Bedeutung der Antennenimpedanz
Für die praktische Anwendung in der Technik werden Real- und Imaginärteil der Antennenimpedanz häufig über das einheitliche Smith-Diagramm beobachtet und optimiert. Darüber hinaus sind das Stehwellenverhältnis (VSWR) und die Rückflussdämpfung wichtige Parameter zur Beurteilung der Impedanz. Diese Kennzahlen werden in späteren Artikeln detailliert behandelt und heute nicht weiter vertieft.
Zurück zur Impedanz: Für HF-Systeme (Hochfrequenzsysteme) ist eine Impedanzanpassung zwischen den einzelnen Modulen für die Signalübertragung erforderlich. Bei Fehlanpassung kommt es zu erheblichen Signalreflexionen. Dies führt einerseits zu Energieverlusten und andererseits kann die reflektierte Energie die ordnungsgemäße Funktion des HF-Systems beeinträchtigen.
Im HF-System kann die Antenne als Last betrachtet werden. Daher ist ihre Eingangsimpedanz entscheidend. Eine Fehlanpassung zwischen der Antennenimpedanz und der Wellenimpedanz der HF-Speiseleitung führt zu Energieverlusten durch Reflexion auf der Leitung. Die Energie kann nicht effizient im HF-System übertragen werden, was die genannten Energieverluste verursacht. Je schwerwiegender die Fehlanpassung, desto mehr Energie wird reflektiert. Dies ist der Grund für die Notwendigkeit der Impedanzanpassung bei Antennen.
Idealerweise ist die Eingangsimpedanz der Antenne ein rein ohmscher Widerstand, der gleich der Wellenimpedanz der Speiseleitung ist. In diesem Fall gibt es keine Leistungsreflexion zwischen Antenne und Speiseleitung, und die Übertragung erfolgt ohne Energieverluste. Dieser Idealfall ist in der Praxis jedoch nicht erreichbar, da sowohl die Antennenimpedanz als auch die Leitungsimpedanz technisch nur an die gewünschte Wellenimpedanz angenähert werden können, jedoch stets gewisse Abweichungen aufweisen. Um Einheitlichkeit und effizientes Arbeiten verschiedener HF-Systeme und Antennen zu gewährleisten, wird in der mobilen Kommunikationselektronik üblicherweise eine Wellenimpedanz von 50 Ω für HF-Module und Antennen definiert. Daher werden Antennen im Allgemeinen für eine Impedanz von 50 Ω ausgelegt.
Wenn die Eigenimpedanz einer Antenne ungünstig ist, bedeutet dies nicht, dass keine Impedanzanpassung möglich ist. Bei suboptimaler Eigenimpedanz kann die Antennenimpedanz durch den Einsatz von Reihen- und Parallelkondensatoren bzw. -induktivitäten optimiert werden. Hierbei werden die Antenne selbst und die zur Anpassung verwendeten kapazitiven und induktiven Bauelemente als Gesamtsystem betrachtet. Wenn die Gesamtimpedanz dieses Systems geeignet ist (nahe 50 Ω), ist eine Impedanzanpassung erreicht.
Faktoren, die die Antennenimpedanz beeinflussen
Wovon wird die Eingangsimpedanz einer Antenne bestimmt? Im Allgemeinen gibt es drei bestimmende Faktoren:
１、Die Strukturform und die Abmessungen der Antenne selbst;
２、Die Betriebsfrequenz der Antenne;
３、Die Umgebung der Antenne.
Jede Änderung eines dieser drei Faktoren führt zu einer Veränderung der Eingangsimpedanz der Antenne, also auch ihrer Leistung. Faktor 1 bedeutet, dass die Form der Antenne ihre Impedanz beeinflusst. Faktor 2 betont die Abhängigkeit von der Betriebsfrequenz, da die Impedanz einer gegebenen Antenne bei unterschiedlichen Frequenzen variiert.
Die ersten beiden Faktoren sind weitgehend bekannt. Besondere Aufmerksamkeit ist jedoch Faktor 3 zu widmen: der Umgebung der Antenne. Das bedeutet, dass dieselbe Antenne bei derselben Frequenz vollkommen unterschiedliche Impedanzen aufweisen kann, wenn sich ihre Umgebungsbedingungen ändern. Dies erklärt, warum viele angeblich leistungsstarke integrierte Antennen, die in konkrete Elektronikprodukte eingebaut werden, oft sehr schlechte Leistung zeigen oder sogar unbrauchbar sind. Die tatsächliche Einsatzumgebung stimmt nicht mit der Umgebung während der Entwicklung der Antenne überein. Daher ist bei komplexen Umgebungsbedingungen eine spezifische, maßgeschneiderte Antennenkonstruktion unerlässlich, insbesondere für integrierte Antennen.
