Antennen und Übertragungsleitungen

Gesamtkurs E

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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

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 $2,5 m$

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

Yagi-Uda-Antenne

1) Kurzbeschreibung: Schematische Strichzeichnung mit einem vertikalen Stab in der Mitte, einem horizontal montierten Trägerstab und sieben parallel zueinander angeordneten, unterschiedlich langen Querelementen. Vom Trägerstab führt ein Leiter zum zweitlängsten Querelement.
<ol start= — Abbildung NE-19.3.1: Yagi-Uda-Antenne mit Einspeisung am Dipol am vorletzten Element

* Vor und hinter dem Dipol werden leitende Stäbe geschickt angeordnet * Bündelt Funkwellen in eine bestimmte Richtung

Rundstrahlantennen

1) Kurzbeschreibung: Schematische Darstellung eines Koaxialkabels, dessen Außenleiter mit Masse und dessen Innenleiter mit einem vertikalen Strahler verbunden ist.
<ol start= — Abbildung NE-19.4.1: Marconi-Antenne

Erdung kann durch *Radials* ersetzt werden, die eine *Groundplane* bilden

Endgespeiste Antennen (End-Fed)

1) Kurzbeschreibung: Schaltbild mit einem rechteckigen Bauteil „Anpassglied“, das nach unten geerdet ist und nach oben zu einem horizontalen Leiter führt, dessen Länge mit „λ/2“ markiert ist.
<ol start= — Abbildung NE-19.5.1: Schaltbild einer endgespeisten Antenne

* 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

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

Polarisation II

In Hauptstrahlrichtung
In Bezug zur Erdoberfläche
Die Polarisationsrichtung kann nicht immer an der Bauform der Antenne erkannt werden

* 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

1) Kurzbeschreibung: Perspektivische Darstellung von sinusförmigen Feldlinien in einer gestrichelt dargestellten vertikalen und einer mit durchgezogenen Linien dargestellten horizontalen Ebene über dem Erdboden. Pfeile in regelmäßigen Abständen deuten die jeweilige Auslenkung von einer nach rechts gerichteten Grundlinie „S“ an, die parallel zum Erdboden verläuft.
<ol start= — Abbildung NE-19.7.1: Horizontale Polarisation in einem Feld

* 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

1) Kurzbeschreibung: Perspektivische Darstellung von sinusförmigen Feldlinien in einer gestrichelt dargestellten horizontalen und einer mit durchgezogenen Linien dargestellten vertikalen Ebene über dem Erdboden. Pfeile in regelmäßigen Abständen deuten die jeweilige Auslenkung von einer nach rechts gerichteten Grundlinie „S“ an, die parallel zum Erdboden verläuft.
<ol start= — Abbildung NE-19.7.1: Vertikale Polarisation in einem Feld

* 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

1) Kurzbeschreibung: Perspektivische Darstellung von zwei spiralförmigen Feldlinien, die in gleichmäßigem Abstand zueinander um eine nach rechts gerichtete, parallel zum Erdboden verlaufende Grundlinie „S“ verlaufen. Eine der Feldlinien ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt, die andere um 90° versetzt in gestrichelter Form. Pfeile in regelmäßigen Abständen deuten die jeweilige Auslenkung von der Grundlinie „S“ an.
<ol start= — Abbildung NE-19.7.1: Zirkulare Polarisation in einem Feld

Antennenformen II

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

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

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

Speisung vom Ende her
Länge häufig $\frac{\lambda}{2}$
Benötigt eine höhere Spannung

* Verwendung eines Anpassglieds (Transformator) * Oft verwendet: Fuchskreis

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung; von links ein mit „50–75 Ω“ beschriftetes Koaxialkabel: der innere Leiter ist über eine vertikale Spule (zwei nach rechts gerichtete Halbbögen) mit Masse verbunden, der äußere Leiter ist direkt mit Masse verbunden; unteres Ende der Spule nach rechts mit einem Parallelschwingkreis aus Spule und Drehkondensator verbunden; oberes Ende des Parallelschwingkreises verbunden mit einem horizontalen Leiter.
<ol start= — Abbildung NE-19.8.1: Schematische Darstellung einer Fuchs-Antenne mit Fuchskreis

