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Anpassung, Transformation, Symmetrierung und Mantelwellen

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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 ist okay (mit Dummy SWR ≈ 1). Die Antenne hat eine völlig falsche Impedanz - sie ist vermutlich defekt oder verstimmt.

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.

Pi-Filter Schaltung🔍
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)

Koaxialleitung Phasenverschiebung🔍
FrageElektrische LängePhasenverschiebung
AG407λ/490°
AG408λ (ganze Wellenlänge) (= 360°)

Warum? Pro λ/4 verschiebt sich die Phase um 90°. Bei λ = 4 × λ/4 = 360° = 0°.

Impedanztransformation (Fragen AG409-AG411)

Kurzgeschlossene λ/4-Leitung🔍

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)
Offene λ/4-Leitung🔍

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

Halbwellendipol mit λ/2-Speiseleitung🔍
FrageAntenneSpeiseleitungZ₁ (Dipol)Z₂ (Eingang)
AG413λ/2-Dipolλ/2niederohmigniederohmig
AG414λ-Dipol (Ganzwelle)λ/2hochohmighochohmig
AG415λ-Dipol (Ganzwelle)λ/4hochohmigniederohmig
AG416λ/2-Dipol (70 Ω)λ/2 (300 Ω)70 Ω70 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:

Formel: $Z = \sqrt{Z_E \cdot Z_A}$
  • $Z$ = 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

Drahtantennensystem🔍
Antwort: Die Strahlerlänge sollte λ/2 oder ein Vielfaches davon sein.

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

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?

Balun mit Faltdipol🔍
Antwort: 50 Ohm

Warum? Der Balun hat ein Übersetzungsverhältnis von 1:4 (Impedanz). 200 Ω ÷ 4 = 50 Ω.

Fragen AG423-AG424: Umwegleitung

Faltdipol mit 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).
Umwegleitung Funktionsweise🔍

Frage AG424 erklärt die Funktionsweise:

Antwort: Der Faltdipol hat an jedem Anschluss 120 Ω gegen Erde. Die λ/2-Umwegleitung macht eine 1:1-Transformation mit 180° Phasendrehung. Am Kabeleingang werden beide 120 Ω 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 halbiert die Impedanz (240 Ω → 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

Mantelstrom I3🔍

Frage AG428 zeigt Ströme bei Antennenankopplung. Wie reduziert man den unerwünschten Mantelstrom I₃?

Antwort: Durch Einfügen einer Gleichtaktdrossel oder bei symmetrischen Antennen 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

FrageThemaRichtige Antwort
AG401Leistungsanpassung50 Ohm bei 50 Ω Quelle
AG402Reflexion 3 dB Kabel50 W reflektiert
AG403SWR-AnalyseAntenne fehlerhaft
AG404SWR offenes Endeca. 1,92
AG405SWR Faltdipol/75Ωca. 3,2 bis 4
AG406Schaltung erkennenPi-Filter
AG407Phase λ/490°
AG408Phase λ
AG409λ/4 kurzgeschlossenSehr hochohmig
AG410λ/4 offenAnnähernd 0 Ω
AG411λ/4 offenNahezu null Ohm
AG412λ/2 mit 50Ω50 Ohm
AG413λ/2-Dipol + λ/2Beide niederohmig
AG414λ-Dipol + λ/2Beide hochohmig
AG415λ-Dipol + λ/4Z₁ hoch, Z₂ niedrig
AG41670Ω Dipol + λ/270 Ohm
AG417Transformation 60→240120 Ω
AG418Transformation 240→600380 Ω
AG419Strahlerlängeλ/2 oder Vielfaches
AG420SymmetrierungUmwegleitung oder Balun
AG421Balun 2×8 Wdg200 Ohm
AG422Balun Impedanz50 Ohm
AG423Umwegleitung240 Ω → 60 Ω
AG424Umwegleitung Funktion180° Phasendrehung, Parallelschaltung
AG425Mantelwellen DefinitionGleichtaktanteile
AG426Stromkomp. DrosselHochohmig für Gleichtakt
AG427Mantelwellen UrsachenSymm. Antennen, schlechte Erdung, Einkopplung
AG428Mantelstrom reduzierenGleichtaktdrossel oder Balun
AG429Mantelwellen trotz BalunUmgebungseinflüsse, 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 richtig
AG401

Welche Lastimpedanz ist für eine Leistungsanpassung erforderlich, wenn die Signalquelle eine Ausgangsimpedanz von 50 Ohm hat?

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AG402

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?

AG403

In den Eingang einer Antennenleitung mit einer Dämpfung von 3 dB werden 10 W HF-Leistung eingespeist. Mit der am Leitungsende angeschlossenen Antenne misst man am Leitungseingang ein SWR von 3. Mit einer künstlichen 50 Ohm-Antenne am Leitungsende beträgt das SWR am Leitungseingang etwa 1. Was lässt sich aus diesen Messergebnissen schließen?