Zurück zur Impedanz: Für HF-Systeme (Hochfrequenzsysteme) ist eine Impedanzanpassung zwischen den einzelnen Modulen für die Signalübertragung erforderlich. Bei Fehlanpassung kommt es zu erheblichen Signalreflexionen. Dies führt einerseits zu Energieverlusten und andererseits kann die reflektierte Energie die ordnungsgemäße Funktion des HF-Systems beeinträchtigen.
Im HF-System kann die Antenne als Last betrachtet werden. Daher ist ihre Eingangsimpedanz entscheidend. Eine Fehlanpassung zwischen der Antennenimpedanz und der Wellenimpedanz der HF-Speiseleitung führt zu Energieverlusten durch Reflexion auf der Leitung. Die Energie kann nicht effizient im HF-System übertragen werden, was die genannten Energieverluste verursacht. Je schwerwiegender die Fehlanpassung, desto mehr Energie wird reflektiert. Dies ist der Grund für die Notwendigkeit der Impedanzanpassung bei Antennen.
Idealerweise ist die Eingangsimpedanz der Antenne ein rein ohmscher Widerstand, der gleich der Wellenimpedanz der Speiseleitung ist. In diesem Fall gibt es keine Leistungsreflexion zwischen Antenne und Speiseleitung, und die Übertragung erfolgt ohne Energieverluste. Dieser Idealfall ist in der Praxis jedoch nicht erreichbar, da sowohl die Antennenimpedanz als auch die Leitungsimpedanz technisch nur an die gewünschte Wellenimpedanz angenähert werden können, jedoch stets gewisse Abweichungen aufweisen. Um Einheitlichkeit und effizientes Arbeiten verschiedener HF-Systeme und Antennen zu gewährleisten, wird in der mobilen Kommunikationselektronik üblicherweise eine Wellenimpedanz von 50 Ω für HF-Module und Antennen definiert. Daher werden Antennen im Allgemeinen für eine Impedanz von 50 Ω ausgelegt.
Wenn die Eigenimpedanz einer Antenne ungünstig ist, bedeutet dies nicht, dass keine Impedanzanpassung möglich ist. Bei suboptimaler Eigenimpedanz kann die Antennenimpedanz durch den Einsatz von Reihen- und Parallelkondensatoren bzw. -induktivitäten optimiert werden. Hierbei werden die Antenne selbst und die zur Anpassung verwendeten kapazitiven und induktiven Bauelemente als Gesamtsystem betrachtet. Wenn die Gesamtimpedanz dieses Systems geeignet ist (nahe 50 Ω), ist eine Impedanzanpassung erreicht.
Faktoren, die die Antennenimpedanz beeinflussen
Wovon wird die Eingangsimpedanz einer Antenne bestimmt? Im Allgemeinen gibt es drei bestimmende Faktoren:
１、Die Strukturform und die Abmessungen der Antenne selbst;
２、Die Betriebsfrequenz der Antenne;
３、Die Umgebung der Antenne.
Jede Änderung eines dieser drei Faktoren führt zu einer Veränderung der Eingangsimpedanz der Antenne, also auch ihrer Leistung. Faktor 1 bedeutet, dass die Form der Antenne ihre Impedanz beeinflusst. Faktor 2 betont die Abhängigkeit von der Betriebsfrequenz, da die Impedanz einer gegebenen Antenne bei unterschiedlichen Frequenzen variiert.
Die ersten beiden Faktoren sind weitgehend bekannt. Besondere Aufmerksamkeit ist jedoch Faktor 3 zu widmen: der Umgebung der Antenne. Das bedeutet, dass dieselbe Antenne bei derselben Frequenz vollkommen unterschiedliche Impedanzen aufweisen kann, wenn sich ihre Umgebungsbedingungen ändern. Dies erklärt, warum viele angeblich leistungsstarke integrierte Antennen, die in konkrete Elektronikprodukte eingebaut werden, oft sehr schlechte Leistung zeigen oder sogar unbrauchbar sind. Die tatsächliche Einsatzumgebung stimmt nicht mit der Umgebung während der Entwicklung der Antenne überein. Daher ist bei komplexen Umgebungsbedingungen eine spezifische, maßgeschneiderte Antennenkonstruktion unerlässlich, insbesondere für integrierte Antennen.