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

* Strahlt rechtwinklig vom Draht ab * In einer Ebene betrachtet ergeben sich Keulen neben dem Dipol * Ein vertikaler Dipol strahlt rund herum ab

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<p>Zwei gleich große, sich berührende Kreise sind dargestellt, die symmetrisch um eine vertikale Linie angeordnet sind. Die vertikale Linie verläuft durch den Berührungspunkt der beiden Kreise und erstreckt sich sowohl oberhalb als auch unterhalb der Kreise.">
<figcaption>Abbildung NE-19.8.1: Strahlungsdiagramm eines Dipols</figcaption></p>
</figure>
</div>
</section>
<section></section>
<section></section>
<section><ul>
<li>Ein vertikal montierter Halbwellendipol hat eine flache Abstrahlung</li>
<li>Beliebt im DX-Betrieb oder Kontakten über Direkt- oder Bodenwelle</li>
</ul>
</section>
<section></section>
<section><ul>
<li>Gegen Erde oder Fahrzeugkarosserie erregte 5/8$\lambda$-Antenne</li>
<li>Spezialfall einer Vertikalantenne</li>
<li>Die Länge ist so gewählt, damit sich ein optimaler Gewinn ergibt</li>
</ul>
</section>
<section></section>
<section><div class=

1) Kurzbeschreibung: Antennendiagramm bestehend aus drei geraden Linien im Winkel von 120° zueinander und einer nahezu kreisförmigen Kontur mit Einbuchtungen an den Schnittstellen mit den geraden Linien.
<ol start= — Abbildung NE-19.8.1: Strahlungsdiagramm einer Groundplane-Antenne von oben betrachtet

* Gewinn ist in eine Richtung deutlich höher als in andere Richtungen

1) Kurzbeschreibung: Antennendiagramm bestehend aus einer vertikalen Linie und zwei verschieden große Schlaufen beiderseits dieser Linie.
<ol start= — Abbildung NE-19.8.1: Strahlungsdiagramm einer Richtantenne

* Nur für hohe Frequenzen geeignet * Im Kurzwellenbereich unüblich, da sie unhandliche Größen erreichen würden

* Hornstrahler * Parabolantennen * Patchantennen auf Leiterplatten * Sperrtopfantenne

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 $40 m$ und $80 m$, deren Enden sich durch Sperrkreise bei $40 m$ verkürzen

Antennenlänge und -resonanz

Jedoch ist dann deren Wellenwiderstand anders
Dieser Wellenwiderstand muss an die Speiseleitung angepasst werden, z.B. durch einen Balun

Anstatt direkt die ungefähre Wellenlänge des $10 m$-Bands zu verwenden, wird hier erst die angegebene Frequenz in die exakte Wellenlänge umgerechnet.

$\begin{split} l &= \frac{5}{8}\lambda\ &= \frac{5}{8} \cdot \frac{300 Mm/s}{28,5 MHz}\ &\approx \frac{5}{8} \cdot 10,53 m\ &\approx 6,58 m\ \end{split}$

* Ein Draht einer Wellenlänge wird an den Enden zur Länge eines Halbwellen-Dipols umgebogen * Die Einspeisung ist immer noch in der Mitte

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<p>Eine einfache Schleifen-Antenne mit einem horizontalen, ovalen Design. Zwei parallele Drähte verlaufen horizontal und enden jeweils in einer Rundung. An einer Stelle gibt es einen kleinen Abstand, der zwei Linien trennt.">
<figcaption>Abbildung NE-19.9.1: Ein Faltdipol</figcaption></p>
</figure>
</div>
<aside class=

