Anpassung, Transformation, Symmetrierung und Mantelwellen Klasse E
Abschnitt 4.7.4 · Antennen und Übertragungsleitungen · Technische Kenntnisse Klasse E. 8 Fragen, jede mit Erklärung.
Auf dieser Seite stehen alle 8 Prüfungsfragen zum Thema Anpassung, Transformation, Symmetrierung und Mantelwellen (Kapitel „Antennen und Übertragungsleitungen“). Überlege erst selbst und klappe dann die Lösung auf: Dort steht der Lösungsweg und bei jeder falschen Antwort, welcher Denkfehler dahintersteckt.
Das Stehwellenverhältnis sagt nicht direkt, wie viel Leistung zurückkommt — dafür braucht es einen Zwischenschritt, und der ist einfacher als er aussieht. Zuerst rechnet man aus dem SWR den Reflexionsfaktor: r = (SWR minus 1) geteilt durch (SWR plus 1). Bei einem SWR von 3 sind das 2 geteilt durch 4, also 0,5. Dieser Faktor gilt für die SPANNUNG. Leistung geht aber mit dem QUADRAT der Spannung, also wird der Anteil der rücklaufenden Leistung r² — hier 0,5 zum Quadrat gleich 0,25, also 25 Prozent. Von 100 W vorlaufender Leistung kehren demnach 25 W zurück, und 75 W werden abgegeben. Diese drei Zahlen — SWR 3, ein Viertel zurück, drei Viertel hin — lohnt sich zu behalten, weil sie in drei Fragen desselben Satzes vorkommen und sich nur in der Formulierung unterscheiden: einmal in Watt, einmal in Prozent rücklaufend, einmal in Prozent abgegeben. Zwei Kontrollen: die beiden Prozentzahlen müssen zusammen 100 ergeben, und zurück kommt immer WENIGER als die Hälfte, solange das SWR unter etwa 5,8 liegt. Ein SWR von 3 klingt schlimm, kostet aber nur ein Viertel — das ist der Grund, warum man nicht in Panik gerät, wenn das Messgerät nicht genau 1 anzeigt.
Reflexionsfaktor
r = (SWR − 1) / (SWR + 1)
Gilt für die Spannung.
SWR 3
r = 2/4 = 0,5
Leistungsanteil
r²
Leistung geht mit dem Quadrat der Spannung.
SWR 3, rücklaufend
25 %
0,5 zum Quadrat.
SWR 3, abgegeben
75 %
Der Rest.
Bei 100 W vorlaufend
25 W zurück
Probe
beide Anteile ergeben 100 %
Einordnung
SWR 3 kostet nur ein Viertel
Kein Grund zur Panik, wenn das Messgerät nicht genau 1 zeigt.
Merken: Erst der Reflexionsfaktor r gleich SWR minus 1 durch SWR plus 1, dann QUADRIEREN — das ist der Leistungsanteil. SWR 3 heißt r gleich 0,5 heißt 25 Prozent zurück und 75 Prozent hin. Die beiden Prozentzahlen müssen zusammen 100 ergeben.
Ein Koaxialkabel hat zwei Leiter, aber sie sind nicht gleichwertig: der Innenleiter liegt geschützt in der Mitte, der Außenleiter ist ein Schirm mit einer Innen- und einer AUSSENseite. Das macht das Kabel unsymmetrisch. Ein Dipol dagegen ist symmetrisch — seine beiden Hälften sind gleich. Schließt man das eine direkt an das andere an, passt die Symmetrie nicht zusammen, und ein Teil des Stroms findet einen dritten Weg: über die AUSSENseite des Schirms zurück. Dieser Strom heißt Mantelwelle, und er hat zwei unangenehme Folgen. Erstens strahlt der Kabelmantel jetzt selbst — die Antenne hat einen zusätzlichen, unbeabsichtigten Strahler bekommen, und ihre Richtcharakteristik wird dadurch verformt. Zweitens läuft Hochfrequenz auf dem Mantel bis ins Haus, wo sie Geräte stört und auch den eigenen Empfang verschlechtert. Mantelwellen sind also kein Anpassungsproblem, sondern ein SYMMETRIEproblem — und genau deshalb hilft dagegen kein Anpassgerät, sondern ein Symmetrierglied, der Balun. Er sitzt am Übergang und sorgt dafür, dass der Rückstrom auf der Innenseite des Schirms bleibt. Das ist seine Aufgabe: ein Koaxialkabel an eine symmetrische Antenne wie einen Dipol anzuschließen. Eine Mantelwellendrossel wirkt auf demselben Weg, nur nachträglich und an der passenden Stelle im Kabel — an der eigenen Antenne am Speisepunkt, bei einem gestörten Gerät unmittelbar davor. Sie unterdrückt den Gleichtaktanteil, also den Strom, der auf allen Leitern in dieselbe Richtung läuft.
