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.
- Pfeil runter und hoch: Nächste / Vorherige Folie
- Pfeil rechts und links: Nächster / Vorheriger Abschnitt
- Leertaste oder „n“: Der Reihe nach alle Elemente in Folien aufdecken oder zur nächsten Folie blättern
- Shift-Leertaste oder „p“: Der Reihe nach Elemente rückwärts zudecken oder zur vorherigen Folie blättern
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.
Durch Anklicken einer Folie wird diese präsentiert.
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.
Die Referentenansicht bietet folgende Elemente:
- Links sieht man die aktuelle Folie
- Rechts oben sieht man die nächste Folie
- Rechts in der Mitte Hilfsmittel zur Zeiteinteilung
- Rechts unten, die „Notizen für den Vortragenden“
- Unten die Pfeile zur Navigation
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:
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.
Antennen
- Gibt elektrische Schwingungen als Funkwellen ab
- Funkwellen breiten sich in der Ferne aus
- Nimmt beim Empfang Funkwellen auf
- Leitet sie als elektrische Schwingungen über das Antennenkabel zum Funkgerät
A: Erde
B: Diode
C: Transistor
D: Antenne
Dipol-Antenne
- In der Praxis wird häufig der Halbwellendipol verwendet
- Ist eine halbe Wellenlänge lang
Beispiel:
- Wellenlänge von
10 m - halbe Wellenlänge
5 m - Jedes Teilstück des Dipols
2,5 m
A: Endgespeiste Antenne
B: Yagi-Uda-Antenne
C: Groundplane-Antenne
D: Dipol-Antenne
Anpassung
Dipol-Antenne auf die gewünschte Frequenz bringen durch gleichmäßiges Kürzen oder Verlängern
- Zu hohe Resonanzfrequenz: Beide Seiten gleichmäßig verlängern
- Zu niedrige Resonanzfrequenz: Beide Seiten gleichmäßig verkürzen
A: Beide Enden gleichmäßig kürzen
B: Sendeleistung verringern
C: Sendeleistung erhöhen
D: Beide Enden gleichmäßig verlängern
A: Sendeleistung erhöhen
B: Beide Enden gleichmäßig kürzen
C: Sendeleistung verringern
D: Beide Enden gleichmäßig verlängern
Yagi-Uda-Antenne
- Vor und hinter dem Dipol werden leitende Stäbe geschickt angeordnet
- Bündelt Funkwellen in eine bestimmte Richtung
A: Dipol-Antenne
B: Yagi-Uda-Antenne
C: Endgespeiste Antenne
D: Groundplane-Antenne
Rundstrahlantennen
Ein Dipolschenkel wird durch eine Erdung (Ground) oder große Metallfläche (Fahrzeug) ersetzt
Erdung kann durch Radials ersetzt werden, die eine Groundplane bilden
A: Yagi-Uda-Antenne
B: Groundplane-Antenne
C: Dipol-Antenne
D: Endgespeiste Antenne
A: Direktoren.
B: Radials.
C: Erdelemente.
D: Reflektoren.
A: eine 5/8-$\lambda$-Antenne mit abgestimmten Radials.
B: eine horizontale $\lambda$/2-Langdrahtantenne.
C: eine gegen Erde erregte $\lambda$/4-Vertikalantenne.
D: eine vertikale Halbwellenantenne.
A: Erde
B: Diode
C: Batterie
D: Antenne
A: Yagi-Uda-Antenne
B: Ferritantenne
C: Rundstrahlantenne
D: Langdrahtantenne
A: Eine in einer Richtung fest montierte horizontale Richtantenne.
B: Eine Magnetfußantenne auf dem Dachboden.
C: Eine Ferritantenne auf der Fensterbank.
D: Ein Rundstrahler auf dem Hausdach.
Endgespeiste Antennen (End-Fed)
- Statt in der Mitte das Antennenkabel an einem Ende des Dipols anschließen
- Häufige Bauform: Endgespeister Halbwellendipol
- Ist der Draht einer endgespeisten Antenne länger als die Wellenlänge: Langdraht-Antenne
A: Groundplane-Antenne
B: Dipol-Antenne
C: Endgespeiste Antenne
D: Yagi-Uda-Antenne
A: Yagi-Uda-Antenne
B: Groundplane-Antenne
C: Langdraht-Antenne
D: Quad-Antenne
Polarisation
- Polarisation kann vertikal oder horizontal sein
- Lässt sich bei den meisten Antennen leicht erkennen
- Auf VHF und höher sollten alle die gleiche Polarisation verwenden
- Zirkular polarisiert
- Drehende Funkwellen mit besonderer Antennenbauform
- Unterscheidung in „linkszirkular“ und „rechtszirkular“ polarisiert
A: Man unterscheidet parallele, koaxiale und drahtlose Polarisation. Die Polarisation der Antennenkabel muss auf die Antennen abgestimmt sein, um Verluste zu minimieren.
B: Man unterscheidet kohärente, inkohärente und korrelierte Polarisation. Die Polarisation der Funkwellen sollte regelmäßig geändert werden, um die Störfestigkeit zu erhöhen.
C: Man unterscheidet horizontale, vertikale sowie links- und rechtszirkulare Polarisation. Die Polarisation von Sende- und Empfangsantenne sollten angeglichen sein, um eine verlustarme Übertragung zu gewährleisten.
D: Man unterscheidet transversale, longitudinale und orthogonale Polarisation. Die Polarisation des Funkgeräts muss an das Stromnetz angepasst sein, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
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
A: wird nach der Ausrichtung der elektrischen Feldkomponente in der Hauptstrahlrichtung in Bezug zur Erdoberfläche angegeben.
B: entspricht der Richtung der elektrischen Feldkomponente des empfangenen oder ausgesendeten Feldes in Bezug auf die Nordrichtung (Azimut).
C: entspricht der Richtung der magnetischen Feldkomponente des empfangenen oder ausgesendeten Feldes in Bezug auf die Nordrichtung (Azimut).
D: wird nach der Ausrichtung der magnetischen 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
A: des magnetischen Nordpols (relativ zur Antenne) bestimmt.
B: der Ausbreitung (S-Vektor/Poynting-Vektor) bestimmt.
C: des unmittelbaren Nahfeldes ($\lambda/4$-Bereich) bestimmt.
D: des elektrischen Feldes (Vektor des E-Feldes) bestimmt.
A: Linkszirkulare Polarisation
B: Rechtszirkulare Polarisation
C: Horizontale Polarisation
D: Vertikale Polarisation
A: horizontal.
B: vertikal.
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
A: Horizontale Polarisation
B: Rechtszirkulare Polarisation
C: Linkszirkulare Polarisation
D: Vertikale Polarisation
A: horizontal.
B: rechtsdrehend.
C: linksdrehend.
D: vertikal.
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
A: Vertikale Polarisation
B: Zirkulare Polarisation
C: Diagonale Polarisation
D: Horizontale Polarisation
Polarisation III
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
A: Es wird meistens mit horizontaler oder zirkularer Polarisation gesendet.
B: Es wird meistens mit horizontaler oder vertikaler Polarisation gesendet.
C: Es wird meistens mit vertikaler oder zirkularer Polarisation gesendet.
D: Es wird nur mit horizontaler 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
A: Faltdipol
B: mittengespeister $\lambda$/2-Dipol
C: Lang-Yagi-Uda
D: Groundplane
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
A: W3DZZ-Antenne
B: Delta-Loop-Antenne
C: 3-Element-Beam
D: 3-Element-Quad-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
A: Eine Cubical-Quad-Antenne
B: Eine Ferritstabantenne
C: Eine magnetische Ringantenne mit einem Umfang von etwa $\lambda$/10
D: Ein Faltdipol
Endgespeiste Antennen
- Speisung vom Ende her
- Länge häufig $\frac{\lambda}{2}$
- Benötigt eine höhere Spannung
Fuchs-Antenne
- Verwendung eines Anpassglieds (Transformator)
- Oft verwendet: Fuchskreis
A: Dipol-Antenne
B: Fuchs-Antenne
C: Windom-Antenne
D: Groundplane-Antenne
A: Einseitig geerdeter Winkeldipol mit Oberwellenfilter
B: Endgespeiste Antenne mit Collins-Filter zur Anpassung
C: Endgespeiste Antenne mit einfachem Anpassglied
D: Einband-Drahtantenne mit Preselektor
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
A: Kugelstrahler
B: Halbwellendipol
C: Yagi-Uda-Antenne
D: Groundplane
Vertikaler Halbwellendipol
- Ein vertikal montierter Halbwellendipol hat eine flache Abstrahlung
- Beliebt im DX-Betrieb oder Kontakten über Direkt- oder Bodenwelle
A: einen hohen Abstrahlwinkel.
B: elliptische Polarisation.
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
A: verträgt mehr Leistung.
B: ist leichter zu montieren.
C: hat mehr Gewinn.
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
A: Kugelstrahler
B: Dipol
C: Groundplane
D: Yagi-Uda
Richtantenne
- Gewinn ist in eine Richtung deutlich höher als in andere Richtungen
A: eine Richtantenne.