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 * $\lambda_\mathrm{Leitung} = k_\mathrm{v} \cdot \dfrac{c}{f}$

Bei Drahtantennen sind diese für Resonanz um ca. $5 %$ zu kürzen

Fußpunktimpedanz I

Speiseimpedanz $73,1 Ω$
Im Freiraum, also bei einer Aufbauhöhe von min. einer Wellenlänge
Recht nahe bei $50 Ω$

Bei geringerer Aufbauhöhe kommt es zu Wechselwirkungen mit dem Boden
Speiseimpedanz ca. $40 Ω$ bis $90 Ω$

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 $300 Ω$

Ein Dipolschenkel entfällt und wird durch eine Erde mit möglichst geringem Widerstand ersetzt
Hälfte eines Dipols im Freiraum
$\rightarrow$ Speisewiderstand: $\dfrac{73,1 Ω}{2} \approx 37 Ω$
Radiale um $45 °$ nach unten abwinkeln ergibt zusätzliche Abstrahlung
$\rightarrow$ Speisewiderstand: $50 Ω$

Yagi-Uda Antenne II

* Einspeisung an *Strahler* ausgeführt als Dipol oder Faltdipol * Welle trifft auf längeren *Reflektor* und kürzeren *Direktor* * Es kann auch mehrere Direktoren geben

1) Kurzbeschreibung: Elemente einer Richtantenne, dargestellt als drei horizontale Linien.
<ol start= — Abbildung NE-19.12.1: Die Elemente einer Yagi-Uda-Antenne: 1 Reflektor, 2 Strahler, 3 Direktor

Reflektor und Direktor schwingen ohne elektrische Verbindung zum Strahler zu haben
Haben auch keine Antenneneinspeisung
Nehmen dennoch Energie auf und geben sie wieder ab

* 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 °

* Große Hauptkeule in Richtung der Direktoren * Kleine Nebenkeulen und insbesondere Rückkeule

1) Kurzbeschreibung: Antennendiagramm bestehend aus einer horizontalen Linie über das ganze Bild hinweg und zwei verschieden großen Schleifen ober- und unterhalb dieser Linie.
<ol start= — Abbildung NE-19.12.1: Strahlungsdiagramm einer Yagi-Uda-Antenne

Parabolspiegel I

Frequenzen zwischen $1 GHz$ und $300 GHz$
Wellenlänge von Millimetern bis wenigen Dezimetern
Können von Metallen reflektiert werden

* Parabolisch geformte Metalloberfläche oder engmaschiges Gitter * Parallel einfallende Wellen werden auf einem Punkt vor dem Spiegel gebündelt

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<p>Kurzfassung: Schematische Darstellung einer Parabol-Schüsselantenne mit speisender Antenne nahe der Mitte, parallelen orangefarbenen Wellenfronten von rechts und einem per Kabel angeschlossenen Messgerät rechts unten.</p>
<p>Detaillierte Beschreibung: Links ist ein großer schwarzer Halbkreis mit vielen kurzen, nach außen zeigenden Strichmarken entlang des Randes; die Schüsselöffnung zeigt nach rechts. Im rechten, offenen Bereich verlaufen mehrere gleichmäßig verteilte, waagerechte orangefarbene Linien von rechts nach links. In der Nähe der Mitte der Schüssel ist ein kleines, schwarzes, nach unten zeigendes Dreieck (Antennensymbol) an einer kurzen senkrechten Leitung dargestellt. Von diesem Punkt führen mehrere orangefarbene Geraden fächerförmig zur gekrümmten linken Innenfläche und treffen dort auf verschiedene Stellen des Randes; zusätzlich verlaufen die waagerechten orangefarbenen Linien durch die Öffnung bis zur linken Innenfläche. Vom Antennensymbol geht eine schwarze Leitung nach unten, verläuft rechtwinklig nach rechts und endet in einem rechteckigen Gerät unten rechts. Dieses Gerät hat einen Rahmen, links zwei kleine runde Tasten übereinander, mittig ein rechteckiges Display/Feld und rechts einen großen runden Drehknopf mit einem kleinen Punkt im Inneren sowie daneben einen kleinen runden Indikator. Es sind keine Textbeschriftungen vorhanden.">
<figcaption>Abbildung NE-19.13.1: Funktionsweise eines Parabolspiegels</figcaption></p>
</figure>
</div>
</section>
<section></section>
<section><ul>
<li>Durch die Welleneigenschaften kommt es zu Beugungseffekten</li>
<li>Bündelung kommt nicht genau in einem Punkt zustande</li>
<li>Abweichung kann durch Größe der Schüssel kompensiert werden</li>
<li>Gewinn wird dadurch erhöht</li>
<li>Optimal: Einige Wellenlängen oder mehr</li>
</ul>
</section>
</section>
<section>
<section data-background-color=

