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.

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

AG201: Mit welcher Polarisation wird auf den Kurzwellenbändern meistens gesendet?

A: Es wird nur mit horizontaler Polarisation gesendet.

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

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

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

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

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

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

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

C: genau 1/4 $\lambda$ 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

AG123: Wie wird die dargestellte Antenne bezeichnet (MWS = Mantelwellensperre)?

A: W3DZZ

B: Windomantenne

C: endgespeiste Multibandantenne

D: endgespeiste, magnetische Multibandantenne

Gegengewicht bei der Impedanzanpassung

Abbildung 200: Endgespeiste, resonante Multibandantenne

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

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

A: elektrisch verkürzte Windomantenne

B: mit magnetischem Balun aufgebaute Multibandantenne

C: endgespeiste, resonante Multibandantenne

D: endgespeiste Multibandantenne mit einem Trap

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

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

A: Zeppelin-Antenne

B: Marconi-Antenne

C: Windom-Antenne

D: Fuchs-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 $(\sqrt{50\Omega \cdot 100\Omega} \approx 70,7\Omega)$

AG117: Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur üblicherweise bezeichnet?

A: Dreieck-Antenne

B: Koaxial-Stub-Antenne

C: Delta-Loop (Ganzwellenschleife)

D: koaxial gespeiste Dreilinien-Antenne

Quadrat-Ganzwellenschleifenantenne

Wird die Ganzwellenschleife als Quadrat ausgeführt, so muss die Länge jeder Seite exakt 1/4 λ betragen

AG119: Bei einer Quad-Antenne beträgt die elektrische Länge jeder Seite ...

A: ein Viertel der Wellenlänge.

B: die Hälfte der Wellenlänge.

C: eine ganze Wellenlänge.

D: dreiviertel der Wellenlänge.

Multibandantennen (Teil 1)

Multibandantennen ermöglichen den Betrieb auf vielen Frequenzbändern
Beispiele: G5RV-Antenne (zwei gleichlange Schenkel + Zweidrahtleitung) und asymmetrisch angeregte Windomantenne

AG121: Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur bezeichnet?

A: Fuchs-Antenne

B: Zeppelin-Antenne

C: G5RV-Antenne

D: Windom-Antenne

Multibandantennen (Teil 2)

Durch geschickte Abmessungen werden zahlreiche Resonanzen realisiert, wodurch viele Amateurfunkbänder genutzt werden können

AG122: Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur bezeichnet?

A: Marconi-Antenne

B: Fuchs-Antenne

C: Zeppelin-Antenne

D: Windom-Antenne

Resonanz und Abstrahlcharakteristik

Resonanz allein garantiert nicht zwangsläufig eine gute Abstrahlcharakteristik
Bei gegenüber Erde erregten Vertikalantennen ist eine Länge von ca. 5/8 λ optimal
Da ein einzelner Draht mit Erde als Gegenpol bei 5/8 λ nicht resonant ist, wird meist eine Spule eingesetzt, die die elektrische Länge auf 6/8 λ (also 3/4 λ) verlängert
Bei mittengespeisten Dipolen liegt das optimale Verhältnis häufig bei 5/4 λ

AG223: Bei welcher Länge erreicht eine Vertikalantenne für den Kurzwellenbereich über einer Erdoberfläche mittlerer Leitfähigkeit eine möglichst flache Abstrahlung?

A: 5/8$ \lambda$

B: $\lambda$/2

C: $\lambda$/4

D: 3/4$ \lambda$

Verkürzungsfaktor II

Antennenlänge und Verkürzungsfaktor

Antennenlänge hängt vom Verkürzungsfaktor ab
Halbwellendipol: Hälfte der Wellenlänge $\times$ Verkürzungsfaktor
Viertelwellenstrahler: Viertel der Wellenlänge $\times$ Verkürzungsfaktor
Typischer Wert: $0,95$

AG101: Eine $\lambda$/2-Dipol-Antenne soll für 14,2 MHz aus Draht gefertigt werden. Es soll mit einem Verkürzungsfaktor von 0,95 gerechnet werden. Wie lang müssen die beiden Drähte der Dipol-Antenne jeweils sein?

A: Je 10,56 m

B: Je 10,03 m

C: Je 5,02 m

D: Je 5,28 m

Lösungsweg

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

gegeben: $\frac{\lambda}{2}$-Dipol
gesucht: $l_G$

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

$\begin{aligned}k_v &= \frac{l_G}{l_E}\\ \Rightarrow l_G &= k_v \cdot l_E\\ &= 0,95 \cdot 5,28m\\ &= 5,02m\end{aligned}$

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

A: Je 10,56 m

B: Je 21,13 m

C: Je 10,04 m

D: Je 20,07 m

Lösungsweg

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

gegeben: $\frac{\lambda}{2}$-Dipol
gesucht: $l_G$

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

$\begin{aligned}k_v &= \frac{l_G}{l_E}\\ \Rightarrow l_G &= k_v \cdot l_E\\ &= 0,95 \cdot 10,56m\\ &= 10,04m\end{aligned}$