B: eine Marconi-Antenne.
C: einen Halbwellendipol.
D: einen Viertelwellenstrahler.
Antennen für UHF/VHF/SHF
- Nur für hohe Frequenzen geeignet
- Im Kurzwellenbereich unüblich, da sie unhandliche Größen erreichen würden
- Hornstrahler
- Parabolantennen
- Patchantennen auf Leiterplatten
- Sperrtopfantenne
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
A: Langdraht-Antenne, Groundplane-Antenne, Parabolantenne, Windom-Antenne, Delta-Loop-Antenne
B: Langdraht-Antenne, Yagi-Uda-Antenne, Dipol-Antenne, Windom-Antenne, Delta-Loop-Antenne
C: Groundplane-Antenne, Dipol-Antenne, Windom-Antenne, Delta-Loop-Antenne, Patchantenne
D: Schlitzantenne, Groundplane-Antenne, Hornstrahler, Dipol-Antenne, Windom-Antenne
A: Dipol, Delta-Loop, W3DZZ-Antenne
B: Kreuz-Yagi-Uda, Groundplane-Antenne, Dipol
C: Dipol, Sperrtopfantenne, W3DZZ-Antenne
D: Dipol, Delta-Loop, Parabolspiegel
Antennenformen III
Endspeisung des Halbwellendipols
- Eine Halbwellenantenne kann auch an einem Ende gespeist werden
- Bei einer Drahtlänge von λ/2 (oder Vielfachen) ist der Speisewiderstand hochohmig (ca. 2000–2500 Ω)
- Als Anpassungsmöglichkeit dient der Fuchskreis
A: gleich 5/8 $\lambda$ der benutzten Frequenz sein oder einem Vielfachen davon entsprechen.
B: genau 1/4 $\lambda$ der benutzten Frequenzen sein.
C: genau 3/8 $\lambda$ der benutzten Frequenzen sein.
D: gleich 1/2 $\lambda$ 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
A: W3DZZ
B: endgespeiste, magnetische Multibandantenne
C: Windomantenne
D: endgespeiste Multibandantenne
Gegengewicht bei der Impedanzanpassung
- Als Gegengewicht wird oft ein kurzes Drahtende (mindestens 1/20 λ) oder ein Teil der koaxialen Zuleitung verwendet
- Eine Mantelwellensperre verhindert, dass das weitere Kabel zum Antennenteil wird
A: mit magnetischem Balun aufgebaute Multibandantenne
B: endgespeiste Multibandantenne mit einem Trap
C: endgespeiste, resonante Multibandantenne
D: elektrisch verkürzte Windomantenne
Zeppelinantenne als Alternative
- Anstelle eines Fuchskreises oder Transformators kann auch eine Zweidrahtleitung mit einer Länge von λ/4 verwendet werden
- Diese Bauweise wird als Zeppelinantenne bezeichnet
A: Fuchs-Antenne
B: Marconi-Antenne
C: Zeppelin-Antenne
D: Windom-Antenne
Impedanzanpassung bei Ganzwellen-Schleifen
- Eine Delta-Loop-Antenne hat bei gleichlangen Schenkeln eine Speiseimpedanz von ca. 100 Ω
- Durch den Einsatz einer λ/4-Leitung mit einem Wellenwiderstand von 75 Ω wird eine Anpassung auf ca. 50 Ω erreicht
- Optimal ist der Wellenwiderstand als geometrisches Mittel $(\sqrt{50\Omega \cdot 100\Omega} \approx 70,7\Omega)$
A: Koaxial-Stub-Antenne
B: Delta-Loop (Ganzwellenschleife)
C: Dreieck-Antenne
D: koaxial gespeiste Dreilinien-Antenne
Quadrat-Ganzwellenschleifenantenne
- Wird die Ganzwellenschleife als Quadrat ausgeführt, so muss die Länge jeder Seite exakt 1/4 λ betragen
A: dreiviertel der Wellenlänge.
B: ein Viertel der Wellenlänge.
C: die Hälfte der Wellenlänge.
D: eine ganze Wellenlänge.
Multibandantennen (Teil 1)
- Multibandantennen ermöglichen den Betrieb auf vielen Frequenzbändern
- Beispiele: G5RV-Antenne (zwei gleichlange Schenkel + Zweidrahtleitung) und asymmetrisch angeregte Windomantenne
A: Windom-Antenne
B: Zeppelin-Antenne
C: Fuchs-Antenne
D: G5RV-Antenne
Multibandantennen (Teil 2)
- Durch geschickte Abmessungen werden zahlreiche Resonanzen realisiert, wodurch viele Amateurfunkbänder genutzt werden können
A: Windom-Antenne
B: Marconi-Antenne
C: Zeppelin-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
A: 3/4$ \lambda$
B: 5/8$ \lambda$
C: $\lambda$/4
D: $\lambda$/2
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
A: muss genau $\lambda/4$ lang sein.
B: muss eine Länge von $3/4 \lambda$ haben.
C: muss unbedingt $\lambda/2$ lang sein.
D: kann grundsätzlich eine beliebige Länge haben.
A:
B:
C:
D:
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
A: zwei Wellenlängen.
B: einer Halbwellenlänge.
C: vier Wellenlängen.
D: einer Wellenlänge.
Verkürzungsfaktor I
Wellenausbreitung in Luft und Vakuum:
$\lambda = \dfrac{c}{f}$
- Leitungen und Antennendrähte benötigen einen Korrekturfaktor
- Den Verkürzungsfaktor $k_\mathrm{v}$
- In etwa
95 % zur Vakuumausbreitung - $\lambda_\mathrm{Leitung} = k_\mathrm{v} \cdot \dfrac{c}{f}$
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
A: 66 %
B: 75 %
C: 100 %
D: 95 %
Verkürzungsfaktor II
Antennenlänge und Verkürzungsfaktor
- Antennenlänge hängt vom Verkürzungsfaktor ab
- Halbwellendipol: Hälfte der Wellenlänge $\times$ Verkürzungsfaktor
- Viertelwellenstrahler: Viertel der Wellenlänge $\times$ Verkürzungsfaktor
- Typischer Wert: $0,95$
A: Je
B: Je
C: Je
D: Je
Lösungsweg
- gegeben: $f = 14,2MHz$
- gegeben: $k_v = 0,95$
- gegeben: $\frac{\lambda}{2}$-Dipol
- gesucht: $l_G$
$\begin{aligned}l_E &= \frac{1}{2} \cdot \frac{\lambda}{2}\\ &= \frac{1}{4} \cdot \frac{c}{f}\\ &= \frac{1}{4} \cdot \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{14,2MHz}\\ &= \frac{1}{4} \cdot 21,13m\\ &= 5,28m\end{aligned}$
$\begin{aligned}k_v &= \frac{l_G}{l_E}\\ \Rightarrow l_G &= k_v \cdot l_E\\ &= 0,95 \cdot 5,28m\\ &= 5,02m\end{aligned}$
A: Je
B: Je
C: Je
D: Je
Lösungsweg
- gegeben: $f = 7,1MHz$
- gegeben: $k_v = 0,95$
- gegeben: $\frac{\lambda}{2}$-Dipol
- gesucht: $l_G$
$\begin{aligned}l_E &= \frac{1}{2} \cdot \frac{\lambda}{2}\\ &= \frac{1}{4} \cdot \frac{c}{f}\\ &= \frac{1}{4} \cdot \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{7,1MHz}\\ &= \frac{1}{4} \cdot 42,25m\\ &= 10,56m\end{aligned}$
$\begin{aligned}k_v &= \frac{l_G}{l_E}\\ \Rightarrow l_G &= k_v \cdot l_E\\ &= 0,95 \cdot 10,56m\\ &= 10,04m\end{aligned}$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $l_G = 20m$
- gegeben: $k_v = 0,95$
- gegeben: Dipol
- gesucht: $f$
$\begin{aligned}k_v &= \frac{l_G}{l_E}\\ \Rightarrow l_E &= \frac{l_G}{k_v}\\ &= \frac{20m}{0,95}\\ &= 21,05m\end{aligned}$
$\begin{aligned}l_E &= \frac{\lambda}{2}\\ &= \frac{1}{2} \cdot \frac{c}{f}\\ \Rightarrow f &= \frac{1}{2} \cdot \frac{c}{l_E}\\ &= \frac{1}{2} \cdot \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{21,05m}\\&= 7,125MHz\end{aligned}$
A: Strahlerelement:
B: Strahlerelement:
C: Strahlerelement:
D: Strahlerelement:
Lösungsweg
- gegeben: $f = 7,1MHz$
- gegeben: $k_v = 0,95$
- gegeben: $\frac{\lambda}{4}$-Groundplane
- gesucht: $l_G$
$\begin{aligned}l_E &= \frac{\lambda}{4}\\ &= \frac{1}{4} \cdot \frac{c}{f}\\ &= \frac{1}{4} \cdot \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{7,1MHz}\\ &= \frac{1}{4} \cdot 42,25m\\ &= 10,56m\end{aligned}$
$\begin{aligned}k_v &= \frac{l_G}{l_E}\\ \Rightarrow l_G &= k_v \cdot l_E\\ &= 0,95 \cdot 10,56m\\ &= 10,04m\end{aligned}$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $f = 14,2MHz$
- gegeben: $k_v = 0,97$
- gegeben: $\frac{5}{8}\lambda$-Vertikalantenne
- gesucht: $l_G$
$\begin{aligned}l_E &= \frac{5}{8}\lambda\\ &= \frac{5}{8} \cdot \frac{c}{f}\\ &= \frac{5}{8} \cdot \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{14,2MHz}\\ &= \frac{5}{8} \cdot 21,13\\ &= 13,20m\end{aligned}$
$\begin{aligned}k_v &= \frac{l_G}{l_E}\\ \Rightarrow l_G &= k_v \cdot l_E\\ &= 0,97 \cdot 13,20m\\ &= 12,80m\end{aligned}$
Ursache des Verkürzungsfaktors
- Leiter sind nicht unendlich dünn
- Zusätzliche Kapazität zwischen Leiter und Umgebung
- Beeinflusst die effektive elektrische Länge der Antenne
A: 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.
