Kapitel 16: Messtechnik

In der Messtechnik unterscheidet man Messen und Prüfen. Prüfen ist das Feststellen der Funktionsfähigkeit einer Anlage mit Hilfe von Geräten. Man kann zum Beispiel mit einer Lampe prüfen, ob Spannung an den Klemmen eines Akkumulators vorhanden ist. Erst mit einem Spannungsmessgerät kann man die Höhe der Spannung auch messen.


Übersicht zu diesem Kapitel


Messgeräte

Messtechnik

Messen ist Vergleichen. Es werden Einheiten festgelegt, beispielsweise die Maßeinheit für die Stromstärke 1 Ampere (1 A) und bei einer Messung von beispielsweise 5 A festgestellt, dass die Maßeinheit fünfmal in der Messgröße enthalten ist. Die Größen und Einheiten wurden in der ersten Lektion dieses Buches ausführlich behandelt.


Analog anzeigende Messgeräte

Die meisten analog anzeigenden Messgeräte funktionieren nach dem elektrodynamischen oder dem elektrostatischen Prinzip. Dabei erzeugt die zu messende elektrische Größe zwischen dem feststehenden Messwerkteil und dem beweglichen Organ ein mechanisches Drehmoment. Meistens erzeugt der Strom in einer Drehspule, welche in einem konstanten Magnetfeld angeordnet ist, eine entsprechende Kraftwirkung. Im Amateurfunklehrgang Klasse E wurde in Lektion 17 bereits der Aufbau eines Drehspulmesswerks gezeigt.


Prüfungsfrage
TJ101  Das Prinzip eines Drehspulmessgeräts beruht auf
der Wechselwirkung der Kräfte zwischen zwei permanent magnetischen Feldern.
der Wechselwirkung der Kräfte zwischen einem magnetischen und einem elektrischen Feld.
der Wechselwirkung der Kräfte zwischen einem per­manent magnetischen und einem elektromagnetischen Feld.
dem erdmagnetischen Feld.

Die Güte wird weitgehend durch den Aufbau der Lagerung des beweglichen Organs bestimmt. Die Empfindlichkeit des Zeigerausschlags wird von der Reibung bestimmt. Betriebsmessgeräte benötigen etwa 20 bis 100 Mikroampere bei einer Spannung von 0,2 bis 1,0 V für Endausschlag. Diese sind für Funkamateure als Anzeige- und Vielfachmessgeräte geeignet.


Übungsaufgabe

Berechnen Sie Leistungsaufnahme und Innenwiderstand eines Messwerks für 1 Volt, wenn ein Strom von 50 μA zum Endausschlag führt.

Lösung:
P = 1 V ·50 μA = 50 μW
Ri = 1 V / 50 μA = 20 000 Ω = 20 kΩ


Den Innenwiderstand pro Volt nennt man Kennwiderstand eines Messwerks. Wenn Sie sich ein Vielfachmessgerät kaufen wollen, achten Sie außer der Anzahl der Messbereiche auf diesen Kennwiderstand. Man nennt diesen Kennwert auch Empfindlichkeit. Er sollte für die Gleichspannungsbereiche mindestens 20 kΩ pro Volt betragen. In den Wechselstrombereichen ist die Empfindlichkeit wesentlich geringer.


Die Reihenfolge der folgenden Aufgaben wurde absichtlich so gewählt, weil die Lösung der Aufgabe TJ111 praktisch schon im vorstehenden Text enthalten ist. Bei der Aufgabe TJ112 ist die Spannung gegeben. Für Aufgabe TJ110 muss man wissen, dass der Strom bei Vollausschlag in jedem Messbereich gleich ist. Sie werden es im folgenden Abschnitt unter Messbereichserweiterung noch lernen.


Prüfungsfrage
TJ111  Mit welchem Strom zeigt ein 20-kΩ/V-Instrument Vollausschlag?
500 μA 
5 mA
50 mA
50 μA

Prüfungsfrage
TJ112  Ein Messgerät hat einen Kennwiderstand von 10 kΩ/V. Für 1 Volt Vollausschlag liegt die Stromaufnahme bei
10 μA.
100 μA.
50 μA.
200 μA.

Prüfungsfrage
TJ110  Ein Vielfachmessgerät hat in den Wechselspannungs- bereichen die Empfindlichkeit 4 kΩ/V. Wie groß ist der Strom durch das Messgerät bei Vollausschlag im 10-V-Bereich?
2,5 μA
2,5 mA
0,25 mA
400 μA

Messbereichserweiterung

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-1: Messbereichserweiterung a) eines Spannungsmessers, b) eines Strommessers


Sollen höhere Spannungen gemessen werden, als für das Messwerk zulässig, kann man die Spannung, die zuviel ist, an einem Vorwiderstand RV abfallen lassen. Die Berechnung erfolgt nach dem ohmschen Gesetz.


Prüfungsfrage
ähnlich TJ102 Ein Drehspulmesswerk hat eine maximalen Messstrom Im = 100 μA und einen Messwerkwiderstand von Rm = 1 kΩ. Berechnen Sie den Vorwiderstand für einen Spannungsbereich von 50 V.

Lösung: Die Spannung am Messwerk beträgt

Nach Bild 16-1a müssen 49,9 V am Vorwiderstand abfallen. Der Strom ist in der Reihenschaltung überall gleich.

Man hätte auch folgendermaßen rechnen können. Der Gesamtwiderstand beträgt


Prüfungsfrage
TJ102  Das Drehspulmesswerk in der folgenden Schaltung hat einen maximalen Messstrom IM  = 100 μA und einen Messwerkwiderstand RM  = 1 kΩ.
RV = 499 kΩ

Welche Gleichspannung muss an die Gesamtschaltung angelegt werden, damit das Messwerk Vollausschlag anzeigt?

10 Volt
50 Volt
500 Volt
100 Volt

Tipp: Siehe Lösung oberhalb!


Prüfungsfrage
TJ103  Das Drehspulmesswerk in der folgenden Schaltung hat einen maximalen Messstrom IM  = 0,3 mA und einen Messwerkwiderstand RM  = 300 Ω.
    Rv = 9,7 kΩ


Welche Gleichspannung muss an die Gesamtschaltung angelegt werden, damit das Messwerk Vollausschlag anzeigt?

3 Volt
10 Volt
30 Volt
1 Volt

 

Bei der Messbereichserweiterung eines Strommessers wird der Strom, der über den Maximalstrom des Messwerks hinaus geht, mit einem Parallelwiderstand (auch Shunt genannt) nach Bild 16-1b am Messwerk vorbeigeleitet.


Prüfungsfrage
TJ105  Wenn bei dieser Messschaltung I = 1 A zu einem Vollausschlag des Instruments führt, beträgt der Strom durch RP
1 mA
99 mA
0,999 A
0,9 A

Lösung:  I = 1 A - 0,001 A = 0,999 A


Prüfungsfrage
TJ106  Wie groß muss RP bei der folgenden Schaltung gewählt werden, wenn I = 1 A zum Vollausschlag des Instruments mit 300 Ω Innenwiderstand führen soll?
0,03 Ω
0,3 Ω
3 Ω
30 Ω

Lösung: Wie in der vorigen Aufgabe berechnet, müssen 0,999 A umgeleitet werden. Die Spannung am Messwerk und damit auch an Rp wird zunächst berechnet.

Lösung ohne Formelrechnung: Durch das Messwerk fließt 1/1000 des Gesamtstroms, wenn der Shunt zirka 1/1000 des Widerstandes des Messwerks (= 0,3 Ohm) hat.

Wenn der Messwerksinnenwiderstand bekannt ist, kann man viel einfacher mit folgenden Formeln rechnen, um den Shunt oder Vorwiderstand zu ermitteln.

n ist der Messbereichserweiterungsfaktor.

