Antennen und Übertragungsleitungen

Navigationshilfe

Diese Navigationshilfe zeigt die ersten Schritte zur Verwendung der Präsentation. Sie kann mit ⟶ (Pfeiltaste rechts) übersprungen werden.

Navigation

Zwischen den Folien und Abschnitten kann man mittels der Pfeiltasten hin- und herspringen, dazu kann man auch die Pfeiltasten am Computer nutzen.

Navigationspfeile für die Präsentation

Weitere Funktionen

Mit ein paar Tastenkürzeln können weitere Funktionen aufgerufen werden. Die wichtigsten sind:

F1
Help / Hilfe
o
Overview / Übersicht aller Folien
s
Speaker View / Referentenansicht
f
Full Screen / Vollbildmodus
b
Break, Black, Pause / Ausblenden der Präsentation
Alt-Click
In die Folie hin- oder herauszoomen

Übersicht

Die Präsentation ist zweidimensional aufgebaut. Dadurch sind in Spalten die einzelnen Abschnitte eines Kapitels und in den Reihen die Folien zu den Abschnitten.

Tippt man ein „o“ ein, bekommt man eine Übersicht über alle Folien des jeweiligen Kapitels. Das hilft sich zunächst einen Überblick zu verschaffen oder sich zu orientieren, wenn man das Gefühlt hat sich „verlaufen“ zu haben. Die Navigation erfolgt über die Pfeiltasten.

Referentenansicht

Referentenansicht

Tippt man ein „s“ ein, bekommt man ein neues Fenster, die Referentenansicht.

Indem man „Layout“ auswählt, kann man zwischen verschieden Anordnungen der Elemente auswählen.

Praxistipps zur Referentenansicht

  • Wenn man mit einem Projektor arbeitet, stellt man im Betriebssystem die Nutzung von 2 Monitoren ein: Die Referentenansicht wird dann zum Beispiel auf dem Laptop angezeigt, während die Teilnehmer die Präsentation angezeigt bekommen.
  • Bei einer Online-Präsentation, wie beispielsweise auf TREFF.darc.de präsentiert man den Browser-Tab und navigiert im „Speaker View“ Fenster.
  • Die Referentenansicht bezieht sich immer auf ein Kapitel. Am Ende des Kapitels muss sie geschlossen werden, um im neuen Kapitel eine neue Referentenansicht zu öffnen.
  • Um mit dem Mauszeiger etwas zu markieren oder den Zoom zu verwenden, muss mit der Maus auf den Bildschirm mit der Präsentation gewechselt werden.

Vollbild

Tippt man ein „f“ ein, wird die aktuelle Folie im Vollbild angezeigt. Mit „Esc“ kann man diesen wieder verlassen.

Das ist insbesondere für den Bildschirm mit der Präsentation für das Publikum praktisch.

Ausblenden

Tippt man ein „b“ ein, wird die Präsentation ausgeblendet.

Sie kann wie folgt wieder eingeblendet werden:

  • Durch klicken in das Fenster.
  • Durch nochmaliges Drücken von „b“.
  • Durch klicken der Schaltfläche „Resume presentation:
Schaltfläche für Resume Presentation

Zoom

Bei gedrückter Alt-Taste und einem Mausklick in der Präsentation wird in diesen Teil hineingezoomt. Das ist praktisch, um Details von Schaltungen hervorzuheben. Durch einen nochmaligen Mausklick zusammen mit Alt wird wieder herausgezoomt.

Das Zoomen funktioniert nur im ausgewählten Fenster. Die Referentenansicht ist hier nicht mit dem Präsenationsansicht gesynct.

Polarisation II

  • Polarisation einer Antenne bezieht sich auf die Ausrichtung des elektrischen Feldes
  • In Hauptstrahlrichtung
  • In Bezug zur Erdoberfläche
  • Die Polarisationsrichtung kann nicht immer an der Bauform der Antenne erkannt werden
EG222: Die Polarisation einer Antenne ...

A: entspricht der Richtung der elektrischen Feldkomponente des empfangenen oder ausgesendeten Feldes in Bezug auf die Nordrichtung (Azimut).

B: wird nach der Ausrichtung der magnetischen Feldkomponente in der Hauptstrahlrichtung in Bezug zur Erdoberfläche angegeben.

C: entspricht der Richtung der magnetischen Feldkomponente des empfangenen oder ausgesendeten Feldes in Bezug auf die Nordrichtung (Azimut).

D: wird nach der Ausrichtung der elektrischen Feldkomponente in der Hauptstrahlrichtung in Bezug zur Erdoberfläche angegeben.

Horizontale Polarisation

  • Die Lage des E-Feldes gibt die Polarisation an
  • Breitet sich das E-Feld horizontal aus, wird von horizontaler Polarisation gesprochen
  • Ist von Bauform der Antenne abhängig
EB305: Die Polarisation einer elektromagnetischen Welle ist durch die Richtung ...

A: des elektrischen Feldes (Vektor des E-Feldes) bestimmt.

B: der Ausbreitung (S-Vektor/Poynting-Vektor) bestimmt.

C: des magnetischen Nordpols (relativ zur Antenne) bestimmt.

D: des unmittelbaren Nahfeldes ($\lambda/4$-Bereich) bestimmt.

EB306: Das folgende Bild zeigt eine Momentaufnahme eines elektromagnetischen Feldes. Welche Polarisation hat die skizzierte Welle?

A: Linkszirkulare Polarisation

B: Vertikale Polarisation

C: Rechtszirkulare Polarisation

D: Horizontale Polarisation

EB309: Die Polarisation des Sendesignals in der Hauptstrahlrichtung dieser Richtantenne ist ...

A: vertikal.

B: horizontal.

C: linksdrehend.

D: rechtsdrehend.

Vertikale Polarisation

  • Die Lage des E-Feldes gibt die Polarisation an
  • Breitet sich das E-Feld vertikal aus, wird von vertikaler Polarisation gesprochen
  • Ist von Bauform der Antenne abhängig
EB307: Das folgende Bild zeigt eine Momentaufnahme eines elektromagnetischen Feldes. Welche Polarisation hat die skizzierte Welle?

A: Linkszirkulare Polarisation

B: Vertikale Polarisation

C: Rechtszirkulare Polarisation

D: Horizontale Polarisation

EB310: Die Polarisation des Sendesignals in der Hauptstrahlrichtung dieser Richtantenne ist ...

A: vertikal.

B: rechtsdrehend.

C: horizontal.

D: linksdrehend.

Zirkulare Polarisation

  • Die Lage des E-Feldes gibt die Polarisation an
  • Breitet sich das E-Feld zirkular aus, wird von zirkularer Polarisation gesprochen
  • Es ist rechts- und linksdrehend möglich
  • Ist von Bauform der Antenne abhängig
EB308: Das folgende Bild zeigt eine Momentaufnahme eines elektromagnetischen Feldes. Welche Polarisation hat die skizzierte Welle?

A: Zirkulare Polarisation

B: Horizontale Polarisation

C: Vertikale Polarisation

D: Diagonale Polarisation

Polarisation III

Zirkulare Polarisation

Abbildung 348: Rechtshändige zirkulare Polarisation
  • Wird primär im VHF-Bereich und höheren Frequenzen eingesetzt
  • Kurzwellenantennen in zirkularer Polarisation sind bei niedrigen Frequenzen unpraktisch
  • In der Satelliten- und Weltraumkommunikation:
  • Mechanische Antennendrehung spielt keine Rolle
  • Verlustfreie Übertragung trotz wechselnder Ausrichtung
AG201: Mit welcher Polarisation wird auf den Kurzwellenbändern meistens gesendet?

A: Es wird meistens mit horizontaler oder vertikaler Polarisation gesendet.

B: Es wird meistens mit horizontaler oder zirkularer Polarisation gesendet.

C: Es wird nur mit horizontaler Polarisation gesendet.

D: Es wird meistens mit vertikaler oder zirkularer Polarisation gesendet.

Antennenformen II

Symmetrie

  • Mittengespeiste Dipole sind symmetrische Antennen
  • Weist an beiden Polen (z.B. den Einspeisepunkten) bis auf das Vorzeichen die gleiche Spannung gegenüber Erde auf
  • Bei Dipolen und darauf basierenden Yagi-Uda-Antennen der Fall
  • Die Groundplane-Antenne ist unsymmetrisch, da sie am Anschlusspunkt der Radiale Erdpotential hat
EG213: Welche Antenne gehört nicht zu den symmetrischen Antennen?

A: Faltdipol

B: mittengespeister $\lambda$/2-Dipol

C: Groundplane

D: Lang-Yagi-Uda

Schleifenantennen

  • Draht von insgesamt etwa einer Wellenlänge
  • In Form eines Kreises, Quadrats, Dreiecks, …
  • Beliebt: Delta-Loop-Antenne in Form eines Delta (Δ), da nur ein Mast benötigt wird
EG101: Wie nennt man eine Schleifenantenne, die aus drei gleich langen Drahtstücken besteht?

A: W3DZZ-Antenne

B: 3-Element-Beam

C: 3-Element-Quad-Loop-Antenne

D: Delta-Loop-Antenne

Magnetic-Loop

  • Magnetische Ringantenne, da Abstrahlung im Nahfeld über das Magnetfeld erfolgt
  • Ca. $\frac{\lambda}{10}$ Umfang
  • Wirkungsgrad bei 1 %-10 % im Sendebetrieb
  • Weniger Störungen bei elektrisch leitfähigen oder dämpfenden Gegenständen im Nahfeld
EG105: Welche Antennenform eignet sich für Sendebetrieb und weist dabei im Nahfeld ein starkes magnetisches Feld auf?

A: Eine Cubical-Quad-Antenne

B: Ein Faltdipol

C: Eine magnetische Ringantenne mit einem Umfang von etwa $\lambda$/10

D: Eine Ferritstabantenne

Endgespeiste Antennen

  • Speisung vom Ende her
  • Länge häufig $\frac{\lambda}{2}$
  • Benötigt eine höhere Spannung

Fuchs-Antenne

  • Verwendung eines Anpassglieds (Transformator)
  • Oft verwendet: Fuchskreis
EG104: Welche Antennenart ist hier dargestellt?

A: Dipol-Antenne

B: Groundplane-Antenne

C: Windom-Antenne

D: Fuchs-Antenne

EG103: Welche Antenne ist hier dargestellt?

A: Einband-Drahtantenne mit Preselektor

B: Einseitig geerdeter Winkeldipol mit Oberwellenfilter

C: Endgespeiste Antenne mit Collins-Filter zur Anpassung

D: Endgespeiste Antenne mit einfachem Anpassglied

Richtwirkung

  • Darstellung als Strahlungsdiagramm
  • Für eine Ebene wird in jede Richtung der Gewinn bzw. Feldstärke oder Strahlungsleistung aufgetragen
  • Je weiter der Graphenverlauf vom Mittelpunkt entfernt ist, umso größer der Gewinn bzw. umso höher die Feldstärke und Strahlungsleistung im Fernfeld
  • Oft wird Antenne mit darin dargestellt

Richtwirkung eines Dipols

  • Strahlt rechtwinklig vom Draht ab
  • In einer Ebene betrachtet ergeben sich Keulen neben dem Dipol
  • Ein vertikaler Dipol strahlt rund herum ab
EG215: Für welche Antenne ist dieses Strahlungsdiagramm typisch?

A: Yagi-Uda-Antenne

B: Groundplane

C: Kugelstrahler

D: Halbwellendipol

EG214: Welches der Bilder zeigt das Strahlungsdiagramm eines Halbwellendipols?
A:
B:
C:
D:

Vertikaler Halbwellendipol

  • Ein vertikal montierter Halbwellendipol hat eine flache Abstrahlung
  • Beliebt im DX-Betrieb oder Kontakten über Direkt- oder Bodenwelle
EG219: Eine $\lambda$/2-Vertikalantenne erzeugt ...

A: elliptische Polarisation.

B: einen hohen Abstrahlwinkel.

C: einen flachen Abstrahlwinkel.

D: zirkulare Polarisation.

5/8λ-Antenne

  • Gegen Erde oder Fahrzeugkarosserie erregte 5/8λ-Antenne
  • Spezialfall einer Vertikalantenne
  • Die Länge ist so gewählt, damit sich ein optimaler Gewinn ergibt
EG108: Warum ist eine 5/8-$\lambda$-Antenne besser als eine $\lambda$/4-Antenne für VHF-UHF-Mobilbetrieb geeignet? Sie ...

A: verträgt mehr Leistung.

B: hat mehr Gewinn.

C: ist leichter zu montieren.

D: ist weniger störanfällig.

Groundplane-Antenne

  • Strahlt rechtwinklig zum Strahler ab
  • Strahlungsdiagramm wird von oben betrachtet
  • Nahezu ein Rundstrahler, bis auf den Bereich der Radiale
EG216: Für welche Antenne ist dieses Strahlungsdiagramm typisch?

A: Groundplane

B: Dipol

C: Kugelstrahler

D: Yagi-Uda

Richtantenne

  • Gewinn ist in eine Richtung deutlich höher als in andere Richtungen
EG217: Dieses Strahlungsdiagramm ist typisch für ...

A: einen Viertelwellenstrahler.

B: einen Halbwellendipol.

C: eine Marconi-Antenne.

D: eine Richtantenne.

Antennen für UHF/VHF/SHF

  • Nur für hohe Frequenzen geeignet
  • Im Kurzwellenbereich unüblich, da sie unhandliche Größen erreichen würden

Weitere Antennen für Kurzwelle

  • Die Windom-Antenne ist eine Mehrbandantenne, die aufgrund zwei unterschiedlich langer Schenkel eine Anpassung für mehrere Frequenzen erlaubt
  • Die W3DZZ-Antenne ist ein Dipol für 40m und 80m, deren Enden sich durch Sperrkreise bei 40m verkürzen
EG106: Was sind gebräuchliche Kurzwellen-Amateurfunksendeantennen?

A: Langdraht-Antenne, Groundplane-Antenne, Parabolantenne, Windom-Antenne, Delta-Loop-Antenne

B: Schlitzantenne, Groundplane-Antenne, Hornstrahler, Dipol-Antenne, Windom-Antenne

C: Langdraht-Antenne, Yagi-Uda-Antenne, Dipol-Antenne, Windom-Antenne, Delta-Loop-Antenne

D: Groundplane-Antenne, Dipol-Antenne, Windom-Antenne, Delta-Loop-Antenne, Patchantenne

EG107: Sie wollen verschiedene Antennen für den Funkbetrieb auf Kurzwelle für das 80 m-Band testen. Welche drei Antennen sind besonders geeignet?

A: Dipol, Sperrtopfantenne, W3DZZ-Antenne

B: Dipol, Delta-Loop, Parabolspiegel

C: Kreuz-Yagi-Uda, Groundplane-Antenne, Dipol

D: Dipol, Delta-Loop, W3DZZ-Antenne

Antennenformen III

Endspeisung des Halbwellendipols

Abbildung 353: Fuchskreis
AG419: Was ist beim Aufbau des dargestellten Drahtantennensystems zu beachten? Die Drahtlänge des Strahlers sollte ...

A: genau 3/8 $\lambda$ der benutzten Frequenzen sein.

B: genau 1/4 $\lambda$ der benutzten Frequenzen sein.

C: gleich 1/2 $\lambda$ der benutzten Frequenz sein oder einem Vielfachen davon entsprechen.

D: gleich 5/8 $\lambda$ der benutzten Frequenz sein oder einem Vielfachen davon entsprechen.

Transformator zur Impedanzanpassung

  • Ein Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:7 bewirkt eine 1:49-Impedanztransformation, da das Windungsverhältnis im Quadrat eingeht
  • Dabei werden Spannung und Strom um den Faktor 7 multipliziert bzw. dividiert
  • Häufig kommt es zu Verwechslungen, wenn statt des Impedanzverhältnisses das reine Windungsverhältnis angegeben wird
AG123: Wie wird die dargestellte Antenne bezeichnet (MWS = Mantelwellensperre)?

A: endgespeiste Multibandantenne

B: Windomantenne

C: endgespeiste, magnetische Multibandantenne

D: W3DZZ

Gegengewicht bei der Impedanzanpassung

Abbildung 354: Endgespeiste, resonante Multibandantenne
AG124: Wie wird die in der nachfolgenden Skizze dargestellte Antenne bezeichnet (MWS = Mantelwellensperre)? Es handelt sich um eine ...

A: mit magnetischem Balun aufgebaute Multibandantenne

B: endgespeiste Multibandantenne mit einem Trap

C: elektrisch verkürzte Windomantenne

D: endgespeiste, resonante Multibandantenne

Zeppelinantenne als Alternative

Abbildung 355: Zeppelinantenne
AG120: Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur bezeichnet?

A: Marconi-Antenne

B: Windom-Antenne

C: Zeppelin-Antenne

D: Fuchs-Antenne

Impedanzanpassung bei Ganzwellen-Schleifen

Abbildung 356: Delta-Loop
AG117: Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur üblicherweise bezeichnet?

