AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse A 10: HF-Leitungen & Kabel. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. Stand

Ähnliche Dokumente
AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse E 10: Dezibel, Dämpfung & Kabel. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. Stand

Amateurfunkkurs 2017

AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse A 04: Schwingkreise & Filter. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. Stand

AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse E 05: Der Kondensator und seine Schaltungsarten. Amateurfunkgruppe der TU Berlin.

AfuTUB-Kurs Schwingkreis

AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse E 08: Elektromagnetisches Feld. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. Stand

Gerücht Nr. 5. Einfluss darauf haben die Antennengeometrie, die Umgebung, die Aufbauhöhe u.v.a.m.

AfuTUB-Kurs. Technik Klasse E 11: Antennentechnik. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. AfuTUB-Kurs. Einleitung. Dipol.

AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse E 06: Spule und Transformator. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. Stand

Leitungen & Antennen

Welche elektrische Länge muss eine Dipolantenne haben, damit sie in Resonanz ist?

Verlustarme Antennenspeisung

AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse E 03 Ohmsches Gesetz, Leistung & Arbeit. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. Stand

Wie sieht der aus? Was tut der?

EH-Antennen (MicroVert nach DL7PE, Dosenantenne DL7AHW)

S u p l u e un u d n d Tr T ans n for o mator Klasse A Klasse A (Ergänzung) Norbert - DK6NF

Hochfrequenzleitungen (HF-Kabel)

Antenne und Speiseleitung - DK6NR -

AfuTUB-Kurs Überblick

DJ9CS. Anpassung. Antennen-Anpassung. Schwerpunkt: - symmetrische Antennen - Paralleldraht-Speisung ( Hühnerleiter )

AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse A 05: Die Diode und ihre Anwendungen. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. WiSe 2017/18 SoSe 2018

AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse A 13: Frequenzaufbereitung. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. Stand

Mitteilungen aus dem Institut für Umwelttechnik Nonnweiler-Saar Dr. Schau DL3LH

AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse A 06: Transistor & Verstärker. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. Stand

Kehrt man die Bewegungsrichtung des Leiters um, dann ändert sich die Polung der Spannung.

AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse A 03: Kondensator, Spule, Transformator. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. Stand

Betriebstechnik: Bandpläne. Matti Reiffenrath, DC1DMR Grafiken von Eckart Moltrecht, DJ4UF (

AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse A 00: Curriculum & Organisatorisches. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. Stand

Amateurfunkkurs. Themen Übersicht. Erstellt: Landesverband Wien im ÖVSV. 1 Widerstand R. 2 Kapazität C. 3 Induktivität L.

AfuTUB-Kurs. Technik Klasse A 03: Kondensator, Spule, Transformator. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. AfuTUB-Kurs.

AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse A 01: Mathematische Grundkenntnisse. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. Stand

MASTERARBEIT Investigation of the Influence of the RF Shield on the Impedance of Meander Dipole Coils in 7 Tesla MR Imaging System

Wellen und Leitungen, Übersicht, S. Rupp 1

IV. Elektrizität und Magnetismus

Leitungen & Antennen

Probleme des Einsatzes eines Balun 1:9

AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse E 01: Mathematische Grundlagen und Einheiten. Amateurfunkgruppe der TU Berlin.

Fakultät für Technik Bereich Informationstechnik Labor Bussysteme Versuch 1

1 Wechselstromwiderstände

Der 270 MHz- Oszillator

Leiterplattendesign Für Schnelle Signale

AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse E 14: Modulation & Demodulation. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. Stand

Das Smith-Diagramm (1) Messungen mit einem Netzwerkanalysator (2) Anpassungen etc. (3)

AfuTUB-Kurs Einleitung

Magnetic Loop Koppelschleifen

Leitungen, Kabel, EMV

Messungen an Antennen mit dem Netzwerkanalysator VNWA - Groundplane- Antenne für 868 MHz und DVB-T Antenne

Elektrische Schwingungen und Wellen

Gekoppelte Schwingkreise verhalten sich wie gekoppelte mechanische Pendel

Magn g e n ta t nt n e t nn n e

1. Ein Messsender erzeugt 1 V Ausgangsspannung und soll um 106 db abgeschwächt werden. Wie gross ist das Ausgangssingal?

2. Welche Induktivität muss eine Spule mit R = 35 Ohm haben, wenn der Strom t= 0.5s nach dem Einschalten 75 % seines Höchstwertes erreichen soll?