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

A: 7,125 MHz

B: 7,000 MHz

C: 6,768 MHz

D: 7,500 MHz

Lösungsweg

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

gegeben: Dipol
gesucht: $f$

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

$\begin{aligned}l_E &= \frac{\lambda}{2}\\ &= \frac{1}{2} \cdot \frac{c}{f}\\ \Rightarrow f &= \frac{1}{2} \cdot \frac{c}{l_E}\\ &= \frac{1}{2} \cdot \frac{3\cdot 10^8\frac{m}{s}}{21,05m}\\&= 7,125MHz\end{aligned}$

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

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

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

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

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

Lösungsweg

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

gegeben: $\frac{\lambda}{4}$-Groundplane
gesucht: $l_G$

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

$\begin{aligned}k_v &= \frac{l_G}{l_E}\\ \Rightarrow l_G &= k_v \cdot l_E\\ &= 0,95 \cdot 10,56m\\ &= 10,04m\end{aligned}$

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

A: 13,61 m

B: 10,03 m

C: 12,80 m

D: 13,20 m

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

AG202: Warum muss eine Antenne mechanisch etwas kürzer als der theoretisch errechnete Wert sein?

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

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

C: 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.

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

Verlängerungsfaktor bei Schleifenantennen

Unterschied zum Verkürzungsfaktor
Führt zu einer scheinbaren Verlängerung der Antenne

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

A: 43,10 m

B: 21,55 m

C: 21,12 m

D: 42,25 m

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)

AG313: Der Verkürzungsfaktor einer luftisolierten Paralleldrahtleitung ist ...

A: ungefähr 1.

B: 0,1.

C: unbestimmt.

D: 0,66.

Verkürzungsfaktor bei Koaxialkabeln

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

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

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

A: 0,66.

B: 1,0.

C: 0,1.

D: 0,8.

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

A: 2,07 m

B: 2,72 m

C: 0,68 m

D: 1,37 m

Lösungsweg

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

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

$\begin{aligned}k_v &= \frac{l_G}{l_E}\\ \Rightarrow l_G &= k_v \cdot l_E\\ &= 0,66 \cdot 2,07m\\ &= 1,37m\end{aligned}$

Fußpunktimpedanz II

Horizontaler Dipol im Freiraum

Ein horizontaler, mittengespeister Dipol hat ab ca. 1‑λ Aufbauhöhe über dem Erdboden den gleichen Speisewiderstand wie im Freiraum (73,1 Ω).

AG211: Welchen Eingangs- bzw. Fußpunktwiderstand hat ein $\lambda$/2-Dipol in ungefähr einer Wellenlänge Höhe über dem Boden bei seiner Grundfrequenz?

A: ca. 240 bis 300 Ω

B: ca. 120 Ω

C: ca. 65 bis 75 Ω

D: ca. 30 Ω

Impedanzverhalten bei zu kurzen bzw. zu langen Antennen

Ist ein Halbwellendipol oder eine gegenüber Erde erregte λ/4‑Antenne zu kurz, wirkt sie kapazitiv (Strom eilt der Spannung voraus).
Ist sie zu lang, erhält die Speiseimpedanz einen induktiven Anteil (Strom eilt der Spannung nach).
Im Resonanzfall fallen Spannungs- und Strommaximum zusammen – es entsteht ein reiner Wirkwiderstand.

AG209: Der Fusspunktwiderstand eines mittengespeisten $\lambda$/2-Dipols zeigt sich bei dessen Resonanzfrequenzen ...

A: im Wesentlichen als Wirkwiderstand.

B: abwechselnd als kapazitiver oder induktiver Blindwiderstand.

C: im Wesentlichen als induktiver Blindwiderstand.

D: im Wesentlichen als kapazitiver Blindwiderstand.

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

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

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

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

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

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.

AG106: Wozu dient die Spule in dieser Antenne?

A: Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit

B: Elektrische Verkürzung des Strahlers

C: Erhöhung der Ausbreitungsgeschwindigkeit

D: Elektrische Verlängerung des Strahlers

Die Antenne ist durch Einfügen eines Kondensators elektrisch verkürzt.

AG107: Wozu dient der Kondensator in dieser Antenne?

A: Elektrische Verkürzung des Strahlers

B: Erhöhung der Ausbreitungsgeschwindigkeit

C: Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit

D: Elektrische Verlängerung des Strahlers

Bestimmung der mechanischen Länge

Zunächst wird festgestellt, ob die Antenne mechanisch zu kurz oder zu lang ist.
Ist die Antenne zu kurz, benötigt man eine Verlängerungsspule.
Andernfalls ist ein Verkürzungskondensator zur Kompensation erforderlich.

AG108: Was sollte in jeden Schenkel einer symmetrischen, zweimal 15 m langen Dipol-Antenne eingefügt werden, damit die Antenne im Bereich um 3,6 MHz resonant wird?

A: Ein RC-Glied

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

C: Eine Spule

D: Ein Kondensator

Near Vertical Incidence Skywave (NVIS)

NVIS – Raumwellenreflexion

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

NVIS – Vorteile im Notfunk

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

NVIS – Antennenaufbau und Optimierung

Wird ein Horizontal-Dipol zu hoch aufgehängt, führt die Verzögerung bei der Reflektion zu einer Phasenverschiebung.
→ Dadurch kommt es in Richtung Zenit zu teilweiser Auslöschung der reflektierten Welle.
→ Das Ergebnis ist ein Gewinn in flacherer Abstrahlrichtung, was bei NVIS-Kommunikation unerwünscht ist.
Vertikalantennen sind ungeeignet, da sie ohnehin einen flachen Abstrahlwinkel aufweisen.

