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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Grundlagen Bild 2:

Grundlagen Bild 2: Charakteristische Impedanz einerparallelen Zweidraht- und einer Koaxialleitung Bild 3: Charakteristische Impedanz einer Koaxialleitung sich die charakteristische Impedanz (Z 0 ) der Übertragungsleitung durch die folgende Gleichung darstellen: Für eine verlustlose Übertragungsleitung kann dies wie folgt ausgedrückt werden: Einige typische Übertragungsleitungen sind in Bild 2 dargestellt. Die charakteristische Impedanz einer zweiadrigen parallelen Leitung im Vakuum (Luft) ist durch ihre Abmessungen bestimmt, gemäß der folgenden Gleichung: Die charakteristische Impedanz der in Bild 2 gezeigten Koax-Leitung ist durch ihre Abmessungen und die relative Dielektrizitätskonstante des Isolators bestimmt: Minimierung dieser Reflexion wird als Impedanzanpassung bezeichnet. Ähnlich wird die reflektierte Welle auch an der Signalquelle reflektiert. Der erreichte Grad der Impedanzanpassung ergibt sich aus der Stärke der Reflexion. Das Verhältnis der reflektierten Welle zur vorlaufenden Wanderwelle ist definiert als der Spannungs- Reflexionskoeffizient ρ. Der Anpassungsgrad wird manchmal auch als das Stehwellenverhältnis der Spannung (VSWR: voltage standing wave ratio) ausgedrückt. Ein Beispiel: Spannung der Wanderwelle = V i Spannung der reflektierten Welle = V r Lastimpedanz = Z Charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung = Z 0 Der Spannungs-Reflexionskoeffizient (ρ) und das VSWR (Stehwellenverhältnis) können dann wie folgt ausgedrückt werden. Bild 4: Charakteristische Impedanz einer Zweidraht- und einer Koaxialleitung Impedanzanpassung In Bild 3 ist die Signalquelle über eine Übertragungsleitung mit einer Last verbunden. Wenn sich die Impedanzen von Übertragungsleitung und Last unterscheiden, wird das Signal an der Verbindungsstelle zwischen beiden reflektiert, und es kommt nur eine geringere Signalleistung an der Last an. Die Methode zur Das Stehwellenverhältnis VSWR lässt sich bestimmen, indem man eine Sonde in die Leitung einsetzt und den positionsabhängigen Effektivwert (RMS) des elektrischen Feldes misst, wie Bild 4 zeigt. Dieses Prinzip wird bei der Messung der Lastimpedanz Z 0 angewendet. Bild 5: Beispiel für die Effizienz der Leistungsübertragung Eine Impedanzanpassung ist notwendig, um eine effiziente Leistungsübertragung von der Signalquelle zur Last zu erreichen. Wie Bild 5 veranschaulicht, haben wir es bei der effizienten Übertragung der Signalquellenleistung direkt an die Last und bei der Zuführung eines Signals über eine Übertragungsleitung mit einer bestimmten charakteristischen Impedanz mit ähnlichen Problemen zu tun. 16 HF-Einkaufsführer 2017/2018

Grundlagen Bild 6 (links): Microstrip- (oben) und Coplanar-Leitung (unten) Bild 7 (rechts): Offener Stub, kurzer Stub und Abschluss Bild 8: Struktur und Material eines Leistungsabschlusses Übertragungsleitung und Microstrip Bei Übertragungsleitungen für Impulse mit Frequenzkomponenten im Mikrowellenbereich oder mit einem breiten Spektrum müssen die Verluste - ebenso wie die elektromagnetische Abstrahlung - an die Umgebung gering sein. Wegen ihrer starken elektromagnetischen Strahlung werden Parallelleitungen und verdrillte Leitungen nur im Niederfrequenz-, nicht jedoch im Hochfrequenzbereich eingesetzt. Das Koax-Kabel ist eine hervorragende Übertragungsleitung mit einem internen elektromagnetischen Feld im TEM-Modus. Sein Nachteil ist jedoch die umständliche Implementierung. Ähnlich wie die Koax-Leitung werden auch Microstrips und Koplanarleitungen in Konfigurationen, wie in Bild 6 gezeigt, als Übertragungsleitungen verwendet. Ihre charakteristischen Impedanzen sind durch die relative Dielektrizitätskonstante und die Abmessungen des Isolators bestimmt. Wenn an einer Zwischenposition eines Microstrips zur Anpassung eine Stichleitung mit einer charakteristischen Impedanz von 50 Ohm mit einer Länge L angefügt wird und L gleich 1/4 der Wellenlänge im Microstrip ist, dann wirkt sie bei offener Stichleitung kapazitiv und bei kurzgeschlossener induktiv. Wird ein kleiner Widerstand mit einer charakteristischen Impedanz von 50 Ohm am Abschlussende eines Microstrips angeschlossen, verhält er sich wie ein nicht reflektierender Abschlusswiderstand. (Bild 7) Abschlüsse Eine Abschlusskomponente wird bei Geräten wie Richtkopplern, Filtern, Zirkulatoren, Isolatoren oder Antennen-Kopplungsschaltungen verwendet. Der Abschluss ist ein Widerstand. Dabei muss es sich um einen rein ohm`schen Widerstand mit geringer reaktiver Komponente handeln. Für den 50-Ohm-Abschluss einer Signalschaltung eignet sich ein kleiner Chip-Widerstand mit 50 Ohm. Für Hochleistungs-Signale von 5 W bis 800 W muss jedoch ein Leistungs-Abschluss verwendet werden. Bei großen Leistungs- Abschlüssen werden auch die Abmessungen entsprechend größer, um die gestiegene Wärmeleistung abzuleiten. Dadurch steigen auch die Werte der Parallelkapazität oder der Induktivität an. Und da die Struktur Bild 9: Installation Chip-Abschluss Bild 10: Installation Abschluss mit Flansch HF-Einkaufsführer 2017/2018 17

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