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ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

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ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
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ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
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ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

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SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

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30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

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SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

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SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
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ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

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ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

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ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

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N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

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ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

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ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

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ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

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ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

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ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
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ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

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ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

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ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 2

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 3

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 4

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 5

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 6

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 7

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 8

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 9

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

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ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

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N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

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ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

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ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

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ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

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ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

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ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
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ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

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ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

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ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
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ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 10

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 11

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 12

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 13

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 14

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
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Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

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SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

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ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
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ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

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ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
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ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

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ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

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ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

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N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

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ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

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ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

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ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

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ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

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ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
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ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

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ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

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ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
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ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 15

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

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ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
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ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 16

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 17

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 18

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 19

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 20

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 21

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 22

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 23

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 24

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


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ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 26

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 27

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 28

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 29

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 30

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
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ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

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ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

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ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
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ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 31

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 32

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 33

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
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ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

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ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

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ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

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N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

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ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

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ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

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ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

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ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

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ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
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ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

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ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

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ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 34

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

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ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 35

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 36

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 37

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF


Slide 38

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ein Vortrag von

Heinz Bolli, HB9KOF
Ham Radio Friedrichshafen
27. Juni 2009
Bild: DO1MDE

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Ich widme diesen Vortrag meiner lieben Frau Ruth, welche
während dessen Erarbeitung gar manche Abende auf mich
verzichten musste.

Themata:
 Antennen
 Speiseleitungen
 Anpassung: warum, wie, wo
 Nicht-Resonante Antennen
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort I
Die „richtige“ Anpassung von Antennen- und/oder Speiseleitungsimpedanzen
beschäftigt die Funkamateure seit jeher. Dies ist verständlich, geht es doch
einerseits darum, „sein“ Sendesignal möglichst wirkungsvoll zur Abstrahlung zu
bringen, andererseits aber auch empfangsmässig ja kein dB zu verlieren.
Dieser Vortrag soll die Zuhörer dafür sensibilisieren, Sende- oder Empfangsanlagen samt Antennen und Speiseleitungen als System zu betrachten. Nur so ist
es möglich, die verschiedenen darin zusammenwirkenden Komponenten mit
deren unterschiedlichen Bedürfnissen und Eigenschaften so miteinander zu
kombinieren, dass sowohl technisch als auch qualitativ bestmögliche Ergebnisse resultieren, gleichzeitig aber auch der finanzielle Aufwand im Rahmen bleibt.
Betrachtet man die Dinge von Grund auf stellt man bald einmal fest, dass leider
gar manches „Wissen“ auf Wunschdenken oder Fehlschlüssen basiert. Ist irren
auch menschlich, wird es aber doch spätestens dann problematisch, wenn solcherart „Tatsachen“ zu Dogmen erhoben werden.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
Vorwort II
Das richtige Verständnis der zugegebenermassen komplexen Vorgänge ist aber
nur dort möglich, wo die Bereitschaft besteht, sich neuen Denkansätzen nicht
zu verschliessen. Der Amateurfunk ist nun einmal eine technisch-wissenschaftliche Disziplin und in dieser hängt der Fortschritt nicht zuletzt von der
Bereitschaft ab, gelegentlich auch Herkömmliches zu hinterfragen.
Wenngleich das Vortragsthema ANTENNENANPASSUNG HEUTE heisst, kommen wir nicht darum herum, uns vorerst mit den verschiedenen Komponenten
des Systems zu befassen. Lassen Sie mich daher den Bogen etwas weiter
spannen und Ihnen auch zu Antennen und Speiseleitungen ein paar grundsätzliche Informationen vermitteln. Damit soll der Einstieg ins Hauptthema Anpassung erleichtert werden.
Den Schluss des Vortragsteils bilden einige Gedanken zum Thema
„Nichtresonante Antennen“ und hernach bleibt hoffentlich auch noch etwas Zeit
für eine kurze Diskussion.

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
DEFINITION / FUNKTIONSWEISE

Funktionsweise
Eine Antenne ist ein Resonanzgebilde. Dessen Entstehung zeigt die Grafik anhand einer Dipolantenne.
Diese erzeugt bzw. empfängt sowohl elektrische, als
auch dazu senkrecht stehende magnetische Felder.
Man kann sich diese Antenne auch als „entarteten“
Schwingkreis oder Resonanzkreis, bestehend aus
Kondensator und Spule, vorstellen.

(c) HB9KOF 2009

Grafik: Wikipedia

Definition:
Eine Antenne ist ein elektrische und magnetische
Felder zulassender Leiter, der elektromagnetische
Wellen aussendet oder empfängt.

ANTENNEN
PARAMETER
Die hauptsächlichen elektrischen Antennenparameter sind:
 Impedanz
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
 Wirkungsgrad
 Richtfaktor
 Gewinn
 Bandbreite
Im Rahmen dieses Vortrages interessieren im Besonderen folgende Parameter:
 Antennenimpedanz
 Antennenwirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
Allband-Dipol
Impedanzverlauf eines Dipols von 30m Länge, 15m über Grund (Quelle ARRL)
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
Folgerungen:
1.8
4.5 – j1673
Die Antennenimpedanz ändert mit der
3.8
38.9 – j362
Frequenz.
7.1
481 + j964
Der Realteil ergibt sich aus der Antennen10.1
2584 – j3292
länge und -höhe in λ und dem Speisepunkt.
14.1
85.3 – j23
Der Blindwiderstand entspricht der Ablage
18.1
2097 + j1552
von der Resonanzfrequenz.
21.1
345 – j1073
24.9
202 + j367
(Negative Vorzeichen bedeuten einen kapaziti28.4
2493 – j1375
ven, positive einen induktiven Blindwiderstand)

(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN-IMPEDANZ
160m-Dipol
Impedanz- und SWR-Verlauf eines Dipols von 75,76m Länge, 20m über Grund
f (MHz) AntennenImpedanz (Ω)
1.80 24.5 – j104.4
1.82 25.8 – j84.0
1.84 27.2 – j63.5
1.86 28.6 – j43.1
1.88 30.1 – j22.7
1.90 31.7 – j2.2
1.92 33.4 + j18.2
1.94 35.1 + j38.8
1.96 36.9 + j59.4
1.98 38.8 + j80.0
2.00 40.8 + j100.7
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
WIRKUNGSGRAD
Relevante Parameter:
 Strahlungswiderstand
 Verlustwiderstand
Die ideale Antenne weist keine Verlustwiderstände auf und erreicht so
einen Wirkungsgrad von 100% nach folgender Formel:
Strahlungswiderstand
Wirkungsgrad =

x 100
Strahlungswiderstand + Verlustwiderstand

 Der Strahlungswiderstand entspricht dem Teil der Antennenimpedanz, der die
zugeführte elektrische Leistung in elektromagnetische Strahlung umsetzt.
 Die Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Verlusten der
Antennenleiter, den Verlusten wegen des Skin-Effektes, den dielektrischen Verlusten
weiterer Antennen-Baustoffe, sowie allfälligen Erdverlusten. In ihm wird die zugeführte
elektrische Leistung in Wärme umgewandelt.
(c) HB9KOF 2009

ANTENNEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Antennen sind zu verstehen wie Schwingkreise
 Ihre Impedanz ändert mit der Frequenz (bei konstanter Antennenlänge)
 Die Antennenimpedanz unterliegt auch Umgebungseinflüssen
 Resonanz definiert sich durch das Fehlen von Blindwiderständen, d.h.
bei Resonanz ist die Impedanz rein reell
 Der Wirkungsgrad hängt ausschliesslich ab vom Verhältnis zwischen
Strahlungs- und Verlustwiderstand
 Die Antennenlänge ist ohne relevante Bedeutung für den Wirkungsgrad

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GENERELLES
 Speiseleitungen transportieren Energie vom Sender zur Antenne, bzw. von
der Antenne zum Empfänger
 Wir unterscheiden zwischen:
 koaxialen Speiseleitungen
 offenen Speiseleitungen
 Beide weisen spezifische Eigenschaften auf. Uns interessieren heute:
 Impedanz in Ohm
 Verlust in dB
 Impedanzrichtig betriebene oder korrekt angepasste Speiseleitungen
präsentieren an ihrem jeweiligen Ausgang den selben Impedanzwert wie am
Eingang und zeitigen die geringst möglichen Verluste.
 Fehlangepasste Speiseleitungen transformieren die Eingangsimpedanz je
nach Leitungslänge und SWR und weisen SWR-bedingte Zusatzverluste auf.
(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
GEGENÜBERSTELLUNG
Koaxiale Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geschlossener Aufbau
Problemlose Verlegung
Keine Antennenwirkung
(sofern keine Mantelwellen)

Höhere Verluste als offene Leitungen
Hohe Zusatzverluste bei hohem SWR

Offene Speiseleitungen
Vorteile

Nachteile

Geringere Verluste als koaxiale Leitg

Verlegung u.U. problematisch

Geringe Zusatzverluste bei hohem
SWR

Geringe Antennenwirkung
(sofern gleiche Leiterströme)

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
TRANSFORMATIONSEFFEKTE
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)

30m 600Ω -

SWR

Feeder (Ω)

Ant / TX

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

2.3 – j35.9
260 – j1616
160 – j381
393 – j1423
99.5 – j197
164 + j386
83.4 + j10.2
468 + j786
819 + j1264

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

(c) HB9KOF 2009

30m Koax

RG213 (Ω)
1.6 + j8.8
7.8 – j70.3
14.6 – j83
82.4 – j207
34.9 – j16.4
5.9 – j2.4
68 – j14
9 + j2.6
8.6 + j18.3

SWR

Ant / TX
1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

SPEISELEITUNGEN
SWR / VERLUSTE
Dipol, l=30m, H=15m

30m Feeder 600Ω

f (MHz)

SWR

1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

AntennenImpedanz (Ω)
4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

30m RG 213 50Ω

Ant / TX

Verluste
(dB)

Ant / TX

Verluste
(dB)

655 / 250
21 / 19
5.1 / 5.0
11 / 10
7.0 / 6.7
5.5 / 5.3
7.7 / 7.2
4.2 / 4.0
5.5 / 5.2

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

1818 / 36
63 / 17
49 / 12
134 / 12
1.9 / 1.7
65 / 8.4
73 / 7.9
18 / 5.6
65 / 6.7

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.1 + 4.0
1.2 + 8.8

(c) HB9KOF 2009

SWR

SPEISELEITUNGEN
SWR-BEDINGTE ZUSATZ VERLUSTE
 Stehende Wellen sind die Folge von
Reflektionen an der Last, als Folge
fliesst ein Teil der Energie zurück in
Richtung Quelle
 Bei der Quelle erfolgt eine Re-Reflektion, die Energie wird wieder in
Richtung Verbraucher geschickt

 Jeder Durchlauf der Speiseleitung
führt zu Verlusten, mehrfache Durchläufe demzufolge zu mehrfachen
Verlusten oder eben Zusatzverlusten
(c) HB9KOF 2009

Grafik: ARRL

 Die ursprünglich Energiemenge legt
so den Weg durch die Speiseleitung
mehrfach zurück

SPEISELEITUNGEN
VERLUSTBILANZ @ PIN = 1kW
Dipol, l=30m, H=15m
f (MHz)
1.8
3.8
7.2
10.1
14.1
18.1
21.1
24.9
28.4

30m Feeder 600Ω

30m RG 213 50Ω

AntennenImpedanz (Ω)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

Verluste
(dB)

POUT
(kW)

4.5 – j1673
38.9 – j362
481 + j964
2584 – j3292
85.3 – j23
2097 + j1552
345 – j1073
202 + j367
2493 – j1375

0.02 + 6.50
0.03 + 0.30
0.05 + 0.05
0.06 + 0.25
0.07 + 0.16
0.08 + 0.15
0.09 + 0.25
0.09 + 0.11
0.10 + 0.18

0.214
0.926
0.980
0.935
0.952
0.952
0.926
0.952
0.935

0.23 + 26
0.36 + 5.2
0.52 + 5.2
0.64 + 9.7
0.78 + 0.15
0.90 + 8.0
0.99 + 8.7
1.10 + 4.0
1.20 + 8.8

0.002
0.278
0.270
0.093
0.806
0.128
0.108
0.313
0.100

(c) HB9KOF 2009

SPEISELEITUNGEN
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Speiseleitungen dienen ausschliesslich dem Energietransport, jede
Antennenwirkung (strahlende Speiseleitung) ist unerwünscht
 Antennenwirkung deutet immer auf Fehler in der Zusammenschaltung
mit Energielieferant und/oder Energieverbraucher hin
 Offene Speiseleitungen weisen wegen nicht zu vermeidender
Unsymmetrien immer eine geringe Antennenwirkung auf
 Das SWR führt nie zu einer strahlenden Speiseleitung
 Jede Speiseleitung weist Verluste auf, koaxiale Leitungen zeitigen in
der Regel höhere Verluste als offene Speiseleitungen

 Jedes SWR grösser als 1:1 führt zu Zusatzverlusten, welche bei höheren SWR erheblich und bei sehr hohen SWR untragbar werden können

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
GRUNDSÄTZLICHES
 Wie überall in der Elektrotechnik gilt auch bei HF-Systemen der Grundsatz, wonach ein maximaler Energietransfer dann stattfindet, wenn die Ausgangsimpedanz der Quelle der Eingangsimpedanz der Last entspricht
 Ist dies so, sprechen wir von Anpassung, anderenfalls von Fehlanpassung
 Leistungsanpassung zwischen den einzelnen Stufen einer Sendeanlage ist eine
wesentliche Voraussetzung für deren optimale Funktion
 Für Benutzer industriell gefertigter Geräte wird dieser Umstand erst bei der Verbindung von Transceiver und Antenne relevant. Heutige Transceiver zeigen
Ausgangsimpedanzen von 50Ω und verlangen nach ebensolchen Lastimpedanzen. Dazu passend gibt es Koaxialkabel mit Wellenwiderständen von 50Ω
• Antennenimpedanzen betragen in den wenigsten Fällen exakt 50Ω
• Sehr oft sind Antennen-, bzw. Speiseleitungsimpedanzen, zudem noch komplex,
d.h. mit mehr oder weniger grossen Blindanteilen behaftet. Deren Kompensation
ist üblicherweise ebenfalls eine Aufgabe des Anpass-Netzwerkes
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WARUM
• Speist ein Generator eine Last, wird dieser dann das Maximum an Leistung zugeführt, wenn der Innenwiderstand des Generators dem Lastwiderstand entspricht.
• Beispiel: Folgen von Anpassung / Fehlanpassung in einem 50Ω-System, ausgelegt auf eine nominelle Ausgangsleistung von 100W:

Uo = Generatorspannung
Ri = Innenwiderstand Quelle
Ra = Lastwiderstand
Ua = Lastspannung
Ia = Laststrom
Po = Generator-Verlustleistung
Pa = Ausgangsleistung
Ptot = Gesamtleistung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
FEHLANPASSUNG / STEHENDE WELLEN
• Bei Fehlanpassung wird Leistung reflektiert
• Reflektierte Leistung führt durch Interferenz zu stehenden Wellen (SWR)
• Hohe SWR können zu gefährlichen Spannungen und Strömen führen
Last (z.B. Antenne)

Grafik: Wikipedia

Quelle (z.B. Sender)

• Stehende Wellen führen u.a. zu teilweise erheblichen Zusatzverlusten auf
Speiseleitungen, bzw. zu tiefen Speiseleitungs-Wirkungsgraden
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WARUM“
SCHLUSSFOLGERUNGEN
 Nur die korrekte Anpassung der Quellen-Ausgangsimpedanz an die
Last-Eingangsimpedanz führt zu maximaler Leistungsausbeute
 Dies gilt für den Übergang vom Sender auf das Speisekabel ebenso wie
für die Verbindung von Speisekabel und Antenne
 Auch unkompensierte Reaktanzen (Blindwiderstände, z.B. von nichtresonanten Antennen) führen zu Fehlanpassung. Sie sind möglichst zu
eliminieren, allenfalls zu kompensieren

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WIE
Zur Impedanzanpassung eignen sich folgende Methoden:
 Anpassung mit „normalem“ Transformator
 Anpassung mit Leitungstransformator
 Anpassung mit HF-Leitungen (Stub-Matching)

 Anpassung mit Transformationsgliedern aus Blindwiderständen
(Reaktanzen), d.h. mit L/C-Netzwerken, „Antennentuner“)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT TRANSFORMATOR
 Einfacher Aufbau mit Luftspulen
oder mit magnetischen Werkstoffen (Eisenpulver- / Ferrit)
 Widerstandstransformation im
Quadrat des Wicklungsververhältnisses
 Geeignet auch zum Symmetrieren
(Balun)
 Nachteil: relativ frequenzabhängig
(eingeschränkte Bandbreite)
 Nachteil: magnetische Sättigung
bei Eisenpulver- / Ferritkernen

Bild 1: Transformator für
unsymmetrische Last

 Nachteil: Nur bedingt geeignet bei
reaktiven Lasten

Bild 2: Transformator für
symmetrische Last

(c) HB9KOF 2009

N1

N2

N1:N2 =1:2

N1

Ri:Ra = 1:4

N2

N1:N2 =1:2

Ri:Ra = 1:4

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR I
 Einfacher Aufbau, in der Regel auf Ring- oder Stabkerne aus magnetischen
Werkstoffen (Eisenpulver / Ferrit)
 Vorteil: Grosse Bandbreite (z.B. 1-1000 MHz)
 Vorteil: Kaum magnetische Sättigung
 Geeignet auch zum Symmetrieren (Balun)
 Nachteil: Übersetzungsverhältnis nur im Quadrat ganzer Zahlen
 WICHTIG: Ein- und Ausgangsimpedanz müssen der Wicklungsimpedanz
entsprechen
 WICHTIG: Nicht geeignet zur Symmetrierung und / oder Anpassung
(Transformation) reaktiver Lasten (Sättigungsgefahr)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT LEITUNGSTRANSFORMATOR II
Herleitung des Leitungstransformators:

Bild 1: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

Bild 2: Trafokopplung, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 3: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang unsymmetrisch

Bild 4: Leitungstrafo, Eingang unsymmetrisch, Ausgang symmetrisch

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT HF-LEITUNGEN (Stub Matching)
Der Vollständigkeit halber seien erwähnt (aber nicht näher erläutert):
 Anpassschaltungen aus HF-Leitungen bestehen aus Leiterstücken < λ/4
 Viertelwellentransformator
 Transformationsleitung mit Stichleitung

 Serien-Transformationsleitung
 1:4 Transformation mit λ/2 Umwegleitung

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
MIT REAKTANZEN (Antennentuner)
Mit Reaktanzen im Anpassnetzwerk lassen sich auf- und abwärts transformierende Anpassschaltungen realisieren, welche zugleich die Blindwiderstände der
Last kompensieren können.
Solcherart Anpassung nennt man „komplex konjugierte Anpassung“.
Damit ist gemeint, dass eine Kompensation einer negativen Reaktanz durch
einen positiven Bildwiderstand erfolgt und umgekehrt. Da sich so die positiven
und negativen Vorzeichen aufheben, ist das „System“ hernach reaktanzfrei.
BekannteAnpassschaltungen sind u.a.:
 L/C-Hochpass
 L/C-Tiefpass

 Pi-Netzwerk
 T-Netzwerk

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit L/C-Hoch-/Tiefpass
 Einfache Schaltung, nur 2 Elemente
 Mit festen Elemente (Spulen / Kondensatoren) für eine Frequenz und für fixe
Ein- / Ausgangsimpedanzen geeignet
 Mit variablen Elementen grosser Anpassbereich betr. Frequenzen und bedingt auch betr. Ein- / Ausgangsimpedanzen. Kompensation von Blindanteilen
der Lastresonanz möglich
 Eindeutiger Anpasspunkt
 Nachteil: Nur Auf- oder Abwärtstransformation möglich, daher Umschaltung
nötig
 Nachteil: Nur bedingt zu Anpass-Veränderungen unter Last geeignet

Umschaltbares L/C-Netzwerk mit nur
zwei variablen Elementen (Tiefpass)
Der Kondensator liegt immer am
Anschluss mit der höheren Impedanz

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi- oder T-Netzwerk
Vorteile Pi-Glied:
 Dank Tiefpasscharakteristik gute Oberwellendämpfung
 Weiter Anpassbereich
Nachteil Pi-Glied:
 Je nach Anpassverhältnissen grosse, unhandliche Werte der variablen Elemente
 Erfordernis für zuschaltbare Kapazität (Nicht zu Anpass-Veränderungen unter
Last geeignet)
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
Vorteil T-Glied:

 Grosser Anpassbereich ohne Umschaltung.
Nachteil T-Glied:
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit Pi-Netzwerk
Beispiele für Pi-Netzwerke:

Bild 1: Pi-Netzwerk (Collins Filter)

Bild 2:Erweitertes Pi-Netzwerk (Drake MN-4)

Bild 3: Geschaltetes Pi-Netzwerk (SGC)

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
mit T-Netzwerk
Beispiele für T-Netzwerke:

Bild 1: T-Netzwerk allgemein

Bild 2: T-Netzwerk des MFJ 971

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN I
Es gibt verschieden Methoden zur Impedanzanpassung:
1. Transformatoren
 Vorteil: Einfache Bauweise
 Nachteil: Geringe Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse,
problematisch bei reaktiven Lasten, keine Reaktanzkompensation

2. HF-Leitungen
 Vorteil: Einfache Bauweise, insbesondere bei hohen Frequenzen,
Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Unhandlich bei tiefen Frequenzen, kann bedeutende Verluste
bringen (z.B. bei langen Koaxialleitungen mit hohen SWR), geringe
Frequenzbandbreite, feste Impedanzverhältnisse
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN II
3. LC-Hoch-, bzw. Tiefpässe
 Vorteil: Einfache, eindeutige Einstellbarkeit, mit variablen Elementen für
variable Frequenzen / Impedanzen verwendbar. Reaktanzkompensation
möglich
 Nachteil: Bei Impedanzsprüngen >/< 50Ω Umschaltung erforderlich,
nicht unter Last umschaltbar
4. Pi-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar. Reaktanzkompensation möglich
 Nachteil: Je nach Anpassverhältnissen unhandliche Werte der Reaktanzen,
daher oft Erfordernis für zuschaltbare Kapazität. Nicht unter Last schaltbar
 Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG „WIE“
SCHLUSSFOLGERUNGEN III
5. T-Netzwerke
 Vorteil: Mit variablen Elementen für variable Frequenzen / Impedanzen
verwendbar
 Vorteil: Weite Anpassbereiche ohne Schaltvorgänge nutzbar (Frequenz,
Impedanzen, Reaktanzen)

 Vorteil: Last-Reaktanzkompensation möglich
 Vorteil: Trotz weitem Frequenz- und Impedanz-Anpassbereich moderate
Werte für die variablen Elemente
 Nachteil: Durch Mehrdeutigkeit variable Kreisgüte, Wirkungsgradkontrolle nötig

(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
WO
Grundsätzlich:
 Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
 Je näher die Anpassung am Ort des Impedanzsprunges, desto höher
deren Nutzen in Form minimierter Verluste in Kabeln und Systemen
 Je nach Antennensituation ruft die heute gebräuchliche 50Ω-Technik
nach der Verlegung des Anpasspunktes hin zur Antenne
 Stehen dem technische oder finanzielle Gründe entgegen, ist auf die
Verwendung möglichst verlustarmer Leitungen zu achten
 Die Einführung offener Speiseleitungen in den Wohn- oder Stationsbereich ist wegen deren u.U. starken Antennenwirkung oft problematisch.
 Koaxiale Leitungen sind im Wohn- und Stationsbereich optimal,
bedingen aber oft ein Anpassnetzwerk beim Übergang auf eine offene
Speiseleitung
(c) HB9KOF 2009

