Phasenverschiebung in Übertragungsleitungen

Die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle erfolgt, wie wir gelernt haben, mit Lichtgeschwindigkeit. Im Freiraum ist dies die Vakuumlichtgeschwindigkeit; im Leiter müssen wir den Verkürzungsfaktor berücksichtigen.

Innerhalb eines Leiters kommt es daher zwischen Anfang und Ende der Leitung zu einer Zeitverzögerung, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit nicht unendlich ist: Wenn bei der Übertragung einer Sinusschwingung zu einem Zeitpunkt die positive Spitzenspannung an einem Ende anliegt, dann liegt diese erst ein wenig später am anderen Ende an. Da sich Sinusschwingungen wiederholen, geben wir diese Verzögerung als Phasenverschiebung von 0° bis 360° an, wobei 360° einer Schwingungsperiode entspricht. Aufgrund der Wiederholung der Welle entspricht 360° daher wieder 0°.

Bei den folgenden Prüfungsfragen wurde der Verkürzungsfaktor bereits berücksichtigt, da von der elektrischen Länge eines Koaxialkabels die Rede ist, weshalb das Kabel mechanisch länger sein kann. Wir können daher die Länge direkt in die Phasenverschiebung in Grad umrechnen: Eine Wellenlänge ($\lambda$) entspricht genau 360°, und Bruchteile davon entsprechend einer proportional kleineren Phasenverschiebung. So ist entspricht beispielsweise $\lambda / 2$ 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?
Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: Kurzbeschreibung: Schaltbild mit zwei Anschlussklemmenpaaren a (links) und b (rechts); die oberen Leiter sind durch ein kurzes, elliptisch gezeichnetes Leitungselement mit der Beschriftung „Z = 50 Ω“ verbunden, dessen Enden jeweils senkrecht zur unteren Leiterbahn geführt sind.

Detailbeschreibung: Links befindet sich das Klemmenpaar „a“ mit je einer offenen Rundklemme oben und unten; rechts analog das Klemmenpaar „b“. Oben verläuft von links nach rechts je eine horizontale Leiterbahn zu einem mittigen, pillenförmig/elliptisch gezeichneten Leitungssymbol mit gestrichelter Innenlinie; darunter steht die Textbeschriftung „Z = 50 Ω“. An beiden Enden dieses Leitungssymbols sind schwarze Verbindungspunkte eingezeichnet. Von jedem dieser Punkte führt eine senkrechte Leiterbahn nach unten zur jeweiligen unteren horizontalen Leiterbahn. Die unteren Leiterbahnen verlaufen jeweils von den unteren Rundklemmen (links bei „a“, rechts bei „b“) bis zu den zugehörigen senkrechten Verbindungen; zwischen den beiden senkrechten Verbindungen ist unten kein Leiter eingezeichnet. Insgesamt entstehen so vier äußere Rundklemmen (oben und unten bei a und b), eine durch das Leitungselement verbundene obere Strecke und zwei getrennte untere Strecken, die über die senkrechten Verbindungen an die Enden des Leitungselements angebunden sind.
AG408: Welche Phasenverschiebung erhält ein HF-Signal von a nach b, wenn die elektrische Länge der abgebildeten Koaxialleitung gleich der Wellenlänge ist?
Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: Kurzbeschreibung: Schaltbild mit zwei Anschlussklemmenpaaren a (links) und b (rechts); die oberen Leiter sind durch ein kurzes, elliptisch gezeichnetes Leitungselement mit der Beschriftung „Z = 50 Ω“ verbunden, dessen Enden jeweils senkrecht zur unteren Leiterbahn geführt sind.

Detailbeschreibung: Links befindet sich das Klemmenpaar „a“ mit je einer offenen Rundklemme oben und unten; rechts analog das Klemmenpaar „b“. Oben verläuft von links nach rechts je eine horizontale Leiterbahn zu einem mittigen, pillenförmig/elliptisch gezeichneten Leitungssymbol mit gestrichelter Innenlinie; darunter steht die Textbeschriftung „Z = 50 Ω“. An beiden Enden dieses Leitungssymbols sind schwarze Verbindungspunkte eingezeichnet. Von jedem dieser Punkte führt eine senkrechte Leiterbahn nach unten zur jeweiligen unteren horizontalen Leiterbahn. Die unteren Leiterbahnen verlaufen jeweils von den unteren Rundklemmen (links bei „a“, rechts bei „b“) bis zu den zugehörigen senkrechten Verbindungen; zwischen den beiden senkrechten Verbindungen ist unten kein Leiter eingezeichnet. Insgesamt entstehen so vier äußere Rundklemmen (oben und unten bei a und b), eine durch das Leitungselement verbundene obere Strecke und zwei getrennte untere Strecken, die über die senkrechten Verbindungen an die Enden des Leitungselements angebunden sind.

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