AG125: Welche Antennen sind für NVIS-Ausbreitung (Near Vertical Incident Skywave), wie sie für Notfunk-Verbindungen im KW-Bereich benutzt werden, gut geeignet?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

AG109: Welche Antennenart ist hier dargestellt?

A: Sperrkreis-Dipol

B: Dipol mit Gleichwellenfilter

C: Saugkreis-Dipol

D: Einband-Dipol mit Oberwellenfilter

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

A: beschränkt die Nutzbarkeit der Antenne auf einen Frequenzbereich.

B: erhöht die effiziente Nutzung des jeweiligen Frequenzbereichs.

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

D: ermöglicht die Unterdrückung der Harmonischen.

Einfluss hoher Frequenzen

Frequenzen oberhalb der Resonanz des Traps können den Schwingkreis passieren.
Der überwiegend wirkende Kondensator verkürzt dadurch die Antenne leicht – die Spule spielt hier eine untergeordnete Rolle.

AG113: Wenn man diese Mehrband-Antenne auf 14 MHz erregt, dann wirken die LC-Resonanzkreise ...

A: als induktive Verlängerung des Strahlers.

B: als Sperrkreise für die Erregerfrequenz.

C: als kapazitive Verkürzung des Strahlers.

D: als Vergrößerung des Strahlungswiderstands der Antenne.

Sperrwirkung im Resonanzfall

Abbildung 210: Zweiband-Dipolantenne mit Trap für das 40m-Band

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.

AG112: Wenn man diese Mehrband-Antenne auf 7 MHz erregt, dann wirken die LC-Resonanzkreise ...

A: als Sperrkreise für die Erregerfrequenz.

B: als kapazitive Verkürzung des Strahlers.

C: als Vergrößerung des Strahlungswiderstands der Antenne.

D: als induktive Verlängerung des Strahlers.

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

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

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

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

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

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.

AG111: Wenn man diese Mehrband-Antenne auf 3,5 MHz erregt, dann wirken die LC-Resonanzkreise ...

A: als induktive Verlängerung des Strahlers.

B: als Vergrößerung des Strahlungswiderstands der Antenne.

C: als Sperrkreise für die Erregerfrequenz.

D: als kapazitive Verkürzung des Strahlers.

Mehrere Traps für erweiterte Resonanzen

Abbildung 211: Dreiband-Dipolantenne mit Traps

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.

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

A: 14,2 MHz

B: 21,2 MHz

C: 10,1 MHz

D: 29,0 MHz

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

A: 10,1 MHz

B: 29,0 MHz

C: 21,2 MHz

D: 14,2 MHz

Yagi-Uda-Antenne III

Auswirkung von Reflektoren und Direktoren

Reflektoren und Direktoren beeinflussen nicht nur die Richtwirkung, sondern auch den Speisewiderstand einer Yagi‑Uda‑Antenne.
Ein Teil der vom Strahler ausgestrahlten Welle wird zurückreflektiert, wodurch sich der Speisewiderstand in Abhängigkeit vom Abstand der Elemente verändert.

AG212: Die Impedanz des Strahlers eines Kurzwellenbeams richtet sich auch nach ...

A: dem Strahlungswiderstand des Reflektors.

B: den Ausbreitungsbedingungen.

C: dem Widerstand des Zuführungskabels.

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

Gewinn und Öffnungswinkel einer Yagi‑Uda‑Antenne

Mit zunehmender Länge (und damit höherem Gewinn) wird der Öffnungswinkel der Antenne schmaler.
Dies folgt dem Energieerhaltungssatz – es kann keine Energie „aus dem Nichts“ erzeugt werden.

AG222: Worin unterscheidet sich eine Yagi-Uda-Antenne mit 11 Elementen von einer mit 3 Elementen? Bei der Antenne mit 11 Elementen ist ...

A: das Vor-Rück-Verhältnis verringert.

B: der Öffnungswinkel erhöht.

C: der Strahlungswiderstand erhöht.

D: der Öffnungswinkel verringert.

Kreuzyagi – Erzeugung zirkularer Polarisation

Bei der Kreuzyagi werden zwei Yagi‑Uda‑Antennen um 90° zueinander verdreht (z. B. eine horizontal, eine vertikal).
Durch Einspeisung eines um 90° phasenverschobenen Signals oder Verschiebung einer Antenne um eine Viertelwellenlänge wird zirkulare Polarisation erzeugt.

AG126: Für die Erzeugung von zirkularer Polarisation mit Yagi-Uda-Antennen wird eine horizontale und eine dazu um 90° um die Strahlungsachse gedrehte Yagi-Uda-Antenne zusammengeschaltet. Was ist dabei zu beachten, damit tatsächlich zirkulare Polarisation entsteht?

A: 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.

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

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

Parabolspiegel II

Erregerantennen im Parabolspiegel

Abbildung 212: Schnitt durch einen Parabolspiegel mit Antenne

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

AG225: Welche Antennentypen kommen üblicherweise als Erregerantennen (Feed) in Parabolspiegeln für den Mikrowellenbereich zum Einsatz?