Bei TJ102 ist der Messwerksinnenwiderstand 1 kΩ   und es soll von 0,1 V auf 50 V erweitert werden. Der Erweiterungsfaktor ist also 500. Damit berechnet sich der Vorwiderstand zu

Bei Prüfungsaufgabe TJ106 ist der Messwerksinnenwiderstand 300 Ω  und der Erweiterungsfaktor von 1 mA nach 1 A ist 1000. Damit ist der Parallelwiderstand


Prüfungsfrage
TJ104  Das Drehspulmesswerk in der folgenden Schaltung hat einen maximalen Messstrom IM  = 100 μA und einen Mess­ werkwiderstand RM  = 1 kΩ. Wie groß muss RP gewählt werden, damit das Messwerk in der Gesamtschaltung bei I = 100 mA  Vollausschlag anzeigt?

(Schaltung Bild 16-1b)

1 Ω
10 Ω
0,1 Ω
100 Ω

Prüfungsfrage
TJ108  Der Messbereich eines Amperemeters mit dem Innenwiderstand Ri soll um den Faktor 5 erweitert werden. Durch welche Maßnahmen ist dies erreichbar?
Durch Reihenschaltung mit RV = 1/4 Ri  
Durch Parallelschaltung mit Rp = 5 Ri
Durch Parallelschaltung Rp = 1/4 Ri .
Durch Reihenschaltung mit RV = 5 Ri

Lösung: Es muss ein Parallelwiderstand sein.

RP muss also ein Viertel so groß sein wie Ri .


Prüfungsfrage
TJ109   Der Messbereich eines Voltmeters mit dem Innenwiderstand Ri soll um den Faktor 8 erweitert werden. Durch welche Maßnahmen kann dies erreicht werden?
Durch Reihenschaltung mit einem Widerstand RV =7 Ri .
Durch Reihenschaltung mit einem Widerstand RV =8 Ri .
Durch Reihenschaltung mit einem Widerstand RV =1/8 Ri .
Durch Reihenschaltung mit einem Widerstand RV =1/7 Ri .

Prüfungsfrage
TJ107  Durch ein Einbauinstrument mit einem Messbereich von 2 V, fließt bei Vollausschlag ein Strom von 2 mA. Das Instrument soll mit einem Vorwider­stand auf einen Messbereich von 20 V Endausschlag erweitert werden. Wie groß ist der Widerstandswert RV und die Belastung PV des Vorwiderstandes?
Rv = 9 kΩ;   Pv = 4 mW
Rv = 10 kΩ;   Pv = 40 mW
Rv = 9 kΩ;   Pv = 36 mW
Rv = 0,1 MΩ;   Pv = 131 mW

Messgeräteklassen

Wichtig für den Funkamateur ist auch die Kenntnis der Bedeutung der Messgeräteklassen. Nach der Größe des zulässigen Anzeigefehlers werden Messgeräte in sieben Messgeräteklassen eingeteilt.

Feinmessgeräte Betriebsmessgeräte
Klasse 0,1 Klasse 1,0
Klasse 0,2 Klasse 1,5
Klasse 0,5 Klasse 2,5
Klasse 5,0

Die angegebenen Zahlenwerte geben den maximal zulässigen prozentualen Fehler eines Messgerätes bezogen auf den Skalenendwert an.


Prüfungsfrage
TJ805  Mit einem Voltmeter der Klasse 1.5, das einen Skalenendwert von 300 Volt hat, messen Sie an einer Spannungsquelle 230 Volt. In welchem Bereich liegt der wahre Wert?
 Er liegt zwischen 225,5 und 234,5 Volt.
Er liegt zwischen 226,5 und 233,5 Volt.
Er liegt zwischen 229,5 und 230,5 Volt.
Er liegt zwischen 229,7 und 230,3 Volt.

Lösung: 1,5 % von 300 V sind ±4,5 V
Die richtige Spannung könnte also 225,5 V bis 234,5 V betragen. 
Der prozentuale Fehler steigt auf 4,5 / 230 = 1,95 %.
Wird im gleichen Messbereich eine Spannung von 30 V gemessen, steigt der prozentuale Fehler gar auf 4,5 V / 30 V = 15 %.

Merke: Ein Messgerät zur Spannungs- oder Strommessung soll
möglichst im oberen Drittel des Anzeigebereichs betrieben werden.

Prüfungsfrage
TJ806  Mit einem Voltmeter der Klasse 2.5, das einen Skalenendwert von 20 Volt hat, messen Sie an einer Spannungsquelle 12,6 Volt. In welchem Bereich liegt der wahre Wert?
 Er liegt zwischen 12,1 und 13,1 Volt.
Er liegt zwischen 12,3 und 12,9 Volt.
Er liegt zwischen 12,55 und 12,65 Volt.
Er liegt zwischen 12,57 und 12,63 Volt.

Prüfungsfrage
TJ115  Ein Drehspulmessgerät hat normalerweise eine Genauigkeit von
ca. 1,5 % vom Endausschlag.
ca. 0,3 % vom Ablesewert.
ca. 0,3 % vom Endausschlag.
ca. 0,05 % vom Ablesewert.

Prüfungsfrage
TJ116   Welche Spannung wird bei dem nebenstehenden Messinstrument angezeigt, wenn dessen Messbereich auf 10 V eingestellt ist?

29,3 V
2,93 V
8,8 V
88 V

Lösungsweg: 10 V ist Endausschlag, also dort, wo die 100 steht. Zählen Sie zurück 9 (bei der 90) 8, 7 ... bis zum Zeigerstand kurz unter der drei, also 2,9 ...


Prüfungsfrage
TJ117   Welche Spannung wird bei dem neben­stehenden Messinstrument angezeigt, wenn dessen Messbereich auf 300 V eingestellt ist?
29,3 V
88 V
8,8 V
293 V

Lösungsweg: 300 V ist Endausschlag, also dort, wo die 30 steht. Zählen Sie zurück 250 (bei der 25) 200, 150 ... bis zum Zeigerstand kurz unter der 100, also 88.


Messgleichrichter

Drehspulmesswerke sind nur für Gleichstrom einsetzbar. Bei Anlegen einer Wechselspannung würde der Zeiger hin- und herpendeln und den Mittelwert Null anzeigen. Man hilft sich hier, indem man über einen guten Messgleichrichter die Wechselspannung für die Messung gleichrichtet.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-2: Schaltungen von Messgleichrichtern

Wenn Wechselspannungen mit solchen Drehspulmessgeräten mit Messgleichrichter gemessen werden, gelten die Anzeigewerte der Skala nur für sinusförmige Wechselspannungen. Bei anderer Kurvenform zeigt das Messgerät einen falschen Wert.

Für die Messung von Wechselspannungen anderer Kurvenform gibt es das Dreheisenmesswerk. Dieses Messwerk reagiert unabhängig von der Stromrichtung. Es benötigt keinen Gleichrichter. Allerdings benötigt es eine relativ hohe Leistung und ist als Feinmessgerät nicht geeignet. Man benutzt es für große Ströme.

Bei Leistungsmessungen im GHz-Bereich verwendet man spezielle Thermoumformer. Über eine Anzapfung an der Dummy Load nimmt einen Teil der Leistung ab und wandelt sie über den Thermoumformer in eine Gleichspannung um.


Prüfungsfrage
TJ808  Eine präzise Effektivwertmessung ist mit einem Gleichrichterinstrument
bei allen Signalen, die Oberwellen enthalten möglich.
bei allen Signalformen möglich.
nur bei rechteck- und sinusförmigen Signale möglich.
nur bei sinusförmigen Signalen möglich.