A: koaxial gespeiste Dreilinien-Antenne

B: Koaxial-Stub-Antenne

C: Dreieck-Antenne

D: Delta-Loop (Ganzwellenschleife)

Quadrat-Ganzwellenschleifenantenne

  • Wird die Ganzwellenschleife als Quadrat ausgeführt, so muss die Länge jeder Seite exakt 1/4 λ betragen
AG119: Bei einer Quad-Antenne beträgt die elektrische Länge jeder Seite ...

A: die Hälfte der Wellenlänge.

B: dreiviertel der Wellenlänge.

C: eine ganze Wellenlänge.

D: ein Viertel der Wellenlänge.

Multibandantennen (Teil 1)

Abbildung 357: G5RV-Antenne
AG121: Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur bezeichnet?

A: G5RV-Antenne

B: Windom-Antenne

C: Fuchs-Antenne

D: Zeppelin-Antenne

Multibandantennen (Teil 2)

Abbildung 358: Windom-Antenne
AG122: Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur bezeichnet?

A: Zeppelin-Antenne

B: Marconi-Antenne

C: Windom-Antenne

D: Fuchs-Antenne

Resonanz und Abstrahlcharakteristik

  • Resonanz allein garantiert nicht zwangsläufig eine gute Abstrahlcharakteristik
  • Bei gegenüber Erde erregten Vertikalantennen ist eine Länge von ca. 5/8 λ optimal
  • Da ein einzelner Draht mit Erde als Gegenpol bei 5/8 λ nicht resonant ist, wird meist eine Spule eingesetzt, die die elektrische Länge auf 6/8 λ (also 3/4 λ) verlängert
  • Bei mittengespeisten Dipolen liegt das optimale Verhältnis häufig bei 5/4 λ
AG223: Bei welcher Länge erreicht eine Vertikalantenne für den Kurzwellenbereich über einer Erdoberfläche mittlerer Leitfähigkeit eine möglichst flache Abstrahlung?

A: 5/8$ \lambda$

B: $\lambda$/2

C: 3/4$ \lambda$

D: $\lambda$/4

Antennenlänge und -resonanz

  • Die Drähte einer Antennen können eine beliebige Länge oder Form haben
  • Jedoch ist dann deren Wellenwiderstand anders
  • Dieser Wellenwiderstand muss an die Speiseleitung angepasst werden, z.B. durch einen Balun
EG102: Eine Drahtantenne für den Amateurfunk im KW-Bereich ...

A: muss unbedingt $\lambda/2$ lang sein.

B: kann grundsätzlich eine beliebige Länge haben.

C: muss genau $\lambda/4$ lang sein.

D: muss eine Länge von $3/4 \lambda$ haben.

EG109: Berechnen Sie die elektrische Länge eines 5/8 $\lambda$ langen Vertikalstrahlers für das 10 m-Band (28,5 MHz).

A: 5,26 m

B: 6,58 m

C: 3,29 m

D: 2,08 m

Lösungsweg

Anstatt direkt die ungefähre Wellenlänge des 10m-Bands zu verwenden, wird hier erst die angegebene Frequenz in die exakte Wellenlänge umgerechnet.

$$\begin{equation} \begin{split} l &= \frac{5}{8}\lambda\\ &= \frac{5}{8} \cdot \dfrac{300}{28,5MHz}\\ &= \frac{5}{8} \cdot 10,53m\\ &= 6,58m\\ \end{split} \end{equation}$$

Faltdipol

  • Ein Draht einer Wellenlänge wird an den Enden zur Länge eines Halbwellen-Dipols umgebogen
  • Die Einspeisung ist immer noch in der Mitte
EG110: Die Länge des Drahtes zur Herstellung eines Faltdipols entspricht ...

A: zwei Wellenlängen.

B: vier Wellenlängen.

C: einer Halbwellenlänge.

D: einer Wellenlänge.

Verkürzungsfaktor I

Wellenausbreitung in Luft und Vakuum:

$\lambda = \dfrac{c}{f}$

EG201: Der Verkürzungsfaktor ist ...

A: das Verhältnis von Durchmesser zur Länge eines Leiters.

B: das Verhältnis des Leiterwiderstandes zum Fußpunktwiderstand der Antenne.

C: die Wurzel aus dem Verhältnis von Induktivität zur Kapazität einer Leitung.

D: das Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit entlang einer Leitung zur Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum.

  • Korrekturfaktor hängt von Drahtdurchmesser, Isolierung und Umgebungseinflüssen ab
  • Bei Drahtantennen sind diese für Resonanz um ca. 5 % zu kürzen
EG202: Welcher Prozentsatz entspricht dem Verkürzungsfaktor (Korrekturfaktor), der üblicherweise für die Berechnung der Länge einer Drahtantenne verwendet wird?

A: 95 %

B: 100 %

C: 75 %

D: 66 %

Verkürzungsfaktor II

Antennenlänge und Verkürzungsfaktor

  • Antennenlänge hängt vom Verkürzungsfaktor ab
  • Halbwellendipol: Hälfte der Wellenlänge $\times$ Verkürzungsfaktor
  • Viertelwellenstrahler: Viertel der Wellenlänge $\times$ Verkürzungsfaktor
  • Typischer Wert: $0,95$
AG101: Eine $\lambda$/2-Dipol-Antenne soll für 14,2 MHz aus Draht gefertigt werden. Es soll mit einem Verkürzungsfaktor von 0,95 gerechnet werden. Wie lang müssen die beiden Drähte der Dipol-Antenne jeweils sein?

A: Je 10,03 m

B: Je 5,02 m

C: Je 5,28 m

D: Je 10,56 m

Lösungsweg

  • gegeben: $f = 14,2MHz$
  • gegeben: $k_v = 0,95$

$\begin{aligned}l_E &= \frac{1}{2} \cdot \frac{\lambda}{2}\\ &= \frac{1}{4} \cdot \frac{c}{f}\\ &= \frac{1}{4} \cdot \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{14,2MHz}\\ &= \frac{1}{4} \cdot 21,13m\\ &= 5,28m\end{aligned}$

AG102: Eine $\lambda$/2-Dipol-Antenne soll für 7,1 MHz aus Draht gefertigt werden. Wie lang müssen die beiden Drähte der Dipol-Antenne jeweils sein? Es soll hier mit einem Verkürzungsfaktor von 0,95 gerechnet werden.

A: Je 10,56 m

B: Je 10,04 m

C: Je 20,07 m

D: Je 21,13 m

Lösungsweg

  • gegeben: $f = 7,1MHz$
  • gegeben: $k_v = 0,95$

$\begin{aligned}l_E &= \frac{1}{2} \cdot \frac{\lambda}{2}\\ &= \frac{1}{4} \cdot \frac{c}{f}\\ &= \frac{1}{4} \cdot \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{7,1MHz}\\ &= \frac{1}{4} \cdot 42,25m\\ &= 10,56m\end{aligned}$

AG103: Ein Drahtdipol hat eine Gesamtlänge von 20 m. Für welche Frequenz ist der Dipol in Resonanz, wenn mit einem Verkürzungsfaktor von 0,95 gerechnet wird?

A: 7,000 MHz

B: 7,125 MHz

C: 6,768 MHz

D: 7,500 MHz

Lösungsweg

  • gegeben: $l_G = 20m$
  • gegeben: $k_v = 0,95$

$\begin{aligned}k_v &= \frac{l_G}{l_E}\\ \Rightarrow l_E &= \frac{l_G}{k_v}\\ &= \frac{20m}{0,95}\\ &= 21,05m\end{aligned}$

AG104: Eine $\lambda$/4-Groundplane-Antenne mit vier Radials soll für 7,1 MHz aus Drähten gefertigt werden. Für Strahlerelement und Radials kann mit einem Verkürzungsfaktor von 0,95 gerechnet werden. Wie lang müssen Strahlerelement und Radials jeweils sein?

A: Strahlerelement: 20,06 m, Radials: je 20,06 m

B: Strahlerelement: 21,13 m, Radials: je 21,13 m

C: Strahlerelement: 10,04 m, Radials: je 10,04 m

D: Strahlerelement: 10,56 m, Radials: je 10,56 m

Lösungsweg

  • gegeben: $f = 7,1MHz$
  • gegeben: $k_v = 0,95$

$\begin{aligned}l_E &= \frac{\lambda}{4}\\ &= \frac{1}{4} \cdot \frac{c}{f}\\ &= \frac{1}{4} \cdot \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{7,1MHz}\\ &= \frac{1}{4} \cdot 42,25m\\ &= 10,56m\end{aligned}$

AG105: Eine 5/8-$\lambda$-Vertikalantenne soll für 14,2 MHz aus Draht hergestellt werden. Es soll mit einem Verkürzungsfaktor von 0,97 gerechnet werden. Wie lang muss der Draht insgesamt sein?

A: 10,03 m

B: 13,20 m

C: 12,80 m

D: 13,61 m

Lösungsweg

  • gegeben: $f = 14,2MHz$
  • gegeben: $k_v = 0,97$

$\begin{aligned}l_E &= \frac{5}{8}\lambda\\ &= \frac{5}{8} \cdot \frac{c}{f}\\ &= \frac{5}{8} \cdot \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{14,2MHz}\\ &= \frac{5}{8} \cdot 21,13\\ &= 13,20m\end{aligned}$

Ursache des Verkürzungsfaktors

  • Leiter sind nicht unendlich dünn
  • Zusätzliche Kapazität zwischen Leiter und Umgebung
  • Beeinflusst die effektive elektrische Länge der Antenne
AG202: Warum muss eine Antenne mechanisch etwas kürzer als der theoretisch errechnete Wert sein?

A: Weil sich diese Antenne nicht im idealen freien Raum befindet und weil die Antennenelemente nicht die Idealform des Kugelstrahlers besitzen. Kapazitive Einflüsse der Umgebung und die Abweichung von der idealen Kugelform verlängern die Antenne elektrisch.

B: Weil sich diese Antenne nicht im idealen freien Raum befindet und weil sie nicht unendlich dünn ist. Kapazitive Einflüsse der Umgebung und der Durchmesser des Strahlers verlängern die Antenne elektrisch.

C: Weil sich durch die mechanische Verkürzung die elektromagnetischen Wellen leichter von der Antenne ablösen. Dadurch steigt der Wirkungsgrad.

D: Weil sich durch die mechanische Verkürzung der Verlustwiderstand eines Antennenstabes verringert. Dadurch steigt der Wirkungsgrad.

Verlängerungsfaktor bei Schleifenantennen

  • Unterschied zum Verkürzungsfaktor
  • Führt zu einer scheinbaren Verlängerung der Antenne
AG118: Eine Delta-Loop-Antenne mit einer vollen Wellenlänge soll für 7,1 MHz aus Draht hergestellt werden. Es soll mit einem Korrekturfaktor von 1,02 gerechnet werden. Wie lang muss der Draht insgesamt sein?

A: 43,10 m

B: 21,12 m

C: 42,25 m

D: 21,55 m

Lösungsweg

  • gegeben: $f = 7,1MHz$
  • gegeben: $k_v = 1,02$

$\begin{aligned}l_E &= \lambda\\ &= \frac{c}{f}\\ &= \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{7,1MHz}\\ &= 42,23m\end{aligned}$

Verkürzungsfaktor bei Paralleldrahtleitungen

  • Welle befindet sich zwischen den Leitern
  • Skineffekt verhindert tiefes Eindringen ins Metall
  • Verkürzungsfaktor annähernd $1$ (wie Freiraumausbreitung)
AG313: Der Verkürzungsfaktor einer luftisolierten Paralleldrahtleitung ist ...

A: 0,66.

B: ungefähr 1.

C: 0,1.

D: unbestimmt.

Verkürzungsfaktor bei Koaxialkabeln

  • Welle befindet sich im Dielektrikum zwischen den Leitern
  • Beispiel für Polyäthylen: $\epsilon_\mathrm{r} = 2,29$
  • Skineffekt verhindert tiefes Eindringen ins Metall
  • Geometrie des Kabels hat kaum Einfluss
  • Berechnung des Verkürzungsfaktors:

$v_\mathrm{k} = \dfrac{1}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}}$

AG315: Der Verkürzungsfaktor eines Koaxialkabels mit einem Dielektrikum aus massivem Polyethylen beträgt ungefähr ...

A: 0,1.

B: 1,0.

C: 0,66.

D: 0,8.

AG316: Wie lang ist ein Koaxialkabel, das für eine ganze Wellenlänge bei 145 MHz zugeschnitten wurde, wenn der Verkürzungsfaktor 0,66 beträgt?

A: 2,07 m

B: 1,37 m

C: 2,72 m

D: 0,68 m

Lösungsweg

  • gegeben: $f = 145MHz$
  • gegeben: $k_v = 0,66$
  • gesucht: $l_G$

$\begin{aligned}l_E &= \lambda\\ &= \frac{c}{f}\\ &= \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{145MHz}\\ &= 2,07m\end{aligned}$

Fußpunktimpedanz I

Mittengespeister Dipol

  • Speiseimpedanz 73,1 Ω
  • Im Freiraum, also bei einer Aufbauhöhe von min. einer Wellenlänge
  • Recht nahe bei 50 Ω
EG207: Die Fußpunktimpedanz eines mittengespeisten Halbwellendipols in einer Höhe von mindestens einer Wellenlänge über dem Boden beträgt ungefähr ...

A: 50 Ω.

B: 30 Ω.

C: 75 Ω.

D: 600 Ω.

Mittengespeister Dipol

  • Bei geringerer Aufbauhöhe kommt es zu Wechselwirkungen mit dem Boden
  • Speiseimpedanz ca. 40 Ω bis 90 Ω
EG208: Der Fußpunktwiderstand in der Mitte eines Halbwellendipols beträgt je nach Aufbauhöhe ungefähr ...

A: 240 bis 600 Ω.

B: 120 bis 240 Ω.

C: 100 bis 120 Ω.

D: 40 bis 90 Ω.

EG209: Welchen Eingangswiderstand hat ein gestreckter mittengespeister Halbwellendipol?

A: ca. 40 bis 90 Ω

B: ca. 240 bis 300 Ω

C: ca. 30 Ω

D: ca. 120 Ω

Faltdipol

  • Antennenabschnitte sind teilweise parallel geführt
  • Verdoppelt die Spannung
  • Halbiert den Strom
  • $R = \frac{2 \cdot U}{\frac{I}{2}} = 4 \cdot \frac{U}{I}$
  • Speiseimpedanz vervierfacht sich: ca. 240 Ω bis 300 Ω
EG210: Welchen Eingangs- bzw. Fußpunktwiderstand hat ein Faltdipol?

A: ca. 240 bis 300 Ω

B: ca. 60 Ω

C: ca. 120 Ω

D: ca. 30 bis 60 Ω

Groundplane-Antenne

  • Ein Dipolschenkel entfällt und wird durch eine Erde mit möglichst geringem Widerstand ersetzt
  • Hälfte eines Dipols im Freiraum
  • → Speisewiderstand: $\dfrac{73,1 Ω}{2} \approx 37 Ω$
  • Radiale um 45° nach unten abwinkeln ergibt zusätzliche Abstrahlung
  • → Speisewiderstand: 50 Ω
EG211: Welchen Eingangswiderstand hat eine Groundplane-Antenne?

A: ca. 240 Ω

B: ca. 60 bis 120 Ω

C: ca. 600 Ω

D: ca. 30 bis 50 Ω

Fußpunktimpedanz II

Horizontaler Dipol im Freiraum

  • Ein horizontaler, mittengespeister Dipol hat ab ca. 1‑λ Aufbauhöhe über dem Erdboden den gleichen Speisewiderstand wie im Freiraum (73,1 Ω).
AG211: Welchen Eingangs- bzw. Fußpunktwiderstand hat ein $\lambda$/2-Dipol in ungefähr einer Wellenlänge Höhe über dem Boden bei seiner Grundfrequenz?

A: ca. 120 Ω

B: ca. 240 bis 300 Ω

C: ca. 65 bis 75 Ω

D: ca. 30 Ω

Impedanzverhalten bei zu kurzen bzw. zu langen Antennen

  • Ist ein Halbwellendipol oder eine gegenüber Erde erregte λ/4‑Antenne zu kurz, wirkt sie kapazitiv (Strom eilt der Spannung voraus).
  • Ist sie zu lang, erhält die Speiseimpedanz einen induktiven Anteil (Strom eilt der Spannung nach).
  • Im Resonanzfall fallen Spannungs- und Strommaximum zusammen – es entsteht ein reiner Wirkwiderstand.
AG209: Der Fusspunktwiderstand eines mittengespeisten $\lambda$/2-Dipols zeigt sich bei dessen Resonanzfrequenzen ...

A: abwechselnd als kapazitiver oder induktiver Blindwiderstand.

B: im Wesentlichen als Wirkwiderstand.

C: im Wesentlichen als kapazitiver Blindwiderstand.

D: im Wesentlichen als induktiver Blindwiderstand.