A: Collinear, Helix, isotroper Strahler

B: Dipol, Helix, Hornantenne

C: Helix, Hornantenne, Sperrkreisdipol

D: Groundplane, Hornantenne, Ringdipol

Gewinn eines Parabolspiegels

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

Berechnung mit der Formel in der Formelsammlung
Abhängig vom Durchmesser
Üblicherweise sehr hoher Gewinn

AG226: Wie hoch ist der Gewinn eines Parabolspiegels mit einem Durchmesser von 30 cm und mit einem Wirkungsgrad von $\eta_{\textrm{eff}}$ = 1 bei einer Arbeitsfrequenz von 5,7 GHz?

A: 28,1 dBi

B: 12,5 dBi

C: 16,8 dBi

D: 25,1 dBi

Lösungsweg

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

gegeben: $f = 5,7GHz$
gesucht: $g_i$

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

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

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

A: 16,8 dBi

B: 36,4 dBi

C: 21,8 dBi

D: 33,6 dBi

Lösungsweg

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

gegeben: $f = 5,7GHz$
gesucht: $g_i$

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

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

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

A: 19,4 dBi

B: 42,4 dBi

C: 38,8 dBi

D: 25,2 dBi

Lösungsweg

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

gegeben: $f = 10,4GHz$
gesucht: $g_i$

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

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

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

A: 42,3 dBi

B: 25,9 dBi

C: 50,5 dBi

D: 21,2 dBi

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

AG127: Welchen Vorteil bietet im Mikrowellenbereich ein Offsetspiegel gegenüber einem rotationssymmetrischen Parabolspiegel?

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

B: Die Auswahl an möglichen Erregerantennentypen ist größer.

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

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

Vor-/Rückverhältnis

Antennencharakteristik und Richtwirkung

Abbildung 213: Strahlungscharakteristik einer Richtantenne zu einem Dipol

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).

AG214: Das folgende Bild zeigt die Strahlungscharakteristik eines Dipols und einer Richtantenne. Das Vor-/Rück-Verhältnis der Richtantenne ist definiert als das Verhältnis ...

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Vor-/Rück-Verhältnis in Dezibel

Abbildung 214: Strahlungscharakteristik einer Richtantenne

Das Vor-/Rück-Verhältnis wird häufig in Dezibel angegeben.

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

A: 2,8 dB

B: 14 dB

C: 25 dB

D: 27,9 dB

Lösungsweg

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

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

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

A: 1 W

B: 0,1 W

C: 100 W

D: 10 W

Lösungsweg

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

gegeben: $P_S = 100W$
gesucht: $P_R$

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

$\begin{aligned}20dB &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{P_V}{P_R})} dB\\ \Rightarrow \frac{P_V}{P_R} &= 10^{\frac{20dB}{10}}\\ &= 100\\ \Rightarrow P_R &= \frac{P_V}{100}\\ &= \frac{1000W}{100}\\ &= 10W\end{aligned}$

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

A: 60 W

B: 0,019 W

C: 0,19 W

D: 0,6 W

Lösungsweg

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

gegeben: $P_S = 6W$
gesucht: $P_R$

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

$\begin{aligned}25dB &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{P_V}{P_R})} dB\\ \Rightarrow \frac{P_V}{P_R} &= 10^{\frac{25dB}{10}}\\ &= 316,2\\ \Rightarrow P_R &= \frac{P_V}{316,2}\\ &= \frac{189,7W}{316,2}\\ &= 0,6W\end{aligned}$

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

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

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

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

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

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

Abbildung 215: Richtdiagramm einer gerichteten Antenne

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

AG219: Die Halbwertsbreite einer Antenne ist der Winkelbereich, innerhalb dessen ...

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

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

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

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

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

A: Durch den Punkt d.

B: Durch den Punkt a.

C: Durch den Punkt b.

D: Durch den Punkt c.

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

A: Etwa 69°

B: Etwa 34°

C: Etwa 55°

D: Etwa 27°

Strom- und Spannungsspeisung II

Stromspeisung bei ungradzahligen Vielfachen

Mittengespeister Halbwellendipol
Strom an Grundfrequenz und ungeraden Vielfachen
Ungerade Frequenzen: zusätzliche Stromzufuhr

AG207: Ein mittengespeister $\lambda$/2-Dipol ist bei seiner Grundfrequenz und deren ungeradzahligen Vielfachen ...

A: stromgespeist, in Serienresonanz und am Eingang niederohmig.

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

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

D: spannungsgespeist, in Parallelresonanz und am Eingang hochohmig.

Spannungsspeisung bei geraden Vielfachen

Bei geraden Vielfachen: Spannungsspeisung
Speisepunkt liegt am Spannungsbauch
Erzeugt hohe Spannung statt Strom

AG208: Ein mittengespeister $\lambda$/2-Dipol ist bei geradzahligen Vielfachen seiner Grundfrequenz ...

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

B: spannungsgespeist, in Parallelresonanz und am Eingang hochohmig.

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

D: stromgespeist, in Serienresonanz und am Eingang niederohmig.

Frequenzabhängige Stromverteilung

Wellenlänge und Frequenz bestimmen

Abbildung 216: Stromverteilung auf einem Dipol

Bestimme die Wellenlänge der dargestellten Stromverteilungen.
Rechne die Wellenlänge in die entsprechende Frequenz um.

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

A: Sie gilt für eine Erregung auf 14 MHz.

B: Sie gilt für eine Erregung auf 28 MHz.

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

D: Sie gilt für eine Erregung auf 7 MHz.

