Samstag, 26. November 2011

Einspeisungsmethoden für nicht abgestimmte Speiseleitungen

Nun wollte ich mal auf ein paar Speisungsmethoden bei Dipolen z.B. eingehen, die sicher für den ein oder Anderen sehr interessant sein dürften.
Nicht abgestimmte Speiseleitungen werden bei allen Systemen eingesetzt mit einem SWR <1,5,was allerdings bedeutet, diese Leitung muß mit der Impedanz ihres Wellenwiderstandes abgeschlossen sein, um ein so kleines SWR erreichen zu können.
Dabei spielt die eigentliche Strahlerimpedanz erstmal keine Rolle, sie kann sehr stark davon abweichen.
Hier erkennt man nun schon, daß wir ein Transformationsglied bzw. Impedanz-Anpaßglied benötigen, welches zwischen Antenne und Speiseleitung einzuschleifen ist.
Folgendes passiert, die Eingangsimpedanz dieses Anpaßgliedes paßt sozusagen den Wellenwiderstand der Speiseleitung an, hingegen wiederum die Ausgangsimpedanz die Antennenimpedanz anpaßt.
Dazu habe ich mal aus der Literatur (DL6VW) 8 verschiedene Möglichkeiten herausgesucht und stelle sie gegenüber.

Die erste Lösung, aber nicht gerade die Effektivste wäre die "Eindrahtspeisung", sie ist nicht resonant und kann somit an eine Halbwellenantenne angeschlossen werden, die sich in Resonanz befindet.
Hierbei wird kein Anpaßglied verwendet, was jedoch eine Notwendigkeit wäre, in diesem speziellen Fall aber wegfällt.
Wir wissen vielleicht noch, daß die Antennenimpedanz von der Mitte weg in Richtung Enden schon zwischen 73 Ohm und 2.500 Ohm differieren kann, wobei es einen Punkt auf dem Strahler gibt (meist zur Mitte hin), wo Leitungs- und Antennenimpedanz übereinstimmen und um die 600 Ohm liegen und die Speiseleitung zur Wanderwellenleitung wird.

Der eben erwähnte Punkt kann annähernd auf der Mitte der Halbwellenlänge des Strahlers gefunden werden (Mitte der jeweiligen Dipoläste), allerdings ist auf eine wichtige Besonderheit dabei zu achten, die Speiseleitung muß rechtwinklig zur Antenne vom Speisepunkt weggehen auf eine Länge von Lambda/3.
Ansonsten würden Antenne und Leitung miteinander koppeln !
Weitere Voraussetzung dieser Speisemethode ist eine gute Erde für den Rückfluß zum Sendekreis, auch Tankkreis genannt.
Dieser muß wirklich gut am kalten Ende geerdet sein, da wir keinen zweiten Leiter haben, der das Strahlungsfeld aufheben kann.

Die zweite Lösung wäre die mit zweiadriger, verdrillter Leitung (Doppelleitung), womit wir eine Impedanz von 70 - 80 Ohm erreichen würden.
Allerdings haben wir bei dieser Methode mit sehr hohen Leitungsverlusten zu rechnen, weshalb sie kaum zur Anwendung kommt.

Die dritte Methode ist die der Zweidrahtleitung mit Anpaßglied, in diesem Fall der "Delta-Anpassung", sie ist eine symmetrische Leitung und hat einen Wellenwiderstand von 400 - 700 Ohm und wird in der Mitte des Dipols angeschlossen, wo wir ja nur 73 Ohm haben.
Somit wird schon klar, wir brauchen eine Transformation !
Hier kommt nun besagte Delta-Anpassung ins Spiel, welche ein Auseinanderspreizen der Speiseleitung bedeutet.
Wir suchen uns also zwei Punkte rechts und links von der Mitte ausgehend, wo die Leitung angeschlossen wird, die wir leider nur experimentell ermitteln können.
Gleiches gilt für die Länge der Spreizung nach unten weg (im Bild mit "D" bezeichnet).
Leider ist diese Anpassung natürlich ein Teilstück der Antenne und bringt Verluste mit sich, desweiteren muß man recht lange probieren, um die Speisepunkte und die Länge "D" ermitteln zu können.
Einzigster Vorteil ist eben die Verwendung einer symmetrischen Speiseleitung.

Da kommt nun Lösung 4 zum Tragen, die sogenannte "T-Anpassung" (siehe Bild unterhalb), hier kann man schon den Unterschied zwischen den beiden Anpassmethoden erkennen in Form des Anpassgliedes.
Diese Art der Transformation finden wir häufig bei Rohrelementen (Beams z.B.) vor, weil sie sich dort einfach bewerkstelligen läßt und ihre Maße nicht allzu kritisch sind.
Auch in diesem Fall ist die Anpassung ein Teil der Antenne, aber mit deutlich weniger Verlusten.