Prüfungsfrage
TJ809  Zur genauen Messung des Effektivwertes eines nicht sinusförmigen Stromes bis in den GHz-Bereich eignet sich
ein Digitalmultimeter.
ein Oszillograf.
ein Messgerät mit Diodentastkopf.
ein Messgerät mit Thermoumformer.

Prüfungsfrage
TJ810  Eine künstliche Antenne von 50 Ω verfügt über eine Anzapfung bei 5 Ω vom erdnahen Ende. Diese Anzapfung ermöglicht die
Messung der Ausgangsleistung.
Änderung der Antennenanpassung.
Erhöhung des Lastwirkungsgrades.
Einstellung der SWR-Messbrücke auf Null.

Prüfungsfrage
TJ811  Eine künstliche Antenne von 50 Ω verfügt über eine Anzapfung bei 5 Ω vom erdnahen Ende. Was könnte zur ungefähren Ermittlung der Senderausgangsleistung über diesen Messpunkt eingesetzt werden?
Künstliche 50-Ω-Antenne mit zusätzlichem HF-Dämpfungsglied
Dipmeter mit Linkleitung
Stehwellenmessgerät ohne Abschlusswiderstand.
Digitalmultimeter mit HF-Tastkopf

Digital anzeigende Messgeräte

Foto: Eckart Moltrecht
Bild 16-3: Digitalanzeige

Ein Vorteil digital anzeigender Messgeräte ist, dass Ablesefehler weitgehend vermieden werden. Aber die Messgenauigkeit von billigen Digitalmultimetern ist oft geringer als die von guten analog anzeigenden Messgeräten. Bei digitalen Spannungsmessern ist neben der Genauigkeitsklasse noch die Messunsicherheit der letzten Ziffer der digitalen Anzeige mit ±1 Stelle zu berücksichtigen.

Allerdings benötigen digital anzeigende Geräte immer eine Batterie, während es analoge Messgeräte gibt, die rein passiv arbeiten und keine Stromquelle benötigen. Einen weiteren Nachteil haben digital anzeigende Messgeräte. Man kann nicht so leicht den Verlauf einer Spannung oder eines Stroms beobachten, wenn man beispielsweise einen Akku lädt. Man muss sich bei einem Digitalmessgerät immer einen Zahlenwert merken und rechnen, was sich inzwischen geändert hat.

Digitale Messgeräte werden meistens als so genannte Multimeter ausgeführt. Sie dienen außer der Spannungs- und Strommessung auch der Messung von Widerständen, Dioden und häufig auch noch Kapazitäten, Induktivitäten, Leistungen oder Frequenzen.


Prüfungsfrage
TJ114  Welches dieser Messgeräte verfügt normalerweise über die höchste Genauigkeit bei Spannungsmessungen?
Digitaloszilloskop
Interferenzwellenmesser
Ein Digitalvoltmeter
Elektronisches Analogvoltmeter

Prüfungsfrage
TJ113  Die Auflösung eines Messinstrumentes entspricht
der kleinsten Einteilung der Anzeige.
der Genauigkeit des Instruments in Bezug auf den tatsächlichen Wert.
der Genauigkeit des Instruments.
dem Vollausschlag der Instrumentenanzeige.

Das Oszilloskop

Mit einem Oszilloskop werden Zeitverläufe von Spannungen sichtbar gemacht. Die Anzeige erfolgt entweder mit einer Elektronenstrahlröhre (KO Katodenstrahloszilloskop) oder mit einem LCD-Display. Mehr dazu wurde bereits im Amateurfunklehrgang Klasse E ausgeführt und Ablesungen von Spannungsamplituden und Frequenzen im Kapitel 11 unter "Sinusförmige Signale" geübt. Dazu gibt es auch im Fragenkatalog zur Klasse A noch ein paar Prüfungsfragen.


Prüfungsfrage
TJ301  Die Zeitbasis eines Oszilloskops ist so eingestellt, dass ein Skalenteil 0,5 ms entspricht. Welche Frequenz hat die angelegte Spannung?
333 Hz
500 Hz
667 Hz
250 Hz

Prüfungsfrage
TJ302  Die Zeitbasis eines Oszillografen ist so eingestellt, dass ein Skalenteil 0,5 ms entspricht. Welche Periodendauer hat die angelegte Spannung?
1,5 ms
2 ms
3 ms
4 ms

Prüfungsfrage
TJ304  Welches Gerät kann für die Prüfung einer Signalform verwendet werden?
Oszilloskop.
Absorptionsfrequenzmesser
Frequenzzähler
Dipmeter

Prüfungsfrage
TJ305  Welches dieser Geräte wird für die Anzeige von NF-Verzerrungen verwendet?
Frequenzzähler
Transistorvoltmeter
Vielfachmessgerät
Oszilloskop

Damit stehende Bilder auf dem Display eines Oszilloskops entstehen, wird jede Schwingung bei einem bestimmten Amplitudenwert getriggert (gestartet). Ohne Triggereinrichtung erhielte man nur ein durchlaufendes Band.


Prüfungsfrage
TJ303  Um auf dem Bildschirm eines Oszilloskops ein stehendes Bild statt durchlaufender Wellenzüge zu erhalten muss, das Oszilloskop
eine Triggereinrichtung haben.
einen X-Vorteiler haben.
einen Y-Vorteiler haben.
einen Frequenzmarken-Generator haben.

Um den Eingangswiderstand zu erhöhen und damit das Messobjekt weniger zu belasten, gibt es sogenannte Vorteiler-Tastköpfe. Im Prinzip besteht ein solcher Tastkopf aus einem Vorwiderstand, der mit dem eigentlichen Eingangswiderstand des Oszilloskops einen Spannungsteiler von normalerweise 10 : 1 bildet.


Prüfungsfrage
TD608  Für die Messung der Oszillatorfrequenz sollte der Tastkopf hier vorzugsweise am Punkt
A angelegt werden.
B angelegt werden.
C angelegt werden.
D angelegt werden.

Verschiedene Kurvenformen

Mit dem Oszilloskop können Gleich- und Wechselspannungen gemessen werden. Bei Wechselspannungen liest man den Spitze-Spitze-Wert ab, teilt durch zwei und erhält den Spitzenwert und berechnet daraus den Effektivwert mittels Formfaktor.

Der Formfaktor gibt das Verhältnis von Spitzenwert zu Effektivwert an. Bei sinusförmigen Wechselspannungen ist der Spitzenwert 2-mal so groß wie der Effektivwert. Bei Sägezahn- und Dreiecksspannungen beträgt der Formfaktor 3, bei symmetrischen Rechteckspannungen sind Spitzenwert und Effektivwert gleich groß.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-4: Formfaktoren verschiedener Wechselspannungen


Übungsaufgabe
Ein Signal in Sägezahnform hat einen Spitze-Spitze-Wert von 10 V an einem Widerstand von 50 Ohm. Berechnen Sie die Leistung.

Lösungen: Leistungen sind immer Effektivwerte. Der Spitzenwert beträgt Uss /2 = 5 V. Damit ergibt sich folgende Rechnung für den Effektivwert und die Leistung.


Absorptionsfrequenzmesser

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-5: Absorptionsfrequenzmesser

Schließt man an einen passiven Schwingkreis hoher Güte auf der einen Seite eine (kurze) Antenne und auf der anderen Seite einen AM-Demodulator mit Messgerät nach Bild 16-5 an, hat man ein HF-Messgerät, mit dem man passiv Senderfrequenzen und Oberwellen feststellen kann. Die Anzeigegenauigkeit ist allerdings nicht besser als 5 %, aber mit einem Frequenzzähler kann man Oberwellen nicht messen, wenn die Grundwelle auch noch vorhanden ist.