B: Weil sich durch die mechanische Verkürzung der Verlustwiderstand eines Antennenstabes verringert. Dadurch steigt der Wirkungsgrad.
C: Weil sich durch die mechanische Verkürzung die elektromagnetischen Wellen leichter von der Antenne ablösen. Dadurch steigt der Wirkungsgrad.
D: 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.
Verlängerungsfaktor bei Schleifenantennen
- Unterschied zum Verkürzungsfaktor
- Führt zu einer scheinbaren Verlängerung der Antenne
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $f = 7,1MHz$
- gegeben: $k_v = 1,02$
- gegeben: Delta-Loop
- gesucht: $l_G$
$\begin{aligned}l_E &= \lambda\\ &= \frac{c}{f}\\ &= \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{7,1MHz}\\ &= 42,23m\end{aligned}$
$\begin{aligned}k_v &= \frac{l_G}{l_E}\\ \Rightarrow l_G &= k_v \cdot l_E\\ &= 1,02 \cdot 42,23m\\ &= 43,10m\end{aligned}$
Verkürzungsfaktor bei Paralleldrahtleitungen
- Welle befindet sich zwischen den Leitern
- Skineffekt verhindert tiefes Eindringen ins Metall
- Verkürzungsfaktor annähernd $1$ (wie Freiraumausbreitung)
A: ungefähr 1.
B: 0,66.
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:
$v_\mathrm{k} = \dfrac{1}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}}$
A: 0,1.
B: 0,66.
C: 1,0.
D: 0,8.
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $f = 145MHz$
- gegeben: $k_v = 0,66$
- gesucht: $l_G$
$\begin{aligned}l_E &= \lambda\\ &= \frac{c}{f}\\ &= \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{145MHz}\\ &= 2,07m\end{aligned}$
$\begin{aligned}k_v &= \frac{l_G}{l_E}\\ \Rightarrow l_G &= k_v \cdot l_E\\ &= 0,66 \cdot 2,07m\\ &= 1,37m\end{aligned}$
Fußpunktimpedanz I
Mittengespeister Dipol
- Speiseimpedanz 73,1 Ω
- Im Freiraum, also bei einer Aufbauhöhe von min. einer Wellenlänge
- Recht nahe bei 50 Ω
A:
B:
C:
D:
Mittengespeister Dipol
- Bei geringerer Aufbauhöhe kommt es zu Wechselwirkungen mit dem Boden
- Speiseimpedanz ca. 40 Ω bis 90 Ω
A: 40 bis
B: 120 bis
C: 100 bis
D: 240 bis
A: ca. 240 bis
B: ca.
C: ca. 40 bis
D: ca.
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
A: ca.
B: ca.
C: ca. 240 bis
D: ca. 30 bis
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
A: ca.
B: ca. 60 bis
C: ca. 30 bis
D: ca.
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).
A: ca.
B: ca. 65 bis
C: ca. 240 bis
D: ca.
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.
A: im Wesentlichen als Wirkwiderstand.
B: im Wesentlichen als kapazitiver Blindwiderstand.
C: abwechselnd als kapazitiver oder induktiver Blindwiderstand.
D: im Wesentlichen als induktiver Blindwiderstand.
A: Unterhalb der Grundfrequenz ist die Impedanz niedriger, oberhalb höher.
B: Unterhalb der Grundfrequenz ist die Impedanz induktiv, oberhalb kapazitiv.
C: Unterhalb der Grundfrequenz ist die Impedanz höher, oberhalb niedriger.
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.
- Die Antenne ist durch Einfügen einer Spule elektrisch verlängert.
A: Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit
B: Elektrische Verkürzung des Strahlers
C: Elektrische Verlängerung des Strahlers
D: Erhöhung der Ausbreitungsgeschwindigkeit
- Die Antenne ist durch Einfügen eines Kondensators elektrisch verkürzt.
A: Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit
B: Elektrische Verlängerung des Strahlers
C: Elektrische Verkürzung des Strahlers
D: Erhöhung 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.
A: Eine Spule
B: Ein RC-Glied
C: Ein Kondensator
D: Ein Parallelkreis mit einer Resonanzfrequenz von
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.
A: Als „Inverted-V“ aufgespannte Drähte mit einem Speisepunkt in mindestens einer Wellenlänge 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: Mit Drähten aufgebauter horizontaler Faltdipol in möglichst genau 0,8 Wellenlängen Höhe über Grund.
A: Sie vergrößert durch ihre flache Abstrahlung den Bereich der Bodenwelle.
B: Ihre senkrechte Abstrahlung bringt die D-Region zum Verschwinden, so dass die Tagesdämpfung über dem Sendeort lokal aufgehoben wird.
C: Sie ermöglicht durch annähernd senkrechte Abstrahlung eine Raumwellenausbreitung ohne tote Zone um den Sendeort herum.
D: Sie erzeugt mit ihrer Reflexion am nahen Erdboden eine zirkular polarisierte Abstrahlung, die Fading reduziert.
Traps
Trap-Dipole
Trap als Parallelschwingkreis aus Kondensator und Spule
- Multibandantennen sind so konstruiert, dass sie auf mehreren Frequenzbändern resonant sind.
- Ein Trap wird in einen Dipol eingefügt, um einen zusätzlichen Frequenzbereich zu erschließen.
- Bei seiner Resonanz wirkt der Trap als Sperrkreis, der den Stromfluss blockiert und den Dipol elektrisch begrenzt.
- Bei Anregung mit tieferer Frequenz schwingt hingegen der gesamte Dipol.
A: Sperrkreis-Dipol
B: Dipol mit Gleichwellenfilter
C: Einband-Dipol mit Oberwellenfilter
D: Saugkreis-Dipol
A: erhöht die effiziente Nutzung des jeweiligen Frequenzbereichs.
B: ermöglicht die Unterdrückung der Harmonischen.
C: beschränkt die Nutzbarkeit der Antenne auf einen Frequenzbereich.
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.
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
- Wird ein Trap-Dipol bei der Resonanzfrequenz eines der Traps betrieben, wirkt dieser wie ein Sperrkreis.
- Dadurch fließt nahezu kein Strom, und der Dipol verhält sich, als ob er an dieser Stelle endet.
A: als Vergrößerung des Strahlungswiderstands der Antenne.
B: als Sperrkreise für die Erregerfrequenz.
C: als kapazitive Verkürzung des Strahlers.
D: als induktive Verlängerung des Strahlers.
A: $l$ beträgt zirka
B: $l$ beträgt zirka
C: $l$ beträgt zirka
D: $l$ beträgt zirka
Elektrische Verlängerung bei niedrigen Frequenzen
- Bei Frequenzen unterhalb der Resonanz fließt nur wenig Strom durch den Kondensator.
- Die Wirkung der Spule dominiert und führt zu einer elektrischen Verlängerung der Antenne.
A: als Vergrößerung des Strahlungswiderstands der Antenne.
B: als Sperrkreise für die Erregerfrequenz.
C: als kapazitive Verkürzung des Strahlers.
D: als induktive Verlängerung des Strahlers.
Mehrere Traps für erweiterte Resonanzen
- Durch Einbau mehrerer Traps wird der innere Schwingkreis auf die höchste Frequenz und der nächstäußere auf eine niedrigere Frequenz abgestimmt.
- So lassen sich mehrere Resonanzen im selben Dipol realisieren.
A:
B:
C:
D:
A:
B:
C:
D:
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
A: 1 Strahler, 2 Direktor und 3 Reflektor.
B: 1 Direktor, 2 Reflektor und 3 Strahler.
C: 1 Reflektor, 2 Strahler und 3 Direktor.
D: 1 Direktor, 2 Strahler 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
A: Strahler
B: Direktor
C: Reflektor
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
|
Phase: |
90 °
|
Strahlungsdiagramm
- Große Hauptkeule in Richtung der Direktoren
- Kleine Nebenkeulen und insbesondere Rückkeule
A: Dipol
B: Groundplane
C: Kugelstrahler
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.