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

Hoher Strom bei vergleichsweise geringer Spannung am Speisepunkt
Niedriger Speisewiderstand
ca. $36-100 Ω$
Niederohmiges Verhalten

Hohe Spannung bei vergleichsweise geringem Strom am Speisepunkt
Hoher Speisewiderstand
ca. $1500-4000 Ω$
Hochohmiges Verhalten

Ladungsträger schwingen hin und her
In der Mitte werden besonders viele Ladungsträger bewegt $\rightarrow$ Strombauch
An den Enden entstehen besonders hohe Spannungen $\rightarrow$ Spannungsbauch
Wenige Ladungsträger $\rightarrow$ Stromknoten
Keine Spannung $\rightarrow$ Spannungsknoten

Strombauch in der Mitte
Spannungsbauch an den Enden
Stromknoten an den Enden
Spannungsknoten in der Mitte

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<ol>
<li>
<p>Kurzfassung: Symmetrische Grafik mit einer roten Kurve „I“ und einer blauen Kurve „U“ über einer horizontalen Strecke mit Beschriftung „λ/2“, dazu drei orangefarbene Vertikallinien mit markierten Punkten und schwarzen, rechtwinkligen Linienformen.</p>
</li>
<li>
<p>Detaillierte Beschreibung: Auf weißem Hintergrund verlaufen links, mittig und rechts je eine orangefarbene senkrechte Linie; an ihnen sitzen kleine schwarze Punkte: links oben und unten, in der Mitte oben und auf halber Höhe, rechts oben und auf mittlerer Höhe. Oben links und rechts führen von den äußeren Vertikalen waagerechte schwarze Linien nach innen; nahe der Mitte enden sie jeweils in kurzen, nach unten gerichteten schwarzen Stummeln, sodass zwischen den beiden Stummeln eine schmale Lücke bleibt. Unten führen von einer zentralen Lücke aus zwei waagerechte schwarze Linien nach links bzw. rechts; an ihren inneren Enden ragen kurze Stummel nach oben. Eine rote, glatte Kurve mit der Beschriftung „I“ (kursiv, rot) startet am linken oberen Punkt, wölbt sich bogenförmig nach oben mit einem Maximum am oberen Punkt der mittleren Vertikalen und fällt zum rechten oberen Punkt ab. Eine blaue, glatte Kurve mit der Beschriftung „U“ (kursiv, blau) beginnt nahe dem unteren linken Punkt, steigt gleichmäßig an, passiert die Mitte (dort liegt ein markierter Punkt auf der mittleren Vertikalen) und verläuft weiter ansteigend bis ungefähr zur mittleren Höhe am rechten Rand, wo ein weiterer Punkt markiert ist. Unterhalb der gesamten Zeichnung befindet sich ein langer, beidseitig Pfeile tragender schwarzer Doppelpfeil; in seiner Mitte steht die Beschriftung „λ/2“."></p>
<figcaption>Abbildung NE-19.14.1: Halbwellendipol mit Spannungs- und Stromverteilung</figcaption>
</li>
</ol>
</figure>
</div>
</section>
<section></section>
<section></section>
<section><div class=