Höhere Experimentalphysik 1

Praktikum II TR: Transformator

Mitteilungen aus dem Institut für Umwelttechnik Nonnweiler Saar Dr. Schau DL3LH

Magnetisch gekoppelte Kreise Teil 1

Antennenkoppler. Von Wolfgang, DG0SA. Distrikttreffen am in Klink

Hertzsche Wellen. Physik 9

Amateurfunkkurs. Erstellt: Landesverband Wien im ÖVSV. Passive Bauelemente. R. Schwarz OE1RSA. Übersicht. Widerstand R.

DK0TU-Amateurfunkkurs - 31C3

DG0SA, Praktischer Aufbau eines Teilers (englisch: splitter/combiner) für kleine Leistungen

F-Praktikum Institut für Angewandte Physik. Protokoll. Radar. Geschwindigkeitsmessung mit Radar. Versuchsdurchführung: Montag, 11.

AfuTUB-Kurs Einleitung

Mitteilungen aus dem Institut für Umwelttechnik Nonnweiler-Saar Dr. Schau DL3LH

Was machen wir heute?

Mechatroniker. Mathematik für. Elektronik FRANZIS. Lehr- und Übungsbuch mit über Aufgaben aus der Mechatponik und Elektrotechnik

15. Hochfrequenztechnik

Rechenübung HFT I (WiSe 2015/2016) Einführung, Leitungsgleichungen. Jürgen Bruns Hochfequenztechnik / Photonics RÜ HFT 1

17. Wechselströme. me, 18.Elektromagnetische Wellen. Wechselstromtransformation. = = (gilt bei Ohm schen Lasten

Übertragung in Koaxialkabeln

rtllh Grundlagen der Elektrotechnik Gert Hagmann AULA-Verlag

6 Verfahren zur Messung von Widerständen/ Impedanzen in elektrischen Anlagen und an Geräten

Experimentalphysik II Elektromagnetische Schwingungen und Wellen

Elektromagnetische Schwingungen und Wellen

Diplomprüfungsklausur. Hochfrequenztechnik I/II. 19. Juli 1999

Rechenübung HFT I (WiSe 2013/2014)

Ein einfaches Antennenanpassgerät in L-Schaltung für Kurzwelle.

AfuTUB-Kurs. Technik Klasse E 18 & Betriebstechnik/Vorschriften 14: EMV, EMVG, EMVU, Sicherheit & StÃűrungen. Amateurfunkgruppe der TU Berlin

Protokoll zum Anfängerpraktikum

TR Transformator. Blockpraktikum Herbst Moritz Stoll, Marcel Schmittfull (Gruppe 2b) 25. Oktober 2007

Das stationäre Magnetfeld Ein sehr langer Leiter mit dem Durchmesser D werde von einem Gleichstrom I durchflossen.

Frequenzverhalten eines Kondensators Ein Kondensator hat bei 50 Hz einen kapazitiven Blindwiderstand von

Mitteilungen aus dem Institut für Umwelttechnik Nonnweiler-Saar Dr. Schau DL3LH

Es sollen die Vorgänge auf HF-Leitungen bei verschiedenen Bedingungen sowohl mit der Simulation wie auch im praktischen Versuch bestimmt werden.

Der optimale Antennen-Koppler. Mitteilungen aus dem Institut für Umwelttechnik Nonnweiler-Saar Dr. Schau DL3LH

Hallo, liebe bastelnden Funkamateure,

6.2.2 Mikrowellen. M.Brennscheidt

3.2 Ohmscher Widerstand im Wechselstromkreis 12

6 Eindimensionale Wellenausbreitung

Leitungsanpassung. auf hochfrequenten Leitungen. Mitteilungen aus dem Institut für Umwelttechnik, Nonnweiler-Saar Dr. rer. nat.

AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik A14: Digitaltechnik. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. Stand

1.Schulaufgabe aus der Physik Lösungshinweise

Kabel und Steckverbindungen. Kabel und Steckverbindungen

Gruppe: B-02 Mitarbeiter: Assistent: Martin Leven testiert:

Vorbereitungen zur Funkamateur-Prüfung. Aufgaben B.007

Resonanz. R. Schwarz OE1RSA. Übersicht. Amateurfunkkurs. L-C Kreis. Resonanz. Filter. Fragen. Landesverband Wien im ÖVSV. Erstellt:

Transkript:

Technik Klasse A 10: en & Kabel Skin-Effekt Amateurfunkgruppe der TU Berlin http://www.dk0tu.de Stand 03.06.2016 This work is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License. Amateurfunkgruppe der Technische Universität Berlin (AfuTUB), 1 / 27

Hochfrequenzleitungen Skin-Effekt Abb.1: Paralleldrahtleitung [1] Abb.2: Koaxialkabel [3] 2 / 27

Hochfrequenzleitungen Skin-Effekt Abb.3: Hohlleiter [1] 3 / 27

Skin-Effekt Abb.4: ESB Abb.5: Genaues Ersatzschaltbild eines Koxialkabels 4 / 27

L Z W = C Paralleldrahtleitungen: Z W = 150Ω bis 600Ω Koaxialleitungen: Z W = 50Ω bis 95Ω Der entspricht dem Abschlusswiderstand einer Leitung, bei dem keine stehenden Wellen auftreten. Skin-Effekt 5 / 27

das Dielektrikum verlangsamt die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Kabel: v = 1 L C durch geringere Ausbreitungsgeschwindigkeit verkürzt sich die Wellenlänge auf der Leitung: k = v c Skin-Effekt 6 / 27

Typische en Kabeltyp Koaxialkabel, normal k = 0, 66 Koaxialkabel mit Luftisolation k = 0, 85 offene 600Ω Speiseleitung k = 0, 98 Flachleitung mit 300Ω k = 0, 82 Skin-Effekt 7 / 27

Skin-Effekt Der Skin-Effekt (Wiederholung aus A02) tritt bei höherfrequenter Wechselspannung auf verdrängt Elektronen aus dem Leitungsinneren an die Leiteroberfläche Widerstand im Leiter steigt Skin-Effekt 8 / 27

Skin-Effekt Ursachen des Skin-Effektes Skin-Effekt Abb.5: Überlagerung von Wechsel- und Wirbelströmen [1] Ursache des Skin-Effektes ist das magnetische Feld Es erzeugt Wirbelströme im Innern des Leiters Diese sind dem Erzeugerstrom entgegengerichtet Das wechselnde Magnetfeld erzeugt im Leiter eine höhere Gegenspannung als am Rand 9 / 27

Skin-Effekt Folgen & Gegenmaßnahmen Folgen: Der Leiterquerschnitt sinkt Die Impedanz steigt Gegenmaßnahmen Verwendung von Hohlleitern Mehrere voneinander isolierte Drähte nutzen Oberfläche versilbern Skin-Effekt 10 / 27

Skin-Effekt TC314 A B C D Welche Folgen hat der Skin-Effekt? Der Skin-Effekt ist für den mit der Frequenz ansteigenden induktiven Widerstand verantwortlich. Der Strom fließt bei hohen Frequenzen nur noch in der Oberfläche des Leiters. Mit sinkendem stromdurchflossenen Querschnitt steigt daher der induktive Widerstand des Leiters. Der Strom fließt bei hohen Frequenzen nur noch in der Oberfläche des Leiters. Mit sinkendem stromdurchflossenen Querschnitt vergrößert sich daher der kapazitive Widerstand des Leiters. Der Strom fließt bei hohen Frequenzen nur noch in der Oberfläche des Leiters. Mit sinkendem stromdurchflossenen Querschnitt steigt daher der effektive Widerstand des Leiters. Skin-Effekt 11 / 27

Skin-Effekt TC314 A B C D Welche Folgen hat der Skin-Effekt? Der Skin-Effekt ist für den mit der Frequenz ansteigenden induktiven Widerstand verantwortlich. Der Strom fließt bei hohen Frequenzen nur noch in der Oberfläche des Leiters. Mit sinkendem stromdurchflossenen Querschnitt steigt daher der induktive Widerstand des Leiters. Der Strom fließt bei hohen Frequenzen nur noch in der Oberfläche des Leiters. Mit sinkendem stromdurchflossenen Querschnitt vergrößert sich daher der kapazitive Widerstand des Leiters. Der Strom fließt bei hohen Frequenzen nur noch in der Oberfläche des Leiters. Mit sinkendem stromdurchflossenen Querschnitt steigt daher der effektive Widerstand des Leiters. Skin-Effekt 11 / 27