A: den Abständen zwischen Reflektor, Strahler und den Direktoren.
B: den Ausbreitungsbedingungen.
C: dem Strahlungswiderstand des Reflektors.
D: dem Widerstand des Zuführungskabels.
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.
A: der Strahlungswiderstand erhöht.
B: der Öffnungswinkel verringert.
C: das Vor-Rück-Verhältnis verringert.
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.
A: Die kreuzförmig angeordneten Elemente der beiden Antennen sind um
B: 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.
C: 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.
D: 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.
Parabolspiegel I
Mikrowellen
- Frequenzen zwischen
1 GHz und300 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
A: zylindrisch konvex geformten Spiegelkörper und einer Erregerantenne (Feed).
B: hyperbolisch konkav geformten Spiegelkörper und einem isotropen Strahler.
C: paraboloid geformten Spiegelkörper und einer Erregerantenne (Feed).
D: paraboloid 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
A: Mindestens fünf Wellenlängen (Lambda) der verwendeten Frequenz.
B: Genau zwei Wellenlängen (Lambda) der verwendeten Frequenz.
C: Eine Wellenlänge (Lambda) der verwendeten Frequenz.
D: Höchstens drei Wellenlängen (Lambda) der verwendeten Frequenz.
Parabolspiegel II
Erregerantennen im Parabolspiegel
- Im Punkt vor dem Parabolspiegel werden die Erregerantennen platziert
- Helixantennen, die eine zirkulare Polarisation erzeugen, eignen sich besonders für den Mikrowellenbereich
Hornstrahler und Hohlleiter
Bild eines Hornstrahlers folgt
- Hornstrahler können mit einem Hohlleiter gespeist werden
- In Hohlleitern, also Metallrohren, wird die Mikrowellenenergie durch Reflexion an den Außenwänden geführt
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
A: Dipol, Helix, Hornantenne
B: Groundplane, Hornantenne, Ringdipol
C: Collinear, Helix, isotroper Strahler
D: Helix, Hornantenne, Sperrkreisdipol
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
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $d = 30cm$
- gegeben: $\eta_{eff} = 1$
- gegeben: $f = 5,7GHz$
- gesucht: $g_i$
$\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{5,7GHz} = 0,053m$
$\begin{aligned}g_i &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot d}{\lambda})^2} \cdot \eta\,dB\\ &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot 0,3m}{0,053m})^2} \cdot 1dB\\ &= 25,1dBi\end{aligned}$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $d = 80cm$
- gegeben: $\eta_{eff} = 1$
- gegeben: $f = 5,7GHz$
- gesucht: $g_i$
$\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{5,7GHz} = 0,053m$
$\begin{aligned}g_i &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot d}{\lambda})^2} \cdot \eta\,dB\\ &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot 0,8m}{0,053m})^2} \cdot 1dB\\ &= 33,6dBi\end{aligned}$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $d = 80cm$
- gegeben: $\eta_{eff} = 1$
- gegeben: $f = 10,4GHz$
- gesucht: $g_i$
$\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{10,4GHz} = 0,029m$
$\begin{aligned}g_i &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot d}{\lambda})^2} \cdot \eta\,dB\\ &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot 0,8m}{0,029m})^2} \cdot 1dB\\ &= 38,8dBi\end{aligned}$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $d = 120cm$
- gegeben: $\eta_{eff} = 1$
- gegeben: $f = 10,4GHz$
- gesucht: $g_i$
$\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{10,4GHz} = 0,029m$
$\begin{aligned}g_i &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot d}{\lambda})^2} \cdot \eta\,dB\\ &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{\pi \cdot 1,2m}{0,029m})^2} \cdot 1dB\\ &= 42,3dBi\end{aligned}$
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
A: Keinen, da beide Typen nach dem gleichen Funktionsprinzip arbeiten.
B: Die Erregerantenne sitzt außerhalb des Strahlenganges und verursacht keine Abschattungen.
C: Die Auswahl an möglichen Erregerantennentypen ist größer.
D: Offsetspiegel erzeugen unabhängig von der Erregerantenne grundsätzlich eine zirkulare Polarisation.
Vor-/Rückverhältnis
Antennencharakteristik und Richtwirkung
- Das Vor-/Rück-Verhältnis beschreibt, wie viel besser in Hauptstrahlrichtung gesendet und empfangen wird.
- Richtantennen senden und empfangen auch in Rückwärtsrichtung – ein unerwünschter Effekt.
- Der Antennengewinn bezieht sich nur auf die Hauptstrahlrichtung (im Vergleich zu einem Dipol oder isotropen Strahler).
A: von $0,7 \cdot P_{\textrm{V}}$ zu $0,7 \cdot P_{\textrm{D}}$.
B: von $P_{\textrm{D}}$ zu $P_{\textrm{R}}$.
C: von $P_{\textrm{V}}$ zu $P_{\textrm{R}}$.
D: von $P_{\textrm{V}}$ zu $P_{\textrm{D}}$.
A: von $P_{\textrm{D}}$ zu $P_{\textrm{R}}$.
B: von $P_{\textrm{V}}$ zu $P_{\textrm{R}}$.
C: von $0,7 \cdot P_{\textrm{V}}$ zu $0,7 \cdot P_{\textrm{R}}$.
D: von $P_{\textrm{V}}$ zu $P_{\textrm{D}}$.
Vor-/Rück-Verhältnis in Dezibel
- Das Vor-/Rück-Verhältnis wird häufig in Dezibel angegeben.
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $P_R = 0,6W$
- gegeben: $P_V = 15W$
- gesucht: $\frac{Vor}{Rück}$
$\begin{aligned}\frac{Vor}{Rück} &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{P_V}{P_R})} dB\\ &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{15W}{0,6W})} dB\\ &= 14dB\end{aligned}$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $g_D= 10dB$
- gegeben: $\frac{Vor}{Rück} = 20dB$
- gegeben: $P_S = 100W$
- gesucht: $P_R$
$\begin{aligned}P_V &= P_{ERP}\\ &= P_S \cdot 10^{\frac{g_d}{10dB}}\\ &= 100W \cdot 10^{\frac{10dB}{10dB}}\\ &= 1000W\end{aligned}$
$\begin{aligned}20dB &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{P_V}{P_R})} dB\\ \Rightarrow \frac{P_V}{P_R} &= 10^{\frac{20dB}{10}}\\ &= 100\\ \Rightarrow P_R &= \frac{P_V}{100}\\ &= \frac{1000W}{100}\\ &= 10W\end{aligned}$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $g_D= 15dB$
- gegeben: $\frac{Vor}{Rück} = 25dB$
- gegeben: $P_S = 6W$
- gesucht: $P_R$
$\begin{aligned}P_V &= P_{ERP}\\ &= P_S \cdot 10^{\frac{g_d}{10dB}}\\ &= 6W \cdot 10^{\frac{15dB}{10dB}}\\ &= 189,7W\end{aligned}$
$\begin{aligned}25dB &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{P_V}{P_R})} dB\\ \Rightarrow \frac{P_V}{P_R} &= 10^{\frac{25dB}{10}}\\ &= 316,2\\ \Rightarrow P_R &= \frac{P_V}{316,2}\\ &= \frac{189,7W}{316,2}\\ &= 0,6W\end{aligned}$
A: Gewinn: 9,4 dBd, Vor-Rück-Verhältnis:
B: Gewinn: 7,4 dBd, Vor-Rück-Verhältnis:
C: Gewinn: 7,4 dBd, Vor-Rück-Verhältnis:
D: Gewinn: 3,7 dBd, Vor-Rück-Verhältnis:
Lösungsweg
- gegeben: $U_V = 300µV/m$
- gegeben: $U_R = 20µV/m$
- gegeben: $U_D = 128µV/m$
- gesucht: $g_D$, $\frac{Vor}{Rück}$
$\begin{aligned}g_D &= 20 \cdot \log_{10}{(\frac{U_V}{U_D})} dB\\ &= 20 \cdot \log_{10}{(\frac{300µV/m}{128µV/m})}\\ &= 7,4dB\end{aligned}$
$\begin{aligned}\frac{Vor}{Rück} &= 20 \cdot \log_{10}{(\frac{U_V}{U_R})} dB\\ &= 20 \cdot \log_{10}{(\frac{300µV/m}{20µV/m})}\\ &= 23,5dB\end{aligned}$
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
- Der Öffnungswinkel bzw. die Halbwertsbreite definiert den Winkel, in dem der Gewinn nicht um mehr als
3 dB abfällt - d. h. auf die halbe Strahlungsleistung oder $\tfrac{1}{\sqrt{2}} \approx 0,707$ der maximalen Feldstärke
A: die Feldstärke auf nicht weniger als die Hälfte 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 den 0,707-fachen Wert der maximalen Feldstärke absinkt.
A: Durch den Punkt c.
B: Durch den Punkt a.
C: Durch den Punkt b.
D: Durch den Punkt d.
A: Etwa
B: Etwa
C: Etwa
D: Etwa
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
A: Am Einspeisepunkt eines Dipols entsteht immer ein Spannungsbauch und ein Stromknoten.