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<ol>
<li>
<p>Kurzzusammenfassung: Ein Schaltbild mit Quelle, einem Block „Anpassglied“, einer waagerechten Leitung und einer darüber eingezeichneten blauen sinusförmigen Kurve, dazu eine Längenangabe „λ/2“.</p>
</li>
<li>
<p>Detaillierte Beschreibung: Links ist ein kreisförmiges Quell-Symbol, verbunden mit einem rechteckigen Block mit der Beschriftung „Anpassglied“, der nach unten mit einem Erdungssymbol verbunden ist. Vom rechten Rand des Blocks führt eine durchgehende, waagerechte, schwarze Leitung nach rechts. Oberhalb der Leitung steht eine beidseitige Pfeillinie (Doppelpfeil) mit der mittigen Aufschrift „λ/2“. Entlang der waagerechten Leitung ist eine hellblaue, sinusförmige Kurve eingezeichnet, die links unterhalb der Leitung beginnt, ansteigt, die Leitung im rechten Drittel ungefähr kreuzt und am rechten Rand oberhalb der Leitung endet; in der Nähe dieser Kurve steht kursiv der Buchstabe „U“. Es sind keine Achsen, Skalen oder weiteren Beschriftungen vorhanden."></p>
<figcaption>Abbildung NE-19.14.1: Halbwellendipol Endgespeist</figcaption>
</li>
</ol>
</figure>
</div>
</section>
</section>
<section>
<section data-background-color=

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 eine Richtung gegenüber dem Isotropstrahler
Kann in $dB$ angegeben werden
Bei Bezug auf den Isotropstrahler wird $dBi$ verwendet

Ein Halbwellendipol strahlt senkrecht zum Leiter um $2,15 dB$ stärker ab als ein Isotropstrahler
Der Gewinn beträgt $2,15 dBi$

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 $2,15 dBi$

Standortwahl

Insbesondere in der eigenen Wohnung und der der Nachbarn
Wechselwirkungen können auch den eigenen Funkempfang stören
Und im Sendebetrieb die Funktionsweise des Geräts stören
$\rightarrow$ Antenne möglichst im Außenbereich anbringen

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

Am besten so hoch und so weit weg wie möglich
Feldstärke in Hauptstrahlrichtung nimmt mit der Entfernung ab

Einbau Kfz

1) Kurzbeschreibung: Bedienteil eines VHF/UHF-Funkgerätes in der Mittelkonsole eines PKWs.
<ol start= — Abbildung NE-19.17.1: Einbau des Bedienteils eines VHF/UHF-Funkgerätes in die Mittelkonsole eines PKW

* Wähend der Fahrt mit anderen Funkamateuren unterhalten * Tipps oder Verkehrsinformationen mitbekommen * Benutzung nur mit Freisprecheinrichtung

1) Kurzbeschreibung: Kurze Stabantenne mit Magnetfuß auf einem Autodach.
<ol start= — Abbildung NE-19.17.1: Magnetfußantenne auf Fahrzeugdach

* 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

1) Kurzbeschreibung: Bündel roter und schwarzer Kabel mit zwei Inline-Sicherungen, von denen eine geöffnet ist und eine gelbe 20‑A‑Flachsicherung zeigt.
<ol start= — Abbildung NE-19.17.1: Stromkabel mit Sicherungshalter

* Bordnetzspannung von $12 V$ oder $24 V$ scheint ungefährlich * Hohe Ströme sind möglich * Bei Kurzschluss sind Lichtbogen, Kabelbrand oder Fahrzeugbrand möglich * Sicherung des richtigen Werts für das Funkgerät verbauen