Die Gibt den Leistungsverlust über das Kabel an Hängt vom Verlustwiderstand und dem Dielektrikum ab Wird meist in db pro 100m angegeben n = f hoch f niedrig Skin-Effekt 12 / 27

Kabeldämpfung Beispiel 1 RG 213/U hat bei 100MHz eine von 6, 7dB. Wie groß ist die bei 145MHz? Hinweis: n = f hoch f niedrig Skin-Effekt 13 / 27

Kabeldämpfung Beispiel 1 RG 213/U hat bei 100MHz eine von 6, 7dB. Wie groß ist die bei 145MHz? f 2 145 n = = f 1 100 = 1, 45 = 1, 2 Bei 145MHz ist die also: 1, 2 6, 7dB = 8dB Skin-Effekt 13 / 27

Kabeldämpfung Beispiel 2 Löse mit Hilfe des sdiagramms aus der Formelsammlung: RG58 15 m 28 MHz Aircell7 15 m 28 MHz RG174 15 m 28 MHz Skin-Effekt 14 / 27

(Wiederholung) ist ein Maß für die Anpassung SWR = s = U max U min hängt vom Verhältnis Abschlusswiderstand R a zu Z W ab SWR = s = U max U min = Z R a SWR = s = U max = R a U Z min für R a Z für Z R a ist das Verhältnis von vorlaufender zu zurücklaufender Welle http://commons.wikimedia.org/wiki/file: Stehwelle_(Animation).gif Skin-Effekt 15 / 27

Skin-Effekt Abb.6: Lecherkreis Ist ein Sonderfall einer Transformationsleitung mit einem Abschlusswiderstand von 0Ω oder Ω Gibt man HF-Signal auf Doppelleitung, mit R a = 0Ω wird die gesamte Energie reflektiert Dadurch entstehen Auslöschungen und Anhebungen kehrt sich alle λ/4 um Lässt man das Leitungsende offen, kehren sich alle Verhältnisse um Dieser Effekt tritt auch bei einer λ/2 Leitung auf 16 / 27

Zusammenfassung: λ/4 Leitung kehrt Impedanzverhältnisse um (niederohmig hochohmig), wirkt wie Schwingkreis λ/2 Leitung transformiert 1:1, wirkt auch wie ein Schwingkreis Skin-Effekt 17 / 27

TH325 A B C D Eine besteht aus zwei parallelen Leitern. Wovon ist ihre Resonanzfrequenz wesentlich abhängig? Sie ist abhängig vom verwendeten Abschlusswiderstand. von der Leitungslänge vom der beiden parallelen Leiter. vom Leerlauf-Kurzschlussverhalten. Skin-Effekt 18 / 27

TH325 A B C D Eine besteht aus zwei parallelen Leitern. Wovon ist ihre Resonanzfrequenz wesentlich abhängig? Sie ist abhängig vom verwendeten Abschlusswiderstand. von der Leitungslänge vom der beiden parallelen Leiter. vom Leerlauf-Kurzschlussverhalten. Skin-Effekt 18 / 27

TH326 Was zeigt diese Darstellung? A Sie zeigt die Strom- und Spannungsverteilung an einer Antennenspeiseleitung. Die Antenne arbeitet als Serienresonanzkreis. B Sie zeigt die Strom- und Spannungsverteilung an den Radialen einer Groundplane. Die Antenne arbeitet mit Verlängerungsspule zur Resonanzanpassung. C Sie zeigt die Strom- und Spannungsverteilung an einer Antenne. Die Antenne arbeitet als Groundplane mit Verkürzungskondensator. D Sie zeigt die Strom- und Spannungsverteilung an einer offenen λ/4-. Sie wirkt als Reihenschwingkreis. Skin-Effekt 19 / 27

TH326 Was zeigt diese Darstellung? A Sie zeigt die Strom- und Spannungsverteilung an einer Antennenspeiseleitung. Die Antenne arbeitet als Serienresonanzkreis. B Sie zeigt die Strom- und Spannungsverteilung an den Radialen einer Groundplane. Die Antenne arbeitet mit Verlängerungsspule zur Resonanzanpassung. C Sie zeigt die Strom- und Spannungsverteilung an einer Antenne. Die Antenne arbeitet als Groundplane mit Verkürzungskondensator. D Sie zeigt die Strom- und Spannungsverteilung an einer offenen λ/4-. Sie wirkt als Reihenschwingkreis. Skin-Effekt 19 / 27

dienen der Anpassung von Antenne zum Sender, dazu... Anpassung des Sender-Widerstandes an die Anpassung der Antennenimpedanz an das Kabel R i = Z w = Z Antenne Skin-Effekt 20 / 27