B: An den Enden eines Dipols entsteht immer ein Spannungsknoten und ein Strombauch.
C: Am Einspeisepunkt eines Dipols entsteht immer ein Spannungsknoten und ein Strombauch.
D: An den Enden eines Dipols entsteht immer ein Stromknoten und ein Spannungsbauch.
A: ein Spannungsbauch und ein Stromknoten vorhanden sind. Er ist dann hochohmig.
B: ein Spannungs- und ein Stromknoten vorhanden sind. Er ist dann hochohmig.
C: ein Spannungsknoten und ein Strombauch vorhanden sind. Er ist dann niederohmig.
D: ein Spannungs- und ein Strombauch vorhanden sind. Er ist dann niederohmig.
A: parallel gespeist.
B: stromgespeist.
C: spannungsgespeist.
D: endgespeist.
Endgespeister Halbwellendipol
- Spannungsgespeiste Antenne
- Hoher Speisewiderstand
A: ein Spannungsbauch und ein Stromknoten liegt. Er ist dann hochohmig.
B: ein Spannungsknoten und ein Strombauch liegt. Er ist dann niederohmig.
C: ein Spannungs- und ein Strombauch liegt. Er ist dann niederohmig.
D: ein Spannungs- und ein Stromknoten liegt. Er ist dann hochohmig.
Strom- und Spannungsspeisung II
Stromspeisung bei ungradzahligen Vielfachen
- Mittengespeister Halbwellendipol
- Strom an Grundfrequenz und ungeraden Vielfachen
- Ungerade Frequenzen: zusätzliche Stromzufuhr
A: strom- und spannungsgespeist und weist einen rein induktiven Eingangswiderstand auf.
B: spannungsgespeist, in Parallelresonanz und am Eingang hochohmig.
C: stromgespeist, in Serienresonanz und am Eingang niederohmig.
D: strom- und spannungsgespeist und weist einen rein kapazitiven Eingangswiderstand auf.
Spannungsspeisung bei geraden Vielfachen
- Bei geraden Vielfachen: Spannungsspeisung
- Speisepunkt liegt am Spannungsbauch
- Erzeugt hohe Spannung statt Strom
A: strom- und spannungsgespeist und weist einen rein induktiven Eingangswiderstand auf.
B: spannungsgespeist, in Parallelresonanz und am Eingang hochohmig.
C: stromgespeist, in Serienresonanz und am Eingang niederohmig.
D: strom- und spannungsgespeist und weist einen rein kapazitiven Eingangswiderstand auf.
Bauch und Knoten von Strom und Spannung
Frequenzabhängige Stromverteilung
Wellenlänge und Frequenz bestimmen
- Bestimme die Wellenlänge der dargestellten Stromverteilungen.
- Rechne die Wellenlänge in die entsprechende Frequenz um.
A: Sie gilt für eine Erregung auf
B: Sie gilt für eine Erregung auf
C: Sie gilt für eine Erregung auf
D: Sie gilt für eine Erregung auf
A: Sie gilt für eine Erregung auf
B: Sie gilt für eine Erregung auf
C: Sie gilt für eine Erregung auf
D: Sie gilt für eine Erregung auf
A: Sie gilt für eine Erregung auf
B: Sie gilt für eine Erregung auf
C: Sie gilt für eine Erregung auf
D: Sie gilt für eine Erregung auf
A: Sie gilt für eine Erregung auf
B: Sie gilt für eine Erregung auf
C: Sie gilt für eine Erregung auf
D: Sie gilt für eine Erregung auf
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
A: Horizontalstrahler.
B: Isotropstrahler.
C: Halbwellenstrahler.
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
A:
B:
C:
D:
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
A: sie eine geringere Anzahl von Harmonischen abstrahlt.
B: das Sendesignal einen niedrigeren Pegel aufweist.
C: sie in geringerem Ausmaß Ausstrahlungen unterworfen ist.
D: die Kopplung mit den elektrischen Leitungen im Haus reduziert wird.
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
A: Möglichst innerhalb des Dachbereichs
B: Am gemeinsamen Schornstein neben der Fernsehantenne
C: Drahtführung rechtwinklig zur Häuserzeile
D: Entlang der Häuserzeile auf der Höhe der Dachrinne
Installation Richtantenne
- Am besten so hoch und so weit weg wie möglich
- Feldstärke in Hauptstrahlrichtung nimmt mit der Entfernung ab
A: An der Seitenwand zum Nachbarn
B: Auf dem Dach, wobei die Dachfläche des Nachbarn mit abgedeckt werden sollte
C: So niedrig und nah am Haus wie möglich
D: So hoch und weit weg wie möglich
Einbau Kfz
- Wähend der Fahrt mit anderen Funkamateuren unterhalten
- Tipps oder Verkehrsinformationen mitbekommen
- Benutzung nur mit Freisprecheinrichtung
Einbau
- Groundplane-Antenne mit Fahrzeugdach als Gegenelement
- Möglichst mittig auf dem metallischen Fahrzeugdach
- Vorgaben des Fahrzeugherstellers beachten
- Leitungen so kurz wie möglich und entfernt von anderen Fahrzeugleitungen
Achtung
- Bordnetzspannung von
12 V oder24 V scheint ungefährlich - Hohe Ströme sind möglich
- Bei Kurzschluss sind Lichtbogen, Kabelbrand oder Fahrzeugbrand möglich
- Sicherung des richtigen Werts für das Funkgerät verbauen
A: des Kfz-Herstellers zu beachten.
B: des Amateurfunkgeräte-Herstellers zu beachten.
C: für den Einbau mobiler Sendeanlagen der Bundesnetzagentur einzuhalten.
D: des Kraftfahrt-Bundesamtes einzuhalten.
A: Auf dem vorderen Kotflügel
B: Auf dem Armaturenbrett
C: Auf der Mitte des Metalldaches
D: Auf der hinteren Stoßstange
A: im Kabelbaum des Kraftfahrzeugs geführt werden.
B: entlang der Innenseite des Motorraumes verlegt werden.
C: über das Fahrzeugdach verlegt sein.
D: nicht parallel und möglichst weit von der Fahrzeugverkabelung entfernt verlegt werden.
A: Keine, da
B: Überlastung der Sendeendstufe im Funkgerät durch zu hohe Versorgungsspannung
C: Lichtbogen und Fahrzeugbrand
D: Elektrischer Schock durch Überschläge aus der Zündspule
Übertragungsleitungen
Die im Sender erzeugte Sendeleistung möchte man möglichst vollständig und ohne Verluste von der Antenne abstrahlen
Koaxialkabel
- Am weitesten verbreitet
- Voneinander isolierter Innen- und Außenleiter
- Umgeben von Schutzmantel
- Unterschiedliche Ausführungen möglich
Unterschiedliche Koaxialkabel
Kabeldämpfung
- Im Koaxialkabel entsteht Verlust durch Umsetzung von Sendeleistung in Wärme
- Der Verlust wird Kabeldämpfung genannt
- Messung in Dezibel (dB) je 100 m
- Verluste steigen mit zunehmender Länge und Frequenz
A: Die Frequenz hat keinen Einfluss auf die Kabeldämpfung.
B: Die Verluste steigen mit zunehmender Länge und Frequenz.
C: Die Kabellänge hat keinen Einfluss auf die Kabeldämpfung.
D: Die Dämpfung sinkt mit zunehmender Länge und Frequenz.
Wellenwiderstand
- Wird in Ohm (Ω) angegeben
- Eigenschaft der Leitung, wie den Aufbau (z.B. Abstand zwischen Innen- und Außenleiter)
- Länge hat keine Auswirkung
- Antennenanschluss von Amateurfunkgeräten: 50 Ω
- Koaxialkabel im Amateurfunk: 50 Ω
- Fernsehtechnik: 75 Ω
- Selten sind 60 Ω anzufinden
A: 50, 60 und
B: 50, 75 und
C: 50, 300 und
D: 60, 120 und
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
A: ist völlig frequenzunabhängig.
B: hängt von der Leitungslänge und der Beschaltung am Leitungsende ab.
C: hängt von der Beschaltung am Leitungsende ab.
D: ist im HF-Bereich in etwa konstant und unabhängig vom Leitungsabschluss.
Leitungen
- Paralleldraht-Speiseleitung
- Koaxialkabel
- Das Koaxialkabel vermeidet bei bestimmungsgemäßer Anwendung unerwünschte Abstrahlung
- Unerwünschte Abstrahlungen können durch Mantelwellen auftreten
- Mantelwellen lassen sich durch Mantelwellensperren unterdrücken
A: Symmetrische Feederleitungen
B: Hochwertige Koaxialkabel
C: Hochwertige abgeschirmte Netzanschlusskabel
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
A: Die nebeneinander liegenden HF- und Netzkabel können sich bei guter Isolierung nicht gegenseitig beeinflussen.
B: Die nebeneinander liegenden HF- und Netzkabel können zu unerwünschter
C: Die nebeneinander liegenden HF- und Netzkabel können Einkopplungen in das Versorgungsnetz hervorrufen.