Übertragungsleitungen

1) Kurzbeschreibung: Abisoliertes Koaxialkabel mit Innenleiter aus Kupfer, durchsichtigem Isolator, freigelegter Kupferabschirmung und schwarzem Außenmantel.
<ol start= — Abbildung NE-19.18.1: Koaxialkabel im Detail

* Am weitesten verbreitet * Voneinander isolierter Innen- und Außenleiter * Umgeben von Schutzmantel * Unterschiedliche Ausführungen möglich

1) Kurzbeschreibung: Foto mit fünf Koaxialkabeln in unterschiedlichen Bauformen mit abisolierten Enden, jeweils beschriftet.
<ol start= — Abbildung NE-19.18.1: Beispiele gebräuchlicher Koaxialkabel

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

* 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

Übertragungsleitungen II

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

* Paralleldraht-Speiseleitung * Koaxialkabel

* Das Koaxialkabel vermeidet unerwünschte Abstrahlung * Unerwünschte Abstrahlungen können durch *Mantelwellen* auftreten * Mantelwellen lassen sich durch Mantelwellensperren unterdrücken

Kabel, die direkt neben Koaxialkabel verlegt werden, können Einkopplungen erfahren
Dadurch gelangt Hochfrequenz beispielsweise ins Stromnetz
Und Leistung zur Antenne geht verloren

* 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

Im Koaxialkabel treten im Dielektrikum Verluste auf
Es kann bei hohen Spannungen zu einem Durchschlag kommen

1) Kurzbeschreibung: N-Einbaubuchse (links) und N-Stecker (rechts).
<ol start= — Abbildung NE-19.19.1: N-Buchse und N-Stecker

* *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

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

* PL * N

* BNC * SMA

* 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

1) Kurzbeschreibung: Zwei koaxiale PL-Stecker, rechts mit und links ohne Reduzierhülse.
<ol start= — Abbildung NE-19.21.1: PL-Stecker

1) Kurzbeschreibung: Koaxiale PL-Einbaubuchse mit Außengewinde und weißem Isolator.
<ol start= — Abbildung NE-19.21.2: PL-Einbaubuchse

N-Steckverbinder

1) Kurzbeschreibung: In Einzelteile zerlegter N-Stecker.
<ol start= — Abbildung NE-19.22.2: Ein N-Stecker vor seiner Montage

BNC-Steckverbinder

1) Kurzbeschreibung: Rechtwinkliger BNC-Winkeladapter mit Stecker links und Kupplung rechts.
<ol start= — Abbildung NE-19.23.1: BNC-Winkeladapter mit Stecker links und Kupplung rechts

SMA-Steckverbinder

1) Kurzbeschreibung: Koaxialer SMA-Stecker mit vergoldetem Mittelkontakt, weißem Isolator und Innengewinde.
<ol start= — Abbildung NE-19.24.1: SMA-Stecker, hier stark vergrößert

Kabeldämpfung I

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

Alle Verluste, die in Kabeln entstehen
Antenne und Verstärker verstärken das Signal, verändern jedoch nicht die Kabelverluste

* Im Anhang der Formelsammlung * Dämpfungen verschiedener Kabel in Abhängigkeit zur Frequenz * Bezug auf $100 m$ – bei kürzeren Kabeln muss umgerechnet werden