Prüfungsfrage
TG219  Die richtige Oberwellenauswahl in einer Vervielfachungsstufe lässt sich am leichtesten mit einem
Diodentastkopf prüfen.
Absorptionsfrequenzmesser prüfen.
Universalmessgerät prüfen.
Frequenzzähler prüfen.


Prüfungsfrage
TJ601  Welches Gerät ist hier dargestellt?
Dipmeter
Absorptionsfrequenzmesser
Stehwellenmessgerät
Interferenzwellenmesser


Prüfungsfrage
TJ602  Ein Absorptionsfrequenzmesser hat normalerweise eine Genauigkeit von
 1 %.
 5 %. 
 0,05 %.
 0,001 %.


Prüfungsfrage
TJ603  Das einfachste Gerät, mit dem geprüft werden kann, ob ein Quarz mit dem richtigen Oberton arbeitet, ist ein
Hitzdraht-Amperemeter.
Digitalvoltmeter.
Absorptionsfrequenzmesser.
Breitband-Pegelmesser.


Prüfungsfrage
TJ604  Mit welchem Messgerät können Harmonische festgestellt werden?
Frequenzzähler
Vielfachmessgerät
Absorptionsfrequenzmesser
Diodentastkopf


Prüfungsfrage
TJ605  Ein Absorptionsfrequenzmesser ist ein Hilfsmittel zur Prüfung
der Oberwellenausstrahlungen.
der Frequenzdrift.
des Spitzenwertes des Modulationsgrades.
der genauen Sendefrequenz.


Prüfungsfrage
TJ606  Ein Absorptionsfrequenzmesser eignet sich zur Prüfung
der Übermodulation.
der Empfängerübersteuerung.
der richtigen Oberwellenauswahl in einem Vervielfacher.
von Signalen an der Bandgrenze.


Prüfungsfrage
TJ825  Welches Messgerät könnte für den Nachweis von Harmonischen einer Aussendung verwendet werden?
Frequenzzähler
Stehwellenmessgerät
Absorptionsfrequenzmesser
HF-Leistungsmesser


Feldstärkeanzeiger

Zum Prüfen der Feldstärke - nicht zum Messen - ist folgende einfache Schaltung aus einer HF-Diode und einem kurzen Dipol geeignet. Die Spulen sind HF-Drosseln. Man hält den Dipol parallel zur Antenne.


Bild 16-6: Feldstärkeanzeiger



Prüfungsfrage
TJ706  Was stellt diese Schaltung dar?
Antennenimpedanzmesser
Einfacher Peilempfänger
Feldstärkeanzeiger
Dipmeter


Das Dipmeter

Mit einem sogenannten Dipmeter (Dip = Einbruch) kann man Resonanzfrequenzen von Schwingkreisen und Antennen messen. Ein Dipmeter (Dipper) ist im Prinzip ein Oszillator, bei welchem die Schwingkreisspule nach außen geführt wird, um den Schwingkreis dieses Oszillators durch das Messobjekt zu beeinflussen, so dass der Oszillator nicht mehr so gut schwingt. Der Rückgang der Schwingamplitude wird durch eine Anzeige sichtbar gemacht.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-7: Messung der Schwingkreisfrequenz mit einem Dipmeter

Bei der Messung nähert man sich dem Messobjekt vorsichtig und verändert die Frequenzeinstellung am Dipmeter bis man eine Reaktion der Anzeige bemerkt. Dann vergrößert man den Abstand, um eine möglichst lose Kopplung zu erhalten, damit man den Schwingkreis nicht verstimmt.



Prüfungsfrage
TJ812  Wie ermittelt man die Resonanzfrequenz eines passiven Schwingkreises?
Durch Messung von L und C und Berechnung oder z.B. mit einem Dip-Meter.
Mit einem Frequenzmesser oder einem Oszilloskop.
Mit einem Digital-Multimeter in der Stellung Frequenzmessung.
Mit Hilfe der S-Meter Anzeige bei Anschluss des Schwingkreises an den Empfängereingang.


Prüfungsfrage
TJ813  Die Resonanzfrequenz eines abgestimmten HF-Kreises kann mit einem
Dipmeter überprüft werden.
Gleichspannungsmesser überprüft werden.
digitalen Frequenzmessgerät überprüft werden.
Ohmmeter überprüft werden.


Prüfungsfrage
TJ814  Ein abgestimmter Kreis wird mit einem Dip-Oszillator geprüft. Um eine Änderung der Resonanzfrequenz zu vermeiden, ist
höchstmögliche Kopplung erforderlich.
Widerstandskopplung erforderlich.
eine starke Kopplung erforderlich.
eine verhältnismäßig lose Kopplung erforderlich.

Präzise Frequenzmessungen sind allerdings mit einem Dipmeter nicht möglich. Die Anzeigegenauigkeit bei einem Dipper ist meist nicht besser als  ±3 bis %.



Prüfungsfrage
TJ207  Um wie viele Kilohertz kann die Frequenz abweichen, wenn mit einem Dipmeter eine Resonanzfrequenz von 7,1 MHz gemessen wurde und die Messgenauigkeit mit ±3 % angenommen wird?
± 21,3 kHz
± 213 kHz
± 135 kHz
± 13,5 kHz

Lösung: Die Frequenzabweichung beträgt

Um 213 kHz nach oben oder nach unten kann der Wert von der derzeitigen Anzeige abweichen. Damit ist man im 40-m-Band unter Umständen schon außerhalb des Bandes. Also für die Frequenzmessung ist solch ein Dipmeter nicht geeignet.



Prüfungsfrage
TJ208  Um wie viele Kilohertz kann die Frequenz abweichen, wenn mit einem Dipmeter eine Resonanzfrequenz von 4,5 MHz gemessen wurde und die Messgenauigkeit mit ±3 % angenommen wird?
± 213 kHz
± 21,3 kHz
± 135 kHz
± 13,5 kHz


Prüfungsfrage
TJ201  Ein Dipmeter ist beispielsweise
ein abstimmbarer Oszillator mit Drehspulmesswerk, das anzeigt, wenn dem Oszillator durch einen angekoppelten Schwingkreis bei einer Frequenz Energie entzogen oder zugeführt wird.
ein selektiver Feldstärkemesser, der den Maximalwert der elektrischen Feldstärke anzeigt und der zur Überprüfung der Nutzsignal- und Nebenwellenabstrahlungen eingesetzt werden kann.
eine abgleichbare Stehwellenmessbrücke, mit der der Reflexionsfaktor und der Impedanz­verlauf einer angeschlossenen Antenne oder einer LC-Kombination gemessen werden kann.
ein auf eine feste Frequenz eingestellter RC-Schwingkreis mit einem Indikator, der anzeigt, wie stark die Abstrahlung unerwünschter Oberwellen ist.


Prüfungsfrage
TJ202  Das Drehspulmesswerk eines Dipmeters
zeigt die ungefähre Frequenz des Oszillators an.
zeigt die von der Oszillatorspule abgestrahlte Leistung in mW an.
liefert eine Aussage über die Schwingkreisamplitude im Oszillator.
liefert eine Aussage über den Spitzenwert des Modulationsgrades.


Prüfungsfrage
TJ203  Wozu wird ein Dip-Meter beispielsweise verwendet?
Zur Prüfung der Schwingkreisresonanz in Sendern und Empfängern.
Zur ungefähren Bestimmung der Leistung eines Senders.
Zur genauen Bestimmung der Dämpfung eines Schwingkreises.
Zur genauen Bestimmung der Güte eines Schwingkreises.


Prüfungsfrage
TJ204  Wozu wird ein Dip-Meter beispielsweise verwendet?
Zur genauen Bestimmung der Güte eines Schwingkreises.
Zur ungefähren Bestimmung der Leistung eines Senders.
Zur genauen Bestimmung der Dämpfung eines Schwingkreises.
Zur Feststellung der Resonanzfrequenz von Schwingkreisen.


Prüfungsfrage
TJ205  Wozu wird ein Dip-Meter beispielsweise verwendet?
Zur genauen Bestimmung der Dämpfung eines Schwingkreises.
Zur ungefähren Bestimmung der Leistung eines Senders.
Zur Feststellung der Schwingfrequenz und des Funktionierens eines Oszillators.
Zur genauen Bestimmung der Güte eines Schwingkreises.


Prüfungsfrage
TJ206  Ein Dip-Meter hat normalerweise eine Genauigkeit von etwa
1 %.
10 %.
0,05 %.
0,001 %.


Prüfungsfrage
TJ211  Welches dieser Messgeräte ist für die Ermittlung der Resonanzfrequenz eines Traps, das für einen Dipol genutzt werden soll, am besten geeignet?
Dipmeter
SWR-Messbrücke
Frequenzmessgerät
Absorptionsfrequenzmesser

Mit dem Dipmeter kann man auf indirektem Wege auch Induktivitäten messen, indem man diese mit einer bekannten Kapazität parallel schaltet und dann die Resonanzfrequenz bestimmt. Man berechnet die Induktivität dann nach der umgestellten Thomsonschen Schwingkreisformel.



Prüfungsfrage
TJ209  Mit einem Dipmeter soll auf indirektem Wege eine Induktivität gemessen werden. Die Spule wurde zu einem Kondensator von 220 pF parallel geschaltet und bei 4,5 MHz Resonanz festgestellt. Welche Induktivität hat die Spule?
5,7 mH
5,7 μH
2,5 μH
2,5 mH



Prüfungsfrage
>
TJ210  Mit einem Dipmeter soll auf indirektem Wege eine Induktivität gemessen werden. Die Spule wurde zu einem Kondensator von 330 pF parallel geschaltet und bei 5,5 MHz Resonanz festgestellt. Welche Induktivität hat die Spule?
5,7 μH
5,7 mH
2,5 μH
2,5 mH

Zum Eigenbau solch eines Dipmeters gibt es im Kapitel 19 eine Schaltung und Aufbauhinweise.


Die Rauschbrücke

Speziell für die Messung von Antennenimpedanzen wird die Rauschbrücke verwendet. Im Prinzip handelt es sich dabei um einen Hochfrequenzgenerator, der ein großes Spektrum von Frequenzen gleichzeitig abstrahlt (Rauschen). Diese Hochfrequenz wird auf eine Messbrücke gegeben, die auf der einen Seite aus zwei gleichen Wicklungen eines HF-Trafos besteht und auf der anderen Seite aus einem einstellbaren RC-Glied und dem zu messenden Antennenfußpunkt, der über eine Kapazität eingekoppelt wird. Zur "Anzeige" wird ein Empfänger verwendet, der auf die Frequenz eingestellt wird, für welche die Fußpunktimpedanz gemessen werden soll.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-8: Rauschbrücke

Obiges Bild zeigt den wichtigsten Teil einer Rauschbrücke. Eine komplette Schaltung finden Sie in der Lektion 19: Eigenbau Schaltungen. Über den Trafo wird ein Breitbandrauschen eingekoppelt.

Die Messung einer Antennenimpedanz geht dann so vor sich. Den Fußpunkt der Antenne verbindet man mit einer sehr kurzen Leitung direkt an der Antenne mit ZX . Ein Portabelempfänger wird bei RX angeschlossen und auf die Messfrequenz eingestellt. Dann verstellt man R und C solange, bis das hörbare Rauschen am leisesten ist und liest auf der vorher kalibrierten Skala die Werte R und C ab.


Frequenzzähler

Das Prinzip dieser Frequenzzähler ist, dass für eine bestimmte einstellbare Torzeit die ankommenden Impulse gezählt werden. Je höher die Auflösung sein soll, desto mehr Impulse müssen gezählt werden, also eine lange Torzeit eingestellt werden.

Sehr genaue Frequenzmessungen erreicht man mit einem Frequenzzähler mit hoher Auflösung (Anzahl der Stellen) und einer Temperatur stabilisierten Quarzzeitbasis.



Prüfungsfrage
TJ501  Um die Skalenendwerte einer Sende-/Empfangsanlage mit VFO mit hinreichender Genauigkeit zu überprüfen, kann man
einen Frequenzzähler verwenden.
ein Dipmeter verwenden.
einen Absorptionsfrequenzmesser verwenden.
ein Oszilloskop verwenden.


Prüfungsfrage
TJ502  Für eine größtmögliche Genauigkeit sollte ein Frequenzzähler
mit einer temperaturstabilisierten Quarzzeitbasis ausgestattet sein.
mit einem 1:10 Vorteiler ausgestattet sein.
mit einer möglichst kurzen Torzeit betrieben werden.
mit einer Triggereinrichtung ausgestattet sein.


Prüfungsfrage
TJ503  Mit einem genauen Frequenzzähler und einem entsprechenden Dämpfungsglied kann
die Messung des Frequenzhubes eines FM-Senders erfolgen.
die genaue Messung der Oberschwingungsanteile eines Senders erfolgen.
die Messung des Seitenbandinhalts eines Senders erfolgen.
die genaue Messung einer Senderfrequenz erfolgen.


Prüfungsfrage
TJ504  Ein Frequenzzähler verfügt über eine Genauigkeit von ±1 ppm. Wenn der Zähler auf den 100-MHz-Bereich eingestellt wird, beträgt die Genauigkeit am oberen Ende des 100-MHz-Bereichs plus bzw. minus
10 Hz
100 Hz
1 kHz
100 MHz

Lösung: 1 ppm (parts per million) von 1 MHz sind 1 Hz. Bei 100 MHz sind es also 100 Hz.



Prüfungsfrage
TJ505  Welches dieser Messgeräte ist für genaue Frequenzmessungen am besten geeignet?
Dipmeter
Absorptionsfrequenzmesser
Oszilloskop
Frequenzzähler.


Prüfungsfrage
TJ506  Welches der folgenden Geräte kann nicht für die Prüfung von Harmonischen verwendet werden?
Spektrumanalysator
Interferenzwellenmesser
Absorptionsfrequenzmesser
Frequenzzähler.


Prüfungsfrage
TJ507  Ein digitaler Frequenzzähler verfügt über eine Genauigkeit von 10 ppm und wird für eine Messung bei 145 MHz verwendet. Welcher der Messwerte weist die richtige Anzahl von Dezimalstellen für die angegebene Genauigkeit auf?
145,0752 MHz
145,07522 MHz
145,07 MHz
145,075215 MHz

Lösung: 1 ppm bei MHz ist Hz. 10 ppm wären 10 Hz. Also kann nur über die Zehnerstelle eine genaue Aussage gemacht werden.



Prüfungsfrage
TJ508  Benutzt man bei einem Frequenzzähler eine Torzeit von 10s anstelle von 1s erhöht sich
die Auflösung.
die Langzeitstabilität.
die Messgenauigkeit.
die Stabilität.

Kommentar: Das Prinzip dieser Frequenzzähler ist, dass für eine bestimmte einstellbare Torzeit die ankommenden Impulse gezählt werden. Je höher die Auflösung sein soll, desto mehr Impulse müssen gezählt werden, also eine lange Torzeit eingestellt werden.



Prüfungsfrage
TJ509  Was stellt die mit " X " gekennzeichnete Stelle der folgenden Anzeige eines Frequenzzählers dar?

