Anpassung, Transformation, Symmetrierung und Mantelwellen
Anpassung, Transformation, Symmetrierung und Mantelwellen
Wenn Sender und Antenne nicht perfekt zusammenarbeiten, wird ein Teil der Sendeleistung reflektiert. Das SWR (Stehwellenverhältnis) zeigt uns, wie gut die Anpassung ist. Zusätzlich können bei unsymmetrischen Antennenanschlüssen Mantelwellen entstehen - ein häufiges Problem beim Anschluss eines Koaxkabels an eine symmetrische Antenne wie den Dipol.
Das Stehwellenverhältnis (SWR)
Das SWR gibt an, wie gut eine Antenne an die Speiseleitung angepasst ist. Es wird auch als VSWR bezeichnet.
SWR-Werte und ihre Bedeutung
| SWR | Reflexion | Abgegebene Leistung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| 1:1 | 0 % | 100 % | Perfekte Anpassung (Idealfall) |
| 1,5:1 | 4 % | 96 % | Sehr gut |
| 2:1 | 11 % | 89 % | Gut, typisch für Praxis |
| 3:1 | 25 % | 75 % | Grenzbereich, viele Transceiver regeln ab |
| ∞:1 | 100 % | 0 % | Kurzschluss oder offen |
Fragen EG401, EG402, EG403: Diese fragen alle nach SWR = 3. Merk dir: Bei SWR 3 werden 25 % reflektiert und 75 % abgegeben!
Berechnung der Reflexion
Reflexionsfaktor r:
$r = \displaystyle\frac{SWR - 1}{SWR + 1}$
Reflektierte Leistung in Prozent:
$P_{refl} = r^2 \cdot 100\,\%$
Rechenbeispiel für SWR = 3:
Reflexionsfaktor: $r = \frac{3-1}{3+1} = \frac{2}{4} = 0{,}5$
Reflektierte Leistung: $P_{refl} = 0{,}5^2 \times 100\,\% = \mathbf{25\,\%}$
Bei 100 W vorlaufender Leistung:
→ 25 W werden reflektiert
→ 75 W werden an die Antenne abgegeben
Was sind Mantelwellen?
Frage EG404 zeigt eine Darstellung mit dem Strom $I_3$ - dieser wird als Mantelstrom bezeichnet.
Bei einem Koaxialkabel fließt der Strom idealerweise nur innen:
- $I_1$ - Strom im Innenleiter (zum Speisepunkt)
- $I_2$ - Strom auf der Innenseite des Außenleiters (zurück)
Diese beiden Ströme sind gleich groß und entgegengesetzt - ihre Felder heben sich gegenseitig auf. Bei unsymmetrischer Speisung kann jedoch ein Strom $I_3$ auf der Außenseite des Außenleiters fließen - der sogenannte Mantelstrom. Dieser ist das Problem!
Gewollte Ströme
$I_1$ und $I_2$ - Gegentaktsignal
Ströme heben sich auf
Keine Abstrahlung vom Kabel
Ungewollter Strom
$I_3$ - Mantelstrom
Fließt auf Kabelaußenseite
Führt zu Störungen
Warum entstehen Mantelwellen?
Frage EG406: Wenn ein symmetrischer Halbwellendipol direkt mit einem asymmetrischen Koaxkabel gespeist wird, entstehen Mantelwellen. Das Problem:
- Der Dipol ist symmetrisch - beide Hälften sollten gleich behandelt werden
- Das Koaxkabel ist asymmetrisch - die Speisung ist unsymmetrisch
- Durch diese Asymmetrie wird die Richtcharakteristik der Antenne verformt
Auswirkungen von Mantelwellen (Frage EG405)
Mantelwellen auf dem Koaxialkabel zur Antenne können zu Störungen anderer Geräte und Störungen des eigenen Empfangs führen.
Typische Probleme durch Mantelwellen:
- TVI (Television Interference) - Störungen am Fernseher
- RFI (Radio Frequency Interference) - Störungen an anderen Geräten
- HF im Shack - Kribbeln beim Anfassen von Metallteilen
- Schwankende SWR-Anzeige je nach Kabellänge
- Empfangsstörungen durch eingestrahlte Signale
Mantelwellen unterdrücken
Lösung 1: Symmetrierglied (Balun)
Frage EG407: Ein Balun (von "balanced-unbalanced") verbindet das asymmetrische Koaxkabel mit der symmetrischen Antenne.
Anwendung: Zum Anschluss eines Koaxialkabels an eine Dipol-Antenne.