Koaxialkabel
unsymmetrisch
Innenleiter und Schirm sind nicht gleichwertig.
Dipol
symmetrisch
Beide Hälften gleich.
Direkt verbunden
Strom läuft über die Schirmaußenseite
Das ist die Mantelwelle.
Folge am Diagramm
Richtcharakteristik wird verformt
Der Kabelmantel strahlt mit.
Folge im Haus
Störungen und schlechterer Empfang
HF läuft auf dem Mantel bis zur Station.
Ursache
fehlende Symmetrie
Kein Anpassungsproblem.
Abhilfe
Symmetrierglied (Balun)
Zum Anschluss eines Koaxialkabels an eine Dipol-Antenne.
Mantelwellendrossel
unterdrückt Gleichtaktsignale
Nachträglich im Kabel: an der eigenen Antenne am Speisepunkt, beim gestörten Gerät dicht davor.
Merken: Koax ist unsymmetrisch, der Dipol symmetrisch — deshalb sucht sich der Strom die Außenseite des Schirms. Folge: der Mantel strahlt mit, die Richtcharakteristik verformt sich, und HF läuft ins Haus. Dagegen hilft ein Balun am Übergang oder eine Mantelwellendrossel im Kabel, nicht ein Anpassgerät.
EG401Am Eingang einer Antennenleitung misst man ein SWR von 3. Wie groß ist dort in etwa die rücklaufende Leistung, wenn die vorlaufende Leistung 100 W beträgt?ab Klasse E
50 W
25 W
12,5 W
75 W
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Richtig ist B: 25 W
Lösungsweg:
Reflexionsfaktor: r = (3 − 1) / (3 + 1) = 0,5
Für die Leistung quadrieren: r² = 0,25
Anteil mal vorlaufende Leistung: 0,25 · 100 W = 25 W
Kniff: Die Frage nennt die vorlaufende Leistung mit 100 W, damit ist der Prozentwert unmittelbar die Wattzahl. Rechne erst r aus und quadriere, bevor du mit 100 W multiplizierst. Zwei der falschen Antworten sind genau die Werte, die entstehen, wenn das Quadrieren wegfällt oder die Richtung verwechselt wird.
Warum die anderen nicht stimmen:
50 W – Hier ist r selbst als Leistungsanteil genommen; 0,5 gilt für die Spannung, für die Leistung muss quadriert werden.
12,5 W – Das ist noch einmal die Hälfte von 25 W, also 0,5³ statt 0,5² — nach dem Quadrieren wurde ein Schritt zu weit gerechnet.
75 W – 75 W sind die abgegebene Leistung; hin- und rücklaufender Anteil sind vertauscht.
EG402Sie messen ein Stehwellenverhältnis (SWR) von 3. Wieviel Prozent der vorlaufenden Leistung werden reflektiert?ab Klasse E
75 %
50 %
25 %
33 %
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Richtig ist C: 25 %
Lösungsweg:
r = (3 − 1) / (3 + 1) = 0,5
Für die Leistung quadrieren: r² = 0,25
In Prozent: 25 %
Kniff: Gefragt ist der reflektierte Anteil, also r² und nicht r. Zwei Kontrollen helfen beim Ausschließen: bei SWR 3 kommt weniger als die Hälfte zurück, und die Zahl muss sich mit der abgegebenen zu 100 Prozent ergänzen.