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

A: Sie gilt für eine Erregung auf 14 MHz.

B: Sie gilt für eine Erregung auf 28 MHz.

C: Sie gilt für eine Erregung auf 7 MHz.

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

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

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

B: Sie gilt für eine Erregung auf 28 MHz.

C: Sie gilt für eine Erregung auf 14 MHz.

D: Sie gilt für eine Erregung auf 7 MHz.

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

A: Sie gilt für eine Erregung auf 28 MHz.

B: Sie gilt für eine Erregung auf 14 MHz.

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

D: Sie gilt für eine Erregung auf 7 MHz.

Übertragungsleitungen III

Symmetrische Zweidrahtleitungen

Zweidrahtleitungen werden symmetrisch gespeist und belastet
An einer bestimmten Stelle sind Strom und Spannung in beiden Leitern gleich – nur mit umgekehrtem Vorzeichen

AG312: Bei einer symmetrischen Zweidrahtleitung ohne Gleichtaktanteil ...

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

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

C: liegt einer der beiden Leiter auf Erdpotential.

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

Abstrahlung und Schirmung von Speiseleitungen

Gegenphasige Ströme heben sich aus der Ferne weitgehend auf
Im Freiraum kommt es dennoch zu geringfügiger Abstrahlung
Im Nahfeld anderer Leitungen verstärkt sich die Kopplung
Daher sollten Speiseleitungen im Haus grundsätzlich geschirmt sein (üblicherweise als Koaxialkabel)

AG301: Um bei hohen Sendeleistungen auf den Kurzwellenbändern die Störwahrscheinlichkeit auf ein Mindestmaß zu begrenzen, sollte die für die Sendeantenne verwendete Speiseleitung innerhalb von Gebäuden ...

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

B: an keiner Stelle geerdet sein.

C: möglichst $\lambda$/4 lang sein.

D: geschirmt sein.

Hochfrequenzeigenschaften von Koaxialkabeln

Koaxialkabel gibt es in verschiedenen Ausführungen
Betrachtet werden vor allem Wellenwiderstand, Kabeldämpfung und Verkürzungsfaktor
Mechanische Eigenschaften wie Biegeradius und Rückflussdämpfung zählen nicht zu den elektrischen Hochfrequenzeigenschaften

AG303: Welche Parameter beschreiben charakteristische Hochfrequenzeigenschaften eines Koaxialkabels?

A: Wellenwiderstand, Kabeldämpfung, Verkürzungsfaktor.

B: Rückflußdämpfung, Dielektrizitätskonstante, Kabeldämpfung.

C: Biegeradius, Kabeldämpfung, Leitermaterial.

D: Verkürzungsfaktor, Kabeldämpfung, Kabelfarbe.

Einfluss des Dielektrikums

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

AG314: Die Ausbreitungsgeschwindigkeit in einem Koaxialkabel ...

A: ist unbegrenzt.

B: ist höher als im Freiraum.

C: entspricht der Geschwindigkeit im Freiraum.

D: ist geringer als im Freiraum.

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

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

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

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

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 $\epsilon_\mathrm{r} \approx 2,29$

AG317: Welche mechanische Länge hat ein elektrisch $\lambda$/4 langes Koaxkabel mit Vollpolyethylenisolierung bei 145 MHz?

A: 51,7 cm

B: 103 cm

C: 17,1 cm

D: 34,2 cm

Wellenwiderstand

Wellenwiderstand einer Zweidrahtleitung

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

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

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

A: ca. 635 Ω

B: ca. 276 Ω

C: ca. 820 Ω

D: ca. 2,8 kΩ

Lösungsweg

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

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

Wellenwiderstand einer Koaxialleitung

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

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

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

A: ca. 123 Ω

B: ca. 60 Ω

C: ca. 50 Ω

D: ca. 97 Ω

Lösungsweg

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

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

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

A: ca. 95 Ω

B: ca. 50 Ω

C: ca. 20 Ω

D: ca. 75 Ω

Lösungsweg

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

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

Anpassung von Koaxialleitungen

Wird ein Bauteil oder eine Antenne angeschlossen, die exakt den Wellenwiderstand der Leitung aufweist, spricht man von Anpassung
Bei Anpassung werden Wellen am Abschluss nicht zurückreflektiert

AG304: Eine Übertragungsleitung wird angepasst betrieben, wenn der Widerstand, mit dem sie abgeschlossen ist, ...

A: eine offene Leitung darstellt.

B: ein ohmscher Wirkwiderstand ist.

C: den Wert des Wellenwiderstandes der Leitung aufweist.

D: 50 Ω beträgt.

Kabeldämpfung II

Kabel mit geringer Dämpfung

Dämpfung ist oft unerwünscht
Ziel: Finde ein Kabel, dessen Dämpfung unter dem vorgegebenen Wert liegt
Kabeldämpfungsdiagramm aus der Formelsammlung

AG309: Welches Koaxkabel ist nach dem zur Verfügung gestellten Kabeldämpfungsdiagramm für eine 20 m lange Verbindung zwischen Senderausgang und Antenne geeignet, wenn die Kabeldämpfung im 13 cm-Band bei 2,350 GHz nicht mehr als 4 dB betragen soll?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Kabeldämpfung und Frequenz

Kabeldämpfung nimmt bei steigender Frequenz zu
Höchste Frequenz (kleinste Wellenlänge) entspricht der stärksten Dämpfung

AG308: Welcher Typ Koaxialkabel ist laut zur Verfügung gestelltem Kabeldämpfungsdiagramm für eine 60 m lange Verbindung zwischen Senderausgang und einem Multiband-Kurzwellenbeam für die Bänder 20 m, 15 m und 10 m geeignet, wenn die Kabeldämpfung bei 29 MHz nicht mehr als 2 dB betragen soll?