ANPASSUNG
SYMMETRISCHER ANTENNEN





Auch hier gilt: Anpassung ist dort nötig, wo Impedanzsprünge auftreten
Zusätzlich zur Anpassung kommt aber die Forderung zur Symmetrierung
Symmetrierung heisst nichts anderes als „erdfrei-machen“ der Speiseleitung
Werden Balune verwendet, gehören diese generell auf die 50Ω-Seite, da Balune
nur dann definiert arbeiten können, wenn deren Anschlussimpedanz der
Wicklungsimpedanz entspricht. Im Übrigen vertragen Balune Blindströme
schlecht (Sättigungsgefahr > Intermodulation > Überhitzung > Schaden)

 Jedes Anpassgerät mit Ausgangsbalun (in der Regel 1:4) ist ein Kompromiss, der
technisch nur nachteilig, hingegen preislich etwas günstiger ist
 Die Art des Anpass-Netzwerkes ist nicht von Bedeutung, wenn die Antenne, bzw.
die Speiseleitung, wegen der Trennwirkung des Baluns keine Erde mehr „sieht“

 Ein „symmetrischer Aufbau“ mit Doppelrollspulen und „gleichen“ Kapazitäten
zwischen den Leitern ist demzufolge nicht nötig, so sehr dies auch immer wieder
behauptet wird

(c) HB9KOF 2009

NICHTRESONANTE ANTENNEN
 Wo die Verhältnisse keine Antennenfarmen mit Monobandern zulassen, können
Nichtresonante-Antennen sehr interessante Möglichkeiten erschliessen
 Aufbau als Monopol über guter Bezugsfläche oder als Dipol möglich
 Antennenlänge ist nicht bedeutsam für den Antennen-Wirkungsgrad, alleine
entscheidend ist das Verhältnis von Strahlungswiderstand zu Verlustwiderstand
 Sind die möglichen Baudimensionen beschränkt, nützen Sie diese doch voll aus!

 Achten Sie wegen der zu erwartenden hohen SWR auf sehr verlustarme Speiseleitungen
 Gönnen Sie Ihrem Antennensystem eine „gute“ und vor allem verlustarme Anpassung
 Bedenken Sie, dass Amateurfunk Experimentalfunk ist und dass gutes Engineering die
Erreichung des Bestmöglichen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln bedeutet
 Freuen Sie sich über so entstandene, gute und innovative Lösungen
 Freuen Sie sich über jedes QSO. Ihre Verbindungen sind „hochwertiger“ als diejenigen
der Kollegen, die über nahezu unbeschränkte Möglichkeiten verfügen
 Ob mit resonanten oder nichtresonanten Antennen: FREUEN SIE SICH DES LEBENS!
(c) HB9KOF 2009

ANTENNENANPASSUNG HEUTE
SCHLUSS
Drei Dinge hab ich noch:
1. Bei denjenigen Zuhörern, denen schon vor meinen Ausführungen alles klar war,
möge keine Langeweile aufgekommen sein. Fühlen Sie sich bestätigt? Dann fördert dies sicher Ihr Wohlbefinden. Gab‘s ein paar Denkanstösse? Dann fühle ich
mich bestätigt 
2. Denjenigen Zuhörern, denen ich zum einen oder anderen „Aha-Erlebnis“ verhelfen konnte, gratuliere ich, sie haben verstanden worum es mir ging…
3. Doch all denjenigen, bei denen nun auch noch die letzte Klarheit sich verflüchtigt
hat, will ich nachfolgende tröstliche Geschichte mit auf den Weg geben:
… und eine Stimme sprach zu mir aus dem Chaos:
Lächle, und sei froh, denn es könnte Alles noch viel schlimmer kommen!
So lächelte ich und war froh…
Und es kam Alles noch viel schlimmer!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Heinz Bolli, HB9KOF