Warum die anderen nicht stimmen:
75 % – 75 Prozent sind der abgegebene Anteil; gefragt ist der reflektierte, die beiden sind vertauscht.
50 % – 50 Prozent sind r ohne das Quadrieren, also der Spannungsanteil als Leistungsanteil gelesen.
33 % – Ein Drittel entsteht, wenn man die 3 des SWR direkt als Verhältnis von Leistungen nimmt; das SWR ist ein Spannungsverhältnis und muss erst über r umgerechnet werden.
EG403Sie messen ein Stehwellenverhältnis (SWR) von 3. Wieviel Prozent der vorlaufenden Leistung werden abgegeben?ab Klasse E
25 %
29 %
75 %
50 %
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Richtig ist C: 75 %
Lösungsweg:
r = (3 − 1) / (3 + 1) = 0,5
Reflektierter Anteil: r² = 0,25, also 25 %
Abgegeben wird der Rest: 100 % − 25 % = 75 %
Kniff: Diese Frage ist die Umkehrung der vorigen: gesucht ist der Rest, also 1 minus r². Rechne trotzdem zuerst die 25 Prozent aus, sonst greifst du leicht zur reflektierten Zahl. Die Probe: beide Anteile müssen zusammen 100 Prozent ergeben.
Warum die anderen nicht stimmen:
25 % – Das ist der reflektierte Anteil; gefragt ist der abgegebene.
29 % – 29 Prozent sind die Ergänzung zu 71 Prozent, und 0,71 entsteht aus der Wurzel von 0,5 statt aus dem Quadrat — die Rechenoperation ist verkehrt herum angewandt.
50 % – Wer r nicht quadriert, erhält 50 Prozent für beide Richtungen; bei SWR 3 ist der rücklaufende Anteil aber nur ein Viertel.
EG404Die Darstellung zeigt die bei Ankopplung eines Koaxialkabels an eine Antenne auftretenden Ströme. Wie wird der mit I₃ bezeichnete Strom genannt?ab Klasse E
Rückwärtsstrom
Phantomstrom
Potentialstrom
Mantelstrom
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Richtig ist D: Mantelstrom
Kniff: Es kommt darauf an, wo die Pfeile verlaufen. Die beiden mit I₁ bezeichneten Ströme liegen im Kabelinneren, sind gleich groß und entgegengesetzt; ihre Magnetfelder heben sich außerhalb des Kabels auf, sie sind der ordentliche Nutzstrom. I₃ läuft dagegen auf der Außenseite des Geflechts nach unten und über die Erde weg. Er hat keinen Gegenpart, ist also unkompensiert, und ein solcher Strom auf der Schirmaußenseite heißt Mantelstrom. Was er anrichtet, steht im Bild: I₂ = I₁ - I₃ — der über den Schirm gespeiste Schenkel bekommt weniger Strom als der andere, der Dipol wird unsymmetrisch gespeist und das Kabel strahlt mit.
Warum die anderen nicht stimmen:
Rückwärtsstrom – Kein gebräuchlicher Begriff. Was im Kabel zurückläuft, ist zum einen die rücklaufende Welle bei Fehlanpassung, zum anderen der Rückstrom des Nutzsignals auf der Schirminnenseite — der ist im Bild mit I₁ nach oben bezeichnet und nicht mit I₃.
Phantomstrom – Der Ausdruck stammt aus der Fernmeldetechnik und meint einen zusätzlichen Kreis, der über bestehende Adernpaare geführt wird. Hier fließt nichts Gedachtes über Adern, sondern ein sehr wirklicher Strom auf der Außenhaut des Schirms.