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

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

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

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

Einfluss von Dielektrika auf die Dämpfung

Dielektrika bzw. Kunststoffummantelungen erhöhen bei Hochfrequenzsignalen die Dämpfung
Zweidrahtleitungen mit möglichst wenig Dielektrikum zwischen den Leitern sind besonders dämpfungsarm

AG311: Welche der folgenden Leitungen weist bei gleichem Leiterquerschnitt im Kurzwellenbereich den geringsten Verlust auf?

A: Zweidrahtleitung mit großem Abstand und breiten Stegen.

B: Zweidrahtleitung mit großem Abstand und schmalen Stegen.

C: Verdrillte Zweidrahtleitung mit Kunststoffumhüllung.

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

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

A: Als Skin-Effekt

B: Als Mögel-Dellinger-Effekt

C: Als Dunning-Kruger-Effekt

D: Als Doppler-Effekt

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

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) 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

AG405: Ein Kabel mit einem Wellenwiderstand von 75 Ω und vernachlässigbarer Dämpfung wird zur Speisung einer Faltdipol-Antenne verwendet. Welches SWR kann man auf der Leitung erwarten?

A: ca. 1,5 bis 2

B: 5,7

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)

AG402: Am Eingang einer angepassten HF-Übertragungsleitung werden 100 W HF-Leistung eingespeist. Die Dämpfung der Leitung beträgt 3 dB. Welche Leistung wird bei Leerlauf oder Kurzschluss am Leitungsende reflektiert?

A: 25 W

B: 50 W

C: 0 W bei Leerlauf und 50 W bei Kurzschluss

D: 50 W bei Leerlauf und 0 W bei Kurzschluss

AG403: In den Eingang einer Antennenleitung mit einer Dämpfung von 3 dB werden 10 W HF-Leistung eingespeist. Mit der am Leitungsende angeschlossenen Antenne misst man am Leitungseingang ein SWR von 3. Mit einer künstlichen 50 Ω-Antenne am Leitungsende beträgt das SWR am Leitungseingang etwa 1. Was lässt sich aus diesen Messergebnissen schließen?

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

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

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

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

Auswirkung von Leitungsdämpfung auf gemessenes SWR

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

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

AG404: Am Eingang einer Antennenleitung mit einer Dämpfung von 5 dB werden 10 W HF-Leistung eingespeist. Mit der am Leitungsende angeschlossenen Antenne misst man am Leitungseingang ein SWR von 1. Welches SWR ist am Leitungseingang zu erwarten, wenn die Antenne abgeklemmt wird?

A: Ein SWR von ca. 1,92

B: Ein SWR von ca. 3,6

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

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

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) II

Funktionsweise eines Stehwellenmessgeräts

Abbildung 219: Schaltung eines Stehwellenmessgeräts

Koppelt einen Teil der vorlaufenden Leistung
Koppelt einen Teil der rücklaufenden Leistung
Anzeige über eine geeignete Skala (z. B. Kreuzzeigerinstrument)
Ablesen des Stehwellenverhältnisses

AI401: Ein Stehwellenmessgerät misst und vergleicht bei einer HF-Leitung im Sendebetrieb ...

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

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

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

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

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

A: einen Absorptionsfrequenzmesser.

B: ein Stehwellenmessgerät.

C: einen Absolutleistungsmesser.

D: ein Impedanzmessgerät.

Stehwellen- und Impedanzverhältnis

Stehwellenverhältnis entspricht dem Impedanzverhältnis
Gilt bei Last mit rein wirkwiderstandlicher Komponente
Wichtiger Merksatz für die folgende Frage

AI403: Zur Überprüfung eines Stehwellenmessgerätes wird dessen Ausgang mit einem HF-geeigneten 150 Ω-Lastwiderstand abgeschlossen. Welches Stehwellenverhältnis muss das Messgerät anzeigen, wenn die Impedanz von Messgerät und Sender 50 Ω beträgt?

A: 3,33

B: 3

C: 2

D: 2,5

Lösungsweg

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

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

Vektorieller Netzwerkanalysator (VNA) II

Funktionsweise eines vektoriellen Netzwerkanalysators

Erzeugt ein frequenzveränderliches Signal
Signal wird ausgegeben (z. B. an Antenne oder Schwingkreis)
Misst, wie das Signal verändert wird (z. B. durch Reflexion)
Erfasst sowohl Amplitude als auch Phase
Ermöglicht Bestimmung von Wirk- und Blindanteil sowie Stehwellenverhältnis

AI201: Wie funktioniert ein vektorieller Netzwerkanalysator (VNA)? Ein HF-Generator erzeugt ein ...

A: 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.

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: 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.

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

A: Ein Frequenzmessgerät

B: Ein Resonanzwellenmesser

C: Ein vektorieller Netzwerk Analysator

D: Eine SWR-Messbrücke

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

A: digitalen Frequenzmessgerät überprüft werden.