Prinzip der Transformationsleitung Skin-Effekt Abb.7: Anpassung [1] Eine λ/4-leitung kann Widerstände tranformieren Aber nur in einer begrenzten Bandbreite Leitung wirkt als Transformator Eine solche Leitung bestimmter Länge auch als abgestimmte Speiseleitung bezeichnet Leitungen die mit ihrem abgeschlossen werden, um Stehwellen zu vermeiden, nennt man unabgestimmte Speiseleitung 21 / 27

Will man zwei Impedanzen Z E & Z A mit einem Viertelwellentransformator anpassen, so muss die Transformationsleitung folgende Werte besitzen: : Z = Z E Z A Länge: l = (2n 1) λ 4 k Bei Koaxialkabeln sieht das Ganze wie folgt aus: Z = 60Ω εr ln( D d ) = 138Ω εr lg( D d ) Skin-Effekt 22 / 27

Abb.8: Balun [1] Wird bei Verbindungen zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Punkten verwendet Koaxialkabel ist unsymmetrisch Paralleldraht ist symmetrisch Alle Dipole sind symmetrisch Alle Antennen, die gegen Erde erregt werden sind unsymmetrisch Ohne entstehen Mantelwellen Skin-Effekt 23 / 27

Balun Skin-Effekt Abb.9: Spartrafo als Balun [3] Balun kann symmetrieren und gleichzeitig die Impedanz anpassen Wird der Eingang an halber Windungszahl des Ausganges angeschlossen, erhält man einen 1:4 Übertrager 24 / 27

Die λ/2-umwegleitung Abb.10: λ/2-umwegleitung [1] An der Einspeisestelle teilt sich der Strom je zur Hälfte auf Eine Hälfte geht direkt zum Strom, die andere in die Umwegleitung Nach dem ohmschen Gesetz verdoppelt sich dadurch der Widerstand Bei 50Ω ergeben sich also 100Ω Die Umwegleitung stellt den Widerstand auf der anderen Seite nochmal mit 100Ω zur Verfügung Somit ergeben sich insgesamt 200Ω Impedanz an der Antenne Skin-Effekt 25 / 27

Der Abb.11: und ESB Im UHF-Bereich werden auch Aluminium- oder versilberte Messingbecher als Leiter genutzt Sie besitzen einen Mittelleiter, wodurch sie wie eine Koaxleitung wirken Sie lassen sich wie auch die durch einen Kurzschlussschieber abstimmen Dieser Schwingkreis ist vollkommen abgestimmt und von außen nicht beeinflussbar Versilbert man die Innenflächen, lassen sich die Verlust minimieren Dadurch werden auch die elektrischen Eigenschaften für hohe Frequenzen verbessert Skin-Effekt 26 / 27

Hausaufgabe Kapitel 1.8.3 Übertragungsleitungen mit Fragen TH301 TH331. Kapitel 1.8.4 Anpassung, Transformation und mit Fragen TH401 TH423. Skin-Effekt 27 / 27

/Links [1] Wikipedia - Die freie Enzyklopädie: http://de.wikipedia.org/wiki/datei:twin-lead_cable_dimension.svg http://de.wikipedia.org/wiki/datei:elli_holl.jpg http://de.wikipedia.org/wiki/datei:eingangswiderstandausgangswiderstanda.svg http://de.wikipedia.org/wiki/datei:_filter.svg http://de.wikipedia.org/wiki/datei:eingangswiderstandausgangswiderstanda.svg http://de.wikipedia.org/wiki/datei:t200a2.jpg http://de.wikipedia.org/wiki/datei:balun(semirigid).jpg [2] DARC Online-Lehrgang Lektion A08: http://www.darc.de/referate/ajw/ausbildung/ darc-online-lehrgang/technik-klasse-a/technik-a10/ [3] Wikimedia: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:coaxial_cable_cutaway_new.svg http://commons.wikimedia.org/wiki/file:cdbalun2.svg Skin-Effekt [4] Fragenkatalog Bundesnetzagentur Technik Klasse A: https://www.bundesnetzagentur.de/shareddocs/downloads/de/sachgebiete/telekommunikation/unter 27 / 27