Verschiedene Zuleitungen

Die Speiseleitung dient dazu, das Sendesignal vom Transceiver zur Antenne zu transportieren.
Beim Empfang geschieht dies natürlich in umgekehrter Reihenfolge.
Auf dem Bild unten sehen Sie verschiedene Zuleitungen.
Dieser technische Artikel wird sich ausschließlich auf die Impedanz der Zuleitungen beschränken.
Diese Zuleitungen unten haben eine charakteristische Impedanz.
Was genau bedeutet diese Impedanz?
Wenn ich ein solches Kabel mit dem Ohm-Meter messe, zeigen alle Kabel unten fast 0 (Null) Ohm an.
Was ist dann der Unterschied?

Strom und Spannung

Bei einer Dipolantenne (Einzelleiter) variiert die Impedanz je nach Messpunkt stark.
Wir haben alle das Bild unten gesehen.
Der Strom wird hier mit einer grünen Linie und die Spannung mit der blauen Linie angezeigt.
In der Mitte der Dipolantenne ist die Spannung relativ niedrig und der Strom hoch.
An den Enden ist die Spannung hoch und der Strom niedrig.
Das Verhältnis zwischen Spannung und Strom ist die Impedanz.
Das ist auch der Grund, warum eine „End Fed Antenna“ einen Impedanztransformator benötigt.
Schließlich ist der Strom am Ende (oder Anfang) der Antenne recht niedrig und die Spannung hoch.

Impedanz der Zuleitung

Bei einer Dipolantenne zum Beispiel ist diese Impedanzvariation ein gewünschter Effekt.
Bei der Zuleitung ist das oft anders.
Wenn wir eine Dipolantenne mit 50 Ohm an die Speiseleitung anschließen, möchten wir sehen, dass die Impedanz am Ende der Speiseleitung immer noch 50 Ohm beträgt.
Die Impedanz, die zu einer Speiseleitung gehört, sagt nichts über den Widerstand des gewählten Leiters aus, sondern etwas über die anzuschließende Lastimpedanz.
In unserem Fall ist das normalerweise die Antenne.

Wodurch wird diese Impedanz bestimmt?

Das ist schwer zu erklären, aber ich werde es versuchen.
Wenn dies Ihre Vorstellungskraft übersteigt, keine Panik.
Später gibt es einige praktische Beispiele.
Ein einzelner Leiter wird sich immer ein wenig wie eine Spule verhalten (induktiv).
Zwei Leiter, die parallel zueinander liegen, haben immer eine gewisse gegenseitige Kapazität.
Eine Zuleitung kann daher wie unten dargestellt werden.
Die charakteristische Impedanz wird durch ein Gleichgewicht zwischen der Induktion der (imaginären) Spule und der Kapazität des (imaginären) Kondensators bestimmt.
Wenn die Leiter einen größeren Abstand zueinander haben, nimmt die Kapazität ab.
Dies hat einen starken Einfluss auf die Impedanz.
Auf dem ersten Bild dieses Artikels ist deutlich zu sehen, dass mit zunehmendem Abstand zwischen den beiden Leitern auch die Impedanz zunimmt.

Impedanz-Anpassung

Wenn Antenne und Zuleitung die gleiche Impedanz haben, kann eine beliebige Länge der Zuleitung verwendet werden.
Dies ist z.B. der Fall bei einer 50 Ohm Dipolantenne mit zugehörigem 50 Ohm Koaxialkabel. Wenn die Last (Antenne) und die Zuleitung zusammenpassen, hat die Länge der Zuleitung keinen Einfluss auf die Impedanz!

 

Keine Impedanzanpassung

Wenn die Impedanz der Speiseleitung und der Antenne nicht übereinstimmen, tritt ein seltsamer Effekt auf.
Die Zuleitung verhält sich dann wie in dem Beispiel mit der Dipolantenne.
Das Verhältnis zwischen Spannung und Strom variiert je nach Messpunkt.
Die Impedanz ist also längenabhängig geworden. Wenn Last (Antenne) und Zuleitung nicht übereinstimmen, beeinflusst die Länge der Zuleitung die Impedanz! Wenn die Antenne und die Zuleitung eine unterschiedliche Impedanz haben, gibt es zwei Bedingungen, unter denen die Impedanzanpassung leicht vorhergesagt werden kann.  

Zuleitung mit halber Wellenlänge und keine Impedanzanpassung

also: Lline length = λ/2 Wenn die Zuleitung eine halbe Wellenlänge hat, ist die Eingangsimpedanz gleich der Ausgangsimpedanz: Zin= Zload Achten Sie auf den Verkürzungsfaktor!
Wenn Sie Koaxialkabel verwenden, wird ein erheblicher Verkürzungsfaktor angewandt.
Bei RG-58 beträgt dieser zum Beispiel 0,66  

Viertelwellenlängen-Zuleitung und keine Impedanzanpassung

also:Lline = λ/4 Wenn die Zuleitung eine Viertel-Wellenlänge hat, kann die folgende Formel angewendet werden:
Zin= Zline²/Zload Achten Sie auch hier auf den Verkürzungsfaktor!
Wenn Sie Koaxialkabel verwenden, wird ein erheblicher Verkürzungsfaktor angewandt.
Bei RG-58 beträgt dieser zum Beispiel 0,66  

Beispiel 1

• 50 Ohm Last
• 50 Ohm Koaxialkabel
• Länge unbekannt

Da die Last und die Zuleitung die gleiche Impedanz haben, hat die Länge keinen Einfluss auf die Impedanz.

Beispiel 2

• 100 Ohm Last (zum Beispiel DeltaLoop-Antenne)
• 50 Ohm Koaxialkabel
• Länge Halbwelle

Es gilt die halbe Wellenlänge: Zin = Zload Da in diesem Beispiel ein Koaxialkabel mit genau einer halben Wellenlänge verwendet wird, ergibt sich auch am Ende des Koaxialkabels eine Impedanz von 100 Ohm.
Zin = Zload — > Zin = 100 Ohm

 

Beispiel 3

• 100 Ohm Last (zum Beispiel DeltaLoop-Antenne)
• 50 Ohm Koaxialkabel
• Länge Viertelwelle

Da die Impedanz des Koaxialkabels und der Antenne nicht übereinstimmen, kommt es in vielen Fällen zu einer Impedanztransformation.
In diesem Beispiel wird ein Koaxialkabel mit einer Viertelwellenlänge verwendet, für das die folgende Formel gilt:
Zin=
Zline²/
ZloadZin= 50
² / 100 Zin = 2500 / 100 = 25 Ohm

 

Beispiel 4

• 100 Ohm Last (zum Beispiel DeltaLoop-Antenne)
• 75 Ohm Koaxialkabel
• Länge Viertelwelle

Da die Impedanz des Koaxialkabels und der Antenne nicht übereinstimmen, kommt es in vielen Fällen zu einer Impedanztransformation.
In diesem Beispiel wird ein Koaxialkabel mit einer Viertelwellenlänge verwendet, für das die folgende Formel gilt: Zin= Zline²/ZloadZin= 75² / 100 Zin = 5625 / 100 = 56,25 Ohm Eine Impedanzänderung muss nicht immer ein Nachteil sein.
In diesem Beispiel wird diese Impedanzänderung genutzt, um die 100-Ohm-Antenne mehr oder weniger auf die Impedanz zu bringen, die der Transceiver mag (50 Ohm).  

Beispiel 5

• 50 Ohm Last (Dipolantenne)
• Zuleitung 600 Ohm offene Leitung
• Länge Viertelwelle

In diesem Beispiel wird eine offene Leitung mit einer Viertelwellenlänge verwendet, für die die folgende Formel gilt: Zin= Zline²/ZloadZin= 600² / 50 Zin = 360000 / 50 = 7200 Ohm !!! Dieses Beispiel zeigt deutlich, dass eine abweichende Impedanz in Antenne und Zuleitung große Auswirkungen haben kann.
Eine Dipolantenne von 50 Ohm, die mit einer offenen Leitung von einer Viertel Wellenlänge mit einer Impedanz von 600 Ohm gespeist wird, zeigt eine enorme Veränderung!
7200 Ohm!
Um diese Impedanz wieder auf 50 Ohm zu bringen, brauchen Sie einen anständigen Antennentuner.

Antennen-Analysator

Die obigen Beispiele zeigen, dass eine Fehlanpassung zwischen Antenne und Versorgungsleitung eine erhebliche Impedanzänderung verursachen kann.
Das bedeutet auch, dass ein Antennenanalysator in vielen Fällen die Antennenimpedanz nicht anzeigt.
Heutzutage gibt es Antennenanalysatoren auf dem Markt, die diese Impedanzänderung in der Zuleitung „wegrechnen“ können.
Der Analysator sollte dann auf die entsprechende Zuleitung kalibriert werden.
Wenn Sie keinen Zugang zu einem solchen fortschrittlichen Analysator haben, verwenden Sie eine Zuleitung mit einer halben Wellenlänge.
Natürlich können Sie auch ein Vielfaches dieser Länge verwenden.
Also eine halbe Wellenlänge, eine ganze Wellenlänge, eineinhalb Wellenlängen…
Ein Stück Koaxialkabel von 13,94 Metern Länge eignet sich zum Beispiel für Messungen im 10-, 15-, 20- und 40-Meter-Band.
Dies lässt sich wie folgt erklären: 7.1 MHz –> 42,25 mtr.
–>halbe Wellenlänge = 21,12 mtr.
14,2 MHz –> 21,13 mtr.
–>volle Wellenlänge = 21,13 mtr.
21,3 MHz –> 14,08 mtr.
–>eineinhalb Wellenlängen = 21,12 mtr.
28,4 MHz –> 10,56 mtr.
–>zwei volle Wellenlängen = 21,12 mtr.
Unter Berücksichtigung des Verkürzungsfaktors von RG-58 Koaxialkabel von 66% entspricht dies einer Länge von: 21,12 x 0,66 = 13,94 mtr.
Die genaue Länge kann in der Praxis leicht variieren!

Fazit

• Eine durch die Zuleitung verursachte Impedanzänderung muss nicht immer ein Nachteil sein.
• Bei einer Zuleitung mit halber Wellenlänge findet keine Impedanzanpassung statt.
  (Verkürzungsfaktor beachten!)
• Bei einer Viertelwellenlänge der Zuleitung findet eine Impedanzänderung gemäß der besprochenen Formel statt.
• Bei einer zufälligen Länge ist die Impedanzänderung schwer zu bestimmen.
• Seien Sie vorsichtig mit einem Antennenanalysator!
  Was der Antennenanalysator anzeigt, muss nicht immer die Antennenimpedanz sein.
  Verwenden Sie in diesem Fall eine Zuleitung mit halber Wellenlänge.