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Antennen und Leitungen: elektrische Länge, Impedanz und Betriebsart

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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

SchrittArbeitsregel
WellenlängeFür 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.
ResonanzlageEin 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.
LeitungslängeDie 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.
AnpassungReflexionsfreier Betrieb liegt vor, wenn Lastimpedanz und Wellenwiderstand der Leitung übereinstimmen. Für einen verlustlosen Viertelwellentransformator gilt ZT = √(Z1 · Z2).
Gewinn und VerlustEine 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

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Question 465

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?

  1. 21,55 m
  2. 21,12 m
  3. 43,10 m
  4. 42,25 m
Question 543

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

  1. 420 Ohm
  2. 840 Ohm
  3. 240 Ohm
  4. 380 Ohm
Question 561

Ein Sender für das 630 m-Band mit 50 W Ausgangsleistung ist mittels eines kurzen Koaxialkabels an eine Antenne mit 20 dBd Verlust angeschlossen. Welche ERP wird von der Antenne abgestrahlt?

  1. 0,5 W
  2. 5,0 W
  3. 2,5 W
  4. 50 W
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