Potentialstrom – Diesen Begriff gibt es nicht; ein Potential ist eine Spannung und kein Strom. Gemeint sein könnten Ausgleichsströme über den Kabelschirm — die heißen in der Antennenpraxis ebenfalls Mantelströme.
EG405Mantelwellen auf dem Koaxialkabel zur Antenne ...ab Klasse E
sind für die Funktionsweise jeder koaxial-gespeisten Antenne notwendig.
werden für die Messung des Stromes beim SWR verwendet.
werden durch Fehlanpassung und Überlastung des Transceivers verursacht.
können zu Störungen anderer Geräte und Störungen des eigenen Empfangs führen.
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Richtig ist D: können zu Störungen anderer Geräte und Störungen des eigenen Empfangs führen.
Kniff: Drei Antworten geben den Mantelwellen eine Funktion oder eine falsche Ursache, nur eine nennt eine Folge — und Folgen sind hier immer Störungen. Achte besonders auf die Antwort mit der Fehlanpassung: sie klingt technisch und ist der Kern der Verwechslung.
Warum die anderen nicht stimmen:
sind für die Funktionsweise jeder koaxial-gespeisten Antenne notwendig. – Das macht aus dem Fehler eine Notwendigkeit; der Rückstrom gehört auf die Innenseite des Schirms, und ohne Mantelwellen arbeitet die Antenne besser.
werden für die Messung des Stromes beim SWR verwendet. – Kein Messverfahren braucht Strom auf dem Kabelmantel; das SWR wird in der Leitung gemessen und nicht außen auf ihr.
werden durch Fehlanpassung und Überlastung des Transceivers verursacht. – Hier ist die Ursache verdreht: Mantelwellen kommen aus fehlender Symmetrie und treten auch bei bester Anpassung auf — die nächste Frage dieses Satzes führt genau diesen Fall vor.
EG406Welche Effekte treten auf, wenn ein Halbwellendipol mit einem Koaxkabel gleicher Impedanz mittig gespeist wird?ab Klasse E
Die Richtcharakteristik der Antenne wird verformt und es treten Mantelwellen auf.
Es treten keine nennenswerten Effekte auf, da die Antenne angepasst ist und die Speisung über ein Koaxkabel erfolgt, dessen Außenleiter Erdpotential hat.
Am Speisepunkt der Antenne treten gegenphasige Spannungen und Ströme gleicher Größe auf, die eine Fehlanpassung hervorrufen.
Es treten Polarisationsdrehungen auf, die von der Kabellänge abhängig sind.
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Richtig ist A: Die Richtcharakteristik der Antenne wird verformt und es treten Mantelwellen auf.
Kniff: Die Falle steckt in den Worten „gleicher Impedanz“: die Anpassung ist in Ordnung, und trotzdem passiert etwas. Gesucht sind die beiden Folgen der fehlenden Symmetrie, und sie stehen zusammen in einer Antwort. Wo von Fehlanpassung die Rede ist, ist die Antwort auf der falschen Spur.
Warum die anderen nicht stimmen:
Es treten keine nennenswerten Effekte auf, da die Antenne angepasst ist und die Speisung über ein Koaxkabel erfolgt, dessen Außenleiter Erdpotential hat. – Bei der Anpassung hat die Antwort recht und im Schluss daraus nicht; der Außenleiter liegt bei Hochfrequenz gerade nicht durchgehend auf Erdpotential, sonst könnte auf seiner Außenseite kein Strom fließen.
Am Speisepunkt der Antenne treten gegenphasige Spannungen und Ströme gleicher Größe auf, die eine Fehlanpassung hervorrufen. – Gegenphasig und gleich groß ist der normale, symmetrische Betrieb eines Dipols; das ist der erwünschte Zustand und keine Fehlanpassung.
Es treten Polarisationsdrehungen auf, die von der Kabellänge abhängig sind. – Die Polarisation folgt der Lage der Antenne; die Kabellänge dreht sie nicht.
