)?
Antwort: Sie wirkt hochohmig für Gleichtaktanteile und niederohmig für Gegentaktanteile.
Warum? Bei Gegentakt (Nutzsignal) heben sich die Magnetfelder von Innen- und Außenleiter auf - die Drossel ist „unsichtbar". Bei Gleichtakt (Mantelwellen) addieren sich die Felder - die Drossel wird hochohmig und blockt.
Frage AG427: Ursachen von Mantelwellen
Antwort: Mantelwellen entstehen durch:
- Symmetrische Antennen ohne Symmetrierung
- Schlechte Erdung asymmetrischer Antennen
- Einkopplung in den Koax-Schirm
Frage AG428: Mantelstrom reduzieren
Frage AG428 zeigt Ströme bei Antennenankopplung. Wie reduziert man den unerwünschten Mantelstrom I₃?
Antwort: Durch Einfügen einer Gleichtaktdrossel oder bei symmetrischen Antennen auch eines Spannungs-Baluns.
Frage AG429: Mantelwellen trotz Balun
Frage AG429 fragt: Warum können Mantelwellen trotz Spannungs-Balun auftreten?
Antwort: Durch ungleichmäßige Belastung der Antenne (Bäume, Gebäude) sowie Einkopplung in den Koax-Schirm.
Zusammenfassung für die Prüfung
| Frage | Thema | Richtige Antwort |
|---|---|---|
| AG401 | Leistungsanpassung | 50 Ohm bei 50 Ω Quelle |
| AG402 | Reflexion 3 dB Kabel | 50 W reflektiert |
| AG403 | SWR-Analyse | Antenne fehlerhaft |
| AG404 | SWR offenes Ende | ca. 1,92 |
| AG405 | SWR Faltdipol/75Ω | ca. 3,2 bis 4 |
| AG406 | Schaltung erkennen | Pi-Filter |
| AG407 | Phase λ/4 | 90° |
| AG408 | Phase λ | 0° |
| AG409 | λ/4 kurzgeschlossen | Sehr hochohmig |
| AG410 | λ/4 offen | Annähernd 0 Ω |
| AG411 | λ/4 offen | Nahezu null Ohm |
| AG412 | λ/2 mit 50Ω | 50 Ohm |
| AG413 | λ/2-Dipol + λ/2 | Beide niederohmig |
| AG414 | λ-Dipol + λ/2 | Beide hochohmig |
| AG415 | λ-Dipol + λ/4 | Z₁ hoch, Z₂ niedrig |
| AG416 | 70Ω Dipol + λ/2 | 70 Ohm |
| AG417 | Transformation 60→240 | 120 Ω |
| AG418 | Transformation 240→600 | 380 Ω |
| AG419 | Strahlerlänge | λ/2 oder Vielfaches |
| AG420 | Symmetrierung | Umwegleitung oder Balun |
| AG421 | Balun 2×8 Wdg | 200 Ohm |
| AG422 | Balun Impedanz | 50 Ohm |
| AG423 | Umwegleitung | 240 Ω → 60 Ω |
| AG424 | Umwegleitung Funktion | 180° Phasendrehung, Parallelschaltung |
| AG425 | Mantelwellen Definition | Gleichtaktanteile |
| AG426 | Stromkomp. Drossel | Hochohmig für Gleichtakt |
| AG427 | Mantelwellen Ursachen | Symm. Antennen, schlechte Erdung, Einkopplung |
| AG428 | Mantelstrom reduzieren | Gleichtaktdrossel oder Balun |
| AG429 | Mantelwellen trotz Balun | Umgebungseinflüsse, Einkopplung |
Tipp für die Prüfung: Merke dir die Formel $Z = \sqrt{Z_E \cdot Z_A}$ für die λ/4-Transformation - sie kommt garantiert dran!
Wissenskontrolle
0 / 29 Fragen richtigWelche Lastimpedanz ist für eine Leistungsanpassung erforderlich, wenn die Signalquelle eine Ausgangsimpedanz von 50 Ohm hat?
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Am Eingang einer angepassten HF-Übertragungsleitung werden 100 W HF-Leistung eingespeist. Die Dämpfung der Leitung beträgt 3 dB. Welche Leistung wird bei Leerlauf oder Kurzschluss am Leitungsende reflektiert?
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Am Eingang einer Antennenleitung mit einer Dämpfung von 5 dB werden 10 W HF-Leistung eingespeist. Mit der am Leitungsende angeschlossenen Antenne misst man am Leitungseingang ein SWR von 1. Welches SWR ist am Leitungseingang zu erwarten, wenn die Antenne abgeklemmt wird?
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Welche Phasenverschiebung erhält ein HF-Signal von a nach b, wenn die elektrische Länge der abgebildeten Koaxialleitung gleich der Wellenlänge ist?
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Einem Ganzwellendipol wird die Sendeleistung über eine abgestimmte $\lambda/4$-Speiseleitung zugeführt. Wie hoch ist die Impedanz $Z_1$ am Einspeisepunkt des Dipols und wie hoch ist die Impedanz $Z_2$ am Anfang der Speiseleitung?
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