B: vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) überprüft werden.

C: Gleichspannungsmessgerät überprüft werden.

D: Ohmmeter überprüft werden.

Anzeigeform des VNAs – Impedanzaufteilung

Aufteilung in Wirk- ($R$) und Blindanteil ($X$)
Wirkwiderstand oft in $\Omega$, Blindwiderstand gelegentlich als $j\Omega$
Geräte zeigen Impedanzwerte uneinheitlich an
Das $j$ symbolisiert in der Elektrotechnik die imaginäre Einheit ($i$)
Positive Blindwerte deuten auf induktives, negative auf kapazitives Verhalten hin

AI204: Sie haben einen vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) an den Speisepunkt ihrer Kurzwellenantenne angeschlossen. Das Gerät zeigt R = 54 Ω und jX = -12 Ω an. Was bedeutet das Messergebnis?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Grafische Darstellung des SWR-Verlaufs

Abbildung 220: SWR-Verlauf im Display eines VNAs

VNAs stellen den SWR-Verlauf über die Frequenz grafisch dar
Eine zu tiefe Resonanzfrequenz weist auf eine zu lange Antenne hin (Kürzen erforderlich)
Eine zu hohe Resonanzfrequenz deutet darauf hin, dass die Antenne verlängert werden muss

AI207: Sie haben einen vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) an einen selbstgebauten Halbwellendipol angeschlossen und messen den dargestellten Resonanzverlauf. Was müssen Sie tun, um diese Antenne auf das 80 m-Band abzustimmen?

A: Sie verkürzen beide Enden gleichmäßig.

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

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

D: Sie verlängern beide Enden gleichmäßig.

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

A: Sie 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° bis 360°)
360° entspricht einer kompletten Schwingungsperiode, d.h. 360° = 0°
Bei der elektrischen Länge eines Koaxialkabels ist der Verkürzungsfaktor bereits einberechnet
Eine Wellenlänge ($\lambda$) entspricht 360°; z. B. entspricht $\lambda/2$ genau $\frac{360\degree}{2} = 180\degree$

AG407: Welche Phasenverschiebung erhält ein HF-Signal von a nach b, wenn die elektrische Länge der abgebildeten Koaxialleitung $\lambda$/4 beträgt?

A: 90°

B: 180°

C: $\dfrac{π}{4}$

D: Null

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

A: 0°

B: $\dfrac{π^2}{4}$

C: 90°

D: 180°

Impedanztransformation

Impedanztransformation im Speisekabel

Wellenwiderstand ungleich Lastwiderstand führt neben Stehwellen zu Impedanztransformation
Signalquelle „sieht“ an den Kabelenden unterschiedliche Widerstände
$\lambda/4$-Leitungen transformieren kleine in große und große in kleine Wirkwiderstände
$\lambda/2$-Leitungen bewirken keine Impedanztransformation

AG412: Eine Halbwellen-Übertragungsleitung ist an einem Ende mit 50 Ω abgeschlossen. Wie groß ist die Eingangsimpedanz am anderen Ende dieser Leitung?

A: 100 Ω

B: 200 Ω

C: 50 Ω

D: 25 Ω

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

A: 70 Ω.

B: 370 Ω.

C: 185 Ω.

D: 300 Ω.

Speisung bei Halb- und Ganzwellendipolen

Abbildung 221: Halbwellendipol mit Impedanztransformation über Speiseleitung

Halbwellendipol: stromgespeist (niederohmig)
Ganzwellendipol: spannungsgespeist (hochohmig)

AG413: Einem Halbwellendipol wird die Sendeleistung über eine abgestimmte $\lambda$/2-Speiseleitung zugeführt. Wie hoch ist die Impedanz $Z_1$ am Einspeisepunkt des Dipols? Und wie hoch ist die Impedanz $Z_2$ am Anfang der Speiseleitung?

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

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 hochohmig.

AG414: Einem Ganzwellendipol wird die Sendeleistung über eine abgestimmte $\lambda$/2-Speiseleitung zugeführt. Wie hoch ist die Impedanz $Z_1$ am Einspeisepunkt des Dipols und wie hoch ist die Impedanz $Z_2$ am Anfang der Speiseleitung?

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

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

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

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

AG415: Einem Ganzwellendipol wird die Sendeleistung über eine abgestimmte $\lambda$/4-Speiseleitung zugeführt. Wie hoch ist die Impedanz $Z_1$ am Einspeisepunkt des Dipols und wie hoch ist die Impedanz $Z_2$ am Anfang der Speiseleitung?

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

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

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

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

Berechnung des Wellenwiderstands

Für eine gezielte Impedanztransformation gilt: $Z = \sqrt{Z_\mathrm{E} \cdot Z_\mathrm{A}}$
Der Wellenwiderstand ergibt sich als geometrisches Mittel aus Speise- und Lastwiderstand

AG417: Ein Dipol mit einem Fußpunktwiderstand von 60 Ω soll über eine $\lambda$/4-Transformationsleitung mit einem 240 Ω-Flachbandkabel gespeist werden. Welchen Wellenwiderstand muss die Transformationsleitung haben?

