Anpassung, Transformation und Symmetrierung

Präsentation zum Thema: "Anpassung, Transformation und Symmetrierung"—  Präsentation transkript:

1 Anpassung, Transformation und Symmetrierung
Kapitel Fragen TH401 bis TH423 Sebastian Hantscher – DL8BFV Michael Funke – DL4EAX

2 Symmetrische und unsymmetrische Kabel
Prinzipiell unterscheidet man • symmetrische Kabel (z.B. Zweidrahtleitung) – masselos • unsymmetrische Kabel (z. B. Koax) – ein Leiter liegt auf Masse Bei symmetrischer Signalübertragung schwingen die Signale auf den beiden Einzelleitern des Kabels im Gegentakt. Sie sind 180° phasenverschoben. Die Information besteht in der Differenz der beiden Spannungssignale. Sie ist immun gegen reine Gleichtaktstörungen, also Störspannungen, die sich zu den Nutzsignalspannungen der oberen und unteren Leitung in selbem Maße addieren, da sie durch Differenzbildung wieder wegfallen. Das ist auch der Grund, warum Kabel verdrillt werden. Von Tobias R. – Metoc - Eigenes Werk, CC BY-SA 2.5,

3 Mantelwellen Speist man einen Dipol mit einer unsymmetrischen Leitung, z. B. einem Koaxkabel, können Mantelwellen entstehen und Störungen verursachen. Warum? • Negative Halbwelle der Generatorstromes I1 fließt zum linken Dipolschenkel (daher ↓). • Demzufolge muss an der Innenseite des Außenleiters der Strom I2 mit umgekehrter Polarität zum rechten Dipolschenkel fließen => I1 = –I2 => Gegentaktsignal • Leider teilt sich der Strom I2 am oberen Ende des Koaxkabels auf in: • einen Strom I4 = I2 – I3, der zur Antenne fließt • einen Mantelstrom I3, der auf der Außenseite des Kabels zur Masse fließt. Dabei haben I1 und I3 gleiche Polarität => Gleichtaktsignal Unangenehme Folgen: • I2 fließt nicht komplett zur Antenne. Antennenstrom wird um Mantelstrom vermindert. • Mantelstrom trägt zur Abstrahlung bei => Kabel wirkt als Antenne. => Änderung von Fußpunktimpedanz sowie Richtcharakteristik • Störung anderer Geräte durch Sendesignale

4 Symmetrische und unsymmetrische Antenne
Ein Dipol hat zwei gleich lange Seiten und ist damit symmetrisch. Ein Koaxkabel samt Stecker ist aber unsymmetrisch. Wird also ein unsymmetrisches Kabel mit einer symmetrischen Antenne verbunden, sind Mantelwellensperren einzusetzen, die auch als Balun (balanced – unbalanced) bezeichnet werden. Dafür existiert eine Vielzahl an Varianten. Es werden Ferrite auf ein Koaxkabel aufgefädelt. Die Sperre ist extrem breitbandig. Es ist auf die Maximalleistung zu achten, damit die Ferrite nicht in Sättigung gehen. Bei höheren Frequenzen genügt es unter Umständen bereits das Koaxkabel spulenförmig aufzuwickeln um den Mantelwellen einen hohen induktiven Blindwiderstand entgegenzusetzen.

5 4:1 Balun Symmetriebetrachtung: • Am Verzweigungspunkt der Speiseleitung mit der λ/2 Leitung teilt sich die positive Halbwelle des Stromes (+) zu gleichen Teilen auf den linken Faltdipolschenkel und die λ/2 Leitung auf. • Durch die λ/2 Leitung folgt eine 180° Phasendrehung, so dass am rechten Faltdipolschenkel die negative Halbwelle (–) anliegt. • Beide Ströme schwingen im Gegentakt => Symmetrie erreicht. • Gleichtaktströme hingegen überlagern sich am Verzweigungs- punkt destruktiv und löschen sich daher aus. + – Von Charly Whisky - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0,

6 4:1 Balun Impedanzbetrachtung: • 50 Ω Koaxkabel • Strom teilt sich auf linken Teil des Faltdipols u. auf λ/2 Leitung auf. • Bei gleicher Spannung und halben Strom ergibt sich Z = 100 Ω. • Nach λ/2 hat man rechts wieder 100 Ω. • Die beiden 100 Ω sind in Serie geschaltet. => Impedanz am Ausgang des Baluns ist 200 Ω (entspricht in etwa der Impedanz des Faltdipols) => Anpassung igs Ω 100 Ω 100 Ω 50 Ω Von Charly Whisky - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0,

7 1:1 Balun Eine andere Möglichkeit besteht im Aufbringen von 2 Wicklungen auf einem Ringkern. Auch hier ist auf die maximale Belastung des Kerns zu achten. Funktionsweise: Rechte Handregel (Daumen Strom, Zeigefinger magnetischer Fluss) Gleichtakt: Addition der magnetischen Flüsse => hohe Induktivität Gegentakt: Subtraktion der magnetischen Flüsse => keine Induktivität Bildquelle:

8 Transformator Baluns lassen sich auch mit Transformatoren aufbauen. Der Vorteil dabei ist, auch noch eine Impedanztransformation vorgenommen werden kann. So kann beispielsweise ein Faltdipol an eine 50 Ω Koaxialleitung reflexionsfrei angeschlossen werden. Es gilt für das Übersetzungsverhältnis ü= 𝑁 𝑃 𝑁 𝑆 = 𝑍 𝑃 𝑍 𝑆 Dabei bezeichnen N die Windungszahlen und Z die Impedanzen auf der Primärseite (P) und der Sekundärseite (S). Bsp: Gesucht ist die Impedanz auf der Primärseite ZP Formel umgestellt ergibt 𝑍 𝑃 = 𝑁 𝑃 𝑁 𝑆 2 ∙ 𝑍 𝑆 = ∙200 Ω=50 Ω Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse E 1. Auflage, September 2006

9 Phasenverschiebung auf Leitungen
Da bei hohen Frequenzen die Leitungslängen in den Bereich der Wellenlängen kommen, wird die Phase der eingespeisten Welle vom Leitungsanfang zum Leitungsende nennenswert verschoben. In Gradmaß: Δφ= 360° λ ∙𝑙 In Bogenmaß: Δφ= 2π λ ∙𝑙 Δφ= 360° λ ∙𝑙= 360° λ ∙λ=360° Δφ= 2π λ ∙𝑙= 2π λ ∙λ=2π Gradmaß Bogenmaß 0° 90° 𝜋/2 180° 𝜋 270° 3𝜋/2 360° 2𝜋 Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse E 1. Auflage, September 2006

10 Impedanztransformation
Schließt man an ein Koaxkabel eine Last an (z. B. Antenne), so kann es passieren, dass die Impedanz am Eingang des Koaxkabels sich von der Last unterscheidet. Da sich aufgrund der Leitungslänge die Impedanz verändert, spricht man auch von der Impedanztransformation. Es existieren 3 Spezialfälle, die man sich merken sollte: 1.) Die Leitung hat einen Wellenwiderstand von 50 Ω und die Last hat auch 50 Ω In diesem Fall findet keine Impedanztransformation statt, d. h. 𝑍 𝑒𝑖𝑛 = 𝑍 𝐿 , und zwar unabhängig von der Leitungslänge Eine 50 Ω Antenne lässt sich über ein beliebig langes 50 Ω Kabel reflexionsfrei anschließen. Bildquelle: Sebastian Hantscher, DL8BFV, eigenes Werk

11 Impedanztransformation
2.) Die Leitung hat einen Wellenwiderstand von 50 Ω und ist λ/2 lang. Die Last hat eine beliebige Impedanz ZL In diesem Fall findet keine Impedanztransformation statt, d. h. 𝑍 𝑒𝑖𝑛 = 𝑍 𝐿 Eine λ/2 Leitung transformiert also nicht ) Die Leitung hat einen Wellenwiderstand Z0 und ist λ/4 lang. Die Last hat eine beliebige Impedanz ZL In diesem Fall findet eine Impedanztransformation statt, und zwar gilt: 𝑍 𝑒𝑖𝑛 = 𝑍 0 ² 𝑍 𝐿 Mit /4 Leitungen lassen sich leicht Anpassschaltungen aufbauen. Nachteil ist allerdings deren Schmalbandigkeit. Bildquellen: Sebastian Hantscher, DL8BFV, eigenes Werk

12 Impedanztransformation
Beispiel: Es muss folgende Formel nach Z0 umgestellt werden: 𝑍 𝑒𝑖𝑛 = 𝑍 0 ² 𝑍 𝐿 In diesem Fall ist der Wellenwiderstand der Hühnerleiter die Eingangs- impedanz Es ergibt sich 𝑍 0 = 𝑍 𝑒𝑖𝑛 ∙ 𝑍 𝐿 = 600 Ω∙240 Ω =379 Ω Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse E 1. Auflage, September 2006

13 Das war schon alles! Wer mehr wissen will, muss fragen!

14 Initiales Autorenteam: Sebastian Hantscher – DL8BFV Michael Funke - DL4EAX Willi Kiesow – DG2EAF Änderungen durch: Hier bitte Ihren Namen eintragen, wenn Sie Änderungen vorgenommen haben. Sie dürfen: Teilen: Das Material in jedwedem Format oder Medium vervielfältigen und weiterverbreiten. Bearbeiten: Das Material verändern und darauf aufbauen. Unter folgenden Bedingungen: Namensnennung: Sie müssen angemessene Urheber- und Rechteangaben machen, einen Link zur Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen wurden. Diese Angaben dürfen in jeder angemessenen Art und Weise gemacht werden, allerdings nicht so, dass der Eindruck entsteht, der Lizenzgeber unterstütze gerade Sie oder Ihre Nutzung besonders. Nicht kommerziell: Sie dürfen das Material nicht für kommerzielle Zwecke nutzen. Weitergabe unter gleichen Bedingungen: Wenn Sie das Material verändern oder anderweitig direkt darauf aufbauen, dürfen Sie Ihre Beiträge nur unter derselben Lizenz wie das Original verbreiten. Der Lizenzgeber kann diese Freiheiten nicht widerrufen solange Sie sich an die Lizenzbedingungen halten. Details: