Abschnitt 4.9.2 · Messungen und Messinstrumente · Technische Kenntnisse Klasse E. 6 Fragen, jede mit Erklärung.
Auf dieser Seite stehen alle 6 Prüfungsfragen zum Thema Vektorieller Netzwerk Analysator (VNA) (Kapitel „Messungen und Messinstrumente“). Überlege erst selbst und klappe dann die Lösung auf: Dort steht der Lösungsweg und bei jeder falschen Antwort, welcher Denkfehler dahintersteckt.
Das Wort „vektoriell“ ist der ganze Schlüssel. Ein einfaches Stehwellenmessgerät misst nur, WIE VIEL von der hineingeschickten Welle zurückkommt, also einen Betrag. Der vektorielle Netzwerkanalysator misst zusätzlich die PHASE zwischen hinlaufender und rücklaufender Welle. Betrag und Phase zusammen sind die vollständige Auskunft über das Messobjekt: der Betrag sagt, wie stark die Fehlanpassung ist, die Phase sagt, welcher ART sie ist. Daraus folgt unmittelbar, was dieses Gerät kann und ein reines SWR-Messgerät nicht: Impedanzen und Blindwiderstände direkt angeben, statt nur eine Anpassungsgüte anzuzeigen. Und daraus folgt der Gebrauch: weil man zu jeder Frequenz Betrag und Phase erhält, sieht man, bei welcher Frequenz ein Schwingkreis oder eine Antenne resonant ist und welche Impedanz dort vorliegt. Genau darum steht der VNA neben dem anderen Weg, L und C zu messen und die Resonanzfrequenz zu rechnen. Ein Frequenzmesser, ein Oszilloskop, ein Multimeter oder die S-Meter-Anzeige helfen dabei nicht: sie zeigen, welches Signal vorhanden ist, nicht, wie ein Messobjekt auf eine eingespeiste Welle antwortet. Aus der Messweise folgt zweitens die Kalibrierung. Der VNA vergleicht hinlaufende und rücklaufende Welle an seiner eigenen Buchse. Alles, was zwischen Buchse und Messobjekt liegt — Kabel, Adapter, Stecker — verändert Betrag und Phase und wird mitgemessen. Also wird vor dem Messen mit dem GANZEN Messaufbau kalibriert, damit das Gerät dessen Einfluss anschließend herausrechnen kann. Das ist kein Nullpunktabgleich wie am Multimeter, und eine Triggerschwelle wie am Oszilloskop gibt es hier nicht. Dieselbe Überlegung trägt die Funktionsprobe. Man braucht dafür Zustände, deren Ergebnis vorher feststeht, und es gibt drei davon: bei Anpassung läuft keine Welle zurück, das SWR muss nahe 1 liegen; bei Kurzschluss und bei Leerlauf kommt die ganze Welle zurück, das SWR ist unendlich. Zeigt das Gerät in allen drei Zuständen das Erwartete, arbeitet es. Der Kurzschluss gehört ausdrücklich dazu und ist nichts, was man vermeiden müsste.
„vektoriell“
Betrag und Phase
Das ist der Unterschied zu einem reinen SWR-Messgerät, das nur den Betrag kennt.
Misst direkt
Impedanzen, Blindwiderstände, SWR
Kein Voltmeter, kein Oszilloskop und kein Multimeter kann das.
Anwendung
Resonanzfrequenz und Impedanz
Von Schwingkreisen und Antennen, und zwar genauer als mit einfachen Mitteln.
Resonanzfrequenz ermitteln
L und C berechnen, oder VNA
Beide Wege gelten. Nicht mit Frequenzmesser, Oszilloskop, Multimeter oder S-Meter.
Vor dem Messen
Kalibrierung mit dem Messaufbau
Zusammen mit Kabeln und Adaptern, nicht nur am Gerät allein.
Warum kalibrieren
Kabel und Adapter werden mitgemessen
Alles zwischen Buchse und Messobjekt verändert Betrag und Phase. Die Kalibrierung rechnet es heraus.
Nullpunktabgleich, Triggerschwelle
gehören zu anderen Geräten
Multimeter und Oszilloskop.
Funktionsprobe
Kurzschluss, Leerlauf, Anpassung
Drei Zustände mit vorher bekanntem Ergebnis.
Bei Anpassung
SWR nahe 1
Es läuft praktisch keine Welle zurück.
Bei Kurzschluss
SWR unendlich
Die ganze Welle kommt zurück. Der Zustand gehört zur Probe dazu.
Bei Leerlauf
SWR unendlich
Ebenfalls vollständige Rückkehr. Vom Kurzschluss unterscheidet ihn nur die Phase.
Nicht dafür gedacht
Sendeleistung, Oberschwingungen, Erdung
Auch nicht zum Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufs schneller Wechselströme.
Merken: Vektoriell heißt: der VNA misst nicht nur den Betrag, sondern auch die Phase. Daraus folgt, dass er Impedanzen und Blindwiderstände direkt bestimmen kann und nicht bloß ein SWR anzeigt, und dass man mit ihm Resonanzfrequenzen und Impedanzen von Schwingkreisen und Antennen findet. Weil er alles mitmisst, was zwischen ihm und dem Messobjekt liegt, wird vor dem Messen mit dem ganzen Aufbau kalibriert. Die Funktionsprobe geht über Kurzschluss, Leerlauf und Anpassung: bei Anpassung liegt das SWR nahe 1, bei Kurzschluss und Leerlauf ist es unendlich.
EI201Wozu wird ein „vektorieller Netzwerkanalysator“ (VNA) beispielsweise verwendet?ab Klasse E
Zur genaueren Bestimmung von Resonanzfrequenzen und Impedanzen von Schwingkreisen und Antennen.
Zur Bestimmung des Erdungswiderstandes einer Amateurfunkstation.
Zur Überprüfung der Frequenzreinheit eines Senders.
Zum Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufs schneller Wechselströme.
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Richtig ist A: Zur genaueren Bestimmung von Resonanzfrequenzen und Impedanzen von Schwingkreisen und Antennen.
Kniff: Nur eine Antwort beschreibt, wie ein Messobjekt auf eine eingespeiste Welle antwortet. Die anderen drei nennen Aufgaben, für die es jeweils ein eigenes Gerät gibt.
Warum die anderen nicht stimmen:
Zur Bestimmung des Erdungswiderstandes einer Amateurfunkstation. – Ein Erdungswiderstand ist ein Widerstandswert und wird mit einem dafür gebauten Messgerät bestimmt. Die Erdung ist für den VNA kein Messobjekt.
Zur Überprüfung der Frequenzreinheit eines Senders. – Frequenzreinheit heißt Oberwellen und Nebenaussendungen, und die sieht man im Amplitudenspektrum. Der VNA beurteilt nicht das Sendesignal, sondern die Antwort eines Messobjekts.
Zum Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufs schneller Wechselströme. – Der zeitliche Verlauf ist das Bild des Oszilloskops. Der VNA arbeitet über der Frequenz, nicht über der Zeit.
EI202Wie ermittelt man die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises? Man ermittelt sie ...ab Klasse E
mit Hilfe der S-Meter-Anzeige bei Anschluss des Schwingkreises an den Empfängereingang.
mit einem Digital-Multimeter in der Stellung Frequenzmessung.
durch Messung von L und C und Berechnung oder z. B. mit einem vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA).
mit einem Frequenzmesser oder einem Oszilloskop.
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Richtig ist C: durch Messung von L und C und Berechnung oder z. B. mit einem vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA).
Kniff: Die richtige Antwort nennt zwei Wege in einem Satz, und beide gelten — lass dich von dem „oder“ nicht abschrecken. Die übrigen Antworten nennen Geräte, die nur zeigen, welches Signal vorhanden ist.
Warum die anderen nicht stimmen:
mit Hilfe der S-Meter-Anzeige bei Anschluss des Schwingkreises an den Empfängereingang. – Das S-Meter zeigt den Pegel eines von außen einfallenden Signals. Ohne bekanntes eingespeistes Signal sagt seine Anzeige über die Resonanz des Kreises nichts.
mit einem Digital-Multimeter in der Stellung Frequenzmessung. – Diese Stellung zählt die Frequenz einer anliegenden Spannung. Ein Schwingkreis für sich erzeugt keine Spannung, also gibt es nichts zu zählen.
mit einem Frequenzmesser oder einem Oszilloskop. – Beide messen an einem bereits vorhandenen Signal, der eine die Frequenz, der andere den Verlauf. Die Resonanz zeigt sich aber erst, wenn man den Kreis anregt.
EI203Mit welchem Messgerät können Impedanzen, Blindwiderstände und Stehwellenverhältnisse direkt gemessen werden?ab Klasse E
True RMS-Voltmeter
digitales Speicheroszilloskop
analoges Multimeter
vektorieller Netzwerkanalysator
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Richtig ist D: vektorieller Netzwerkanalysator
Kniff: Achte auf das Wort „direkt“. Die drei anderen Geräte zeigen jeweils einen Betrag, und aus einem Betrag allein folgt keine Impedanz — dafür fehlt die Phase.
Warum die anderen nicht stimmen:
True RMS-Voltmeter – Es misst den Effektivwert einer Spannung besonders genau, aber eben nur einen Betrag. Über die Phase und damit über Blindanteile erfährt man nichts.
digitales Speicheroszilloskop – Es hält den zeitlichen Verlauf fest. Ein Stehwellenverhältnis zeigt es nicht, denn dafür müssten hin- und rücklaufende Welle getrennt verglichen werden.
analoges Multimeter – Es misst Spannung, Strom und Widerstand. Ein Blindwiderstand gilt immer nur für eine Frequenz und liegt außerhalb dessen, was es anzeigen kann.
EI204Wozu ist ein vektorieller Netzwerkanalysator (VNA) beispielsweise geeignet?ab Klasse E
Datenübertragungsraten in Netzwerken erfassen.
Direkte Messung der Sendeleistung.
Messen von Oberschwingungen.
Messen von Impedanzen.
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Richtig ist D: Messen von Impedanzen.
Kniff: Prüfe bei jeder Antwort, welches Gerät man dafür wirklich nähme. Übrig bleibt die Impedanz, denn sie folgt unmittelbar aus Betrag und Phase der rücklaufenden Welle.
Warum die anderen nicht stimmen:
Datenübertragungsraten in Netzwerken erfassen. – Hier führt das Wort „Netzwerk“ in die Irre. Beim VNA ist damit das elektrische Netzwerk aus Bauteilen gemeint, nicht ein Datennetz.
Direkte Messung der Sendeleistung. – Leistung misst ein Leistungsmesser im Sendeweg. Der VNA speist selbst ein kleines Signal ein und beurteilt, was zurückkommt.
Messen von Oberschwingungen. – Oberschwingungen eines Senders erscheinen im Amplitudenspektrum. Der VNA misst nicht, was der Sender abgibt.
EI205Welche Maßnahme ist vor Gebrauch eines vektoriellen Netzwerkanalysators (VNA) zusammen mit dem Messaufbau durchzuführen?ab Klasse E
Einstellen der Triggerschwelle
Nullpunktabgleich
Rauschunterdrückung aktivieren
Kalibrierung
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Richtig ist D: Kalibrierung
Kniff: Die Frage betont „zusammen mit dem Messaufbau“, und nur eine der Antworten bezieht überhaupt etwas außerhalb des Geräts ein. Die anderen Fachwörter gehören zu anderen Messgeräten.
Warum die anderen nicht stimmen:
Einstellen der Triggerschwelle – Die Triggerschwelle legt am Oszilloskop fest, wann das Bild beginnt. Am VNA gibt es kein Zeitbild und damit keine Schwelle.
Nullpunktabgleich – Das ist ein Abgleich am Gerät selbst, wie am Multimeter vor einer Widerstandsmessung. Beim VNA geht es gerade um alles, was ZWISCHEN Buchse und Messobjekt liegt.
Rauschunterdrückung aktivieren – Die Rauschunterdrückung ist eine Empfängerbaugruppe und verbessert das Hören. Zur Vorbereitung einer Messung gehört sie nicht.
EI206Sie ermitteln die Resonanzfrequenz und die Impedanz ihrer selbstgebauten Antennen mit Hilfe eines vektoriellen Netzwerkanalysators (VNA). Wie könnten Sie die Funktion des Gerätes vorher prüfen?ab Klasse E
Durch Prüfen der Anzeigewerte in den Betriebszuständen Kurzschluss, Leerlauf und Anpassung. Das SWR sollte bei Anpassung nahe bei 1, bei Kurzschluss und Leerlauf unendlich sein.
Durch Prüfen der Anzeigewerte in den Betriebszuständen Leerlauf und Anpassung. Der Messanschluss des Gerätes darf keinesfalls kurzgeschlossen werden.
Durch Beschalten des Messeingangs am VNA mit einem Blindwiderstand. Der Anzeigewert des SWR muss bei allen Frequenzen nahe bei 1 sein.
Durch Beschalten des Messeingangs am VNA mit einem Abschlusswiderstand. Das angezeigte SWR sollte im gesamten Frequenzbereich größer als 2 sein.
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Richtig ist A: Durch Prüfen der Anzeigewerte in den Betriebszuständen Kurzschluss, Leerlauf und Anpassung. Das SWR sollte bei Anpassung nahe bei 1, bei Kurzschluss und Leerlauf unendlich sein.
Kniff: Zähle in jeder Antwort die Prüfzustände und vergleiche dann die genannten Erwartungswerte. Der Kurzschluss ist dabei kein Fehler, den man vermeiden müsste, sondern einer der Zustände mit vorher bekanntem Ergebnis.
Warum die anderen nicht stimmen:
Durch Prüfen der Anzeigewerte in den Betriebszuständen Leerlauf und Anpassung. Der Messanschluss des Gerätes darf keinesfalls kurzgeschlossen werden. – Der erste Halbsatz wäre brauchbar, die Warnung danach macht die Antwort falsch. Der Kurzschluss gehört ausdrücklich zur Probe, denn sein Ergebnis steht vorher fest.
Durch Beschalten des Messeingangs am VNA mit einem Blindwiderstand. Der Anzeigewert des SWR muss bei allen Frequenzen nahe bei 1 sein. – An einem Blindwiderstand wird keine Leistung aufgenommen, die Welle kommt zurück und das SWR ist hoch. Ein SWR nahe 1 erwartet man bei Anpassung, nicht hier.
Durch Beschalten des Messeingangs am VNA mit einem Abschlusswiderstand. Das angezeigte SWR sollte im gesamten Frequenzbereich größer als 2 sein. – Der Zustand ist gut gewählt, der Erwartungswert verdreht: mit dem passenden Abschluss muss das SWR nahe 1 liegen und nicht größer als 2 sein.
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.