Hertz
Kilohertz
Hundertfache Hertz
Zehnfache Hertz


Prüfungsfrage
TJ510  Was stellt die mit " X " gekennzeichnete Stelle der folgenden Anzeige eines Frequenzzählers dar?
Kilohertz
Hertz
Hundertfache Hertz
Zehnfache Hertz


Prüfungsfrage
TJ815  Welches Hilfsmittel sollten Sie bei präzisen Frequenzmessungen benutzen?
Einen Frequenzzähler mit stabiler Zeitbasis.
Einen KW-Empfänger mit Frequenzanzeige.
Ein Digital-Multimeter in der Stellung Frequenzmessung.
Einen Absorptionsfrequenzmesser oder ein Dipmeter.


Prüfungsfrage
TJ816  Wenn ein Frequenzzähler für die Überprüfung der Frequenz eines Senders verwendet wird, ist
der Zähler an den Netztransformator zu synchronisieren.
ein Träger ohne Modulation zu verwenden.
der Zähler mit der Sendefrequenz zu synchronisieren.
eine analoge Modulation des Trägers zu verwenden.


Prüfungsfrage
TJ817  Welche Konfiguration gewährleistet die höchste Genauigkeit bei der Prüfung der Trägerfrequenz eines FM-Senders?
Frequenzzähler und unmodulierter Träger
Oszilloskop und unmodulierter Träger
Frequenzzähler und modulierter Träger
Absorptionsfrequenzmesser und modulierter Träger


Prüfungsfrage
TJ818  Ein RTTY-Signal benötigt eine Bandbreite von ±3 kHz. Ein Frequenzzähler mit einer Genauigkeit von 1 ppm wird für die Prüfung der Frequenzanzeige eines 145-MHz-Senders verwendet. Wie klein darf der Mindestabstand zur oberen Bandgrenze sein, ohne dass die Übertragung gegen die Auflagen verstößt?
6,30 kHz
3,145 kHz.
4,45 kHz
6,00 kHz

Kommentar: 1 ppm bei MHz sind Hz, also ist die Genauigkeit 145 Hz. Dazu kommt der Abstand durch die benötigte Bandbreite. Macht zusammen 3 kHz plus 145 Hz.



Prüfungsfrage
TJ819  Ein Quarznormal hat einen relativen Fehler von F = +/- 0,001 %. Wie genau können Sie eine Frequenz von f = 14100 kHz bestimmen?
F = ±1,41 Hz 
F = +/- 141 Hz
F = ±14,1 Hz
F = ±1410 Hz

Lösung: 0,001 sind 1 Tausendstel - aus Kilohertz werden Hertz. Prozent sind davon 1 Hundertstel, also  zwei Nullen ab von 14100.


Für die Messung sehr hoher Frequenzen kann man einen Frequenzzähler mit einem "Vorteiler" versehen. Üblich ist, die Frequenz um den Faktor 10 herunter zu setzen und dann die Frequenz mit dem Zähler zu messen. Dann ist die Anzeige um den Faktor 10 geringer als die wirkliche Frequenz.



Prüfungsfrage
TJ820  Wenn ein Faktor-10-Frequenzteiler vor einem Frequenzzähler geschaltet wird und der Zähler 14,5625 MHz anzeigt, beträgt die tatsächliche Frequenz
1,45625 MHz.
145,625 MHz.
14,5625 MHz.
135,625 MHz.

Kommentar: Der Frequenzteiler teilt die gemessene Frequenz. Also ist die gemessene Frequenz entsprechend höher!


Der Spektrumanalysator

Ein Spektrumanalysator kann die Hochfrequenzausgangsamplitude eines Senders in Abhängigkeit von der Frequenz darstellen. Dazu besitzt der Spektrumanalysator (englisch: Analyzer) einen Empfänger mit "Wobbeloszillator", der schnell seine Frequenz in einem bestimmten Frequenzbereich (Wobbelbandbreite) hin und her verändert. Das empfangene Signal wird dann auf einem Bildschirm (Display) angezeigt.

Die Wobbelbandbreite kann für die Messung von Nebenwellenausstrahlungen sehr breit eingestellt und für Messungen der Senderbandbreite sehr schmal eingestellt werden.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-9: Spektrum eines SSB-Senders bei unterschiedlicher Aussteuerung  (Y: 20 dB/Div X: 2 bzw. 1 kHz/Div)

In allen drei Fällen handelt es sich um einen SSB-Sender, der mit einem Zweitonsignal mit zwei gleich großen Signalamplituden ausgesteuert wurde. Im Bild A sind deutlich die beiden Frequenzen ohne nennenswerte Nebenausstrahlungen zu erkennen.

Im Bild B wurden die NF-Amplituden zur Aussteuerung des Senders erhöht. Dadurch entstehen außer den beiden gewünschten Frequenzen noch zusätzliche Nebenfrequenzen, die im Bild C noch stärker ausgeprägt sind und starke "Splatter-Störungen" in der Nähe der Sendefrequenz bewirken. Der Sender darf so nicht betrieben werden.

Bei breitbandiger Einstellung des Spektrumanalysators (z.B. Mittenfrequenz 144 MHz und jedes Kästchen horizontal 100 kHz) wurden bei Eintonaussteuerung eines Senders folgende Signale sichtbar gemacht.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-10: Spektrum eines Senders bei Eintonaussteuerung (Y: 20 dB/Div, X: 100 kHz/Div)

Bei Bild A ist bei einer eingestellten Dynamik von 100 dB (Vertikalamplitude) nur ein einziges Signal zu sehen. Der Sender arbeitet einwandfrei. Bei Bild B sind mit einer Unterdrückung von zirka 60 dB einige Nebenausstrahlungen zu sehen, die in benachbarten Frequenzbereichen zu Störungen führen können. Im Bild C ist besonders in der Nähe der Sendefrequenz aber auch noch in einigen 100 kHz Abstand vom Träger ein starkes Rauschen zu erkennen. Der Sender darf so nicht betrieben werden.


Prüfungsfrage
TJ707   Mit welchem der folgenden Messinstrumente können die genauen Frequenzen der Harmonischen eines Signals gemessen werden? Sie können gemessen werden
mit einem Spektrumanalysator
mit einen digitalen Frequenzzähler.
mit einem Breitbandpegelmesser.
mit einem Oszilloskop.

Praktische Messtechnik

Gleichstrommessungen

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-12: Gleichspannungs- und Gleichstromstrommessung

Messgeräte zur Spannungsmessung werden grundsätzlich zur zu messenden Spannung parallel geschaltet. Strommesser müssen in Reihe in den Stromkreis geschaltet werden. Häufig ist das Auftrennen des Stromkreises schwierig, um einen Strom messen zu können. Dann hilft man sich so, indem man an einem vorhandenen Widerstand, die Spannung misst und den Strom berechnet. Dies nennt man "indirekte Strommessung".


Prüfungsfrage
TJ802  Wie sollten Strom- und Spannungsmesser zur Feststellung der Gleichstrom-Eingangsleistung des dargestellten Endverstärkers (PA) angeordnet werden?
Spannungsmesser bei 1, Amperemeter bei 2.
Spannungsmesser bei 1, Amperemeter bei 3.
Spannungsmesser bei 3, Amperemeter bei 1.
Spannungsmesser bei 3, Amperemeter bei 4.


Prüfungsfrage
TJ803  Für die Messung der Gleichstrom-Eingangs­ leistung werden verschiedene Messgeräte verwendet. Bei welchen der Instrumente in der Abbildung handelt es sich um Amperemeter?
1, 2 und 3
2, 3 und 4
2, 4 und 1
1, 3 und 4

Wie man im Bild 16-13 erkennt, fließt bei einer Spannungsmessung auch Strom durch das Messgerät. Dies gibt systematische Messfehler bei Messungen an hochohmigen Spannungsteilern.