Lösung 5 kennen wir schon aus vorherigen Berichten, wir haben es mit einer Zweidrahtleitung mit Stichleitungs-Anpassung zu tun (Stub).
Er ist genau Lambda/4 in der Länge und nach hinten hin offen oder kurzgeschlossen.
Bessere Methode wäre dahingehend aber die etwas länger bemessene Stichleitung, weil man variabler ist (Umgebungseinflüße) und den richtigen Punkt auf der Leitung recht schnell herausfinden kann.
Der Stub muß bei Anschluß einer 600 Ohm Speiseleitung in der Mitte unseres Dipols eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz aufweisen.
Nun weiß man, daß die Impedanz zum Ende der offenen Viertelwellen-Stubleitung größer wird, aber an anderen Punkten mit der der Speiseleitung übereinstimmt, dort wird diese angeschlossen.
Bei einem kurzgeschlossenen Stub wird die Zuleitung an einem Punkt niedriger Impedanz angeschlossen, was nicht allzugenau ist, aber die Unsymmetrie sollte 10% nicht überschreiten.
Jedoch hat auch diese Art der Anpassung einen Schönheitsfehler, die Antenne arbeitet recht selektiv und schmalbandig (dort aber sehr gut) neben ihrer Resonanzlänge.

Kommen wir zur Methode 6 mit der "Q-Anpassung", sie braucht kein Probieren, um den richtigen Punkt des Speiseleitungsanschlußes zu finden, sondern besteht aus einem Viertelwellenstück der Leitung, welche dann in Reihe mit der unabgestimmten Speiseleitung gesetzt wird.
Diese Viertelwellenleitung hat einen Wellenwiderstand von 205 Ohm, um eine korrekte Anpassung zu einer 600 Ohm Speiseleitung herstellen zu können.
Das gilt aber nur knapp um die eigentliche Resonanzfrequenz der Antenne herum, welches die Nutzung der Antenne recht stark eingrenzt.
Um diesen Effekt zu umgehen, passt man die Speiseleitung praktisch in einer Doppelstufe (2 Viertelwellenleitungen) an, wobei eine Zwischenimpedanz gewählt werden muß.
Das erste Anpasstück dient zur Anpassung einer 600 Ohm-Leitung an eine Eingangsimpedanz von 300 Ohm, so erhält man eine Impedanz von 425 Ohm beim ersten Stück (von unten gesehen), das Zweite braucht dann einen Wellenwiderstand von 145 Ohm.
Berechnet aus Zq = Wurzel aus Z0 mal ZA (Z0 = Impedanz der Speiseleitung ; ZA = Anschlußimpedanz der Antenne).

Jetzt zur 7.Lösung, nämlich die "koaxiale Speisung", sie ist wohl die einfachste Methode der Speisung, da das Kabel eine feste Impedanz hat, welche direkt an eine symmetrische Antenne angeschlossen werden kann.
Jedoch gibt es eine gewisse Fehlanpassung, die zum Schielen der Antenne führt, denn wir haben es mit einer unsymmetrischen Leitung zu tun.
Es wird ein Symmetrierstück benötigt, sogenannte "Baluns" mit Ferritkernen sind durchaus geeignet für Empfangszwecke und Leistungen bis maximal 50 Watt, aber danach wird es kritisch, denn der Kern gerät schnell in Sättigung, die Energie wird in Wärme umgesetzt und auf den höherfrequenten Bändern steigen die Verluste und die Fehlanpassung merklich an.
Dazu gibt es dann andere Alternativen, wie z.B. einen Balun für undefinierte Induktivitäten oder am besten gleich Symmetrie-Koppler (teuer).

Die letzte Methode ist nun die "künstliche Leitungsanpassung", hierbei werden Spulen und Kondensatoren eingesetzt, die dann eine Impedanzanpassung ermöglichen.
Diese werden auch aus platztechnischen Gründen nahe des Antenneneingangs angebracht in z.B. wasserdichten Gehäusen, wobei beide Spulen gleiche Windungszahlen haben.
Es gibt zweierlei Arten, die für Leitungen mit großer Impedanz, welche an kleine Eingangsimpedanzen angeschlossen werden, oder eben für Leitungen kleiner Impedanz, die an große Eingangsimpedanzen angekoppelt werden.

Somit hätten wir die Anpassmöglichkeiten für unabgestimmte Speiseleitungen durch, man sieht schon auf einem Blick, daß alle nicht ganz unproblematisch sind, viele auch mit Verlusten arbeiten und auch teilweise sehr experimentell hergeleitet werden müssen.
Man muß einfach probieren und testen, was für einen selbst am besten ist, oder man gibt gleich genug Geld aus für ferngesteuerte Antennentuner, die für symmetrische Antennen geeignet sind.
Positiv zu erwähnen war hier der AT-502 von "hamware.de", er liegt bei ca. 600,- Euro und ist sowohl für Monoband- als auch Multibandantennen geeignet, passt auch unsymmetrische Systeme an !
Viel Spass bei der Anpassung,
Euer Tom

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