Antennenanpassung - Amateurfunk-Station DK1IO

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Antennenanpassung

Antennen

Warum überhaupt?
Um diese Frage zu beantworten, müssen wir etwas tiefer schürfen.
Wir alle kennen das einfache Schaltbild eines Generators mit einem Innenwiderstand, der seine Leistung an einen Außenwiderstand abgibt.


Betrachten wir die Leistung an Ra bei den Extremwerten, nämlich Ra = 0 und Ra = ∞. In beiden Fällen wird die Leistung an Ra zu Null.
Bei Ra = 0 ist die Spannung auch 0, bei Ra = ∞ ist der Strom 0, und nach P = U * I ist die Leistung in beiden Fällen 0.

Bei allen anderen Werten wird an Ra eine mehr oder weniger große Leistung verbraucht, die bei einem bestimmten Wert von Ra ein Maximum erreicht.
Um es vorwegzunehmen, dieses Maximum ist vorhanden, wenn Ra = Ri ist.
Wenn wir den Sender als Generator betrachten, der bei den heutigen Geräten einen Innenwiderstand von 50 Ω hat, dann muss es unser Bestreben sein, dem Sender eine Last von 50 Ω anzubieten.
Nur dann kann er die maximal mögliche Leistung abgeben.
Wenn nun zwischen Senderausgang und Antennenkabel ein Anpassgerät geschaltet wird, hat dieses die Aufgabe, die unbekannte Impedanz am Antennenkabelende auf 50 Ω reell zu transformieren.
Es muss also nicht nur der Wirkanteil der Impedanz an 50 Ω angepasst werden, sondern der Blindanteil muss mit einem gegensätzlichen Blindanteil kompensiert werden. Warum das?
Ein Blindwiderstand ist ja grundsätzlich erst mal nichts Schlechtes, denn er verbraucht schließlich keine Leistung. Er verhindert aber durch sein Vorhandensein, dass der Sender reelle 50 Ω "sieht" und dadurch nicht in der Lage ist, die maximale Leistung abzugeben, weil die Bedingung Ra = Ri nicht erfüllt ist.
Selbstverständlich ist ein Tuner nur erforderlich, wenn die Antenne bei der genutzten Frequenz eine von 50 Ω reell abweichende Impedanz hat.
Der beste Ort für einen Tuner ist natürlich der Speisepunkt der Antenne. Dann entfallen die durch Fehlanpassung bewirkten zusätzlichen Verluste auf dem Speisekabel.
Wir wollen einmal ein Beispiel aus der Praxis behandeln: eine Transistorendstufe soll an eine Antenne mit 50
Ω angepasst werden.

Arbeitswiderstand für Transistorendstufe berechnen

Für einen QRP-Sender soll der optimale Arbeitswiderstand gefunden werden.
Gegeben sind die Betriebsspannung Ub mit 12V und die Ausgangsleistung mit 5W.
Die HF-Spitzenspannung nimmt den Wert von Ub an. Die für die Leistungsberechnung erforderliche Effektivspannung ist dann Ub/√2.

P=U²/R  →  P=Ub²/2R  →  R = Ub²/2P  →  R=144/10=14,4 Ω

Dieser Widerstand ist nun aber kein ohmscher Widerstand, an dem Leistung verbraucht wird, es ist der rechnerische Wert, bei dem die Endstufe die maximale Leistung abgeben kann.
Der eben gefundene Wert soll nun mit einer Schhaltung aus C und L an 50 Ω  angespasst werden.

Anpassung in L-Schaltung
Dieses ist die einfachste Form der Anpassung. Da nur zwei Blindwiderstände beteiligt sind, gibt es nur eine Wertekombination, bei der Anpassung herrscht.



Bei dieser Schaltung handelt es sich um einen Reihenschwingkreis, der in Resonanz betrieben wird. Man spricht deshalb auch von Resonanztransformation.
Ein Reihenschwingkreis hat bei Resonanz einen sehr geringen Widerstand, der Strom durch den Kreis nimmt sehr große Werte an.
Dieser große Strom verursacht an den Blindwiderständen hohe Spannungen. Deshalb ist diese Schaltung auch gut zur Anpassung endgespeister Drähte geeignet.
In unserem Beispiel ist die Spannung an C jedoch recht stark durch R2
gedämpft.

Zum Berechnen von C und L bedarf es eines Ausflugs in die komplexe Rechnung:



Es ist zu beachten, dass R2 größer sein muss als R1, weil sonst der Wurzelausdruck imaginär wird.
Sollte R2 kleiner als R1 sein, können die Anschlüsse vertauscht werden, dann passt es wieder.















 
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