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<p>Kurzfassung: Liniendiagramm mit mehreren ansteigenden Geraden, die die Grunddämpfung verschiedener Koaxialkabel pro 100 m Leitungslänge in Abhängigkeit von der Frequenz zeigen.</p>
<p>Detaillierte Beschreibung: Rechteckige Grafik mit dichtem Gitternetz. Unten steht die x‑Achse „Frequenz [MHz]“; Teilstriche (von links nach rechts) sind mit 1, 3.5, 5, 7, 10, 14, 20, 29, 50, 100, 145, 200, 300, 435, 1296, 2350, 4000, 5700 beschriftet. Oben sind die gleichen Frequenzwerte nochmals angezeigt. Links steht die y‑Achse „Grunddämpfung α0 je 100 m Leitungslänge in dB“. Die Skala reicht am sichtbaren Rand von 0.5 unten bis 300 oben; dazwischen sind u. a. 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 und 200 markiert (rechte Achsenseite zeigt die gleichen Werte). Mehrere schwarze, gerade, nach rechts oben ansteigende Linien sind mit Kabel-/Dielektrikumsangaben beschriftet; von oben nach unten (bei hoher Dämpfung) stehen: „PTFE 1,8 mm RG178“, „Voll‑PE 2,9 mm RG174“, „Voll‑PE 4,95 mm RG58“, „Voll‑PE 10,3 mm RG213“. Darunter verläuft ein Bündel weiterer Linien mit der Beschriftung „PE‑Schaum …“ mit verschiedenen Durchmessern, u. a. „PE‑Schaum 7,3 mm“, „PE‑Schaum 4,9 mm“, „PE‑Schaum 2,7 mm“, „PE‑Schaum 1,64 mm“ sowie „PE‑Schaum Massivschirm“. Alle Linien steigen mit zunehmender Frequenz an; die PE‑Schaum‑Linien liegen bei gleicher Frequenz im Diagramm niedriger als die Voll‑PE‑ und PTFE‑Linien.">
<figcaption>Abbildung NE-19.25.1: Kabeldämpfungsdiagramm im Anhang der Formelsammlung</figcaption></p>
</figure>
</div>
<aside class=

gesucht: Dämpfung für $100 m$ RG58 Kabel bei $145 MHz$
Lösung: Ablesen aus Diagramm
Schnittpunkt der RG58 Linie mit $145 MHz\rightarrow 20 dB$

gesucht: Dämpfung für $20 m$ bei $20 dB$ Dämpfung auf $100 m$
Lösung: Dreisatz

$\dfrac{20 dB}{100 m} = \dfrac{x}{20 m}$ $x = \dfrac{20 dB\cdot 20 m}{100 m} = 4 dB$

gesucht: Dämpfung für $15 m$ RG58 Kabel bei $145 MHz$
Lösung: Ablesen aus Diagramm und Dreisatz
Schnittpunkt der RG58 Linie mit $145 MHz\rightarrow 20 dB$

$\dfrac{20 dB}{100 m} = \dfrac{x}{15 m}$ $x = \dfrac{20 dB\cdot 15 m}{100 m} = 3 dB$

Stehwellenverhältnis (SWR)

Sendeleistung wird zum Funkgerät zurück reflektiert $\rightarrow$ kann nicht an der Antenne abgestrahlt werden
Stimmen Speisewiderstand der Antenne und Wellenwiderstand der Speiseleitung überein, liegt Anpassung vor

Misst gleichzeitig die Sendeleistung zur Antenne und die reflektierte, rücklaufende Leistung

1) Kurzbeschreibung: SWR- und Leistungsmessgerät „SWR-30“ von Albrecht in schwarzem Gehäuse mit analogem Zeigerinstrument und mehreren Bedienelementen an der Frontseite.
<ol start= — Abbildung NE-19.26.1: Ein einfaches SWR-Meter zum Bestimmen des Stehwellenverhältnisses

1) Kurzbeschreibung: Analoges Messinstrument mit Kreuzzeiger zur Anzeige des SWR mit Skalen für die vorlaufende und die rücklaufende Leistung und das Stehwellenverhältnis.
<ol start= — Abbildung NE-19.26.2: SWR-Meter mit Kreuzzeiger, linker Zeiger für die vorlaufende und rechter Zeiger für die rücklaufende Leistung; um das SWR abzulesen wird der grünen Linie am Schnittpunkt beider Zeiger nach unten gefolgt

1) Kurzbeschreibung: Blockschaltbild mit Signalfluss von links nach rechts: Transceiver, SWR-Meter, Antenne; zwischen SWR-Meter und Antenne Beschriftung „Vorlaufend“ mit Pfeil nach rechts und „Reflektiert“ mit Pfeilrichtung nach links.
<ol start= — Abbildung NE-19.26.1: Prinzipbild SWR-Meter zwischen Transceiver und Antenne

1) Kurzbeschreibung: Display eines Funkgerätes mit Frequenzanzeige „144.315.00“, darunter eine SWR-Anzeige; Spektrums- und Wasserfalldarstellung eines starken Signals in der Mitte.
<ol start= — Abbildung NE-19.26.2: Display eines Transceivers

Bei perfekter Anpassung wird der Wert 1 angezeigt
Der beste erreichbare Wert

Bei schlechter Anpassung wird nahe unendlich angezeigt
Schlechte Anpassung an Übertragungsleitung
Schlechte Anpassung an Antenne
Defekte Übertragungsleitung

Verringert das reflektierte Signal
Führt zur Verfälschung der Messung

Stehwellenverhältnis (SWR) II

SWR von $\num{3}$ bei $100 W$: $75 W$ werden abgestrahlt, $25 W$ laufen zurück
Oder auch: $75 %$ gehen auf die Antenne, $25 %$ werden reflektiert

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

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

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

* Große und kleine Widerstände eines Schwingkreis * Resonanzfrequenz eines Schwingkreis * Filterverhalten * Impedanzmessung * Stehwellenverhältnisse

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<p>Zusammenfassung: Ein Spektrumanalysator misst ein schwarzes, rechteckiges HF-Gehäuse auf einer Laborwerkbank über zwei Koaxkabel.</p>
</li>
<li>
<p>Detaillierte Beschreibung: Links steht ein weiß-grauer Rigol DSA815 (Beschriftung „Spectrum Analyzer 9 kHz–1.5 GHz“) mit Farbdisplay und vielen Tasten sowie einem großen Drehknopf. Auf dem Display ist ein schwarzes Messraster mit einer gelben Kurve zu sehen; ein Marker ist bei etwa 32,5 MHz eingeblendet und zeigt rund −3 dB an. Unten rechts am Gerät sind zwei koaxiale Anschlüsse belegt; von dort führen zwei schwarze Koaxkabel zu einem mattschwarzen, rechteckigen Metallgehäuse mit Koaxbuchsen an beiden Stirnseiten und Befestigungslaschen, das vorne auf der grünlichen Tischoberfläche liegt. Auf dem Tisch liegen außerdem zwei kleine, runde schwarze Kappen. Im Hintergrund sind eine Steckdose, ein Kippschalter mit Leuchte und Kabelkanäle an der Wand zu sehen."></p>
<figcaption>Abbildung NE-19.29.1: Messung eines Tiefpassfilters mit Grenzfrequenz bei $30 MHz$</figcaption>
</li>
</ul>
</figure>
</div>
<aside class=

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 $\num{1}$ angezeigt werden

Mantelwellen I

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 $\rightarrow$ Mantelwellen
Mantelströme fehlen, was zur Verformung der Richtcharakteristik führt

1) Kurzbeschreibung: Schematische Darstellung des Aufbaus der Ankopplung eines Dipols an ein Koaxialkabel mit den Strömen „I_1“ auf der Außenseite des Innenleiters, „I_2“ auf der Innenseite des Außenleiters („I_2“) und „I_3“ auf der Außenseite des Außenleiters; Spannungsmesser mit Wechselstromsymbol zwischen Außenleiter und Innenleiter am unteren Ende des Koaxialkabels; Erdung des Außenleiters.
<ol start= — Abbildung NE-19.30.1: Mantelstrom bei $I_3$

Durch ein Symmetrierglied, einen Balun (balanced-unbalanced)
Oder zur Dämpfung Koaxialkabel auf einen Ferritkern wickeln

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