D: Zwischen den nebeneinander liegenden HF- und Netzkabeln kann es zu Spannungsüberschlägen kommen.
Unsymmetrische Speiseleitung
- Wie bei Antennen, ist eine Speiseleitung unsymmetrisch, wenn unterschiedliche Spannungen anliegen
- Beim Koaxialkabel sind die beiden Leiter unterschiedlich geformt
- Der Schirm weist gegenüber der Erde keine Spannung auf
A: Wenn sie außerhalb ihrer Resonanzfrequenz betrieben wird.
B: Wenn die beiden Leiter unterschiedlich geformt sind, z. B. Koaxialkabel.
C: Wenn die hin- und zurücklaufende Leistung verschieden sind.
D: Wenn die Länge nicht einem Vielfachen von $\lambda$/2 entspricht.
Spannungsfestigkeit
- Im Koaxialkabel treten im Dielektrikum Verluste auf
- Es kann bei hohen Spannungen zu einem Durchschlag kommen
A: Sie bietet guten Blitzschutz durch niederohmige Drähte.
B: Sie vermeidet Mantelwellen durch Wegfall der Abschirmung.
C: Sie erlaubt leichtere Kontrolle des Wellenwiderstandes durch Verschieben der Spreizer.
D: Sie hat geringere Dämpfung und hohe Spannungsfestigkeit.
Koaxialstecker
- N-Stecker: für niedrige und hohe Frequenz und hohe Leistung
- BNC-Stecker: für niedrige und hohe Frequenz und geringe Leistung
- SMA-Stecker: für hohe Frequenz und geringe Leistung
- UHF/PL-Stecker: für niedrige Frequenz und hohe Leistung
A: UHF-Stecker
B: BNC-Stecker
C: SMA-Stecker
D: N-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
A: sind Spannung gegenüber Erde und Strom in beiden Leitern gleich groß und an jeder Stelle gegenphasig.
B: sind Spannung gegenüber Erde und Strom in beiden Leitern gleich groß und an jeder Stelle gleichphasig.
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)
A: kein ganzzahliges Vielfaches von $\lambda$/4 lang sein.
B: geschirmt sein.
C: an keiner Stelle geerdet sein.
D: möglichst $\lambda$/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
A: Rückflußdämpfung, Dielektrizitätskonstante, Kabeldämpfung.
B: Verkürzungsfaktor, Kabeldämpfung, Kabelfarbe.
C: Biegeradius, Kabeldämpfung, Leitermaterial.
D: Wellenwiderstand, Kabeldämpfung, Verkürzungsfaktor.
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
A: entspricht der Geschwindigkeit im Freiraum.
B: ist geringer als im Freiraum.
C: ist unbegrenzt.
D: ist höher als im Freiraum.
A: PTFE (Teflon), Voll-PE, PE-Schaum.
B: Pertinax, Voll-PE, PE-Schaum.
C: PE-Schaum, Polystyrol, PTFE (Teflon).
D: Voll-PE, PE-Schaum, Epoxyd.
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 $\epsilon_\mathrm{r} \approx 2,29$
A:
B:
C:
D:
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:
$Z = \dfrac{120Ω}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}} \cdot \ln{(\dfrac{2 \cdot a}{d})}$
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
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
$Z = \dfrac{60Ω}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}} \cdot \ln{\dfrac{D}{d}}$
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
Lösungsweg
- gegeben: $D = 5mm$
- gegeben: $d = 1mm$
- gegeben: $\epsilon_\mathrm{r} \approx 1$ für Luft
- gesucht: $Z$
$\begin{aligned}Z &= \dfrac{60Ω}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}} \cdot \ln{(\dfrac{D}{d})}\\ &= \dfrac{60Ω}{\sqrt{1}} \cdot \ln{(\dfrac{5mm}{1mm})}\\ &\approx 97Ω\end{aligned}$
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
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
A:
B: eine offene Leitung darstellt.
C: den Wert des Wellenwiderstandes der Leitung aufweist.
D: ein ohmscher Wirkwiderstand ist.
Koaxialsteckverbinder
- Bestehen aus Innen- und Außenleiter
- Außengehäuse mit Außenleiter verbunden
- Innenleiter mit Kontaktstift oder Kontaktöffnung verbunden
- Verbindung durch Löten oder Crimpen
- Stecker: Kontaktstift nach außen
- Kupplung: Kontaktöffnung nach innen
- Sonderform Buchse: In Gerät eingebaute Kupplung
Häufige Koaxialsteckverbinder im Amateurfunk
- PL
- N
- BNC
- SMA
Hinweise zur Verwendung
- Sorgsamer Umgang
- Fest verschrauben
- Innenleiter kann brechen
- Schirmung kann verrutschen
- Ggf. auf Kurzschluss prüfen
- Stecker passend zu Kabelstärke verwenden
- Stecker passend zu Kabeldurchmesser verwenden
PL-Steckverbinder
Einsatz: Kurzwelle bis zum
A: BNC
B: N
C: PL
D: SMA
N-Steckverbinder
Einsatz:
A: N
B: PL
C: BNC
D: SMA
BNC-Steckverbinder
Einsatz: Für Funkgeräte mit kleiner Leistung bis hinauf zum
A: PL
B: N
C: SMA
D: BNC
SMA-Steckverbinder
Einsatz: Dort, wo man wenig Platz hat, auch bei hohen Frequenzen
A: PL
B: N
C: BNC
D: SMA
A: BNC und Cinch
B: UHF und BNetzA
C: N und SMA
D: Cinch und SMA
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
- Faktor zu dB-Umrechnung verwenden
- Oder in der Formelsammlung nachschlagen
A:
B:
C:
D:
A:
B:
C:
D:
A: -
B:
C:
D: -
Kabelverluste
- Alle Verluste, die in Kabeln entstehen
- Antenne und Verstärker verstärken das Signal, verändern jedoch nicht die Kabelverluste
A: -
B: -
C:
D:
Kabeldämpfungsdiagramm
- Im Anhang der Formelsammlung
- Dämpfungen verschiedener Kabel in Abhängigkeit zur Frequenz
- Bezug auf 100m – bei kürzeren Kabeln muss umgerechnet werden
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gesucht: Dämpfung für 100m RG58 Kabel bei
145 MHz - Lösung: Ablesen aus Diagramm
- Schnittpunkt der RG58 Linie mit
145 MHz →20 dB
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gesucht: Dämpfung für 20m bei 20dB Dämpfung auf 100m
- Lösung: Dreisatz
$\dfrac{20dB}{100m} = \dfrac{x}{20m}$
$x = \dfrac{20dB\cdot 20m}{100m} = 4dB$
A:
B:
C:
D:
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
$\dfrac{20dB}{100m} = \dfrac{x}{15m}$
$x = \dfrac{20dB\cdot 15m}{100m} = 3dB$
A:
B:
C:
D:
A:
B:
C:
D:
A:
B:
C:
D:
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
A: PE-Schaumkabel mit
B: PE-Schaumkabel mit
C: Voll-PE-Kabel mit
D: PE-Schaumkabel mit
A: PE-Schaumkabel mit
B: PE-Schaumkabel mit Massivschirm und
C: PE-Schaumkabel mit
D: PE-Schaumkabel mit
Kabeldämpfung und Frequenz
- Kabeldämpfung nimmt bei steigender Frequenz zu
- Höchste Frequenz (kleinste Wellenlänge) entspricht der stärksten Dämpfung
A: Voll-PE-Kabel mit
B: PE-Schaumkabel mit
C: Voll-PE-Kabel mit
D: PE-Schaumkabel mit
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
A: Zweidrahtleitung mit großem Abstand und schmalen Stegen.
B: Verdrillte Zweidrahtleitung mit Kunststoffumhüllung.
C: Zweidrahtleitung mit großem Abstand und breiten Stegen.
D: Zweidrahtleitung mit geringem Abstand und Kunststoffumhüllung.
Skineffekt
- Ohmsche Verluste im Metall tragen zusätzlich zu Verlusten in Speiseleitungen bei
- Mit steigender Frequenz fließt der Strom vermehrt an der Leiteroberfläche – ein Effekt, der als Skineffekt bezeichnet wird
- Der Skineffekt führt zu einer Zunahme der ohmschen Verluste
A: Als Doppler-Effekt
B: Als Dunning-Kruger-Effekt
C: Als Skin-Effekt
D: Als Mögel-Dellinger-Effekt
A: sinkt und dadurch sinkt der effektive Widerstand des Leiters.
B: steigt und dadurch steigt der effektive Widerstand des Leiters.
C: sinkt und dadurch steigt der effektive Widerstand des Leiters.
D: steigt und dadurch sinkt der effektive Widerstand des Leiters.