Der Balun sorgt dafür, dass beide Dipolhälften symmetrisch gespeist werden, obwohl das Koaxkabel asymmetrisch ist.
Lösung 2: Ferritkern-Mantelwellensperre
Frage EG408: Wenn einige Windungen Koaxialkabel auf einen Ferritkern gewickelt werden, lassen sich Mantelwellen dämpfen.
Funktionsprinzip:
- Die gewollten Ströme ($I_1$, $I_2$) fließen entgegengesetzt - ihre Magnetfelder heben sich weitgehend auf
- Der Mantelstrom ($I_3$) fließt nur in eine Richtung und erzeugt ein Magnetfeld
- Der Ferritkern erhöht die Impedanz für $I_3$ (induktiv + verlustbehaftet)
- Die Mantelwelle wird dadurch gedämpft, ohne das Nutzsignal zu beeinflussen
Praxis-Tipp: Eine einfache Mantelwellensperre kann man bauen, indem man 6-10 Windungen des Koaxkabels durch einen großen Ferritringkern (FT-240 o.ä.) führt.
Weitere Symmetrierungsmethoden
| Methode | Beschreibung | Anwendung |
|---|---|---|
| 1:1 Balun | Nur Symmetrierung, keine Impedanzwandlung | Dipol mit 50 Ω Speisepunkt |
| 4:1 Balun | Symmetrierung + Impedanzwandlung 200→50 Ω | Faltdipol, Quadloop |
| Sperrtopf | λ/4-Topf als Mantelwellensperre | Sperrtopfantenne |
| λ/2-Umwegleitung | Phasendrehung zur Symmetrierung | Dipol, Delta-Loop |
So erkennst du die richtigen Antworten
SWR-Fragen (EG401-EG403):
- SWR = 3 → immer 25 % reflektiert, 75 % abgegeben
- Formel: $r = \frac{SWR-1}{SWR+1}$, dann $r^2$ für Leistung
Mantelwellen-Fragen (EG404-EG406):
- $I_3$ = Mantelstrom (auf der Außenseite des Außenleiters)
- Mantelwellen → Störungen (nicht notwendig, nicht durch Fehlanpassung)
- Koax an Dipol ohne Balun → Richtcharakteristik verformt + Mantelwellen
Balun/Ferrit-Fragen (EG407-EG408):
- Balun = Koax an Dipol anschließen (Symmetrierung, ggf. mit Impedanzwandlung)
- Koax auf Ferrit = Mantelwellen dämpfen
Zusammenfassung für die Prüfung
| Frage | Thema | Richtige Antwort |
|---|---|---|
| EG401 | SWR 3, 100 W vorlaufend, rücklaufend? | 25 W |
| EG402 | SWR 3, wie viel Prozent reflektiert? | 25 % |
| EG403 | SWR 3, wie viel Prozent abgegeben? | 75 % |
| EG404 | Wie heißt der Strom $I_3$? | Mantelstrom |
| EG405 | Was bewirken Mantelwellen? | Störungen anderer Geräte und des eigenen Empfangs |
| EG406 | Dipol mit Koax mittig gespeist | Richtcharakteristik verformt, Mantelwellen |
| EG407 | Wozu dient ein Balun? | Koaxkabel an Dipol-Antenne anschließen |
| EG408 | Koax auf Ferritkern gewickelt | Mantelwellen dämpfen |
Wissenskontrolle
0 / 8 Fragen richtigAm Eingang einer Antennenleitung misst man ein SWR von 3. Wie groß ist dort in etwa die rücklaufende Leistung, wenn die vorlaufende Leistung 100 W beträgt?
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Sie messen ein Stehwellenverhältnis (SWR) von 3. Wieviel Prozent der vorlaufenden Leistung werden reflektiert?
Sie messen ein Stehwellenverhältnis (SWR) von 3. Wieviel Prozent der vorlaufenden Leistung werden abgegeben?
Die Darstellung zeigt die bei Ankopplung eines Koaxialkabels an eine Antenne auftretenden Ströme. Wie wird der mit $I_3$ bezeichnete Strom genannt?
Mantelwellen auf dem Koaxialkabel zur Antenne ...
Welche Effekte treten auf, wenn ein Halbwellendipol mit einem Koaxkabel gleicher Impedanz mittig gespeist wird?
Wozu wird ein Symmetrierglied (Balun) beispielsweise verwendet?
Auf einem Ferritkern sind einige Windungen Koaxialkabel aufgewickelt. Mit diesem Aufbau ...