Wie wirkt eine Verlängerungsspule

500px BJT NPN symbol case unlabelled.svgFrage aus der Ausbildung

Einer unserer SWL fragte, wie eine Verlängerungsspule denn funktioniert. Wir wissen zwar alle, dass sie funktioniert, aber die Wirkungsweise einleuchtend und einfach zu erklären, konnten wir dieses Abends nicht. Die Frage trieb mich weiter um, weil ich es selber gerne genauer wissen wollte. So entstand dieser kleine Beitrag.

Elektrische vs. mechanische Länge eines Leiters

Die mechanische Länge eines Leiters ist trivialierweise seine Länge. Die elektrische Länge hingegen bezieht sich auf eine elektromagnetische Welle. Die Welle hat ihre Wellenlänge. Einfach gesagt: Die Strecke, die die Welle in einer Sekunde zurücklegen kann.

Im Vakuum funktioniert das mit Lichtgeschwindigkeit. In anderen Materialien ist die Welle langsamer und kommt quasi nicht so weit in einer Sekunde. Das Resultat ist, die elektrische Länge ist kürzer als die mechanische. Das Maß hierfür ist der Verkürzungsfaktor, Daumenregel bei Antennendrähten: die elektrische Länge ist etwa 5% kürzer. Diese Verkürzung bezieht sich also auf das Material des Leiters.

Resonanzfall

In Falle, dass eine Antenne in Resonanz ist, haben wir idealerweise einen reellen Fußpunktwiderstand (Impedanz). Die Impedanz allgemein ist aber zusammengesetzt aus dem Ohmschen Widerstand, dem reellen Widerstand und dem Blindwidersand. Es gibt also hier keine kapazitiven bzw. induktiven Anteile.

Eine Antenne ist in Resonanz bei einer bestimmten Frequenz, wenn sie eine bestimmte elektrische Länge besitzt. Dies bezieht sich auf die der Frequenz entsprechenden Wellenläge (Lambda). Z.B. der Lambda-Halbe Dipol oder der Lambda-Viertel-Vertikalstrahler.

Antenne zu kurz

Meistens sind unsere Möglichkeiten zu gering, z.B. für 80m einen Halbwellendipol mit knapp 40m Länge aufzustellen. Wie kann eine zum Teil sehr viel kürzere Antenne trotzdessen resonant sein?

Ist die Antenne, elektrisch gesehen, elektrisch zu kurz, dann ist die Antenne nicht mehr in Resonanz zur gewünschten Frequenz. In diesem Fall ist die Impedanz nicht mehr nur reell, sondern erhält eine kapazitive Komponente. Die eigentliche Resonanzfrequenz der Antenne ist höher.

Antenne elektrisch verlängern

Um nun wieder einen reellen Fußpunktwiderstand zu erhalten, kann man eine Induktivität hinzuschalten, welche den kapazitiven Impedanzanteil aufhebt. Somit ist der Fußpunkt-Widerstand der Antenne erzwungen wieder reell. Damit besitzt das System Antenne + Spule insgesamt wieder die richtige elektrische Länge zur gewünschten Frequenz.

Umgekehrt kann man nun sagen, dass die Spule die Antenne elektrisch verlängert hat.

Matchbox / Anpassgerät / Antennentuner

Zum modernen RIG heutzutage gehört ein elektronisches Anpassgerät. Man nehme einen nassen Wollfaden und nach Knopfdruck Klackerdiklack ist der Wollfaden angepasst. Was macht nun diese kleine Maschine?

Sie besteht aus einer Menge von Relais, deswegen das Klackerdiklack, welche wahlweise Kapazitäten und Induktivitäten zur Antenne dazuschalten. Dies passiert nach einem Optimierungsprogramm innerhalb des Anpassgerätes. Der Fußpunktwiderstand wird also möglichst nahe an die reellen 50 Ohm herangebracht.

https://de.wikipedia.org/wiki/Verl%C3%A4ngerungsspule
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_L%C3%A4nge
https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_length (weitaus besser erklärt)