Stehwellenverhältnis (SWR)
- Passt der Speisewiderstand der Antenne nicht zum Wellenwiderstand der Zuleitung, kommt es zu einer Reflexion
- Sendeleistung wird zum Funkgerät zurück reflektiert → kann nicht an der Antenne abgestrahlt werden
- Stimmen Speisewiderstand der Antenne und Wellenwiderstand der Speiseleitung überein, liegt Anpassung vor
SWR-Meter
Misst gleichzeitig die Sendeleistung zur Antenne und die reflektierte, rücklaufende Leistung
Wird zwischen Transceiver und Antenne eingeschleift oder ist bereits im Transceiver eingebaut
A: Feldstärkemessgerät
B: Frequenzzähler
C: Stehwellenmessgerät
D: Multimeter
A: S-Meter
B: Amplitudenspektrum
C: Wasserfalldiagramm
D: SWR-Meter
A: Dummy Load
B: Transceiver
C: Antennenschalter
D: Netzteil
Gute Anpassung
- Bei perfekter Anpassung wird der Wert 1 angezeigt
- Der beste erreichbare Wert
A: 1
B: 3
C: $\mathrm{\infty}$
D: 0
A: ein Stehwellenverhältnis von unendlich ($\mathrm{\infty}$) anzeigen.
B: ein Stehwellenverhältnis von 1 anzeigen.
C: einen Rücklauf von 100 % anzeigen.
D: ein Stehwellenverhältnis von 0 anzeigen.
Schlechte Anpassung
- Bei schlechter Anpassung wird nahe unendlich angezeigt
- Schlechte Anpassung an Übertragungsleitung
- Schlechte Anpassung an Antenne
- Defekte Übertragungsleitung
A: Eine zu hohe Sendeleistung
B: Eine schlecht angepasste Antenne
C: Eine zu geringe Sendeleistung
D: Eine gut angepasste Antenne
A: zu einem SWR von kleiner oder gleich 1.
B: zu einer Überbeanspruchung der angeschlossenen Antenne.
C: zu Reflexionen des übertragenen HF-Signals und einem erhöhten SWR.
D: zur Erzeugung unerwünschter Aussendungen, da innerhalb der erforderlichen Bandbreite keine Anpassung gegeben ist.
Hohe Kabeldämpfung
- Verringert das reflektierte Signal
- Führt zur Verfälschung der Messung
A: die Dämpfung erhöht und das reflektierte Signal verstärkt
B: die Dämpfung verringert und das reflektierte Signal verringert.
C: die Dämpfung verringert und das reflektierte Signal verstärkt.
D: die Dämpfung erhöht und das reflektierte Signal verringert.
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
A:
B:
C:
D:
A: 75 %
B: 25 %
C: 50 %
D: 33 %
A: 29 %
B: 75 %
C: 50 %
D: 25 %
Stehwellenverhältnis (SWR) III
- Das Stehwellenverhältnis (SWR) kann oft direkt anhand des Speisewiderstands einer Antenne angegeben werden
- Bei einem reinen Wirkwiderstand (ohne induktive oder kapazitive Anteile) berechnet sich das SWR aus dem Verhältnis von Lastwiderstand zu Kabelwellenwiderstand (sodass SWR ≥ 1 ist)
- 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
A: 5,7
B: ca. 1,5 bis 2
C: ca. 3,2 bis 4
D: 0,3
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)
A:
B:
C:
D:
A: Die Antennenleitung ist fehlerhaft, an der Antenne kommt so gut wie keine HF-Leistung an.
B: Die Antennenanlage ist in Ordnung. Es werden etwa
C: Die Antennenanlage ist in Ordnung. Es werden etwa
D: Die Antenne ist fehlerhaft. Sie strahlt so gut wie keine HF-Leistung ab.
Auswirkung von Leitungsdämpfung auf gemessenes SWR
- Bei einer Leitungsdämpfung von
5 dB in Hin- und Rückrichtung (insgesamt10 dB ) entspricht die rücklaufende Leistung nur einem Zehntel der vorlaufenden - Das gemessene SWR lässt sich mit der Formel berechnen:
$s = \frac{\sqrt{P_\mathrm{v}}+\sqrt{P_\mathrm{r}}}{\sqrt{P_\mathrm{v}}-\sqrt{P_\mathrm{r}}}$
A: Ein SWR von ca. 3,6
B: Ein SWR, das gegen unendlich geht, da am Ende der Leitung die gesamte HF-Leistung reflektiert wird
C: Ein SWR von ca. 0, da sich vorlaufende und rücklaufende Leistung gegenseitig auslöschen
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
A: der Oberwellenausgangsleistung.
B: der Bandbreite.
C: der Antennenanpassung.
D: des Wirkungsgrades.
A: Interferometer
B: Anpassungsübertrager
C: SWR-Meter
D: Universalmessgerät mit Widerstandsanzeige
A: mit einer SWR-Messbrücke.
B: durch Spannungsmessung am Anfang und am Ende der Speiseleitung.
C: durch Strommessung am Anfang und am Ende der Speiseleitung.
D: mit einem Absorptionswellenmesser.
- 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
A: Antennenkabel und Antenne.
B: Senderausgang und Antennenkabel.
C: Zwischen Anpassgerät und Antennenkabel.
D: Senderausgang und Antennenanpassgerät.
A: Punkt 1
B: Punkt 2
C: Punkt 4
D: Punkt 3
Stehwellenmessgerät (SWR-Meter) II
Funktionsweise 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
A: den Phasenwinkel zwischen vorlaufender und rücklaufender Leistung am eingebauten Abschlusswiderstand der Richtkoppler.
B: die Ausgangsspannungen zweier in die Leitung eingeschleifter Richtkoppler, die in gegensätzlicher Richtung betrieben werden.
C: die Maximalleistung $P_{\textrm{max}}$ am Richtkoppler und die Minimalspannung $U_{\textrm{min}}$ auf der Leitung.
D: mittels der eingebauten Richtkoppler die vorhandenen Impedanzen in Vor- und Rückrichtung der Leitung.
A: ein Impedanzmessgerät.
B: einen Absorptionsfrequenzmesser.
C: ein Stehwellenmessgerät.
D: einen Absolutleistungsmesser.
Stehwellen- und Impedanzverhältnis
- Stehwellenverhältnis entspricht dem Impedanzverhältnis
- Gilt bei Last mit rein wirkwiderstandlicher Komponente
- Wichtiger Merksatz für die folgende Frage
A: 2,5
B: 2
C: 3
D: 3,33
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
- Aktives Messgerät
- Misst das Verhältnis von Spannung und Strom bei einer Frequenz
- Oft kann ein Frequenzbereich angegeben werden
Anwendungen
- Große und kleine Widerstände eines Schwingkreis
- Resonanzfrequenz eines Schwingkreis
- Filterverhalten
- Impedanzmessung
- Stehwellenverhältnisse
A: Zum Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufs schneller Wechselströme.
B: Zur Überprüfung der Frequenzreinheit eines Senders.
C: Zur genaueren Bestimmung von Resonanzfrequenzen und Impedanzen von Schwingkreisen und Antennen.
D: Zur Bestimmung des Erdungswiderstandes einer Amateurfunkstation.
A: mit einem Frequenzmesser oder einem Oszilloskop.
B: durch Messung von $L$ und $C$ und Berechnung oder z. B. mit einem vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA).
C: mit einem Digital-Multimeter in der Stellung Frequenzmessung.
D: mit Hilfe der S-Meter-Anzeige bei Anschluss des Schwingkreises an den Empfängereingang.
A: True RMS-Voltmeter
B: vektorieller Netzwerkanalysator
C: digitales Speicheroszilloskop
D: analoges Multimeter
A: Messen von Oberschwingungen.
B: Direkte Messung der Sendeleistung.
C: Datenübertragungsraten in Netzwerken erfassen.
D: Messen von Impedanzen.
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
A: Einstellen der Triggerschwelle
B: Rauschunterdrückung aktivieren
C: Nullpunktabgleich
D: Kalibrierung
A: 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.
B: Durch Beschalten des Messeingangs am VNA mit einem Abschlusswiderstand. Das angezeigte SWR sollte im gesamten Frequenzbereich größer als 2 sein.
C: Durch Prüfen der Anzeigewerte in den Betriebszuständen Leerlauf und Anpassung. Der Messanschluss des Gerätes darf keinesfalls kurzgeschlossen werden.
D: Durch Beschalten des Messeingangs am VNA mit einem Blindwiderstand. Der Anzeigewert des SWR muss bei allen Frequenzen nahe bei 1 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
A: 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.
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. 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.
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.
A: Ein vektorieller Netzwerk Analysator
B: Ein Resonanzwellenmesser
C: Eine SWR-Messbrücke
D: Ein Frequenzmessgerät
A: digitalen Frequenzmessgerät überprüft werden.
B: Ohmmeter überprüft werden.
C: vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) überprüft werden.
D: Gleichspannungsmessgerät 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
A: Der ohmsche Widerstand der Antennenimpedanz beträgt
B: Die Impedanz der Antenne beträgt
C: Die Antenne ist wegen ihres großen Blindwiderstandes nur zum Empfang, nicht jedoch zum Senden geeignet.
D: Der ohmsche Anteil der Antennenimpedanz beträgt
A: Die Antenne ist wegen des fehlenden Blindwiderstandanteils nur zum Empfang, nicht jedoch zum Senden geeignet.
B: Die Antenne ist für den Betrieb an einen VHF-Sender mit
C: Der fehlende Blindanteil (jX) deutet darauf hin, dass die Antenne defekt ist.