AG210: Welche Fußpunktimpedanz hat ein $\lambda$/2-Dipol unterhalb und oberhalb seiner Grundfrequenz?

A: Unterhalb der Grundfrequenz ist die Impedanz induktiv, oberhalb kapazitiv.

B: Unterhalb der Grundfrequenz ist die Impedanz höher, oberhalb niedriger.

C: Unterhalb der Grundfrequenz ist die Impedanz niedriger, oberhalb höher.

D: Unterhalb der Grundfrequenz ist die Impedanz kapazitiv, oberhalb induktiv.

Elektrische Verlängerung und Verkürzung

Antenne: Kapazitive und induktive Wirkung

  • Ein Halbwellendipol bzw. eine gegenüber Erde erregte λ/4‑Antenne wirkt kapazitiv, wenn sie zu kurz ist, und induktiv, wenn sie zu lang ist.
  • Die abweichende Speiseimpedanz führt zu Fehlanpassung und einem schlechteren SWR.
  • Durch Einfügen eines Kondensators (elektrisch verkürzen) oder einer Verlängerungsspule (elektrisch verlängern) lässt sich die Impedanz wieder anpassen.
Abbildung 360: Antenne mit Spule
AG106: Wozu dient die Spule in dieser Antenne?

A: Elektrische Verkürzung des Strahlers

B: Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit

C: Erhöhung der Ausbreitungsgeschwindigkeit

D: Elektrische Verlängerung des Strahlers

Abbildung 361: Antenne mit Kondensator
AG107: Wozu dient der Kondensator in dieser Antenne?

A: Elektrische Verlängerung des Strahlers

B: Erhöhung der Ausbreitungsgeschwindigkeit

C: Elektrische Verkürzung des Strahlers

D: Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit

Bestimmung der mechanischen Länge

  • Zunächst wird festgestellt, ob die Antenne mechanisch zu kurz oder zu lang ist.
  • Ist die Antenne zu kurz, benötigt man eine Verlängerungsspule.
  • Andernfalls ist ein Verkürzungskondensator zur Kompensation erforderlich.
AG108: Was sollte in jeden Schenkel einer symmetrischen, zweimal 15 m langen Dipol-Antenne eingefügt werden, damit die Antenne im Bereich um 3,6 MHz resonant wird?

A: Ein Kondensator

B: Ein RC-Glied

C: Eine Spule

D: Ein Parallelkreis mit einer Resonanzfrequenz von 3,6 MHz

Near Vertical Incidence Skywave (NVIS)

NVIS – Raumwellenreflexion

  • Liegt die Sendefrequenz unter der kritischen Frequenz, wird selbst eine senkrecht nach oben gestrahlte Raumwelle von der Ionosphäre reflektiert.
  • Dadurch verschwindet die Tote Zone – ein Effekt, der für Nahverbindungen genutzt werden kann.
  • Voraussetzung: Eine Kurzwellenantenne, die in einem möglichst steilen Winkel nach oben strahlt.
  • Dieser Effekt wird als Near Vertical Incidence Skywave (NVIS) bezeichnet.

NVIS – Vorteile im Notfunk

  • NVIS-Verbindungen ermöglichen die Überwindung von Hindernissen (z. B. bergiges Gelände), die ansonsten die Bodenwelle blockieren würden.
  • Geeignet sind horizontale Dipole, die in einer Aufbauhöhe von maximal einem Viertel der Wellenlänge aufgehängt werden – so wirkt die Erdoberfläche als Reflektor und sorgt für einen Gewinn in Richtung Zenit.

NVIS – Antennenaufbau und Optimierung

  • Wird ein Horizontal-Dipol zu hoch aufgehängt, führt die Verzögerung bei der Reflektion zu einer Phasenverschiebung.
  • → Dadurch kommt es in Richtung Zenit zu teilweiser Auslöschung der reflektierten Welle.
  • → Das Ergebnis ist ein Gewinn in flacherer Abstrahlrichtung, was bei NVIS-Kommunikation unerwünscht ist.
  • Vertikalantennen sind ungeeignet, da sie ohnehin einen flachen Abstrahlwinkel aufweisen.
AG125: Welche Antennen sind für NVIS-Ausbreitung (Near Vertical Incident Skywave), wie sie für Notfunk-Verbindungen im KW-Bereich benutzt werden, gut geeignet?

A: Mit Drähten aufgebauter horizontaler Faltdipol in möglichst genau 0,8 Wellenlängen Höhe über Grund.

B: Horizontal aufgespannte Drähte in einer Höhe von höchstens 0,25 Wellenlängen über Grund.

C: Eine Vertikalantenne einer Gesamtlänge zwischen 0,5 und 0,625 (5/8) Wellenlängen über gutem Radialnetz.

D: Als „Inverted-V“ aufgespannte Drähte mit einem Speisepunkt in mindestens einer Wellenlänge Höhe über Grund.

AG224: Welche Eigenschaften besitzt eine in geringer Höhe aufgebaute, auf Kurzwelle betriebene NVIS-Antenne (Near Vertical Incident Skywave)?

A: Sie vergrößert durch ihre flache Abstrahlung den Bereich der Bodenwelle.

B: Sie erzeugt mit ihrer Reflexion am nahen Erdboden eine zirkular polarisierte Abstrahlung, die Fading reduziert.

C: Ihre senkrechte Abstrahlung bringt die D-Region zum Verschwinden, so dass die Tagesdämpfung über dem Sendeort lokal aufgehoben wird.

D: Sie ermöglicht durch annähernd senkrechte Abstrahlung eine Raumwellenausbreitung ohne tote Zone um den Sendeort herum.

Traps

Trap-Dipole

Abbildung 363: Zweiband-Dipolantenne mit Traps

Trap als Parallelschwingkreis aus Kondensator und Spule

Abbildung 363: Zweiband-Dipolantenne mit Traps
AG109: Welche Antennenart ist hier dargestellt?

A: Saugkreis-Dipol

B: Einband-Dipol mit Oberwellenfilter

C: Sperrkreis-Dipol

D: Dipol mit Gleichwellenfilter

AG110: Ein Parallelresonanzkreis (Trap) in jeder Dipolhälfte ...

A: ermöglicht die Unterdrückung der Harmonischen.

B: beschränkt die Nutzbarkeit der Antenne auf einen Frequenzbereich.

C: erhöht die effiziente Nutzung des jeweiligen Frequenzbereichs.

D: erlaubt eine Nutzung der Antenne für mindestens zwei Frequenzbereiche.

Einfluss hoher Frequenzen

  • Frequenzen oberhalb der Resonanz des Traps können den Schwingkreis passieren.
  • Der überwiegend wirkende Kondensator verkürzt dadurch die Antenne leicht – die Spule spielt hier eine untergeordnete Rolle.
AG113: Wenn man diese Mehrband-Antenne auf 14 MHz erregt, dann wirken die LC-Resonanzkreise ...

A: als kapazitive Verkürzung des Strahlers.

B: als induktive Verlängerung des Strahlers.

C: als Vergrößerung des Strahlungswiderstands der Antenne.

D: als Sperrkreise für die Erregerfrequenz.

Sperrwirkung im Resonanzfall

Abbildung 365: Zweiband-Dipolantenne mit Trap für das 40m-Band
AG112: Wenn man diese Mehrband-Antenne auf 7 MHz erregt, dann wirken die LC-Resonanzkreise ...

A: als induktive Verlängerung des Strahlers.

B: als Vergrößerung des Strahlungswiderstands der Antenne.

C: als kapazitive Verkürzung des Strahlers.

D: als Sperrkreise für die Erregerfrequenz.

AG116: Sie wollen eine Zweibandantenne für 160 m und 80 m selbst bauen. Welche der folgenden Antworten enthält die richtige Drahtlänge $l$ zwischen den Traps und die richtige Resonanzfrequenz $f_{\textrm{res}}$ der Schwingkreise?

A: $l$ beträgt zirka 80 m, $f_{\textrm{res}}$ liegt bei zirka 1,85 MHz.

B: $l$ beträgt zirka 40 m, $f_{\textrm{res}}$ liegt bei zirka 1,85 MHz.

C: $l$ beträgt zirka 40 m, $f_{\textrm{res}}$ liegt bei zirka 3,65 MHz.

D: $l$ beträgt zirka 80 m, $f_{\textrm{res}}$ liegt bei zirka 3,65 MHz.

Elektrische Verlängerung bei niedrigen Frequenzen

Abbildung 365: Zweiband-Dipolantenne mit Trap für das 40m-Band
AG111: Wenn man diese Mehrband-Antenne auf 3,5 MHz erregt, dann wirken die LC-Resonanzkreise ...

A: als Vergrößerung des Strahlungswiderstands der Antenne.

B: als kapazitive Verkürzung des Strahlers.

C: als induktive Verlängerung des Strahlers.

D: als Sperrkreise für die Erregerfrequenz.

Mehrere Traps für erweiterte Resonanzen

Abbildung 366: Dreiband-Dipolantenne mit Traps
AG115: Das folgende Bild stellt einen Dreiband-Dipol für die Frequenzbänder 20, 15 und 10 m dar. Die mit b gekennzeichneten Schwingkreise sind abgestimmt auf:

A: 14,2 MHz

B: 29,0 MHz

C: 10,1 MHz

D: 21,2 MHz

AG114: Das folgende Bild stellt einen Dreiband-Dipol für die Frequenzbänder 20, 15 und 10 m dar. Die mit a gekennzeichneten Schwingkreise sind abgestimmt auf:

A: 21,2 MHz

B: 14,2 MHz

C: 29,0 MHz

D: 10,1 MHz

Yagi-Uda Antenne II

Funktionsprinzip

  • Einspeisung an Strahler ausgeführt als Dipol oder Faltdipol
  • Welle trifft auf längeren Reflektor und kürzeren Direktor
  • Es kann auch mehrere Direktoren geben
EG111: Das folgende Bild enthält eine einfache Richtantenne. Die Bezeichnungen der Elemente in numerischer Reihenfolge lauten ...

A: 1 Direktor, 2 Reflektor und 3 Strahler.

B: 1 Reflektor, 2 Strahler und 3 Direktor.

C: 1 Direktor, 2 Strahler und 3 Reflektor.

D: 1 Strahler, 2 Direktor und 3 Reflektor.

Parasitäre Elemente

  • Reflektor und Direktor schwingen ohne elektrische Verbindung zum Strahler zu haben
  • Haben auch keine Antenneneinspeisung
  • Nehmen dennoch Energie auf und geben sie wieder ab
EG212: An welchem Element einer Yagi-Uda-Antenne erfolgt die Energieeinspeisung? Sie erfolgt am ...

A: Direktor

B: Reflektor

C: Strahler

D: Strahler und am Reflektor gleichzeitig

Richtwirkung

  • Zwischen Strahler und Elementen gibt es eine räumliche und zeitliche Phasenverschiebung
  • Durch die Überlagerung der Abstrahlung entsteht eine Richtwirkung
  • Destruktive Interferenz: Wellen löschen sich aus
  • Konstruktive Interferenz: Wellen verstärken sich

Strahlungsdiagramm

  • Große Hauptkeule in Richtung der Direktoren
  • Kleine Nebenkeulen und insbesondere Rückkeule
EG218: Für welche Antenne ist dieses Strahlungsdiagramm typisch?

A: Kugelstrahler

B: Groundplane

C: Dipol

D: Yagi-Uda

Yagi-Uda-Antenne III

Auswirkung von Reflektoren und Direktoren

  • Reflektoren und Direktoren beeinflussen nicht nur die Richtwirkung, sondern auch den Speisewiderstand einer Yagi‑Uda‑Antenne.
  • Ein Teil der vom Strahler ausgestrahlten Welle wird zurückreflektiert, wodurch sich der Speisewiderstand in Abhängigkeit vom Abstand der Elemente verändert.
AG212: Die Impedanz des Strahlers eines Kurzwellenbeams richtet sich auch nach ...

A: dem Strahlungswiderstand des Reflektors.

B: den Abständen zwischen Reflektor, Strahler und den Direktoren.

C: dem Widerstand des Zuführungskabels.

D: den Ausbreitungsbedingungen.

Gewinn und Öffnungswinkel einer Yagi‑Uda‑Antenne

  • Mit zunehmender Länge (und damit höherem Gewinn) wird der Öffnungswinkel der Antenne schmaler.
  • Dies folgt dem Energieerhaltungssatz – es kann keine Energie „aus dem Nichts“ erzeugt werden.
AG222: Worin unterscheidet sich eine Yagi-Uda-Antenne mit 11 Elementen von einer mit 3 Elementen? Bei der Antenne mit 11 Elementen ist ...

A: das Vor-Rück-Verhältnis verringert.

B: der Öffnungswinkel verringert.

C: der Strahlungswiderstand erhöht.

D: der Öffnungswinkel erhöht.

Kreuzyagi – Erzeugung zirkularer Polarisation

  • Bei der Kreuzyagi werden zwei Yagi‑Uda‑Antennen um 90° zueinander verdreht (z. B. eine horizontal, eine vertikal).
  • Durch Einspeisung eines um 90° phasenverschobenen Signals oder Verschiebung einer Antenne um eine Viertelwellenlänge wird zirkulare Polarisation erzeugt.
AG126: Für die Erzeugung von zirkularer Polarisation mit Yagi-Uda-Antennen wird eine horizontale und eine dazu um 90° um die Strahlungsachse gedrehte Yagi-Uda-Antenne zusammengeschaltet. Was ist dabei zu beachten, damit tatsächlich zirkulare Polarisation entsteht?

A: Die kreuzförmig angeordneten Elemente der beiden Antennen sind um 45° zu verdrehen, so dass in der Draufsicht ein liegendes Kreuz gebildet wird. Die Antennen werden über Leitungsstücke gleicher Länge parallel geschaltet. Die Anpassung erfolgt mit einem Symmetrierglied.

B: Bei einer der Antennen muss die Welle um $\lambda$/4 verzögert werden. Dies kann entweder durch eine zusätzlich eingefügte Viertelwellen-Verzögerungsleitung oder durch mechanische „Verschiebung“ beider Yagi-Uda-Antennen um $\lambda$/4 gegeneinander hergestellt werden.

C: Bei einer der Antennen muss die Welle um $\lambda$/2 verzögert werden. Dies kann entweder durch eine zusätzlich eingefügte $\lambda$/2-Verzögerungsleitung oder durch mechanische „Verschiebung“ beider Yagi-Uda-Antennen um $\lambda$/2 gegeneinander hergestellt werden.

D: Die Zusammenschaltung der Antennen muss über eine Halbwellen-Lecherleitung erfolgen. Zur Anpassung an den Wellenwiderstand muss zwischen der Speiseleitung und den Antennen noch ein $\lambda$/4-Transformationsstück eingefügt werden.

Parabolspiegel I

Mikrowellen

  • Frequenzen zwischen 1 GHz und 300 GHz
  • Wellenlänge von Millimetern bis wenigen Dezimetern
  • Können von Metallen reflektiert werden

Parabolspiegel

  • Parabolisch geformte Metalloberfläche oder engmaschiges Gitter
  • Parallel einfallende Wellen werden auf einem Punkt vor dem Spiegel gebündelt
EG113: Eine scharf bündelnde Antenne für den Mikrowellenbereich besteht häufig aus einem ...

A: zylindrisch konvex geformten Spiegelkörper und einer Erregerantenne (Feed).

B: paraboloid geformten Spiegelkörper und einer Erregerantenne (Feed).

C: paraboloid geformten Spiegelkörper und einem isotropen Strahler.

D: hyperbolisch konkav geformten Spiegelkörper und einem isotropen Strahler.

Beugungseffekt

  • Durch die Welleneigenschaften kommt es zu Beugungseffekten
  • Bündelung kommt nicht genau in einem Punkt zustande
  • Abweichung kann durch Größe der Schüssel kompensiert werden
  • Gewinn wird dadurch erhöht
  • Optimal: Einige Wellenlängen oder mehr
EG114: Welcher Durchmesser sollte für eine Parabolspiegelantenne im Hinblick auf möglichst hohen Gewinn gewählt werden?

A: Höchstens drei Wellenlängen (Lambda) der verwendeten Frequenz.

B: Eine Wellenlänge (Lambda) der verwendeten Frequenz.

C: Genau zwei Wellenlängen (Lambda) der verwendeten Frequenz.

D: Mindestens fünf Wellenlängen (Lambda) der verwendeten Frequenz.

Parabolspiegel II

Erregerantennen im Parabolspiegel

Abbildung 370: Schnitt durch einen Parabolspiegel mit Antenne

Hornstrahler und Hohlleiter

Bild eines Hornstrahlers folgt

Hohlleiter im Detail

  • Hohlleiter leiten Mikrowellen, indem sie diese an ihren metallischen Außenwänden reflektieren
  • Dadurch gelangt die Welle in ein Horn, aus dem sie abgestrahlt oder in den Hohlleiter eingespeist wird
AG225: Welche Antennentypen kommen üblicherweise als Erregerantennen (Feed) in Parabolspiegeln für den Mikrowellenbereich zum Einsatz?