A: 300 Ω

B: 150 Ω

C: 120 Ω

D: 232 Ω

Lösungsweg

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

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

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

A: 240 Ω

B: 380 Ω

C: 420 Ω

D: 840 Ω

Lösungsweg

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

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

Impedanzanpassung mit Pi-Filtern

Abbildung 222: Pi-Filter zur Impedanztransformation

Spulen und Kondensatoren werden zur Impedanzanpassung eingesetzt
Pi-Filter wirken als Tiefpass und transformieren die Impedanz
Sie können als Antennentuner verwendet werden

AG406: Worum handelt es sich bei dieser Schaltung? Es handelt sich um ...

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

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

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

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

Lecherleitung

Lecherleitung: Resonanzverhalten

Lecherleitung: am Ende offene Zweidrahtleitung
Bei $\lambda/4$-Betrieb wird das offene Ende ($\infty\,\Omega$) in einen Kurzschluss ($0\,\Omega$) transformiert
Im Resonanzfall wird die Leitung leitend, obwohl die Drähte nicht verbunden sind
Umgekehrt gilt: Eine kurzgeschlossene Leitung wird im Resonanzfall hochohmig

AG320: Eine Lecherleitung besteht aus zwei parallelen Leitern. Wovon ist ihre Resonanzfrequenz wesentlich abhängig? Sie ist abhängig ...

A: von der Leitungslänge.

B: vom SWR auf der Leitung.

C: vom verwendeten Balun.

D: vom Wellenwiderstand der beiden parallelen Leiter.

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

A: beträgt nahezu null Ohm.

B: beträgt das Dreifache des Wellenwiderstandes.

C: ist gleich dem Wellenwiderstand.

D: ist nahezu unendlich hochohmig.

Koaxialkabel: Ähnlicher Effekt

Abbildung 223: Koaxialkabel zur Impedanztransformation

Mit Koaxialkabeln lässt sich ein vergleichbarer Impedanztransformationseffekt erzielen

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

A: Ungefähr 100 Ω

B: Sehr hochohmig

C: 50 Ω

D: Annähernd 0 Ω

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

A: Annähernd 0 Ω

B: 50 Ω

C: Ungefähr 100 Ω

D: Sehr hochohmig

Mantelwellen II

Gegentaktsignal und Mantelwellen

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

Gleichtaktsignal und Mantelstrom

Ist die Stromsumme ungleich Null, entsteht ein Gleichtaktsignal
Gleichtaktanteil fließt auf der Außenseite des Außenleiters als Mantelstrom
Mantelstrom erzeugt eine Mantelwelle um das Kabel

AG425: Wann liegen Mantelwellen auf einem Koaxialkabel vor? Wenn ...

A: Stehwellen vorhanden sind.

B: Gleichtaktanteile vorhanden sind.

C: der Schirm geerdet ist.

D: vor- und rücklaufende Leistung nicht identisch sind.

Stromkompensierte Drossel

Koaxialkabel, um einen Ferritkern gewickelt, unterdrückt Mantelwellen
Diese Bauform wird als stromkompensierte Drossel bezeichnet

AG426: Wie wirkt eine stromkompensierte Drossel (z. B. Koaxialkabel um einen Ferritkern gewickelt) Mantelwellen entgegen? Sie wirkt ...

A: hochohmig für Oberschwingungen und niederohmig für Grundschwingungen.

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

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

D: hochohmig für Gleichtaktanteile und niederohmig für Gegentaktanteile.

HF-Trenntrafo zur Mantelwellensperre

Alternative: HF-Trenntrafo, bei dem Primär- und Sekundärwicklung nicht verbunden sind
Strom, der in einen Pol hineinfließt, fließt nahezu gleich groß aus dem anderen – Gleichtaktanteil entfällt

AJ115: Zur Verhinderung von Rundfunk-Empfangsstörungen (z. B. UKW, DAB, DVB-T), die durch Mantelwellen hervorgerufen werden, ist anstelle einer Mantelwellendrossel alternativ ...

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

B: der Einbau eines 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

AG427: Wodurch können Mantelwellen auf Koaxialkabeln verursacht werden?

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

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

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

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

Spannungsbalun / Spartransformator

Abbildung 225: Aufbau eines Spannungbaluns

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

AG421: Für welche Antennenimpedanz ist der folgende Balun-Transformator aus zweimal acht Windungen ausgelegt?

A: 100 Ω

B: 50 Ω

C: 400 Ω

D: 200 Ω

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

A: 100 Ω

B: 200 Ω

C: 50 Ω

D: 0 Ω

Einschränkungen der Mantelwellensperre

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

AG428: Die Darstellung zeigt die bei Ankopplung eines Koaxialkabels an eine Antenne auftretenden Ströme. Wie kann man den als $I_3$ bezeichneten, unerwünschten Mantelstrom reduzieren?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Umwegleitung

Umwegleitung zur Unterdrückung von Mantelwellen

$\lambda/2$-Umwegleitung als weitere Möglichkeit zur Unterdrückung von Mantelwellen

AG420: Ein Dipol soll mit einem Koaxkabel gleicher Impedanz gespeist werden. Dabei erreicht man einen Symmetriereffekt zum Beispiel durch ...

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

B: Symmetrierglieder wie Umwegleitung oder Balun.

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

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

Funktionsweise der $\lambda/2$-Umwegleitung

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

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 180°-Phasenverschiebung erzeugt.

AG423: Was zeigt diese Darstellung?

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

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

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

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

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

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

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

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

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