 
Bild 16-13: Spannungsmessung an einem hochohmigen Spannungsteiler

 


Prüfungsfrage
TJ807  Das an den im Bild 16-13 abgebildeten Spannungsteiler angeschlossenen Messgerät ist auf den 10-V-Bereich eingestellt und hat eine Empfindlichkeit von 20 kΩ/V. Welcher Spannungswert wird angezeigt?
3,3 V
5 Volt
6,7 Volt
7,5 Volt

Lösung ohne Messgerät: Für einen Vergleich rechnen wir zunächst einmal die Spannung am unteren Widerstand aus, wenn das Messgerät nicht angeschlossen wäre.

Normaler Spannungsteiler

Diese Lösung bitte nicht ankreuzen!

Rechnung mit angeschlossenem Messgerät: Zunächst wird der Innenwiderstand des Messgerätes berechnet und zwar nach dem Prinzip: Innenwiderstand ist Empfindlichkeit mal Bereich.

Der untere Widerstand besteht also aus der Parallelschaltung von zwei Widerständen zu je 200 kΩ. Das ergibt 100 kΩ. Zwei Widerstände zu je 100 kΩ teilen die Spannung 2 : 1. Es werden also 5 V gemessen. Diese Lösung müssen Sie ankreuzen.

Bei der Spannungsmessung muss man darauf achten, dass der Innenwiderstand des Messgerätes viel größer ist als der des Messobjekts.


Prüfungsfrage
TJ801  Wie werden elektrische Spannungsmesser an Messobjekte angeschlossen, und welche Anforderungen muss das Messgerät erfüllen, damit der Messfehler möglichst gering bleibt?
Der Spannungsmesser ist parallel zum Messobjekt anzuschließen und sollte hochohmig sein.
Der Spannungsmesser ist in den Stromkreis einzuschleifen und sollte niederohmig sein.
Der Spannungsmesser ist parallel zum Messobjekt anzuschließen und sollte niederohmig sein.
Der Spannungsmesser ist in den Stromkreis einzuschleifen und sollte hochohmig sein.


Prüfungsfrage
TJ804  Welches der nachfolgend genannten Messgeräte ist für eine genaue Spannungsmessung zwischen A und B am besten geeignet?

Digital Multimeter mit einer Genauigkeit von ± 0,5 % ± 1 Digit und einem Eingangswiderstand von 10 MΩ in den Gleichspannungsmessbereichen
Feinmessgerät der Klasse 0,5 mit einer Empfindlichkeit von 10 kΩ/V
Drehspulmessgerät mit einer Empfindlichkeit von 4 kΩ/V
Digital Multimeter mit einer Genauigkeit von ± 0,5 % ± 1 Digit und einem Eingangswiderstand von 1 MΩ in den Gleichspannungsmessbereichen

Widerstandsmessungen

Um einen Widerstand auszumessen gibt es Ohmmeter. Man schaltet dabei eine Batterie in den Stromkreis und misst den Strom. Die Skala ist dann bereits in Ohm eingeteilt.

Bei der indirekten Widerstandsmessung misst man Spannung und Strom an einem Widerstand. Dabei gilt es auf folgende Fehlermöglichkeiten zu vermeiden.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-14: Widerstandsmessschaltungen

Bild A zeigt die stromrichtige Messung. Die Spannung am Widerstand wird leicht falsch gemessen, nämlich um den Spannungsabfall am Innenwiderstand des Strommessers. Bild B zeigt die spannungsrichtige Messung. Jedoch wird der Strom falsch gemessen, weil durch den Strommesser auch noch der zusätzliche (geringe) Messwerkstrom durch den Spannungsmesser angezeigt wird.

Für die jeweilige Messung muss man sich entscheiden, welche der beiden Schaltungen in diesem Fall besser ist. Bei einem hochohmigen Widerstand fließt wenig Strom. Da würde der Fehlerstrom an Schaltung B viel ausmachen, also wählt man besser Schaltung A. Bei einem niederohmigen Widerstand fließt viel Strom durch den Widerstand. Es stört der Fehlerstrom kaum. Also wählt man Schaltung B.


Prüfungsfrage
TC101  Welche Schaltung könnte dazu verwendet werden, den Wert eines Widerstandes anhand des Ohmschen Gesetzes zu ermitteln?

Messungen an Verstärkern

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-15: NF-Verstärker in Emitterschaltung

Mit einem einfachen Gleichstrommessgerät kann man recht gut Fehler an Transistorschaltungen lokalisieren. Im Normalfall sollte bei obiger Emitterschaltung am Punkt C (Kollektor) die halbe Betriebsspannung zu messen sein. So genau kommt es nicht drauf an. Wenn man bei 10 Volt Betriebsspannung dort 4 bis 7 Volt misst, müsste die Schaltung auch noch funktionieren.

Am Emitterwiderstand sollte etwa ein Zehntel der Betriebsspannung liegen. Am Punkt E müsste man also in diesem Fall etwa 1 Volt (0,5 bis 1,5) messen. An der Basis (B) aber muss die Spannung genau 0,6 Volt höher sein als am Emitter, also etwa 1,6 Volt gegenüber Masse.

Wenn am Emitter (Punkt E) die Spannung Null oder am Kollektor (Punkt C) volle Betriebsspannung ist, fließt kein Strom. Der Transistor ist wahrscheinlich kaputt oder der Transistor bekommt keinen Basisstrom, wenn die Basis nach Masse kurzgeschlossen ist oder der obere Spannungsteilerwiderstand hochohmig geworden ist. Wenn die Spannung am Emitterwiderstand dagegen sehr hoch ist, hat der Transistor wahrscheinlich einen Kurzschluss.


Prüfungsfrage
TF330  Bei welchem der nachfolgenden Fälle misst man nur eine geringe oder gar keine Spannung am Emitterwiderstand einer ZF-Stufe?
Wenn kein Eingangssignal am Empfänger anliegt.
Wenn der Abblockkondensator seine Kapazität verloren hat.
Wenn der Transistor eine Unterbrechung hat
Wenn der Widerstand hochohmig geworden ist.


Prüfungsfrage
TF327  Bei welchem der folgenden Fälle misst man eine hohe Spannung am Emitterwiderstand einer Empfänger-ZF-Stufe?
Der Transistor hat einen Kurzschluss.
Der Widerstand hat einen Kurzschluss.
Der Transistor ist hochohmig.
Der Abblockkondensator hat nicht mehr die erforderliche Kapazität.

Mit einem Oszilloskop kann man viel genauer feststellen, welcher Fehler vorliegt. Ein Funkamateur, der NF- oder HF-Schaltungen selber aufbaut, sollte sich ein Oszilloskop zulegen. An den Eingang des Verstärkers legt man ein sinusförmiges Signal und beobachtet gleichzeitig dieses Eingangssignal und das Ausgangssignal. Das Ausgangssignal muss natürlich verstärkt worden sein, also eine mindestens zehnmal größere Amplitude haben und die Kurvenform der Signale muss übereinstimmen. Ist das Signal am Ausgang oben oder unten abgeflacht, liegt der Arbeitspunkt nicht in der Mitte. Ist das Signal sowohl oben wie auch unten abgeflacht. liegt eine Übersteuerung vor. Das Eingangssignal oder die Verstärkung muss reduziert werden. Bei bestimmten Ausgangsformen von verzerrten sinusförmigen Hochfrequenzsignalen kann man erkennen, dass durch Verzerrung Oberwellen entstanden sind.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-16: Verzerrtes Ausgangssignal

Im Bild 16-16 beispielsweise ist die erste Oberwellen (zweite Harmonische) des sinusförmigen Signals entstanden. Man erkennt es daran, dass genau die doppelte Frequenz als Überlagerung der Sinuskurve zu sehen ist (siehe Kapitel 11: Nichtsinusförmige Signale!).