A: Helix, Hornantenne, Sperrkreisdipol

B: Collinear, Helix, isotroper Strahler

C: Groundplane, Hornantenne, Ringdipol

D: Dipol, Helix, Hornantenne

Gewinn eines Parabolspiegels

$g_i = 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot d}{\lambda})^2} \cdot \eta\,dB$

  • Berechnung mit der Formel in der Formelsammlung
  • Abhängig vom Durchmesser
  • Üblicherweise sehr hoher Gewinn
AG226: Wie hoch ist der Gewinn eines Parabolspiegels mit einem Durchmesser von 30 cm und mit einem Wirkungsgrad von $\eta_{\textrm{eff}}$ = 1 bei einer Arbeitsfrequenz von 5,7 GHz?

A: 12,5 dBi

B: 25,1 dBi

C: 28,1 dBi

D: 16,8 dBi

Lösungsweg

  • gegeben: $d = 30cm$
  • gegeben: $\eta_{eff} = 1$

$\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{5,7GHz} = 0,053m$

$\begin{aligned}g_i &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot d}{\lambda})^2} \cdot \eta\,dB\\ &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot 0,3m}{0,053m})^2} \cdot 1dB\\ &= 25,1dBi\end{aligned}$

AG227: Wie hoch ist der Gewinn eines Parabolspiegels mit einem Durchmesser von 80 cm und mit einem Wirkungsgrad von $\eta_{\textrm{eff}}$ = 1 bei einer Arbeitsfrequenz von 5,7 GHz?

A: 33,6 dBi

B: 21,8 dBi

C: 16,8 dBi

D: 36,4 dBi

Lösungsweg

  • gegeben: $d = 80cm$
  • gegeben: $\eta_{eff} = 1$

$\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{5,7GHz} = 0,053m$

$\begin{aligned}g_i &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot d}{\lambda})^2} \cdot \eta\,dB\\ &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot 0,8m}{0,053m})^2} \cdot 1dB\\ &= 33,6dBi\end{aligned}$

AG228: Wie hoch ist der Gewinn eines Parabolspiegels mit einem Durchmesser von 80 cm und mit einem Wirkungsgrad von $\eta_{\textrm{eff}}$ = 1 bei einer Arbeitsfrequenz von 10,4 GHz?

A: 19,4 dBi

B: 25,2 dBi

C: 38,8 dBi

D: 42,4 dBi

Lösungsweg

  • gegeben: $d = 80cm$
  • gegeben: $\eta_{eff} = 1$

$\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{10,4GHz} = 0,029m$

$\begin{aligned}g_i &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot d}{\lambda})^2} \cdot \eta\,dB\\ &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot 0,8m}{0,029m})^2} \cdot 1dB\\ &= 38,8dBi\end{aligned}$

AG229: Wie hoch ist der Gewinn eines Parabolspiegels mit einem Durchmesser von 120 cm und mit einem Wirkungsgrad von $\eta_{\textrm{eff}}$ = 1 bei einer Arbeitsfrequenz von 10,4 GHz?

A: 42,3 dBi

B: 21,2 dBi

C: 50,5 dBi

D: 25,9 dBi

Lösungsweg

  • gegeben: $d = 120cm$
  • gegeben: $\eta_{eff} = 1$

$\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{10,4GHz} = 0,029m$

$\begin{aligned}g_i &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot d}{\lambda})^2} \cdot \eta\,dB\\ &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot 1,2m}{0,029m})^2} \cdot 1dB\\ &= 42,3dBi\end{aligned}$

Offset-Spiegel

Erregerantenne und Offsetspiegel

  • Parabolspiegel bündelt Welle vor Spiegel
  • Erregerantenne im Stahlengang positioniert
  • Teilweise Abschattung der Welle
  • Offsetspiegel: Erregerantenne außerhalb des Strahlengangs
  • Meist unterhalb, Paraboloid wird angepasst
AG127: Welchen Vorteil bietet im Mikrowellenbereich ein Offsetspiegel gegenüber einem rotationssymmetrischen Parabolspiegel?

A: Keinen, da beide Typen nach dem gleichen Funktionsprinzip arbeiten.

B: Die Auswahl an möglichen Erregerantennentypen ist größer.

C: Offsetspiegel erzeugen unabhängig von der Erregerantenne grundsätzlich eine zirkulare Polarisation.

D: Die Erregerantenne sitzt außerhalb des Strahlenganges und verursacht keine Abschattungen.

Vor-/Rückverhältnis

Antennencharakteristik und Richtwirkung

Abbildung 371: Strahlungscharakteristik einer Richtantenne zu einem Dipol
  • Das Vor-/Rück-Verhältnis beschreibt, wie viel besser in Hauptstrahlrichtung gesendet und empfangen wird.
AG214: Das folgende Bild zeigt die Strahlungscharakteristik eines Dipols und einer Richtantenne. Das Vor-/Rück-Verhältnis der Richtantenne ist definiert als das Verhältnis ...

A: von $P_{\textrm{V}}$ zu $P_{\textrm{R}}$.

B: von $P_{\textrm{D}}$ zu $P_{\textrm{R}}$.

C: von $P_{\textrm{V}}$ zu $P_{\textrm{D}}$.

D: von $0,7 \cdot P_{\textrm{V}}$ zu $0,7 \cdot P_{\textrm{D}}$.

AG213: Das folgende Bild zeigt die Strahlungscharakteristik eines Dipols und einer Richtantenne. Der Antennengewinn der Richtantenne über dem Dipol ist definiert als das Verhältnis ...

A: von $P_{\textrm{D}}$ zu $P_{\textrm{R}}$.

B: von $P_{\textrm{V}}$ zu $P_{\textrm{R}}$.

C: von $P_{\textrm{V}}$ zu $P_{\textrm{D}}$.

D: von $0,7 \cdot P_{\textrm{V}}$ zu $0,7 \cdot P_{\textrm{R}}$.

Vor-/Rück-Verhältnis in Dezibel

Abbildung 372: Strahlungscharakteristik einer Richtantenne
AG217: Bei einer Yagi-Uda-Antenne mit dem folgenden Strahlungsdiagramm beträgt die ERP in Richtung a 0,6 W und in Richtung b 15 W. Welches Vor-Rück-Verhältnis hat die Antenne?

A: 2,8 dB

B: 25 dB

C: 14 dB

D: 27,9 dB

Lösungsweg

  • gegeben: $P_R = 0,6W$
  • gegeben: $P_V = 15W$
  • gesucht: $\frac{Vor}{Rück}$

$\begin{aligned}\frac{Vor}{Rück} &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{P_V}{P_R})} dB\\ &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{15W}{0,6W})} dB\\ &= 14dB\end{aligned}$

AG215: Eine Richtantenne mit einem Gewinn von 10 dB über dem Halbwellendipol und einem Vor-Rück-Verhältnis von 20 dB wird mit 100 W Sendeleistung direkt gespeist. Welche ERP strahlt die Antenne entgegengesetzt zur Senderichtung ab?

A: 10 W

B: 1 W

C: 0,1 W

D: 100 W

Lösungsweg

  • gegeben: $g_D= 10dB$
  • gegeben: $\frac{Vor}{Rück} = 20dB$

$\begin{aligned}P_V &= P_{ERP}\\ &= P_S \cdot 10^{\frac{g_d}{10dB}}\\ &= 100W \cdot 10^{\frac{10dB}{10dB}}\\ &= 1000W\end{aligned}$

AG216: Eine Richtantenne mit einem Gewinn von 15 dB über dem Halbwellendipol und einem Vor-Rück-Verhältnis von 25 dB wird mit 6 W Sendeleistung direkt gespeist. Welche ERP strahlt die Antenne entgegengesetzt zur Senderichtung ab?

A: 0,019 W

B: 60 W

C: 0,19 W

D: 0,6 W

Lösungsweg

  • gegeben: $g_D= 15dB$
  • gegeben: $\frac{Vor}{Rück} = 25dB$

$\begin{aligned}P_V &= P_{ERP}\\ &= P_S \cdot 10^{\frac{g_d}{10dB}}\\ &= 6W \cdot 10^{\frac{15dB}{10dB}}\\ &= 189,7W\end{aligned}$

AG218: Mit einem Feldstärkemessgerät wurden Vergleichsmessungen zwischen Beam und Dipol durchgeführt. In einem Abstand von 32 m wurden folgende Feldstärken gemessen: Beam vorwärts: 300 μV/m, Beam rückwärts: 20 μV/m, Halbwellendipol in Hauptstrahlrichtung: 128 μV/m. Welcher Gewinn und welches Vor-Rück-Verhältnis ergibt sich daraus für den Beam?

A: Gewinn: 7,4 dBd, Vor-Rück-Verhältnis: 23,5 dB

B: Gewinn: 3,7 dBd, Vor-Rück-Verhältnis: 11,7 dB

C: Gewinn: 7,4 dBd, Vor-Rück-Verhältnis: 15 dB

D: Gewinn: 9,4 dBd, Vor-Rück-Verhältnis: 23,5 dB

Lösungsweg

  • gegeben: $U_V = 300µV/m$
  • gegeben: $U_R = 20µV/m$

$\begin{aligned}g_D &= 20 \cdot \log_{10}{(\frac{U_V}{U_D})} dB\\ &= 20 \cdot \log_{10}{(\frac{300µV/m}{128µV/m})}\\ &= 7,4dB\end{aligned}$

Halbwertsbreite

Energieerhaltung und Öffnungswinkel

  • Höherer Gewinn in einer Richtung bedeutet gemäß Energieerhaltung, dass der Gewinn in den übrigen Richtungen insgesamt niedriger sein muss
  • Antennen mit hohem Gewinn besitzen oft einen schmalen Öffnungswinkel – schon bei kleinen Abweichungen von der Hauptstrahlrichtung sinkt der Gewinn deutlich
Abbildung 373: Richtdiagramm einer gerichteten Antenne
AG219: Die Halbwertsbreite einer Antenne ist der Winkelbereich, innerhalb dessen ...

A: die Feldstärke auf nicht weniger als den 0,707-fachen Wert der maximalen Feldstärke absinkt.

B: die Strahlungsdichte auf nicht weniger als den $\dfrac{1}{\sqrt{2}}$-fachen Wert der maximalen Strahlungsdichte absinkt.

C: die abgestrahlte Leistung auf nicht weniger als den $\dfrac{1}{\sqrt{2}}$-fachen Wert des Leistungsmaximums absinkt.

D: die Feldstärke auf nicht weniger als die Hälfte der maximalen Feldstärke absinkt.

AG220: In dem folgenden Richtdiagramm sind auf der Skala der relativen Feldstärke $\frac{E}{{E}_{\textrm{max}}}$ die Punkte a bis d markiert. Durch welchen der Punkte a bis d ziehen Sie den Kreisbogen, um die Halbwertsbreite der Antenne an den Schnittpunkten des Kreises mit der Richtkeule ablesen zu können?

A: Durch den Punkt d.

B: Durch den Punkt c.

C: Durch den Punkt b.

D: Durch den Punkt a.

AG221: Die folgende Skizze zeigt das Horizontaldiagramm der relativen Feldstärke einer Yagi-Uda-Antenne. Wie groß ist im vorliegenden Fall die Halbwertsbreite (Öffnungswinkel)?

A: Etwa 34°

B: Etwa 55°

C: Etwa 27°

D: Etwa 69°

Strom- und Spannungsspeisung I

Speisewiderstand

  • Eine Antenne wird mit Spannung und Strom gespeist
  • Deren Verhältnis zueinander ergibt den Speisewiderstand
  • Für Leistung müssen immer Spannung und Strom vorhanden sein
  • Wäre eines von beiden 0, erfolgt keine Leistungsabgabe
  • Speisewiderstand hängt vom Ort der Einspeisung ab

Stromgespeiste Antennen

  • Hoher Strom bei vergleichsweise geringer Spannung am Speisepunkt
  • Niedriger Speisewiderstand
  • ca. 36 Ω bis 100 Ω
  • Niederohmiges Verhalten

Spannungsgespeiste Antenne

  • Hohe Spannung bei vergleichsweise geringem Strom am Speisepunkt
  • Hoher Speisewiderstand
  • ca. 1500 Ω bis 4000 Ω
  • Hochohmiges Verhalten

Einspeisung am Halbwellendipol

  • Ladungsträger schwingen hin und her
  • In der Mitte werden besonders viele Ladungsträger bewegt → Strombauch
  • An den Enden entstehen besonders hohe Spannungen → Spannungsbauch
  • Wenige Ladungsträger → Stromknoten
  • Keine Spannung → Spannungsknoten
  • Strombauch in der Mitte
  • Spannungsbauch an den Enden
  • Stromknoten an den Enden
  • Spannungsknoten in der Mitte
EG203: Welche Aussage zur Strom- und Spannungsverteilung auf einem Dipol ist richtig?

A: Am Einspeisepunkt eines Dipols entsteht immer ein Spannungsknoten und ein Strombauch.

B: Am Einspeisepunkt eines Dipols entsteht immer ein Spannungsbauch und ein Stromknoten.

C: An den Enden eines Dipols entsteht immer ein Stromknoten und ein Spannungsbauch.

D: An den Enden eines Dipols entsteht immer ein Spannungsknoten und ein Strombauch.

EG204: Ein Dipol wird stromgespeist, wenn an seinem Einspeisepunkt ...

A: ein Spannungs- und ein Stromknoten vorhanden sind. Er ist dann hochohmig.

B: ein Spannungsknoten und ein Strombauch vorhanden sind. Er ist dann niederohmig.

C: ein Spannungsbauch und ein Stromknoten vorhanden sind. Er ist dann hochohmig.

D: ein Spannungs- und ein Strombauch vorhanden sind. Er ist dann niederohmig.

EG206: Ein Halbwellendipol wird auf der Grundfrequenz in der Mitte ...

A: stromgespeist.

B: parallel gespeist.

C: endgespeist.

D: spannungsgespeist.

Endgespeister Halbwellendipol

  • Spannungsgespeiste Antenne
  • Hoher Speisewiderstand
EG205: Ein Dipol wird spannungsgespeist, wenn an seinem Einspeisepunkt ...

A: ein Spannungs- und ein Strombauch liegt. Er ist dann niederohmig.

B: ein Spannungs- und ein Stromknoten liegt. Er ist dann hochohmig.

C: ein Spannungsbauch und ein Stromknoten liegt. Er ist dann hochohmig.

D: ein Spannungsknoten und ein Strombauch liegt. Er ist dann niederohmig.

Strom- und Spannungsspeisung II

Stromspeisung bei ungradzahligen Vielfachen

  • Mittengespeister Halbwellendipol
  • Strom an Grundfrequenz und ungeraden Vielfachen
  • Ungerade Frequenzen: zusätzliche Stromzufuhr
AG207: Ein mittengespeister $\lambda$/2-Dipol ist bei seiner Grundfrequenz und deren ungeradzahligen Vielfachen ...

A: stromgespeist, in Serienresonanz und am Eingang niederohmig.

B: spannungsgespeist, in Parallelresonanz und am Eingang hochohmig.

C: strom- und spannungsgespeist und weist einen rein kapazitiven Eingangswiderstand auf.

D: strom- und spannungsgespeist und weist einen rein induktiven Eingangswiderstand auf.

Spannungsspeisung bei geraden Vielfachen

  • Bei geraden Vielfachen: Spannungsspeisung
  • Speisepunkt liegt am Spannungsbauch
  • Erzeugt hohe Spannung statt Strom
AG208: Ein mittengespeister $\lambda$/2-Dipol ist bei geradzahligen Vielfachen seiner Grundfrequenz ...

A: strom- und spannungsgespeist und weist einen rein kapazitiven Eingangswiderstand auf.

B: spannungsgespeist, in Parallelresonanz und am Eingang hochohmig.

C: strom- und spannungsgespeist und weist einen rein induktiven Eingangswiderstand auf.

D: stromgespeist, in Serienresonanz und am Eingang niederohmig.

Bauch und Knoten von Strom und Spannung

Frequenzabhängige Stromverteilung

Wellenlänge und Frequenz bestimmen

Abbildung 376: Stromverteilung auf einem Dipol
AG206: Das folgende Bild zeigt die Stromverteilungen a bis d auf einem Dipol, der auf verschiedenen Resonanzfrequenzen erregt werden kann. Für welche Erregerfrequenz gilt die Stromkurve nach d?

A: Sie gilt für eine Erregung auf 7 MHz.

B: Sie gilt für eine Erregung auf 28 MHz.

C: Sie gilt für eine Erregung auf 3,5 MHz.

D: Sie gilt für eine Erregung auf 14 MHz.

AG205: Das folgende Bild zeigt die Stromverteilungen a bis d auf einem Dipol, der auf verschiedenen Resonanzfrequenzen erregt werden kann. Für welche Erregerfrequenz gilt die Stromkurve nach c?

A: Sie gilt für eine Erregung auf 28 MHz.

