Vektorieller Netzwerk Analysator (VNA) Klasse A

Der VNA fährt eine Frequenz durch und vergleicht dabei Amplitude UND Phase des zurückkommenden Signals mit dem ausgesandten. Aus diesen zwei Größen lässt sich die vollständige Impedanz berechnen und über die Frequenz auftragen.

Kniff: Das Wort "vektoriell" ist der Schlüssel: Es bedeutet, dass die Phase mitgemessen wird. Und "frequenzveränderlich" — ein VNA wobbelt, eine feste Frequenz ergäbe nur einen einzigen Punkt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• frequenzveränderliches HF-Signal, mit dem z. B. ein Filter oder eine Antenne beaufschlagt wird. Aus den durch das Messobjekt entstehenden Spannungseinbrüchen wird der Scheinwiderstand des Messobjektes ermittelt. – Die Frequenzveränderung stimmt, aber ein VNA misst keine Spannungseinbrüche — er vergleicht Amplitude und Phase.
• frequenzstabiles HF-Signal, mit dem z. B. ein Filter oder eine Antenne beaufschlagt wird. Aus der durch das Messobjekt entstehenden Fehlanpassung werden Dämpfungsverlauf oder Antennengewinn ermittelt. – Mit einer festen Frequenz käme kein Verlauf zustande, sondern nur ein Messwert.
• frequenzstabiles HF-Signal, mit dem z. B. ein Filter oder eine Antenne beaufschlagt wird. Die durch das angeschlossene Messobjekt erzeugten Strom- und Spannungsbäuche werden als Verläufe von z. B. Impedanz und Phasenwinkel, Wirk- und Blindanteil oder dem Stehwellenverhältnis grafisch dargestellt. – Strom- und Spannungsbäuche liegen auf einer Leitung verteilt. Der VNA misst an einem Punkt und wobbelt dafür die Frequenz.

Eine Trap ist ein Parallelkreis. Gesucht ist die Frequenz, bei der er hochohmig wird — dazu braucht es eine Messung über die Frequenz hinweg, und genau das leistet der VNA.

Kniff: Ein Frequenzmesser misst eine vorhandene Frequenz, er erzeugt keine. Zum Ausmessen eines passiven Bauteils braucht man ein Gerät, das selbst einspeist und wobbelt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Ein Frequenzmessgerät – Es zählt eine anliegende Frequenz. Eine Trap sendet nichts — es gibt nichts zu zählen.
• Eine SWR-Messbrücke – Sie misst die Anpassung einer Antennenanlage im Sendebetrieb, nicht die Resonanz eines einzelnen Bauteils.
• Ein Resonanzwellenmesser – Er zeigt an, ob auf einer Frequenz Energie vorhanden ist. Für ein passives Bauteil ohne Anregung taugt er nicht.

Ein Schwingkreis zeigt seine Resonanz nur über die Frequenz — als Maximum oder Minimum der Impedanz. Dazu muss die Frequenz durchgefahren und gemessen werden.

Kniff: Gleichspannungs- und Widerstandsmessgeräte arbeiten bei 0 Hz. Dort ist ein Schwingkreis nur eine Spule und ein Kondensator, von Resonanz keine Spur.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Gleichspannungsmessgerät überprüft werden. – Bei Gleichspannung gibt es keine Resonanz — sie ist eine Erscheinung des Wechselstroms.
• Ohmmeter überprüft werden. – Ein Ohmmeter arbeitet mit Gleichstrom und sieht nur den Drahtwiderstand der Spule.
• digitalen Frequenzmessgerät überprüft werden. – Es zählt eine vorhandene Frequenz. Ein unangeregter Kreis liefert keine.

Der VNA gibt die Impedanz in zwei Teilen aus: R ist der Wirkanteil, jX der Blindanteil. Ein MINUS beim Blindanteil bedeutet kapazitiv, ein Plus induktiv.

Kniff: Das Vorzeichen ist die ganze Frage. Und der Blindanteil von 12 Ω bei 54 Ω Wirkanteil ist klein — das ergibt ein Stehwellenverhältnis von rund 1,25, also eine gut brauchbare Antenne.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Die Antenne ist wegen ihres großen Blindwiderstandes nur zum Empfang, nicht jedoch zum Senden geeignet. – 12 Ω Blindanteil sind wenig. Das Stehwellenverhältnis liegt bei rund 1,25 — damit lässt sich ohne Weiteres senden.
• Die Impedanz der Antenne beträgt 66 Ω. Es entsteht eine große induktive Fehlanpassung. – Wirk- und Blindanteil werden nicht addiert, sondern nach Pythagoras zusammengefasst: Wurzel aus (54² + 12²) = 55 Ω. Und induktiv ist es bei einem Minus ohnehin nicht.
• Der ohmsche Anteil der Antennenimpedanz beträgt 54 Ω, der Blindanteil beträgt 12 Ω und ist induktiv. – Das Vorzeichen ist negativ, also kapazitiv. Induktiv wäre es bei einem Plus — das ist die Nachbarfrage AI206.

