Amateurfunklehrgang – Der Weg zur HB9-Lizenz/ Antennen und Antennenzuleitungen
Einführung in die Antennenzuleitung
[Bearbeiten]Die Antennenzuleitung verbindet die Sende- oder Empfangsanlage mit der Antenne und transportiert das HF-Signal zwischen beiden. Sie spielt eine zentrale Rolle bei der Impedanzanpassung, um maximale Leistungsübertragung und geringe Stehwellenverhältnisse zu gewährleisten. Hochwertige Zuleitungen minimieren Signalverluste und reduzieren Interferenzen. In die Zuleitung eingebaute Schutzelemente schützen die Geräte vor Überspannungen, z. B. durch Blitze oder atmosphärische Störungen.
Grundsätzliche Antennezuleitungen
[Bearbeiten]Symmetrische und asymmetrische Antennenzuleitung
[Bearbeiten]Bei symmetrischen Zuleitungen sind die Leiter im Verhältnis zur Masse oder zum Erdpotential symmetrisch angeordnet. Das bedeutet, dass beide Leiter gleiche elektrische Eigenschaften haben und die elektrischen Signale gleichzeitig und in entgegengesetzter Richtung übertragen. Zweidrahtleitungen (z. B. ausgeführt als sog. Hühnerleiter) sind ein Beispiel für symmetrische Antennenzuleitungen.
Bei der asymmetrischen Zuleitungen gibt es einen Leiter (Innenleiter), der gegenüber einem gemeinsamen Bezugspunkt (Masse oder Erdung) eine unterschiedliche elektrische Eigenschaft aufweist. Asymmetrische Leitungen sind meist als Koaxialkabel ausgeführt, da haben der Innenleiter und Abschirmung unterschiedliche elektrische Potentiale.
Der Wellenwiderstand
[Bearbeiten]Der Wellenwiderstand, auch Wellenimpedanz, ist ein wichtiger Parameter der Antennenzuleitung und wird in Ohm gemessen. Er bestimmt, wie gut die Leitung Hochfrequenzsignale überträgt. Im Amateurfunkbereich haben asymmetrische Zuleitungen meist 50 Ohm, während symmetrische oft 300 Ohm aufweisen. Der Wellenwiderstand beeinflusst die Impedanzanpassung zwischen Sender/Empfänger und Antenne, was entscheidend für eine effiziente Signalübertragung ist.
Verluste und Dämpfung
[Bearbeiten]Verluste und Dämpfung in der Antennenzuleitung treten primär wegen dem elektrischem Widerstand und Dielektrizitätsverlusten auf.
Je länger die Zuleitung ist, desto grösser sind die Verluste durch Dämpfungen. Hochwertige Zuleitungen, wenig Verbindungsstellen und eine sorgfältige Installation tragen dazu bei die Verluste und Dämpfungen zu minimieren und die Signalqualität zu verbessern.
Faktoren, die die Dämpfung beeinflussen:
- Kabellänge: Je länger das Kabel, desto grösser die Verluste.
- Frequenz: Höhere Frequenzen führen zu höheren Verlusten.
- Material: Kupfer bietet geringere Verluste als Aluminium. Luft-Dielektrika haben geringere Verluste als feste Dielektrika.
- Qualität der Abschirmung: Eine bessere Abschirmung reduziert Verluste und Störungen.
Vergleichsdaten der am häufigsten verwendeten Kabeltypen im Amateurfunk:
| Kabeltyp | Impedanz (Ohm) | Dämpfung bei 10 MHz (dB/100 m) | Dämpfung bei 100 MHz (dB/100 m) | Dämpfung bei 400 MHz (dB/100 m) |
|---|---|---|---|---|
| RG-58 | 50 | 12,6 | 22 | 46 |
| RG-213 | 50 | 4,6 | 14,1 | 30 |
| LMR-400 | 50 | 1,5 | 4,5 | 9,1 |
| Aircell 7 | 50 | 1,3 | 4,3 | 9,1 |
| Ecoflex 10 | 50 | 1,1 | 3,9 | 8,6 |
Verkürzungsfaktor
[Bearbeiten]Der Verkürzungsfaktor (auch Verkürzungskoeffizient genannt) ist ein wichtiger Parameter, der in der Hochfrequenztechnik und insbesondere im Amateurfunk beim Bau und Einsatz von Antennen und Koaxialkabeln verwendet wird. Er gibt an, um wie viel sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle in einem bestimmten Medium (z. B. in einem Koaxialkabel oder in einer Antenne) im Vergleich zur Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum verringert.
Die physische Länge einer Antenne ist die tatsächliche Länge des Drahts oder der Struktur, die für die Antenne verwendet wird. Die elektrische Länge hingegen bezieht sich auf die effektive Länge der Antenne aus Sicht des elektrischen Signals. Sie wird durch die elektrischen Eigenschaften der Antenne sowie der Umgebung beeinflusst, in der sie betrieben wird.
Die elektrische Länge einer Antenne wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst. So zum Beispiel das Medium, welches die Antenne oder den Leiter umgibt (z. B. Luft, Kunststoff, etc.)
Der Verkürzungsfaktor beim Kabel
[Bearbeiten]Beim Austausch oder der Dimensionierung von Antennenleitungen, meist Koaxialkabel, kann der Verkürzungsfaktor eine Rolle spielen, insbesondere wenn die Leitung auf eine bestimmte Wellenlänge (z. B. Viertelwellen- oder Halbwellenschleifen) abgestimmt sein soll. Also dann, wenn die Leitung eine definierte elektrische Länge haben muss, um als Impedanztransformator oder zur Phasenanpassung zu fungieren.
Der Verkürzungsfaktor hängt vom Dielektrikum des Mediums ab, in dem sich der Leiter befindet. In einem Koaxialkabel ist es das Dielektrikum zwischen Innen- und Aussenleiter.
Für ein typisches Koaxialkabel mit einem Dielektrikum aus Polyethylen (εr≈2.25) ergibt sich:
Das bedeutet, dass die Wellenlänge in diesem PE-isolierten Koaxialkabel etwa 67 % der Wellenlänge im Vakuum beträgt.
Der Verkürzungsfaktor bei nicht isolierten Strahlern
[Bearbeiten]Der Verkürzungsfaktor ist beim Bau von Antennen von grosser Bedeutung, da er die physikalische Länge der Antennenelemente bestimmt. Beispielsweise müssen Dipolantennen, Yagi-Antennen und vertikale Strahler unter Berücksichtigung des Verkürzungsfaktors dimensioniert werden, damit sie bei der gewünschten Frequenz resonant sind. Der Wert hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zum Beispiel haben dickere Strahler einen tendienziell grösseren Verkürzungsfaktor als dünnere Materialien. Dies kommt von der breiteren Verteilung des elektrischen Feldes um den Strahler was wiederum zu einer effektiveren Verkürzung der Wellenlänge sorgt. Weitere Einflussfaktoren, die jedoch vernachlässigt werden können oder experimentell bestimmt werden müssen sind die Materialeigenschaften, die Bauform der Antenne oder Konstruktionsdetails wie Abstand zu Nachbarobjekten und der Höhe über dem Boden. Als Grössenordnung kann ein Verkürzungsfaktor von 0,95 - 0.98 angenommen werden.