B: Sie gilt für eine Erregung auf 3,5 MHz.

C: Sie gilt für eine Erregung auf 7 MHz.

D: Sie gilt für eine Erregung auf 14 MHz.

AG204: Das folgende Bild zeigt die Stromverteilungen a bis d auf einem Dipol, der auf verschiedenen Resonanzfrequenzen erregt werden kann. Für welche Erregerfrequenz gilt die Stromkurve nach b?

A: Sie gilt für eine Erregung auf 7 MHz.

B: Sie gilt für eine Erregung auf 28 MHz.

C: Sie gilt für eine Erregung auf 3,5 MHz.

D: Sie gilt für eine Erregung auf 14 MHz.

AG203: Das folgende Bild zeigt die Stromverteilungen a bis d auf einem Dipol, der auf verschiedenen Resonanzfrequenzen erregt werden kann. Für welche Erregerfrequenz gilt die Stromkurve nach a?

A: Sie gilt für eine Erregung auf 14 MHz.

B: Sie gilt für eine Erregung auf 7 MHz.

C: Sie gilt für eine Erregung auf 28 MHz.

D: Sie gilt für eine Erregung auf 3,5 MHz.

Antennengewinn in dBi und dBd

Richtwirkung

  • Isotropstrahler: Hypothetische Antenne, die in alle Richtungen gleich stark abstrahlt
  • Eine reale Antenne weist eine Richtwirkung auf
  • In bestimmten Richtungen stärker als der Isotropstrahler
  • In bestimmten Richtungen schwächer als der Isotropstrahler
  • Die Hauptstrahlrichtung ist die Richtung mit dem maximalen Antennengewinn

Gewinn in dBi

  • Gewinn in eine Richtung gegenüber dem Isotropstrahler
  • Kann in dB angegeben werden
  • Bei Bezug auf den Isotropstrahler wird dBi verwendet
EG220: Der Gewinn von Antennen wird häufig in dBi angegeben. Auf welche Vergleichsantenne bezieht man sich dabei? Man bezieht sich dabei auf den ...

A: Halbwellenstrahler.

B: Horizontalstrahler.

C: Isotropstrahler.

D: Vertikalstrahler.

Gewinn eines Halbwellendipols

  • Ein Halbwellendipol strahlt senkrecht zum Leiter um 2,15 dB stärker ab als ein Isotropstrahler
  • Der Gewinn beträgt 2,15 dBi

Gewinn in dBd

  • Bei anderen Antennen ist der Gewinn gegenüber einem Halbwellendipol interessant
  • Bei Bezug auf den Halbwellendipol wird dBd verwendet
  • Ein Halbwellendipol hat in Hauptstrahlrichtung einen Gewinn von 0 dBd und 2,15 dBi
EG221: Ein Antennenhersteller gibt den Gewinn einer Antenne mit 5 dBd an. Wie groß ist der Gewinn der Antenne in dBi?

A: 2,5 dBi

B: 7,15 dBi

C: 2,85 dBi

D: 5 dBi

Standortwahl

  • Wechselwirkungen mit anderen elektrischen Installationen und Geräten vermeiden
  • Insbesondere in der eigenen Wohnung und der der Nachbarn
  • Wechselwirkungen können auch den eigenen Funkempfang stören
  • Und im Sendebetrieb die Funktionsweise des Geräts stören
  • → Antenne möglichst im Außenbereich anbringen
EG223: Eine im Außenbereich installierte Sendeantenne hat den Vorteil, dass ...

A: die Kopplung mit den elektrischen Leitungen im Haus reduziert wird.

B: sie in geringerem Ausmaß Ausstrahlungen unterworfen ist.

C: das Sendesignal einen niedrigeren Pegel aufweist.

D: sie eine geringere Anzahl von Harmonischen abstrahlt.

Installation Kurzwellenantenne

  • Am besten rechtwinklig vom Haus wegführen
  • Hauptstrahlrichtung zeigt nicht auf das Gebäude und das der Nachbarn
  • Weniger Störungen durch Einkopplung in die Leitungen im Haus
EJ110: Ein Funkamateur wohnt in einem Reihenhaus. An welcher Stelle sollte eine Drahtantenne für den Sendebetrieb auf dem 80 m-Band angebracht werden, um störende Beeinflussungen möglichst zu vermeiden?

A: Am gemeinsamen Schornstein neben der Fernsehantenne

B: Entlang der Häuserzeile auf der Höhe der Dachrinne

C: Möglichst innerhalb des Dachbereichs

D: Drahtführung rechtwinklig zur Häuserzeile

Installation Richtantenne

  • Am besten so hoch und so weit weg wie möglich
  • Feldstärke in Hauptstrahlrichtung nimmt mit der Entfernung ab
EG112: Welcher Standort ist für eine HF-Richtantenne am besten geeignet, um mögliche Beeinflussungen bei den Geräten des Nachbarn zu vermeiden?

A: So niedrig und nah am Haus wie möglich

B: An der Seitenwand zum Nachbarn

C: Auf dem Dach, wobei die Dachfläche des Nachbarn mit abgedeckt werden sollte

D: So hoch und weit weg wie möglich

Übertragungsleitungen II

Wellenwiderstand

  • Unabhängig von der Länge der Leitung
  • Unabhängig von den an die Leitung angeschlossenen Geräten
  • Abhängig vom Querschnittsaufbau (Leiter, ggf. Dielektrikum)
  • Im Bereich der Hochfrequenz ist der Wellenwiderstand weitgehend konstant
EG301: Der Wellenwiderstand einer Leitung ...

A: hängt von der Leitungslänge und der Beschaltung am Leitungsende ab.

B: ist völlig frequenzunabhängig.

C: hängt von der Beschaltung am Leitungsende ab.

D: ist im HF-Bereich in etwa konstant und unabhängig vom Leitungsabschluss.

Leitungen

  • Paralleldraht-Speiseleitung
  • Koaxialkabel
EG302: Welche Leitungen sollten für die HF-Verbindungen zwischen Einrichtungen in der Amateurfunkstelle verwendet werden, um unerwünschte Abstrahlungen zu vermeiden?

A: Hochwertige abgeschirmte Netzanschlusskabel

B: Hochwertige Koaxialkabel

C: Symmetrische Feederleitungen

D: Unabgestimmte Speiseleitungen

Einkopplungen

  • Kabel, die direkt neben Koaxialkabel verlegt werden, können Einkopplungen erfahren
  • Dadurch gelangt Hochfrequenz beispielsweise ins Stromnetz
  • Und Leistung zur Antenne geht verloren
EG306: Um Ordnung in der Amateurfunkstelle herzustellen, verlegen Sie alle Netzanschlusskabel und HF-Speiseleitungen in einem Kabelkanal. Welchen Nachteil kann diese Maßnahme haben?

A: Zwischen den nebeneinander liegenden HF- und Netzkabeln kann es zu Spannungsüberschlägen kommen.

B: Die nebeneinander liegenden HF- und Netzkabel können zu unerwünschter 50 Hz-Modulation auf dem Koaxialkabel führen.

C: Die nebeneinander liegenden HF- und Netzkabel können Einkopplungen in das Versorgungsnetz hervorrufen.

D: Die nebeneinander liegenden HF- und Netzkabel können sich bei guter Isolierung nicht gegenseitig beeinflussen.

Unsymmetrische Speiseleitung

Abbildung 377: Geöffnetes Koaxialkabel aus Mantel, Schirmung, Dielektrikum und Innenleiter
EG304: Wann ist eine Speiseleitung unsymmetrisch?

A: Wenn die hin- und zurücklaufende Leistung verschieden sind.

B: Wenn die Länge nicht einem Vielfachen von $\lambda$/2 entspricht.

C: Wenn sie außerhalb ihrer Resonanzfrequenz betrieben wird.

D: Wenn die beiden Leiter unterschiedlich geformt sind, z. B. Koaxialkabel.

Spannungsfestigkeit

  • Im Koaxialkabel treten im Dielektrikum Verluste auf
  • Es kann bei hohen Spannungen zu einem Durchschlag kommen
EG305: Welche Vorteile hat eine Paralleldraht-Speiseleitung gegenüber der Speisung über ein Koaxialkabel?

A: Sie vermeidet Mantelwellen durch Wegfall der Abschirmung.

B: Sie bietet guten Blitzschutz durch niederohmige Drähte.

C: Sie hat geringere Dämpfung und hohe Spannungsfestigkeit.

D: Sie erlaubt leichtere Kontrolle des Wellenwiderstandes durch Verschieben der Spreizer.

Koaxialstecker

Abbildung 378: N-Buchse und N-Stecker
EG303: Welcher der folgenden Koaxialstecker besitzt einen definierten Wellenwiderstand von 50 Ω bis in den GHz-Bereich und hat die höchste Spannungsfestigkeit für die Übertragung hoher Leistungen?

A: BNC-Stecker

B: UHF-Stecker

C: N-Stecker

D: SMA-Stecker

Übertragungsleitungen III

Symmetrische Zweidrahtleitungen

  • Zweidrahtleitungen werden symmetrisch gespeist und belastet
  • An einer bestimmten Stelle sind Strom und Spannung in beiden Leitern gleich – nur mit umgekehrtem Vorzeichen
AG312: Bei einer symmetrischen Zweidrahtleitung ohne Gleichtaktanteil ...

A: sind Spannung gegenüber Erde und Strom in beiden Leitern gleich groß und an jeder Stelle gleichphasig.

B: sind Spannung gegenüber Erde und Strom in beiden Leitern gleich groß und an jeder Stelle gegenphasig.

C: gibt es keine Strom- und Spannungsverteilung auf der Leitung.

D: liegt einer der beiden Leiter auf Erdpotential.

Abstrahlung und Schirmung von Speiseleitungen

  • Gegenphasige Ströme heben sich aus der Ferne weitgehend auf
  • Im Freiraum kommt es dennoch zu geringfügiger Abstrahlung
  • Im Nahfeld anderer Leitungen verstärkt sich die Kopplung
  • Daher sollten Speiseleitungen im Haus grundsätzlich geschirmt sein (üblicherweise als Koaxialkabel)
AG301: Um bei hohen Sendeleistungen auf den Kurzwellenbändern die Störwahrscheinlichkeit auf ein Mindestmaß zu begrenzen, sollte die für die Sendeantenne verwendete Speiseleitung innerhalb von Gebäuden ...

A: an keiner Stelle geerdet sein.

B: möglichst $\lambda$/4 lang sein.

C: geschirmt sein.

D: kein ganzzahliges Vielfaches von $\lambda$/4 lang sein.

Hochfrequenzeigenschaften von Koaxialkabeln

  • Koaxialkabel gibt es in verschiedenen Ausführungen
  • Betrachtet werden vor allem Wellenwiderstand, Kabeldämpfung und Verkürzungsfaktor
  • Mechanische Eigenschaften wie Biegeradius und Rückflussdämpfung zählen nicht zu den elektrischen Hochfrequenzeigenschaften
AG303: Welche Parameter beschreiben charakteristische Hochfrequenzeigenschaften eines Koaxialkabels?

A: Wellenwiderstand, Kabeldämpfung, Verkürzungsfaktor.

B: Rückflußdämpfung, Dielektrizitätskonstante, Kabeldämpfung.

C: Verkürzungsfaktor, Kabeldämpfung, Kabelfarbe.

D: Biegeradius, Kabeldämpfung, Leitermaterial.

Einfluss des Dielektrikums

  • Das Dielektrikum zwischen Innen- und Außenleiter bestimmt den Verkürzungsfaktor
  • Es beeinflusst die Ausbreitungsgeschwindigkeit, die unter der Lichtgeschwindigkeit im Freiraum liegt
  • Übliche Materialien sind Polyethylen (PE) und Teflon (PTFE)
  • Aufschäumung reduziert die Kabeldämpfung
AG314: Die Ausbreitungsgeschwindigkeit in einem Koaxialkabel ...

A: ist geringer als im Freiraum.

B: ist höher als im Freiraum.

C: ist unbegrenzt.

D: entspricht der Geschwindigkeit im Freiraum.

AG302: Welche Materialien werden für die Dielektriken gebräuchlicher Koaxkabel üblicherweise verwendet?

A: PTFE (Teflon), Voll-PE, PE-Schaum.

B: Pertinax, Voll-PE, PE-Schaum.

C: Voll-PE, PE-Schaum, Epoxyd.

D: PE-Schaum, Polystyrol, PTFE (Teflon).

Verkürzungsfaktor und elektrische Länge

  • Verkürzungsfaktor: Verhältnis von mechanischer Länge ($L_\mathrm{G}$) zu elektrischer Länge ($L_\mathrm{E}$)
  • Formel: $k_\mathrm{v} = \frac{L_\mathrm{G}}{L_\mathrm{E}} = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}}$
  • Für nicht-geschäumtes Polyethylen beträgt $\epsilon_\mathrm{r} \approx 2,29$
AG317: Welche mechanische Länge hat ein elektrisch $\lambda$/4 langes Koaxkabel mit Vollpolyethylenisolierung bei 145 MHz?

A: 103 cm

B: 51,7 cm

C: 17,1 cm

D: 34,2 cm

Wellenwiderstand

Wellenwiderstand einer Zweidrahtleitung

  • Der Wellenwiderstand $Z$ hängt vom Verhältnis des doppelten Mittenabstand der Leiter ($a$) und dem Durchmesser der Leiter $d$ sowie vom Dielektrikum ab
  • Formel aus der Formelsammlung mit $\epsilon_\mathrm{r}$ als relative Dielektrizitätszahl:

$Z = \dfrac{120Ω}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}} \cdot \ln{(\dfrac{2 \cdot a}{d})}$

AG305: Eine offene Paralleldrahtleitung ist aus Draht mit einem Durchmesser d = 2 mm gefertigt. Der Abstand der parallelen Leiter beträgt a = 20 cm. Wie groß ist der Wellenwiderstand $Z_0$ der Leitung?

A: ca. 2,8 kΩ

B: ca. 820 Ω

C: ca. 276 Ω

D: ca. 635 Ω

Lösungsweg

  • gegeben: $d = 2mm$
  • gegeben: $a = 20cm$
  • gegeben: $\epsilon_\mathrm{r} \approx 1$ für Luft
  • gesucht: $Z$

$\begin{aligned}Z &= \dfrac{120Ω}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}} \cdot \ln{(\dfrac{2 \cdot a}{d})}\\ &= \dfrac{120Ω}{\sqrt{1}} \cdot \ln{(\dfrac{2 \cdot 200mm}{2mm})}\\ &\approx 635Ω\end{aligned}$

Wellenwiderstand einer Koaxialleitung

  • Der Wellenwiderstand $Z$ hängt vom Verhältnis des Innendurchmessers des Außenleiters ($D$) zum Durchmesser des Innenleiters ($d$) sowie vom Dielektrikum ab
  • Formel aus der Formelsammlung mit $\epsilon_\mathrm{r}$ als relative Dielektrizitätszahl

$Z = \dfrac{60Ω}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}} \cdot \ln{\dfrac{D}{d}}$

AG306: Ein Koaxialkabel (luftisoliert) hat einen Innendurchmesser der Abschirmung von 5 mm. Der Außendurchmesser des inneren Leiters beträgt 1 mm. Wie groß ist der Wellenwiderstand $Z_0$ des Kabels?

A: ca. 97 Ω

B: ca. 60 Ω

C: ca. 123 Ω

D: ca. 50 Ω

Lösungsweg

  • gegeben: $D = 5mm$
  • gegeben: $d = 1mm$
  • gegeben: $\epsilon_\mathrm{r} \approx 1$ für Luft
  • gesucht: $Z$

$\begin{aligned}Z &= \dfrac{60Ω}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}} \cdot \ln{(\dfrac{D}{d})}\\ &= \dfrac{60Ω}{\sqrt{1}} \cdot \ln{(\dfrac{5mm}{1mm})}\\ &\approx 97Ω\end{aligned}$

AG307: Ein Koaxialkabel hat einen Innenleiterdurchmesser von 0,7 mm. Die Isolierung zwischen Innenleiter und Abschirmgeflecht besteht aus Polyethylen (PE) und sie hat einen Durchmesser von 4,4 mm. Der Außendurchmesser des Kabels ist 7,4 mm. Wie hoch ist der ungefähre Wellenwiderstand des Kabels?

A: ca. 95 Ω

B: ca. 20 Ω

C: ca. 75 Ω

D: ca. 50 Ω

Lösungsweg

  • gegeben: $d = 0,7mm$
  • gegeben: $D = 4,4mm$
  • gegeben: $\epsilon_\mathrm{r} = 2,29$
  • gesucht: $Z$

$\begin{aligned}Z &= \dfrac{60Ω}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}} \cdot \ln{(\dfrac{D}{d})}\\ &= \dfrac{60Ω}{\sqrt{2,29}} \cdot \ln{(\dfrac{4,4mm}{0,7mm})}\\ &\approx 75Ω\end{aligned}$

Anpassung von Koaxialleitungen

  • Wird ein Bauteil oder eine Antenne angeschlossen, die exakt den Wellenwiderstand der Leitung aufweist, spricht man von Anpassung
  • Bei Anpassung werden Wellen am Abschluss nicht zurückreflektiert
AG304: Eine Übertragungsleitung wird angepasst betrieben, wenn der Widerstand, mit dem sie abgeschlossen ist, ...