D: Die Antenne ist für den Betrieb an einem Sender mit
A: Die Impedanz der Antenne beträgt
B: Der ohmsche Widerstand der Antennenimpedanz beträgt
C: Der ohmsche Anteil der Antennenimpedanz beträgt
D: Die Antenne ist wegen ihres großen Blindwiderstandes nur zum Empfang, nicht jedoch zum Senden geeignet.
Grafische Darstellung des SWR-Verlaufs
- 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
A: Sie fügen in beide Strahlerhälften jeweils eine Induktivität ein.
B: Sie fügen in beide Strahlerhälften jeweils einen
C: Sie verlängern beide Enden gleichmäßig.
D: Sie verkürzen beide Enden gleichmäßig.
A: Sie verkürzen beide Drahtenden gleichmäßig.
B: Sie fügen eine Mantelwellensperre ein.
C: Sie verlängern beide Drahtenden gleichmäßig.
D: Sie fügen in beide Strahlerhälften jeweils eine Kapazität 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° bis360° ) 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 $\frac{360\degree}{2} = 180\degree$
A:
B: Null
C:
D: $\dfrac{π}{4}$
A:
B: $\dfrac{π^2}{4}$
C:
D:
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
A:
B:
C:
D:
A:
B:
C:
D:
Speisung bei Halb- und Ganzwellendipolen
- Halbwellendipol: stromgespeist (niederohmig)
- Ganzwellendipol: spannungsgespeist (hochohmig)
A: $Z_1$ ist niederohmig und $Z_2$ hochohmig.
B: $Z_1$ und $Z_2$ sind hochohmig.
C: $Z_1$ und $Z_2$ sind niederohmig.
D: $Z_1$ ist hochohmig und $Z_2$ niederohmig.
A: $Z_1$ und $Z_2$ sind hochohmig.
B: $Z_1$ ist niederohmig und $Z_2$ hochohmig.
C: $Z_1$ ist hochohmig und $Z_2$ niederohmig.
D: $Z_1$ und $Z_2$ sind niederohmig.
A: $Z_1$ ist hochohmig und $Z_2$ niederohmig.
B: $Z_1$ und $Z_2$ sind niederohmig.
C: $Z_1$ ist niederohmig und $Z_2$ hochohmig.
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
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $Z_A = 60Ω$
- gegeben: $Z_E = 240Ω$
- gesucht: $Z$
$\begin{aligned}Z &= \sqrt{Z_E \cdot Z_A}\\ &= \sqrt{240Ω \cdot 60Ω}\\ &= 120Ω\end{aligned}$
A:
B:
C:
D:
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
- Spulen und Kondensatoren werden zur Impedanzanpassung eingesetzt
- Pi-Filter wirken als Tiefpass und transformieren die Impedanz
- Sie können als Antennentuner verwendet werden
A: ein Pi-Filter zur Impedanztransformation und Verbesserung der Unterdrückung von Oberwellen.
B: einen regelbaren Bandpass mit veränderbarer Bandbreite zur Kompensation der Auskoppelverluste.
C: einen Saugkreis, der die zweite Harmonische unterdrückt und so den Wirkungsgrad der Verstärkerstufe erhöht.
D: einen abstimmbaren Sperrkreis zur Entkopplung der Antenne vom Sender.
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
A: vom Wellenwiderstand der beiden parallelen Leiter.
B: vom SWR auf der Leitung.
C: vom verwendeten Balun.
D: von der Leitungslänge.
A: ist gleich dem Wellenwiderstand.
B: beträgt nahezu null Ohm.
C: beträgt das Dreifache des Wellenwiderstandes.
D: ist nahezu unendlich hochohmig.
Koaxialkabel: Ähnlicher Effekt
- Mit Koaxialkabeln lässt sich ein vergleichbarer Impedanztransformationseffekt erzielen
A: Annähernd
B: Sehr hochohmig
C:
D: Ungefähr
A: Annähernd
B: Ungefähr
C: Sehr hochohmig
D:
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
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.
A: Am Speisepunkt der Antenne treten gegenphasige Spannungen und Ströme gleicher Größe auf, die eine Fehlanpassung hervorrufen.
B: Es treten keine nennenswerten Effekte auf, da die Antenne angepasst ist und die Speisung über ein Koaxkabel erfolgt, dessen Außenleiter Erdpotential hat.
C: Die Richtcharakteristik der Antenne wird verformt und es treten Mantelwellen auf.
D: Es treten Polarisationsdrehungen auf, die von der Kabellänge abhängig sind.
A: Mantelstrom
B: Potentialstrom
C: Phantomstrom
D: Rückwärtsstrom
Mantelwellen verhindern
- Durch ein Symmetrierglied, einen Balun (balanced-unbalanced)
- Oder zur Dämpfung Koaxialkabel auf einen Ferritkern wickeln
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
A: lässt sich die Trennschärfe verbessern.
B: lassen sich Mantelwellen dämpfen.
C: lassen sich statische Aufladungen verhindern.
D: lassen sich Oberwellen unterdrücken.
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
A: Gleichtaktanteile vorhanden sind.
B: Stehwellen 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
A: hochohmig für Gleichtaktanteile und niederohmig für Gegentaktanteile.
B: hochohmig für alle Ströme im Außenleiter und niederohmig für alle Ströme im Innenleiter.
C: hochohmig für Wechselströme des Innenleiters und niederohmig für Gleichströme des Außenleiters.
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
A: der Einbau einer seriellen Drosselspule in den Innenleiter der Empfangsantennenleitung möglich.
B: der Einbau eines HF-Trenntrafos in die Empfangsantennenleitung möglich.
C: der Einbau eines Bandpassfilters nach dem Senderausgang 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
A: Durch symmetrische Antennen, schlechte Erdung asymmetrischer Antennen oder Einkopplung in den Koax-Schirm
B: Durch Asymmetrie der Spannungsversorgung oder durch Dielektrika der Speiseleitung, die einen hohen Widerstand aufweisen
C: Durch Stehwellen in Koaxialkabeln mit geflochtenem Mantel, deren Länge ein Vielfaches von $\lambda$/2 betragen
D: Durch Oberwellen auf Speiseleitungen, deren Länge ein Vielfaches von $\lambda$/4 oder 5/8 $\lambda$ betragen
Spannungsbalun / Spartransformator
- Bei vollständig symmetrischen Antennen kann ein Spannungsbalun die Ströme im Koaxialkabel symmetrieren
- Typischer Spartransformator: Koaxialkabel in der Mitte und am Ende einer Spule angeschlossen, Antenne an beide Enden der Spule
- Verdopplung der Spannung ($ü = 2$) und Halbierung des Stroms führen zu einer 1:4 Impedanztransformation
- An ein
50 Ω Koaxialkabel wird idealerweise eine Antenne mit ca.200 Ω angeschlossen
A:
B:
C:
D:
A:
B:
C:
D:
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
A: Einfügen eines Oberwellenfilters oder bei unsymmetrischen Störeinflüssen 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 einer Gleichtaktdrossel oder bei symmetrischen Antennen auch eines Spannungs-Baluns
A: Erhitzung des Ringkerns durch unzureichende Abschirmung (z. B. Kunststoffgehäuse) des Baluns sowie Stehwellen in der Zuleitung
B: Ungleichmäßige Belastung der Antenne durch Störeinflüsse der Umgebung (z. B. Bäume oder Gebäude) sowie Einkopplung in den Koax-Schirm
C: Dämpfung der Abstrahlung durch als Oberwellenfilter wirkenden Balun (z. B. 1:1-Transformator) 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
A: Parallelschalten eines am freien Ende offenen $\lambda$/4 langen Leitungsstücks (Stub) am Speisepunkt der Antenne.
B: die Einfügung von Sperrkreisen (Traps) in den Dipol.
C: Parallelschalten eines am freien Ende kurzgeschlossenen $\lambda$/2 langen Leitungsstücks (Stub) am Speisepunkt der Antenne.
D: Symmetrierglieder wie Umwegleitung oder Balun.
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
Für die beiden folgenden Fragen zur Umwegleitung reicht es sich zu merken, dass es sich bei der dargestellten Antenne um einen Faltdipol handelt und eine $\lambda/2$-Umwegleitung eine
A: Sie zeigt einen symmetrischen
B: Sie zeigt einen symmetrischen
C: Sie zeigt einen $\lambda$/2-Dipol mit symmetrierender $\lambda$/2-Umwegleitung. Durch die Anordnung wird der Fußpunktwiderstand der symmetrischen Antenne von
D: Sie zeigt einen $\lambda$/2-Faltdipol mit $\lambda$/2-Umwegleitung. Durch die Anordnung wird der Fußpunktwiderstand der symmetrischen Antenne von
A: Der $\lambda$/2-Dipol hat eine Impedanz von
B: Der $\lambda$/2-Faltdipol hat eine Impedanz von
C: Der $\lambda$/2-Dipol hat eine Impedanz von
D: Der $\lambda$/2-Faltdipol hat an jedem seiner Anschlüsse eine Impedanz von