AG404

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?

AG405

Ein Kabel mit einem Wellenwiderstand von 75 Ohm und vernachlässigbarer Dämpfung wird zur Speisung einer Faltdipol-Antenne verwendet. Welches SWR kann man auf der Leitung erwarten?

AG406

Worum handelt es sich bei dieser Schaltung? Es handelt sich um ...

Fragenbild🔍
AG407

Welche Phasenverschiebung erhält ein HF-Signal von a nach b, wenn die elektrische Länge der abgebildeten Koaxialleitung $\lambda/4$ beträgt?

Fragenbild🔍
AG408

Welche Phasenverschiebung erhält ein HF-Signal von a nach b, wenn die elektrische Länge der abgebildeten Koaxialleitung gleich der Wellenlänge ist?

Fragenbild🔍
AG409

Wie groß ist die Impedanz am Punkt a, wenn die elektrische Länge der abgebildeten Koaxialleitung $\lambda/4$ beträgt?

Fragenbild🔍
AG410

Wie groß ist die Impedanz am Punkt X, wenn die elektrische Länge der abgebildeten Koaxialleitung $\lambda/4$ beträgt?

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AG411

Eine Viertelwellen-Übertragungsleitung ist an einem Ende offen. Die Impedanz am anderen Ende ...

AG412

Eine Halbwellen-Übertragungsleitung ist an einem Ende mit 50 Ohm abgeschlossen. Wie groß ist die Eingangsimpedanz am anderen Ende dieser Leitung?

AG413

Einem Halbwellendipol wird die Sendeleistung über eine abgestimmte $\lambda/2$-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?

Fragenbild🔍
AG414

Einem Ganzwellendipol wird die Sendeleistung über eine abgestimmte $\lambda/2$-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?

Fragenbild🔍
AG415

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?

Fragenbild🔍
AG416

Ein Halbwellendipol hat bei seiner Resonanzfrequenz am Einspeisepunkt eine Impedanz von 70 Ohm. Er wird über ein $\lambda/2$-langes 300 Ohm-Flachbandkabel gespeist. Wie groß ist die Impedanz am Eingang der Speiseleitung?

AG417

Ein Dipol mit einem Fußpunktwiderstand von 60 Ohm soll über eine $\lambda/4$-Transformationsleitung mit einem 240 Ohm-Flachbandkabel gespeist werden. Welchen Wellenwiderstand muss die Transformationsleitung haben?

AG418

Ein Faltdipol mit einem Fußpunktwiderstand von 240 Ohm soll mit einer Hühnerleiter gespeist werden, deren Wellenwiderstand 600 Ohm beträgt. Zur Anpassung soll ein $\lambda/4$ langes Stück Hühnerleiter mit einem anderen Wellenwiderstand verwendet werden. Welchen Wellenwiderstand muss die Transformationsleitung haben?

AG419

Was ist beim Aufbau des dargestellten Drahtantennensystems zu beachten? Die Drahtlänge des Strahlers sollte ...

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AG420

Ein Dipol soll mit einem Koaxkabel gleicher Impedanz gespeist werden. Dabei erreicht man einen Symmetriereffekt zum Beispiel durch ...

AG421

Für welche Antennenimpedanz ist der folgende Balun-Transformator aus zweimal acht Windungen ausgelegt?

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AG422

Dargestellt ist ein HF-Übertrager (Balun). An den Anschlüssen a und b wird ein Faltdipol mit 200 Ohm Impedanz angeschlossen. Welche Impedanz misst man zwischen den Anschlüssen a und m?

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AG423

Was zeigt diese Darstellung?

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AG424

Zur Anpassung von Antennen werden häufig Umwegleitungen verwendet. Wie arbeitet die folgende Schaltung?

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AG425

Wann liegen Mantelwellen auf einem Koaxialkabel vor? Wenn ...

AG426

Wie wirkt eine stromkompensierte Drossel (z. B. Koaxialkabel um einen Ferritkern gewickelt) Mantelwellen entgegen? Sie wirkt ...

AG427

Wodurch können Mantelwellen auf Koaxialkabeln verursacht werden?

AG428

Die Darstellung zeigt die bei Ankopplung eines Koaxialkabels an eine Antenne auftretenden Ströme. Wie kann man den als $I_3$ bezeichneten, unerwünschten Mantelstrom reduzieren?

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AG429

Wodurch können Mantelwellen im Falle einer koax-gespeisten symmetrischen Antenne auftreten, obwohl ein Spannungs-Balun verwendet wird?

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