EG407Wozu wird ein Symmetrierglied (Balun) beispielsweise verwendet?ab Klasse E
Zur Nutzung einer Wechselspannungsversorgung am Gleichstromanschluss eines Transceivers
Zur Einstellung der Frequenzablage für Relaisbetrieb
Zur Umschaltung zwischen horizontaler und vertikaler Polarisation einer Kreuz-Yagi-Uda
Zum Anschluss eines Koaxialkabels an eine Dipol-Antenne
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Richtig ist D: Zum Anschluss eines Koaxialkabels an eine Dipol-Antenne
Kniff: Ein Symmetrierglied sitzt zwischen zwei Seiten: einer unsymmetrischen und einer symmetrischen. Suche deshalb die Antwort, in der beide Seiten vorkommen, also Koaxialkabel und Dipol. Die drei anderen beschreiben Aufgaben ganz anderer Bauteile.
Warum die anderen nicht stimmen:
Zur Nutzung einer Wechselspannungsversorgung am Gleichstromanschluss eines Transceivers – Das ist die Aufgabe eines Netzteils; der Balun arbeitet im Hochfrequenzweg und hat mit der Stromversorgung nichts zu tun.
Zur Einstellung der Frequenzablage für Relaisbetrieb – Die Ablage stellt man im Transceiver ein; ein Bauteil in der Antennenleitung verschiebt keine Frequenz.
Zur Umschaltung zwischen horizontaler und vertikaler Polarisation einer Kreuz-Yagi-Uda – Umgeschaltet wird mit Relais und Phasenleitungen; ein Symmetrierglied schaltet nichts, es symmetriert nur den Übergang.
EG408Auf einem Ferritkern sind einige Windungen Koaxialkabel aufgewickelt. Mit diesem Aufbau ...ab Klasse E
lassen sich statische Aufladungen verhindern.
lässt sich die Trennschärfe verbessern.
lassen sich Mantelwellen dämpfen.
lassen sich Oberwellen unterdrücken.
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Richtig ist C: lassen sich Mantelwellen dämpfen.
Kniff: Entscheidend ist, welchen Strom der Kern überhaupt sieht. Im Koaxkabel fließen Innenleiter- und Rückstrom auf der Schirminnenseite gleich groß und entgegengesetzt; ihre Magnetfelder heben sich außerhalb des Kabels genau auf, der Ferrit merkt von diesem Nutzstrom nichts. Nur ein Strom auf der Außenseite des Schirms — der Mantelstrom — bleibt unkompensiert und erzeugt ein Feld im Kern. Für ihn wirkt die Anordnung als Drossel mit hohem Widerstand, und nur ihn dämpft sie. Ein Kabel durch einen Ferrit ist also kein Filter, sondern eine Sperre für einen bestimmten Stromweg.
Warum die anderen nicht stimmen:
lassen sich statische Aufladungen verhindern. – Statische Ladung muss abfließen können, dafür braucht es einen leitenden Weg nach Erde oder einen Ableitwiderstand. Der Ferritring liegt nur außen um das Kabel und ändert am Gleichstrompfad nichts — als Drossel erschwert er das Abfließen eher.
lässt sich die Trennschärfe verbessern. – Trennschärfe ist die Fähigkeit des Empfängers, den Nachbarkanal auszublenden; sie entsteht in den Filtern hinter der Eingangsstufe. Eine Ferritdrossel im Kabel ist breitbandig und trennt keine Frequenzen voneinander.
lassen sich Oberwellen unterdrücken. – Oberwellen sind Teil des Nutzsignals im Kabelinneren. Genau dieser Strom ist aber vollständig kompensiert, im Kern entsteht durch ihn kein Feld — die Drossel kommt an ihn nicht heran. Gegen Oberwellen hilft ein Tiefpass am Senderausgang.
Fragen und Abbildungen: Prüfungsfragenkatalog der Bundesnetzagentur, 3. Auflage (gültig seit 24. Juni 2024), Datenlizenz Deutschland – Namensnennung – 2.0. Die Antworten sind gemischt. Erklärungen, Lösungswege und Begriffsblätter: Amateurfunk-Trainer.