A: eine offene Leitung darstellt.

B: ein ohmscher Wirkwiderstand ist.

C: den Wert des Wellenwiderstandes der Leitung aufweist.

D: 50 Ω beträgt.

Kabeldämpfung I

  • Signalstärke eines Hochfrequenzsignals nimmt bei zunehmender Kabellänge ab
  • Wird als Kabeldämpfung bezeichnet
  • Auch Stecker können das Signal dämpfen
  • Ist unerwünscht
  • Dämpfung wird in der Regel in Dezibel (dB) angegeben
  • Wenn von Dämpfung gesprochen wird, bleibt die Zahl positiv
EG309: Am Ende einer Antennenleitung ist nur noch ein Viertel der Leistung vorhanden. Wie groß ist das Dämpfungsmaß des Kabels?

A: 6 dB

B: 16 dB

C: 10 dB

D: 3 dB

EG310: Am Ende einer Antennenleitung ist nur noch ein Zehntel der Leistung vorhanden. Wie groß ist das Dämpfungsmaß des Kabels?

A: 6 dB

B: 16 dB

C: 10 dB

D: 3 dB

EG308: Eine HF-Ausgangsleistung von 100 W wird in eine angepasste Übertragungsleitung eingespeist. Am antennenseitigen Ende der Leitung beträgt die Leistung 50 W bei einem SWR von 1. Wie hoch ist die Leitungsdämpfung?

A: -3 dB

B: 3 dB

C: -6 dB

D: 6 dBm

Kabelverluste

  • Alle Verluste, die in Kabeln entstehen
  • Antenne und Verstärker verstärken das Signal, verändern jedoch nicht die Kabelverluste
EG307: Die Skizze zeigt den Aufbau einer Amateurfunkstelle. Die Summe aller Kabelverluste in Dezibel betragen ...

A: 3 dB

B: -5 dB

C: 5 dB

D: -3 dB

Kabeldämpfungsdiagramm

  • Im Anhang der Formelsammlung
  • Dämpfungen verschiedener Kabel in Abhängigkeit zur Frequenz
  • Bezug auf 100m – bei kürzeren Kabeln muss umgerechnet werden
EG312: Welche Dämpfung ergibt sich auf der Grundlage des Kabeldämpfungsdiagramms für ein 100 m langes Koaxialkabel mit Voll-PE-Dielektrikum, 4,95 mm Durchmesser (Typ RG58), bei 145 MHz?

A: 39 dB

B: 20 dB

C: 1 dB

D: 0 dB

Lösungsweg

  • gesucht: Dämpfung für 100m RG58 Kabel bei 145 MHz
  • Lösung: Ablesen aus Diagramm
  • Schnittpunkt der RG58 Linie mit 145 MHz → 20 dB
EG311: Ein 100 m langes Koaxialkabel hat eine Dämpfung von 20 dB bei 145 MHz. Wie hoch ist die Dämpfung bei einer Länge von 20 m?

A: 7,25 dB

B: 1,45 dB

C: 4 dB

D: 5 dB

Lösungsweg

  • gesucht: Dämpfung für 20m bei 20dB Dämpfung auf 100m
  • Lösung: Dreisatz

$\dfrac{20dB}{100m} = \dfrac{x}{20m}$

$x = \dfrac{20dB\cdot 20m}{100m} = 4dB$

EG313: Welche Dämpfung ergibt sich auf der Grundlage des Kabeldämpfungsdiagramms für ein 15 m langes Koaxialkabel mit Voll-PE-Dielektrikum, 4,95 mm Durchmesser (Typ RG58), bei 145 MHz?

A: 4 dB

B: 1 dB

C: 2 dB

D: 3 dB

Lösungsweg

  • gesucht: Dämpfung für 15m RG58 Kabel bei 145 MHz
  • Lösung: Ablesen aus Diagramm und Dreisatz
  • Schnittpunkt der RG58 Linie mit 145 MHz → 20 dB

$\dfrac{20dB}{100m} = \dfrac{x}{15m}$

$x = \dfrac{20dB\cdot 15m}{100m} = 3dB$

EG314: Welche Dämpfung ergibt sich auf der Grundlage des Kabeldämpfungsdiagramms für ein 50 m langes Koaxialkabel mit Voll-PE-Dielektrikum, 2,8 mm Durchmesser (Typ RG174), bei 145 MHz?

A: 68 dB

B: 40 dB

C: 12 dB

D: 20 dB

EG315: Welche Dämpfung ergibt sich auf der Grundlage des Kabeldämpfungsdiagramms für ein 40 m langes Koaxialkabel, PE-Schaum-Dielektrikum mit 12,7 mm Durchmesser, bei 435 MHz?

A: 0,8 dB

B: 3,8 dB

C: 2,8 dB

D: 1,8 dB

EG316: Welche Dämpfung ergibt sich auf der Grundlage des Kabeldämpfungsdiagramms für ein 40 m langes Koaxialkabel mit PE-Schaum-Dielektrikum und 10,3 mm Durchmesser im 23 cm-Band (1296 MHz)?

A: 8,2 dB

B: 12,6 dB

C: 6,2 dB

D: 10,4 dB

Kabeldämpfung II

Kabel mit geringer Dämpfung

  • Dämpfung ist oft unerwünscht
  • Ziel: Finde ein Kabel, dessen Dämpfung unter dem vorgegebenen Wert liegt
  • Kabeldämpfungsdiagramm aus der Formelsammlung
AG309: Welches Koaxkabel ist nach dem zur Verfügung gestellten Kabeldämpfungsdiagramm für eine 20 m lange Verbindung zwischen Senderausgang und Antenne geeignet, wenn die Kabeldämpfung im 13 cm-Band bei 2,350 GHz nicht mehr als 4 dB betragen soll?

A: PE-Schaumkabel mit 10,3 mm Durchmesser.

B: PE-Schaumkabel mit 12,7 mm Durchmesser.

C: PE-Schaumkabel mit 7,3 mm Durchmesser.

D: Voll-PE-Kabel mit 10,3 mm Durchmesser (Typ RG213).

AG310: Zur Verbindung Ihres 5,700 GHz-Senders (6 cm-Band) mit dem Feed eines Parabolspiegels benötigen Sie ein 8 m langes und möglichst dünnes Koaxialkabel, das nicht mehr als 3 dB Dämpfung haben soll. Welches der Koaxialkabel aus dem Kabeldämpfungsdiagramm erfüllt diese Anforderung?

A: PE-Schaumkabel mit 12,7 mm Durchmesser.

B: PE-Schaumkabel mit 7,3 mm Durchmesser.

C: PE-Schaumkabel mit Massivschirm und 16,4 mm Durchmesser.

D: PE-Schaumkabel mit 10,3 mm Durchmesser.

Kabeldämpfung und Frequenz

  • Kabeldämpfung nimmt bei steigender Frequenz zu
  • Höchste Frequenz (kleinste Wellenlänge) entspricht der stärksten Dämpfung
AG308: Welcher Typ Koaxialkabel ist laut zur Verfügung gestelltem Kabeldämpfungsdiagramm für eine 60 m lange Verbindung zwischen Senderausgang und einem Multiband-Kurzwellenbeam für die Bänder 20 m, 15 m und 10 m geeignet, wenn die Kabeldämpfung bei 29 MHz nicht mehr als 2 dB betragen soll?

A: PE-Schaumkabel mit 10,3 mm Durchmesser.

B: Voll-PE-Kabel mit 10,3 mm Durchmesser (Typ RG213).

C: PE-Schaumkabel mit 7,3 mm Durchmesser.

D: Voll-PE-Kabel mit 4,95 mm Durchmesser (Typ RG58).

Einfluss von Dielektrika auf die Dämpfung

  • Dielektrika bzw. Kunststoffummantelungen erhöhen bei Hochfrequenzsignalen die Dämpfung
  • Zweidrahtleitungen mit möglichst wenig Dielektrikum zwischen den Leitern sind besonders dämpfungsarm
AG311: Welche der folgenden Leitungen weist bei gleichem Leiterquerschnitt im Kurzwellenbereich den geringsten Verlust auf?

A: Verdrillte Zweidrahtleitung mit Kunststoffumhüllung.

B: Zweidrahtleitung mit großem Abstand und breiten Stegen.

C: Zweidrahtleitung mit großem Abstand und schmalen Stegen.

D: Zweidrahtleitung mit geringem Abstand und Kunststoffumhüllung.

Skineffekt

Abbildung 380: Skin-Effekt in einem Leiter
AG318: Wie bezeichnet man den Effekt, dass sich mit steigender Frequenz der Elektronenstrom mehr und mehr zur Oberfläche eines Leiters hin verlagert, so dass sich mit steigender Frequenz der ohmsche Verlustwiderstand des Leiters erhöht?

A: Als Doppler-Effekt

B: Als Dunning-Kruger-Effekt

C: Als Mögel-Dellinger-Effekt

D: Als Skin-Effekt

AG319: Welche Folgen hat der Skin-Effekt bei steigender Frequenz? Der stromdurchflossene Querschnitt des Leiters ...

A: sinkt und dadurch steigt der effektive Widerstand des Leiters.

B: steigt und dadurch steigt der effektive Widerstand des Leiters.

C: sinkt und dadurch sinkt der effektive Widerstand des Leiters.

D: steigt und dadurch sinkt der effektive Widerstand des Leiters.

Stehwellenverhältnis (SWR) II

  • Stehwellenverhältnis: Vorlaufende zu rücklaufender Energie
  • SWR von 3 bei 100 W: 75 W werden abgestrahlt, 25 W laufen zurück
  • Oder auch: 75 % gehen auf die Antenne, 25 % werden reflektiert
EG401: Am 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?

A: 50 W

B: 12,5 W

C: 75 W

D: 25 W

EG402: Sie messen ein Stehwellenverhältnis (SWR) von 3. Wieviel Prozent der vorlaufenden Leistung werden reflektiert?

A: 33 %

B: 25 %

C: 75 %

D: 50 %

EG403: Sie messen ein Stehwellenverhältnis (SWR) von 3. Wieviel Prozent der vorlaufenden Leistung werden abgegeben?

A: 75 %

B: 50 %

C: 29 %

D: 25 %

Stehwellenverhältnis (SWR) III

Abbildung 381: Stehende Welle
  • Beispiel: Eine Antenne mit 100 Ω an einem 50 Ω Kabel führt zu einem SWR von 2, während eine mit 10 Ω zu einem SWR von 5 führt
  • Zur Erinnerung: Der Widerstand eines Faltdipols liegt bei knapp 300 Ω
AG405: Ein Kabel mit einem Wellenwiderstand von 75 Ω und vernachlässigbarer Dämpfung wird zur Speisung einer Faltdipol-Antenne verwendet. Welches SWR kann man auf der Leitung erwarten?

A: 0,3

B: ca. 3,2 bis 4

C: ca. 1,5 bis 2

D: 5,7

Lösungsweg

  • gegeben: $Z = 75Ω$
  • gegeben: $R_2 \approx 300Ω$ Widerstand Faltdipol
  • gesucht: $s$

$s = \frac{R_2}{Z} = \frac{300Ω}{75Ω} = 4$

Einfluss der Leitungsdämpfung auf das Stehwellenverhältnis

  • Leitungsdämpfung reduziert sowohl die vorlaufende als auch die rücklaufende Leistung
  • Selbst wenn am Kabelende 100 % der Energie reflektiert werden, kann am Sender ein niedrigeres (besseres) SWR gemessen werden
  • Beispiel: Geht in Hin- und Rückrichtung jeweils die Hälfte der Leistung verloren, so verbleibt nur ein Viertel der ursprünglichen Leistung – dies entspricht einem gemessenen SWR von 3 (25 % reflektierte Leistung)
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?

A: 50 W bei Leerlauf und 0 W bei Kurzschluss

B: 25 W

C: 50 W

D: 0 W bei Leerlauf und 50 W bei Kurzschluss

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 Ω-Antenne am Leitungsende beträgt das SWR am Leitungseingang etwa 1. Was lässt sich aus diesen Messergebnissen schließen?

A: Die Antenne ist fehlerhaft. Sie strahlt so gut wie keine HF-Leistung ab.

B: Die Antennenanlage ist in Ordnung. Es werden etwa 5 W HF-Leistung abgestrahlt.

C: Die Antennenleitung ist fehlerhaft, an der Antenne kommt so gut wie keine HF-Leistung an.

D: Die Antennenanlage ist in Ordnung. Es werden etwa 3,75 W HF-Leistung abgestrahlt.

Auswirkung von Leitungsdämpfung auf gemessenes SWR

  • Bei einer Leitungsdämpfung von 5 dB in Hin- und Rückrichtung (insgesamt 10 dB) entspricht die rücklaufende Leistung nur einem Zehntel der vorlaufenden
  • Das gemessene SWR lässt sich mit der Formel berechnen:

$s = \frac{\sqrt{P_\mathrm{v}}+\sqrt{P_\mathrm{r}}}{\sqrt{P_\mathrm{v}}-\sqrt{P_\mathrm{r}}}$

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?

A: Ein SWR, das gegen unendlich geht, da am Ende der Leitung die gesamte HF-Leistung reflektiert wird

B: Ein SWR von ca. 0, da sich vorlaufende und rücklaufende Leistung gegenseitig auslöschen

C: Ein SWR von ca. 3,6

D: Ein SWR von ca. 1,92

Lösungsweg

  • gegeben: $P_V = 10W$
  • gegeben: $a = 5dB$
  • gesucht: $s$

Dämpfung auf gesamtes Kabel für Hin- und Rückweg: 10dB

$P_R = 10dB \cdot P_V = \frac{10W}{10} = 1W$

$s = \frac{\sqrt{P_\mathrm{v}}+\sqrt{P_\mathrm{r}}}{\sqrt{P_\mathrm{v}}-\sqrt{P_\mathrm{r}}} = \frac{\sqrt{10W}+\sqrt{1W}}{\sqrt{10W}-\sqrt{1W}} = 1,92$

Stehwellenmessgerät (SWR-Meter) I

  • Misst die Leitungsanpassung
  • Wie gut stimmt der Wellenwiderstand mit dem Speisewiderstand der Antenne oder der Impedanz des Transceivers überein?
  • Wird auch SWR-Messbrücke genannt
EI401: Ein Stehwellenmessgerät wird eingesetzt bei Sendern zur Messung ...

A: des Wirkungsgrades.

B: der Bandbreite.

C: der Oberwellenausgangsleistung.

D: der Antennenanpassung.

EI402: Mit welchem Instrument kann die Anpassung zwischen einem UHF-Sender und der Speiseleitung zur Antenne angezeigt werden?

A: Interferometer

B: Universalmessgerät mit Widerstandsanzeige

C: Anpassungsübertrager

D: SWR-Meter

EI403: Wie misst man das Stehwellenverhältnis im Sendebetrieb? Man misst es ...

A: mit einer SWR-Messbrücke.

B: durch Spannungsmessung am Anfang und am Ende der Speiseleitung.

C: mit einem Absorptionswellenmesser.

D: durch Strommessung am Anfang und am Ende der Speiseleitung.

  • Messung der Antennenanpassung: So nah wie möglich an die Antenne, um Veränderungen der Speiseleitung auszuschließen
  • Messung der gesamten Anlage: So nah wie möglich hinter dem Sender
EI404: An welcher Stelle muss ein SWR-Meter eingeschleift werden, um möglichst genaue Aussagen über die Antenne machen zu können? Das SWR-Meter muss eingeschleift werden zwischen ...

A: Senderausgang und Antennenanpassgerät.

B: Senderausgang und Antennenkabel.

C: Zwischen Anpassgerät und Antennenkabel.

D: Antennenkabel und Antenne.

EI405: An welchem Punkt sollte das Stehwellenmessgerät eingeschleift werden, um zu prüfen, ob die Antennenanlage gut an den Sender angepasst ist?

A: Punkt 1

B: Punkt 4

C: Punkt 2

D: Punkt 3

Stehwellenmessgerät (SWR-Meter) II

Funktionsweise eines Stehwellenmessgeräts

Abbildung 384: Schaltung eines Stehwellenmessgeräts

  • Koppelt einen Teil der vorlaufenden Leistung
  • Koppelt einen Teil der rücklaufenden Leistung
  • Anzeige über eine geeignete Skala (z. B. Kreuzzeigerinstrument)
  • Ablesen des Stehwellenverhältnisses
AI401: Ein Stehwellenmessgerät misst und vergleicht bei einer HF-Leitung im Sendebetrieb ...

A: die Maximalleistung $P_{\textrm{max}}$ am Richtkoppler und die Minimalspannung $U_{\textrm{min}}$ auf der Leitung.

