Dieses Thema verbindet Geometrie mit Hochfrequenzverhalten. Statt jede Antennenform und Kabellänge einzeln zu merken, bestimme zuerst die freie Wellenlänge, dann den elektrischen Anteil und schließlich, ob die Aufgabe Resonanz, Anpassung, Transformation oder Verlust betrachtet.
Rechnen und einordnen in fünf Schritten
| Schritt | Arbeitsregel |
|---|---|
| Wellenlänge | Für f in MHz gilt näherungsweise λ = 300 / f. Multipliziere danach mit dem verlangten Anteil der Wellenlänge und mit dem angegebenen Korrektur- oder Verkürzungsfaktor. Bei einer Schleife ist die Gesamtlänge gemeint, beim Dipol wird sie auf beide Schenkel verteilt. |
| Resonanzlage | Ein Halbwellendipol unterhalb seiner Resonanzfrequenz ist gegenüber der neuen Wellenlänge elektrisch zu kurz und zeigt einen kapazitiven Blindanteil. Oberhalb ist er elektrisch zu lang und verhält sich induktiv. |
| Leitungslänge | Die Phasengeschwindigkeit im Dielektrikum ist kleiner als im freien Raum; deshalb ist die mechanische Länge l = k · λ. Eine halbe elektrische Wellenlänge wiederholt die Lastimpedanz, eine Viertelwelle kehrt hohe und niedrige Impedanz um. |
| Anpassung | Reflexionsfreier Betrieb liegt vor, wenn Lastimpedanz und Wellenwiderstand der Leitung übereinstimmen. Für einen verlustlosen Viertelwellentransformator gilt ZT = √(Z1 · Z2). |
| Gewinn und Verlust | Eine dB-Angabe wird als Leistungsfaktor 10G/10 eingesetzt. Positive Werte erhöhen, negative verringern die bezogene Leistung; Kabelverluste werden vor dem Antennengewinn berücksichtigt. |
Bei Koaxialleitungen müssen Nutzstrom und Mantelstrom auseinandergehalten werden. Im normalen Gegentakt fließen Innenleiterstrom und Strom auf der Innenseite des Schirms entgegengesetzt; ihre Magnetfelder heben sich im Ferrit weitgehend auf. Ein Gleichtaktanteil auf der Schirmaußenseite magnetisiert den Kern dagegen gleichsinnig. Eine stromkompensierte Drossel bietet diesem Anteil eine hohe Impedanz, ohne den Gegentaktweg wesentlich zu behindern.
Auch Verluste folgen einer Ursache-Wirkungs-Kette. Mit steigender Frequenz konzentriert der Skin-Effekt den Strom in einer dünneren Oberflächenschicht. Der nutzbare Leiterquerschnitt wird kleiner und der wirksame HF-Widerstand größer. Bei langen Speiseleitungen steigt außerdem die Kabeldämpfung; ein gutes SWR am Sender beweist bei stark verlustbehafteter Leitung daher nicht automatisch eine gut strahlende Antenne.
Typische Prüfungsfallen
- Kapazitives und induktives Verhalten um die Dipolresonanz vertauschen. Unterhalb ist der Strahler elektrisch zu kurz, oberhalb elektrisch zu lang; aus dieser Längenbetrachtung folgt die richtige Richtung.
- Beim Skin-Effekt einen größeren stromdurchflossenen Querschnitt oder einen kleineren Widerstand annehmen. Tatsächlich wird die leitende Schicht mit zunehmender Frequenz dünner und verlustreicher.
- Für ein Kabel Freiraumgeschwindigkeit oder sogar einen höheren Wert einsetzen. Das Dielektrikum senkt die Phasengeschwindigkeit; der Verkürzungsfaktor liegt deshalb bei üblichen passiven Leitungen unter eins.
- Eine Mantelwellendrossel als Filter nur für Oberschwingungen oder nur für den Innenleiter behandeln. Ihre Selektivität betrifft die Stromart: Gleichtakt wird gehemmt, Gegentakt möglichst wenig beeinflusst.
- Bei einer offenen Viertelwellenleitung auch am Eingang eine offene Stelle erwarten. Nach einem Viertel der Welle sind Spannungs- und Strommaximum vertauscht; eine halbe Welle würde den Abschlusszustand wiederholen.
Jetzt anwenden
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