R = 50 Ω und jX = 0 Ω ist der Idealfall: reiner Wirkwiderstand in Höhe des Kabel- und Senderwiderstands. Das Stehwellenverhältnis ist 1.

Kniff: Ein Blindanteil von null ist kein Mangel, sondern das Ziel. Zwei der falschen Antworten behaupten das Gegenteil und nennen den fehlenden Blindanteil als Fehler.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Die Antenne ist wegen des fehlenden Blindwiderstandanteils nur zum Empfang, nicht jedoch zum Senden geeignet. – Umgekehrt: Ohne Blindanteil ist die Antenne in Resonanz und bestens zum Senden geeignet.
• Der fehlende Blindanteil (jX) deutet darauf hin, dass die Antenne defekt ist. – Es ist genau der Sollwert. Bei einem Defekt zeigte der VNA ganz andere Werte.
• Die Antenne ist für den Betrieb an einem Sender mit 50 Ω Ausgangsimpedanz schlecht angepasst, da der erforderliche Blindanteil (jX) von 50 Ω fehlt. – Ein Blindanteil ist nie "erforderlich". Er bedeutet immer Fehlanpassung.

Dasselbe wie AI204, nur mit umgekehrtem Vorzeichen: Ein PLUS beim Blindanteil bedeutet induktiv.

Kniff: Plus ist induktiv, Minus ist kapazitiv — dieselbe Vorzeichenregel wie bei den Blindwiderständen selbst. Und induktiv heißt bei einer Antenne: Sie ist zu lang für diese Frequenz.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Der ohmsche Widerstand der Antennenimpedanz beträgt 54 Ω, der Blindanteil beträgt 12 Ω und ist kapazitiv. – Das Vorzeichen ist positiv, also induktiv. Kapazitiv wäre es bei einem Minus — das ist die Nachbarfrage AI204.
• Die Antenne ist wegen ihres großen Blindwiderstandes nur zum Empfang, nicht jedoch zum Senden geeignet. – 12 Ω Blindanteil sind wenig. Das Stehwellenverhältnis bleibt unter 1,3.
• Die Impedanz der Antenne beträgt 66 Ω. Es entsteht eine große induktive Fehlanpassung. – Addiert werden die beiden Anteile nicht. Nach Pythagoras ergibt sich 55 Ω, und eine "große" Fehlanpassung ist das nicht.

Kniff: Zwei Zahlen vergleichen: die Antenne ist bei etwa 3,1 MHz in Resonanz, das 80-m-Band liegt bei 3,5 bis 3,8 MHz. Die Resonanz liegt also zu tief, und eine zu tiefe Resonanz heißt: der Draht ist zu lang. Höher kommt man nur durch Kürzen. Gleichmäßig an beiden Enden, damit der Speisepunkt in der Mitte bleibt und die Antenne symmetrisch bleibt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Sie fügen in beide Strahlerhälften jeweils eine Induktivität ein. – Eine Spule in Reihe verlängert elektrisch und zieht die Resonanz noch weiter nach unten. Sie ist das Mittel für eine zu kurze Antenne; hier ist die Resonanz schon zu tief und müsste sich von 3,1 MHz noch weiter vom Band entfernen.
• Sie verlängern beide Enden gleichmäßig. – Verlängern senkt die Resonanzfrequenz. Die Kurve zeigt das Minimum bei 3,1 MHz, also unterhalb des Bandes — noch mehr Draht schiebt es weiter weg. Richtig ist die Gegenrichtung.
• Sie fügen in beide Strahlerhälften jeweils einen 50 Ω Widerstand ein – Widerstände verschieben die Resonanz nicht, sie fügen nur Verluste hinzu. Die Kurve würde flacher werden und das Minimum bliebe bei 3,1 MHz stehen — dazu wäre die halbe Sendeleistung in den beiden Widerständen verheizt.

Kniff: Die Resonanz liegt zu hoch — bei 4,1 MHz statt bei 3,6 MHz. Zu hohe Resonanz heißt: der Draht ist zu kurz. Frequenz und Länge gehen gegenläufig, also muss der Draht länger werden, und zwar um das Verhältnis 4,1/3,65, also etwa 12 %. Angesetzt wird an beiden Enden gleich viel, damit die Antenne symmetrisch bleibt und die Speisestelle in der Mitte liegt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Sie fügen in beide Strahlerhälften jeweils eine Kapazität ein. – Ein Kondensator in Reihe im Strahler verkürzt elektrisch und schiebt die Resonanz noch weiter nach oben. Verlängern würde eine Spule in Reihe, nicht ein Kondensator.
• Sie fügen eine Mantelwellensperre ein. – Eine Mantelwellensperre hält HF vom Kabelmantel fern. An der Resonanzfrequenz des Strahlers ändert sie nichts — das Minimum bliebe bei 4,1 MHz.
• Sie verkürzen beide Drahtenden gleichmäßig. – Das ist die falsche Richtung: kürzer heißt höhere Resonanzfrequenz, die Kurve würde sich noch weiter vom 80-m-Band entfernen.