B: die Ausgangsspannungen zweier in die Leitung eingeschleifter Richtkoppler, die in gegensätzlicher Richtung betrieben werden.

C: den Phasenwinkel zwischen vorlaufender und rücklaufender Leistung am eingebauten Abschlusswiderstand der Richtkoppler.

D: mittels der eingebauten Richtkoppler die vorhandenen Impedanzen in Vor- und Rückrichtung der Leitung.

AI402: Bei dieser Schaltung handelt es sich um ...

A: ein Stehwellenmessgerät.

B: einen Absorptionsfrequenzmesser.

C: ein Impedanzmessgerät.

D: einen Absolutleistungsmesser.

Stehwellen- und Impedanzverhältnis

  • Stehwellenverhältnis entspricht dem Impedanzverhältnis
  • Gilt bei Last mit rein wirkwiderstandlicher Komponente
  • Wichtiger Merksatz für die folgende Frage
AI403: Zur Überprüfung eines Stehwellenmessgerätes wird dessen Ausgang mit einem HF-geeigneten 150 Ω-Lastwiderstand abgeschlossen. Welches Stehwellenverhältnis muss das Messgerät anzeigen, wenn die Impedanz von Messgerät und Sender 50 Ω beträgt?

A: 3,33

B: 2,5

C: 2

D: 3

Lösungsweg

  • gegeben: $R_2 = 150Ω$
  • gegeben: $Z = 50Ω$
  • gesucht: $s$

$s = \frac{R_2}{Z} = \frac{150Ω}{50Ω} = 3$

Vektorieller Netzwerkanalysator (VNA) I

  • Ein einfaches Multimeter kann keine frequenzabhängigen Widerstände messen
  • Dazu wird ein vektorieller Netzwerkanalysator (VNA) verwendet

Anwendungen

  • Große und kleine Widerstände eines Schwingkreis
  • Resonanzfrequenz eines Schwingkreis
  • Filterverhalten
  • Impedanzmessung
  • Stehwellenverhältnisse
EI201: Wozu wird ein „vektorieller Netzwerkanalysator“ (VNA) beispielsweise verwendet?

A: Zur Überprüfung der Frequenzreinheit eines Senders.

B: Zur genaueren Bestimmung von Resonanzfrequenzen und Impedanzen von Schwingkreisen und Antennen.

C: Zum Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufs schneller Wechselströme.

D: Zur Bestimmung des Erdungswiderstandes einer Amateurfunkstation.

EI202: Wie ermittelt man die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises? Man ermittelt sie ...

A: durch Messung von $L$ und $C$ und Berechnung oder z. B. mit einem vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA).

B: mit einem Frequenzmesser oder einem Oszilloskop.

C: mit Hilfe der S-Meter-Anzeige bei Anschluss des Schwingkreises an den Empfängereingang.

D: mit einem Digital-Multimeter in der Stellung Frequenzmessung.

EI203: Mit welchem Messgerät können Impedanzen, Blindwiderstände und Stehwellenverhältnisse direkt gemessen werden?

A: analoges Multimeter

B: vektorieller Netzwerkanalysator

C: digitales Speicheroszilloskop

D: True RMS-Voltmeter

EI204: Wozu ist ein vektorieller Netzwerkanalysator (VNA) beispielsweise geeignet?

A: Messen von Oberschwingungen.

B: Datenübertragungsraten in Netzwerken erfassen.

C: Messen von Impedanzen.

D: Direkte Messung der Sendeleistung.

Kalibrierung

  • Vor der Benutzung kalibrieren
  • Zustand offen: unendlicher Widerstand
  • Zustand Kurzschluss: Widerstand nahe Null
  • Zustand angepasst: z.B. mit 50 Ω Widerstand sollte ein SWR von 1 angezeigt werden
EI205: Welche Maßnahme ist vor Gebrauch eines vektoriellen Netzwerkanalysators (VNA) zusammen mit dem Messaufbau durchzuführen?

A: Kalibrierung

B: Einstellen der Triggerschwelle

C: Rauschunterdrückung aktivieren

D: Nullpunktabgleich

EI206: Sie ermitteln die Resonanzfrequenz und die Impedanz ihrer selbstgebauten Antennen mit Hilfe eines vektoriellen Netzwerkanalysators (VNA). Wie könnten Sie die Funktion des Gerätes vorher prüfen?

A: Durch Prüfen der Anzeigewerte in den Betriebszuständen Leerlauf und Anpassung. Der Messanschluss des Gerätes darf keinesfalls kurzgeschlossen werden.

B: Durch Beschalten des Messeingangs am VNA mit einem Blindwiderstand. Der Anzeigewert des SWR muss bei allen Frequenzen nahe bei 1 sein.

C: Durch Beschalten des Messeingangs am VNA mit einem Abschlusswiderstand. Das angezeigte SWR sollte im gesamten Frequenzbereich größer als 2 sein.

D: Durch Prüfen der Anzeigewerte in den Betriebszuständen Kurzschluss, Leerlauf und Anpassung. Das SWR sollte bei Anpassung nahe bei 1, bei Kurzschluss und Leerlauf unendlich sein.

Vektorieller Netzwerkanalysator (VNA) II

Funktionsweise eines vektoriellen Netzwerkanalysators

  • Erzeugt ein frequenzveränderliches Signal
  • Signal wird ausgegeben (z. B. an Antenne oder Schwingkreis)
  • Misst, wie das Signal verändert wird (z. B. durch Reflexion)
  • Erfasst sowohl Amplitude als auch Phase
  • Ermöglicht Bestimmung von Wirk- und Blindanteil sowie Stehwellenverhältnis
AI201: Wie funktioniert ein vektorieller Netzwerkanalysator (VNA)? Ein HF-Generator erzeugt ein ...

A: frequenzstabiles HF-Signal, mit dem z. B. ein Filter oder eine Antenne beaufschlagt wird. Die durch das angeschlossene Messobjekt erzeugten Strom- und Spannungsbäuche werden als Verläufe von z. B. Impedanz und Phasenwinkel, Wirk- und Blindanteil oder dem Stehwellenverhältnis grafisch dargestellt.

B: frequenzveränderliches HF-Signal, mit dem z. B. ein Filter oder eine Antenne beaufschlagt wird. Aus den durch das Messobjekt entstehenden Spannungseinbrüchen wird der Scheinwiderstand des Messobjektes ermittelt.

C: frequenzstabiles HF-Signal, mit dem z. B. ein Filter oder eine Antenne beaufschlagt wird. Aus der durch das Messobjekt entstehenden Fehlanpassung werden Dämpfungsverlauf oder Antennengewinn ermittelt.

D: frequenzveränderliches HF-Signal, mit dem z. B. ein Filter oder eine Antenne beaufschlagt wird. Die durch das angeschlossene Messobjekt veränderten Amplituden und Phasen des HF-Signals werden als Verläufe von z. B. Impedanz und Phasenwinkel, Wirk- und Blindanteil oder dem Stehwellenverhältnis grafisch dargestellt.

AI202: Welches dieser Messgeräte ist für die Ermittlung der Resonanzfrequenz eines Traps, der für einen Dipol genutzt werden soll, am besten geeignet?

A: Ein vektorieller Netzwerk Analysator

B: Eine SWR-Messbrücke

C: Ein Resonanzwellenmesser

D: Ein Frequenzmessgerät

AI203: Die Resonanzfrequenz eines abgestimmten HF-Kreises kann mit einem ...

A: Ohmmeter überprüft werden.

B: digitalen Frequenzmessgerät überprüft werden.

C: Gleichspannungsmessgerät überprüft werden.

D: vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) überprüft werden.

Anzeigeform des VNAs – Impedanzaufteilung

  • Aufteilung in Wirk- ($R$) und Blindanteil ($X$)
  • Wirkwiderstand oft in $\Omega$, Blindwiderstand gelegentlich als $j\Omega$
  • Geräte zeigen Impedanzwerte uneinheitlich an
  • Das $j$ symbolisiert in der Elektrotechnik die imaginäre Einheit ($i$)
  • Positive Blindwerte deuten auf induktives, negative auf kapazitives Verhalten hin
AI204: Sie haben einen vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) an den Speisepunkt ihrer Kurzwellenantenne angeschlossen. Das Gerät zeigt R = 54 Ω und jX = -12 Ω an. Was bedeutet das Messergebnis?

A: Der ohmsche Anteil der Antennenimpedanz beträgt 54 Ω, der Blindanteil beträgt 12 Ω und ist induktiv.

B: Die Antenne ist wegen ihres großen Blindwiderstandes nur zum Empfang, nicht jedoch zum Senden geeignet.

C: Der ohmsche Widerstand der Antennenimpedanz beträgt 54 Ω, der Blindanteil beträgt 12 Ω und ist kapazitiv.

D: Die Impedanz der Antenne beträgt 66 Ω. Es entsteht eine große induktive Fehlanpassung.

AI205: Sie haben einen vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA), der auf den VHF-Bereich eingestellt ist, an den Speisepunkt ihrer VHF-Antenne angeschlossen. Das Gerät zeigt R = 50 Ω und jX = 0 Ω an. Was erkennen Sie aus diesen Werten?

A: Die Antenne ist wegen des fehlenden Blindwiderstandanteils nur zum Empfang, nicht jedoch zum Senden geeignet.

B: Die Antenne ist für den Betrieb an einem Sender mit 50 Ω Ausgangsimpedanz schlecht angepasst, da der erforderliche Blindanteil (jX) von 50 Ω fehlt.

C: Die Antenne ist für den Betrieb an einen VHF-Sender mit 50 Ω Ausgangsimpedanz gut angepasst.

D: Der fehlende Blindanteil (jX) deutet darauf hin, dass die Antenne defekt ist.

AI206: Sie haben einen vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) an den Speisepunkt Ihrer Kurzwellenantenne angeschlossen. Das Gerät zeigt R = 54 Ω und jX = +12 Ω an. Was bedeutet das Messergebnis?

A: Der ohmsche Widerstand der Antennenimpedanz beträgt 54 Ω, der Blindanteil beträgt 12 Ω und ist kapazitiv.

B: Die Impedanz der Antenne beträgt 66 Ω. Es entsteht eine große induktive Fehlanpassung.

C: Die Antenne ist wegen ihres großen Blindwiderstandes nur zum Empfang, nicht jedoch zum Senden geeignet.

D: Der ohmsche Anteil der Antennenimpedanz beträgt 54 Ω, der Blindanteil beträgt 12 Ω und ist induktiv.

Grafische Darstellung des SWR-Verlaufs

Abbildung 386: SWR-Verlauf im Display eines VNAs

  • VNAs stellen den SWR-Verlauf über die Frequenz grafisch dar
  • Eine zu tiefe Resonanzfrequenz weist auf eine zu lange Antenne hin (Kürzen erforderlich)
  • Eine zu hohe Resonanzfrequenz deutet darauf hin, dass die Antenne verlängert werden muss
AI207: Sie haben einen vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) an einen selbstgebauten Halbwellendipol angeschlossen und messen den dargestellten Resonanzverlauf. Was müssen Sie tun, um diese Antenne auf das 80 m-Band abzustimmen?

A: Sie verlängern beide Enden gleichmäßig.

B: Sie verkürzen beide Enden gleichmäßig.

C: Sie fügen in beide Strahlerhälften jeweils eine Induktivität ein.

D: Sie fügen in beide Strahlerhälften jeweils einen 50 Ω Widerstand ein

AI208: Sie haben einen vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) an einen selbstgebauten Halbwellendipol angeschlossen und messen den dargestellten Resonanzverlauf. Was müssen Sie tun, um diese Antenne auf das 80 m-Band abzustimmen?

A: Sie verlängern beide Drahtenden gleichmäßig.

B: Sie fügen in beide Strahlerhälften jeweils eine Kapazität ein.

C: Sie verkürzen beide Drahtenden gleichmäßig.

D: Sie fügen eine Mantelwellensperre ein.

Phasenverschiebung in Übertragungsleitungen

Ausbreitung und Phasenverschiebung elektromagnetischer Wellen

  • Elektromagnetische Wellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus
  • Im Freiraum entspricht dies der Vakuumlichtgeschwindigkeit; im Leiter muss der Verkürzungsfaktor berücksichtigt werden
  • Zeitverzögerung in Leitern führt zu einer messbaren Phasenverschiebung (0° bis 360°)
  • 360° entspricht einer kompletten Schwingungsperiode, d.h. 360° = 0°
  • Bei der elektrischen Länge eines Koaxialkabels ist der Verkürzungsfaktor bereits einberechnet
  • Eine Wellenlänge ($\lambda$) entspricht 360°; z. B. entspricht $\lambda/2$ genau $\frac{360\degree}{2} = 180\degree$
AG407: Welche Phasenverschiebung erhält ein HF-Signal von a nach b, wenn die elektrische Länge der abgebildeten Koaxialleitung $\lambda$/4 beträgt?

A: 180°

B: 90°

C: $\dfrac{π}{4}$

D: Null

AG408: Welche Phasenverschiebung erhält ein HF-Signal von a nach b, wenn die elektrische Länge der abgebildeten Koaxialleitung gleich der Wellenlänge ist?

A: 90°

B: $\dfrac{π^2}{4}$

C: 0°

D: 180°

Impedanztransformation

Impedanztransformation im Speisekabel

  • Wellenwiderstand ungleich Lastwiderstand führt neben Stehwellen zu Impedanztransformation
  • Signalquelle „sieht“ an den Kabelenden unterschiedliche Widerstände
  • $\lambda/4$-Leitungen transformieren kleine in große und große in kleine Wirkwiderstände
  • $\lambda/2$-Leitungen bewirken keine Impedanztransformation
AG412: Eine Halbwellen-Übertragungsleitung ist an einem Ende mit 50 Ω abgeschlossen. Wie groß ist die Eingangsimpedanz am anderen Ende dieser Leitung?

A: 200 Ω

B: 100 Ω

C: 25 Ω

D: 50 Ω

AG416: Ein Halbwellendipol hat bei seiner Resonanzfrequenz am Einspeisepunkt eine Impedanz von 70 Ω. Er wird über ein $\lambda$/2-langes 300 Ω-Flachbandkabel gespeist. Wie groß ist die Impedanz am Eingang der Speiseleitung?

A: 70 Ω.

B: 185 Ω.

C: 300 Ω.

D: 370 Ω.

Speisung bei Halb- und Ganzwellendipolen

Abbildung 387: Halbwellendipol mit Impedanztransformation über Speiseleitung
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?

A: $Z_1$ ist niederohmig und $Z_2$ hochohmig.

B: $Z_1$ ist hochohmig und $Z_2$ niederohmig.

C: $Z_1$ und $Z_2$ sind hochohmig.

D: $Z_1$ und $Z_2$ sind niederohmig.

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?

A: $Z_1$ und $Z_2$ sind hochohmig.

B: $Z_1$ ist hochohmig und $Z_2$ niederohmig.

C: $Z_1$ ist niederohmig und $Z_2$ hochohmig.

D: $Z_1$ und $Z_2$ sind niederohmig.

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?

A: $Z_1$ ist niederohmig und $Z_2$ hochohmig.

B: $Z_1$ und $Z_2$ sind niederohmig.

C: $Z_1$ ist hochohmig und $Z_2$ niederohmig.

D: $Z_1$ und $Z_2$ sind hochohmig.

Berechnung des Wellenwiderstands

  • Für eine gezielte Impedanztransformation gilt: $Z = \sqrt{Z_\mathrm{E} \cdot Z_\mathrm{A}}$
  • Der Wellenwiderstand ergibt sich als geometrisches Mittel aus Speise- und Lastwiderstand
AG417: Ein Dipol mit einem Fußpunktwiderstand von 60 Ω soll über eine $\lambda$/4-Transformationsleitung mit einem 240 Ω-Flachbandkabel gespeist werden. Welchen Wellenwiderstand muss die Transformationsleitung haben?

A: 300 Ω

B: 120 Ω

C: 232 Ω

D: 150 Ω

Lösungsweg

  • gegeben: $Z_A = 60Ω$
  • gegeben: $Z_E = 240Ω$
  • gesucht: $Z$

$\begin{aligned}Z &= \sqrt{Z_E \cdot Z_A}\\ &= \sqrt{240Ω \cdot 60Ω}\\ &= 120Ω\end{aligned}$

AG418: Ein Faltdipol mit einem Fußpunktwiderstand von 240 Ω soll mit einer Hühnerleiter gespeist werden, deren Wellenwiderstand 600 Ω beträgt. Zur Anpassung soll ein $\lambda$/4 langes Stück Hühnerleiter mit einem anderen Wellenwiderstand verwendet werden. Welchen Wellenwiderstand muss die Transformationsleitung haben?

A: 420 Ω

B: 240 Ω

C: 840 Ω

D: 380 Ω

Lösungsweg

  • gegeben: $Z_A = 240Ω$
  • gegeben: $Z_E = 600Ω$
  • gesucht: $Z$

$\begin{aligned}Z &= \sqrt{Z_E \cdot Z_A}\\ &= \sqrt{600Ω \cdot 240Ω}\\ &= 380Ω\end{aligned}$

Impedanzanpassung mit Pi-Filtern

Abbildung 388: Pi-Filter zur Impedanztransformation
AG406: Worum handelt es sich bei dieser Schaltung? Es handelt sich um ...

A: ein Pi-Filter zur Impedanztransformation und Verbesserung der Unterdrückung von Oberwellen.

B: einen abstimmbaren Sperrkreis zur Entkopplung der Antenne vom Sender.

C: einen Saugkreis, der die zweite Harmonische unterdrückt und so den Wirkungsgrad der Verstärkerstufe erhöht.

D: einen regelbaren Bandpass mit veränderbarer Bandbreite zur Kompensation der Auskoppelverluste.

Lecherleitung

Lecherleitung: Resonanzverhalten

  • Lecherleitung: am Ende offene Zweidrahtleitung
  • Bei $\lambda/4$-Betrieb wird das offene Ende ($\infty\,\Omega$) in einen Kurzschluss ($0\,\Omega$) transformiert
  • Im Resonanzfall wird die Leitung leitend, obwohl die Drähte nicht verbunden sind
  • Umgekehrt gilt: Eine kurzgeschlossene Leitung wird im Resonanzfall hochohmig
AG320: Eine Lecherleitung besteht aus zwei parallelen Leitern. Wovon ist ihre Resonanzfrequenz wesentlich abhängig? Sie ist abhängig ...

A: vom verwendeten Balun.

B: von der Leitungslänge.

C: vom SWR auf der Leitung.

D: vom Wellenwiderstand der beiden parallelen Leiter.

AG411: Eine Viertelwellen-Übertragungsleitung ist an einem Ende offen. Die Impedanz am anderen Ende ...

A: ist gleich dem Wellenwiderstand.

B: beträgt nahezu null Ohm.

C: ist nahezu unendlich hochohmig.

D: beträgt das Dreifache des Wellenwiderstandes.

Koaxialkabel: Ähnlicher Effekt

Abbildung 389: Koaxialkabel zur Impedanztransformation
AG410: Wie groß ist die Impedanz am Punkt X, wenn die elektrische Länge der abgebildeten Koaxialleitung $\lambda$/4 beträgt?

A: Annähernd 0 Ω

B: Sehr hochohmig

C: Ungefähr 100 Ω

D: 50 Ω

AG409: Wie groß ist die Impedanz am Punkt a, wenn die elektrische Länge der abgebildeten Koaxialleitung $\lambda$/4 beträgt?

A: Sehr hochohmig

B: Annähernd 0 Ω

C: 50 Ω

D: Ungefähr 100 Ω

Mantelwellen I

  • Ziel beim Aufbau einer Funkanlage: Nur die Antenne soll Signale abstrahlen bzw. aufnehmen
  • Dazu eignen sich geschirmte Leitungen, z.B. Koaxialkabel
  • Im Idealfall strahlen sie selbst nicht oder nehmen keine Strahlung auf
  • Unsymmetrisches Koaxialkabel wird an symmetrischen Dipol angeschlossen
  • Auf der Außenseite des Koaxialkabels können hochfrequente Ströme fließen
  • Dadurch strahlt das Kabel selbst → Mantelwellen
  • Mantelströme fehlen, was zur Verformung der Richtcharakteristik führt
EG405: Mantelwellen auf dem Koaxialkabel zur Antenne ...

A: werden durch Fehlanpassung und Überlastung des Transceivers verursacht.

B: können zu Störungen anderer Geräte und Störungen des eigenen Empfangs führen.

C: sind für die Funktionsweise jeder koaxial-gespeisten Antenne notwendig.

D: werden für die Messung des Stromes beim SWR verwendet.

EG406: Welche Effekte treten auf, wenn ein Halbwellendipol mit einem Koaxkabel gleicher Impedanz mittig gespeist wird?

A: Am Speisepunkt der Antenne treten gegenphasige Spannungen und Ströme gleicher Größe auf, die eine Fehlanpassung hervorrufen.

B: Es treten Polarisationsdrehungen auf, die von der Kabellänge abhängig sind.

C: Die Richtcharakteristik der Antenne wird verformt und es treten Mantelwellen auf.

D: Es treten keine nennenswerten Effekte auf, da die Antenne angepasst ist und die Speisung über ein Koaxkabel erfolgt, dessen Außenleiter Erdpotential hat.

EG404: Die Darstellung zeigt die bei Ankopplung eines Koaxialkabels an eine Antenne auftretenden Ströme. Wie wird der mit $I_3$ bezeichnete Strom genannt?

A: Phantomstrom

B: Mantelstrom

C: Rückwärtsstrom

D: Potentialstrom

Mantelwellen verhindern

  • Durch ein Symmetrierglied, einen Balun (balanced-unbalanced)
  • Oder zur Dämpfung Koaxialkabel auf einen Ferritkern wickeln
EG407: Wozu wird ein Symmetrierglied (Balun) beispielsweise verwendet?

A: Zum Anschluss eines Koaxialkabels an eine Dipol-Antenne

B: Zur Nutzung einer Wechselspannungsversorgung am Gleichstromanschluss eines Transceivers

C: Zur Umschaltung zwischen horizontaler und vertikaler Polarisation einer Kreuz-Yagi-Uda

D: Zur Einstellung der Frequenzablage für Relaisbetrieb

EG408: Auf einem Ferritkern sind einige Windungen Koaxialkabel aufgewickelt. Mit diesem Aufbau ...

A: lassen sich Mantelwellen dämpfen.

B: lassen sich Oberwellen unterdrücken.

C: lässt sich die Trennschärfe verbessern.

D: lassen sich statische Aufladungen verhindern.

Mantelwellen II

Gegentaktsignal und Mantelwellen

  • Idealerweise fließen im Innen- und Außenleiter eines Koaxialkabels gleich große, entgegengesetzte Ströme
  • Deren Summe ist Null – reines Gegentaktsignal
  • Reines Gegentaktsignal verhindert das Auftreten von Mantelwellen

Gleichtaktsignal und Mantelstrom

  • Ist die Stromsumme ungleich Null, entsteht ein Gleichtaktsignal
  • Gleichtaktanteil fließt auf der Außenseite des Außenleiters als Mantelstrom
  • Mantelstrom erzeugt eine Mantelwelle um das Kabel
AG425: Wann liegen Mantelwellen auf einem Koaxialkabel vor? Wenn ...

A: Stehwellen vorhanden sind.

B: Gleichtaktanteile vorhanden sind.

C: der Schirm geerdet ist.

D: vor- und rücklaufende Leistung nicht identisch sind.

Stromkompensierte Drossel

  • Koaxialkabel, um einen Ferritkern gewickelt, unterdrückt Mantelwellen
  • Diese Bauform wird als stromkompensierte Drossel bezeichnet
AG426: Wie wirkt eine stromkompensierte Drossel (z. B. Koaxialkabel um einen Ferritkern gewickelt) Mantelwellen entgegen? Sie wirkt ...

A: hochohmig für Wechselströme des Innenleiters und niederohmig für Gleichströme des Außenleiters.

B: hochohmig für alle Ströme im Außenleiter und niederohmig für alle Ströme im Innenleiter.

C: hochohmig für Gleichtaktanteile und niederohmig für Gegentaktanteile.

D: hochohmig für Oberschwingungen und niederohmig für Grundschwingungen.

HF-Trenntrafo zur Mantelwellensperre

  • Alternative: HF-Trenntrafo, bei dem Primär- und Sekundärwicklung nicht verbunden sind
  • Strom, der in einen Pol hineinfließt, fließt nahezu gleich groß aus dem anderen – Gleichtaktanteil entfällt
AJ115: Zur Verhinderung von Rundfunk-Empfangsstörungen (z. B. UKW, DAB, DVB-T), die durch Mantelwellen hervorgerufen werden, ist anstelle einer Mantelwellendrossel alternativ ...

A: der Einbau einer seriellen Drosselspule in den Innenleiter der Empfangsantennenleitung möglich.

B: der Einbau eines Bandpassfilters nach dem Senderausgang möglich.

C: der Einbau eines HF-Trenntrafos in die Empfangsantennenleitung möglich.

D: der Einbau eines Tiefpassfilters nach dem Senderausgang möglich.

HF-Spannungen und Mantelwellen

  • Fehlen HF-Gleichtaktsignale: Außenleiter zeigt keine hochfrequente Spannung gegenüber Erde
  • Bei Gegentaktsignalen bildet sich das elektrische Feld ausschließlich zwischen Innen- und Außenleiter
  • Außenwirkung: Die Ströme heben sich auf – keine Mantelwellen
  • Mantelwellen hängen direkt mit HF-Spannungen am Außenleiter zusammen

Symmetrische Antennen und Außenleiterspannung

  • Bei symmetrischer Antenne weist jeder Dipolschenkel eine Spannung gegenüber Erde auf
  • Verbindung der Antennenschenkel mit den Leitern des Koaxialkabels führt zu einer HF-Spannung am Außenleiter

Einfluss der Erdung bei Antennen

  • Gut geerdete Antennen (z. B. Groundplane mit abgestimmten oder vergrabenen Radialen) haben nahezu 0 V am Speisepunkt
  • Schlecht geerdete Groundplane-Antennen können anfällig für Mantelwellen sein

Kontaktlose Einkopplung in den Koax-Schirm

  • Mantelwellen können durch kontaktlose Einkopplung entstehen
  • Führt man ein Speisekabel parallel zu einem Dipolschenkel, koppelt das Nahfeld der Antenne in den Koax-Schirm ein
AG427: Wodurch können Mantelwellen auf Koaxialkabeln verursacht werden?

A: Durch Oberwellen auf Speiseleitungen, deren Länge ein Vielfaches von $\lambda$/4 oder 5/8 $\lambda$ betragen

B: Durch symmetrische Antennen, schlechte Erdung asymmetrischer Antennen oder Einkopplung in den Koax-Schirm

C: Durch Stehwellen in Koaxialkabeln mit geflochtenem Mantel, deren Länge ein Vielfaches von $\lambda$/2 betragen

D: Durch Asymmetrie der Spannungsversorgung oder durch Dielektrika der Speiseleitung, die einen hohen Widerstand aufweisen

Spannungsbalun / Spartransformator

Abbildung 392: Aufbau eines Spannungbaluns
Abbildung 392: Aufbau eines Spannungbaluns
AG421: Für welche Antennenimpedanz ist der folgende Balun-Transformator aus zweimal acht Windungen ausgelegt?

A: 200 Ω

B: 50 Ω

C: 100 Ω

D: 400 Ω

AG422: Dargestellt ist ein HF-Übertrager (Balun). An den Anschlüssen a und b wird ein Faltdipol mit 200 Ω Impedanz angeschlossen. Welche Impedanz misst man zwischen den Anschlüssen a und m?

A: 50 Ω

B: 100 Ω

C: 200 Ω

D: 0 Ω

Einschränkungen der Mantelwellensperre

  • Spannungsbalun funktioniert nur, wenn die angeschlossene Antenne tatsächlich symmetrisch ist
  • Asymmetrische Belastung kann Mantelwellen begünstigen
  • Kontaktlose Einkopplung über die elektromagnetischen Nahfelder bleibt möglich
  • Eine zusätzliche Mantelwellensperre mit räumlichem Abstand kann unterstützend wirken
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?

A: Einfügen einer Gleichtaktdrossel oder bei symmetrischen Antennen auch eines Spannungs-Baluns

B: Auftrennen des Koax-Schirms vom Arm 2 der dargestellten Antenne (direkt an oder kurz vor der Antenne)

C: Herstellung einer direkten Verbindung zwischen dem Arm 1 der Antenne mit einer guten HF-Erde

D: Einfügen eines Oberwellenfilters oder bei unsymmetrischen Störeinflüssen auch eines Spannungs-Baluns

AG429: Wodurch können Mantelwellen im Falle einer koax-gespeisten symmetrischen Antenne auftreten, obwohl ein Spannungs-Balun verwendet wird?

A: Erhitzung des Ringkerns durch unzureichende Abschirmung (z. B. Kunststoffgehäuse) des Baluns sowie Stehwellen in der Zuleitung

B: Dämpfung der Abstrahlung durch als Oberwellenfilter wirkenden Balun (z. B. 1:1-Transformator) sowie Einkopplung in den Koax-Schirm

C: Ungleichmäßige Belastung der Antenne durch Störeinflüsse der Umgebung (z. B. Bäume oder Gebäude) sowie Einkopplung in den Koax-Schirm

D: Fehlanpassung durch Impedanztransformation des Baluns (z. B. 4:1-Spartransformator) sowie Stehwellen in der Zuleitung

Umwegleitung

Umwegleitung zur Unterdrückung von Mantelwellen

  • $\lambda/2$-Umwegleitung als weitere Möglichkeit zur Unterdrückung von Mantelwellen
AG420: Ein Dipol soll mit einem Koaxkabel gleicher Impedanz gespeist werden. Dabei erreicht man einen Symmetriereffekt zum Beispiel durch ...

A: die Einfügung von Sperrkreisen (Traps) in den Dipol.

B: Parallelschalten eines am freien Ende kurzgeschlossenen $\lambda$/2 langen Leitungsstücks (Stub) am Speisepunkt der Antenne.

C: Symmetrierglieder wie Umwegleitung oder Balun.

D: Parallelschalten eines am freien Ende offenen $\lambda$/4 langen Leitungsstücks (Stub) am Speisepunkt der Antenne.

Funktionsweise der $\lambda/2$-Umwegleitung

  • Symmetrische Antenne: Beide Anschlusspunkte benötigen HF-Spannung (betragsgleich, 180° phasenverschoben)
  • Mit der $\lambda/2$-Umwegleitung wird einer der Anschlusspunkte (z. B. beim Faltdipol) über eine 180°-Phasenverschiebung an den Innenleiter angeschlossen
  • Der Schirm des Koaxialkabels liegt auf Erdpotential – dadurch entstehen keine Mantelwellen
  • Impedanz beachten: Die Antenne muss das Vierfache der Impedanz des Koaxialkabels aufweisen, da jeder Anschlusspunkt nur den halben Widerstand zeigt
Abbildung 393: Umwegeleitung
AG423: Was zeigt diese Darstellung?

A: Sie zeigt einen $\lambda$/2-Faltdipol mit $\lambda$/2-Umwegleitung. Durch die Anordnung wird der Fußpunktwiderstand der symmetrischen Antenne von 240 Ω an ein unsymmetrisches 60 Ω-Antennenkabel angepasst.

B: Sie zeigt einen symmetrischen 60 Ω-Schleifendipol mit Koaxialkabel-Balun. Durch die Anordnung wird die symmetrische Antenne an ein unsymmetrisches 60 Ω-Antennenkabel angepasst.

C: Sie zeigt einen $\lambda$/2-Dipol mit symmetrierender $\lambda$/2-Umwegleitung. Durch die Anordnung wird der Fußpunktwiderstand der symmetrischen Antenne von 120 Ω an ein unsymmetrisches 60 Ω-Antennenkabel angepasst.

D: Sie zeigt einen symmetrischen 60 Ω-Schleifendipol mit einem koaxialen Leitungskreis, der als Sperrfilter zur Unterdrückung von unerwünschten Aussendungen eingesetzt ist.

AG424: Zur Anpassung von Antennen werden häufig Umwegleitungen verwendet. Wie arbeitet die folgende Schaltung?

A: Der $\lambda$/2-Faltdipol hat an jedem seiner Anschlüsse eine Impedanz von 120 Ω gegen Erde. Durch die $\lambda$/2-Umwegleitung erfolgt eine 1:1-Widerstandstransformation mit Phasendrehung um 180°. An der Seite der Antennenleitung erfolgt eine phasenrichtige Parallelschaltung von 2 mal 120 Ω gegen Erde, womit eine Ausgangsimpedanz von 60 Ω erreicht wird.

B: Der $\lambda$/2-Faltdipol hat eine Impedanz von 240 Ω. Durch die $\lambda$/2-Umwegleitung erfolgt eine Widerstandstransformation von 4:1 mit Phasendrehung um 360°, womit an der Seite der Antennenleitung eine Ausgangsimpedanz von 60 Ω erreicht wird.

C: Der $\lambda$/2-Dipol hat eine Impedanz von 60 Ω. Durch die $\lambda$/2-Umwegleitung erfolgt eine Widerstandstransformation von 1:2 mit Phasendrehung um 180°. An der Seite der Antennenleitung erfolgt eine phasenrichtige Parallelschaltung von 2 mal 120 Ω gegen Erde, womit eine Ausgangsimpedanz von 60 Ω erreicht wird.

D: Der $\lambda$/2-Dipol hat eine Impedanz von 240 Ω. Durch die $\lambda$/2-Umwegleitung erfolgt eine Widerstandstransformation von 4:1 mit Phasendrehung um 360°, womit an der Seite der Antennenleitung eine Ausgangsimpedanz von 60 Ω erreicht wird.

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