Prüfungsfrage
TD414  Das folgende Oszillogramm zeigt die Ausgangs- spannung eines Verstärkers, an dessen Eingang eine rein sinusförmige Wechselspannung anliegt.

Welche Oberwelle wird von dem Verstärker erzeugt?

 Die zweite Harmonische
Die dritte Harmonische
Die vierte Harmonische
Die fünfte Harmonische

Siehe auch Kapitel Technik A12!


Prüfungsfrage
TD415  Das folgende Oszillogramm zeigt die Ausgangs- spannung eines Verstärkers, an dessen Eingang eine rein sinusförmige Wechselspannung anliegt.

Welche Oberwelle wird von dem Verstärker erzeugt?

Die zweite Harmonische
Die dritte Harmonische
Die vierte Harmonische
Die fünfte Harmonische


Messungen an Oszillatoren

Wenn man mit einem Oszilloskop die Signalform ansehen oder mit einem Frequenzzähler die Frequenz eines Oszillators messen will, muss man darauf achten, dass sich bei der Messung die Frequenz nicht verändert, denn jedes Messgerät hat eine Eingangskapazität. Deshalb misst man die Frequenz erst hinter der Pufferstufe, denn die Frequenz ändert sich dadurch ja nicht.

Möchte man die Kurvenform beobachten, kann man auch direkt am Oszillator messen. Allerdings muss man damit rechnen, dass dann die Frequenz nicht mehr stimmt und dass eventuell der Oszillator durch den Eingangswiderstand bedämpft wird. Deshalb muss man in diesem Fall einen Teilertastkopf verwenden.


Prüfungsfrage
TD608  Für die Messung der Oszillatorfrequenz sollte der Tastkopf hier vorzugsweise am Punkt
A angelegt werden.
B angelegt werden.
C angelegt werden.
D angelegt werden.


Messungen an Sendern

Beginnen wir mit einer


Prüfungsfrage
TE105  Welches Bild stellt die Übermodulation eines AM-Signals dar?

Mit einem Oszilloskop kann man das Ausgangssignal eines Senders beobachten. Man moduliert mit einer konstanten Niederfrequenz und triggert das Oszilloskop auf die NF. Dann erhält man ein stehendes Bild des Hüllkurvensignals, während das HF-Signal ein durchgehendes Band (Fläche) darstellt.


Prüfungsfrage
TJ701  Was stellt diese Schaltung dar?
Absorptionsfrequenzmesser
HF-Tastkopf
Antennenimpedanzmesser
HF-Dipmeter


Prüfungsfrage
TJ702  Wozu dient diese Schaltung? Sie dient
zur Messung der Resonanzfrequenz mit einem Frequenzzähler.
als Messkopf für Messungen mit einem HF-Dipmeter.
zum Abgleich von HF-Schaltungen.
als Tastkopf für einen Logiktester.


Prüfungsfrage
TJ703  Was stellt diese Schaltung dar?
Antennenimpedanzmesser
Absorptionsfrequenzmesser
Messkopf zur HF-Leistungsmessung
HF-Dipmeter


Prüfungsfrage
TJ704  Sie wollen mit der folgenden Messschaltung die Ausgangsleistung eines 2-m-Senders überprüfen, der voraussichtlich zirka 15 W HF-Leistung liefert. Was sollte für die Messung vor die dargestellte Messschaltung geschaltet werden?

Stehwellenmessgerät
25-m-langes Koaxialkabel vom Typ RG213 (MIL)
Dämpfungsglied 20 dB, 20 Watt
Adapter BNC-Buchse auf N-Stecker


Prüfungsfrage
TJ705  Was muss für die genaue Messung der HF-Ausgangsleistung eines Senders mit einer solchen Schaltung berücksichtigt werden?
Bei den Umrechnungen darf nur mit dem Effektivwert gerechnet werden
R1 muss genau 50 Ω betragen.
Korrekturwerte, die z.B. aus Vergleichsmessungen stammen.
Die Messschaltung muss vor jeder Messung mit einem Dipmeter überprüft werden.


Prüfungsfrage
TJ708  Für den Bau einer Dummy Load wurden Schichtwiderstände von 150 Ohm / 1 Watt verwendet. Jeweils vier Widerstände wurden in Serie geschaltet und durch Parallelschaltung dieser Serienschaltungen wurden zirka 50 Ohm erreicht. Wie viele Widerstände wurden insgesamt benötigt und welche Dauerleistung verträgt die Dummy Load?
gesamt 48 Widerstände, 12 Watt
gesamt 48 Widerstände, 48 Watt
gesamt 12 Widerstände, 48 Watt
gesamt 16 Widerstände, 16 Watt

Lösung: Jede Reihe hat 600 Ohm. 600 : 50 = 12. Es werden 12 Reihen á 4 Widerstände benötigt, also 48 Stück. Diese 48 Widerstand werden gleich belastet. Zusammen ergeben sich also 48 Watt.


Prüfungsfrage
TJ832  Mit der nebenstehenden Schaltung soll die Ausgangsleistung eines 2-m-Handfunkgerätes gemessen werden. D1 und D2 sind Schottkydioden mit UF  = 0,23 V. Am Ausgang wird mit einem Digitalvoltmeter eine Gleichspannung von 15,3 V gemessen. Wie groß ist etwa die HF-Leistung am Eingang der Schaltung?
Zirka 1,2 Watt
Zirka 4,7 Watt
Zirka 600 mW
Zirka 2,4 Watt

Lösung: Die Hälfte der Messspannung, also 7,65 V plus Spannungsabfall an der Diode, also 7,88 V ist der Spitzenwert. Davon der Effektivwert ergibt 5,57 V. Diese Spannung liegt an der Parallelschaltung von 56 Ω und 470 Ω (ergeben genau 50 Ω). Damit berechnet sich die Leistung.


Prüfungsfrage
TJ833  Die Leistung eines 2-m-Senders soll mit einer künstlichen 50-Ω-Antenne bestimmt werden, die über eine Anzapfung bei 5 Ω vom erdnahen Ende verfügt. Zur Messung an diesem Punkt wird die nebenstehende Schaltung eingesetzt.
D1 und D2 sind Schottkydioden mit UF  = 0,23 V. Am Ausgang der Schaltung wird dabei mit einem Digitalvoltmeter eine Gleichspannung von 15,3 V gemessen. Wie groß ist etwa die HF-Leistung des Senders?

Zirka 60 Watt
Zirka 480 Watt
Zirka 340 Watt
Zirka 240 Watt

Lösung:Die Hälfte der Messspannung also 7,65 V plus Spannungsabfall an der Diode, also 7,88 V ist der Spitzenwert. Davon der Effektivwert ergibt 5,57 V. Vor dem 10:1-Spannungsteiler sind es 55,7 V. Daraus berechnen wir die Leistung


Messung der Senderleistung

Wenn man einen SSB-Sender mit einem sinusförmigen Ton moduliert, erhält man als Ausgangssignal nur eine einzige Frequenz. Dies bedeutet, dass es keine Hüllkurve gibt. Es sieht genau so aus wie ein CW-Träger. Um die Modulation eines SSB-Senders beurteilen zu können, muss man den Sender mit zwei verschiedenen Tönen gleicher Amplitude ausmodulieren. Man nennt dieses Signal ein Zweiton-SSB-Testsignal. Dieses sieht dann genau so aus wie ein Doppelseitenbandsignal (DSB).

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-17: a) Zweiton-SSB-Signal, b) Einton-SSB-Signal oder CW-Signal oder FM-Signal

Bei SSB-Sendern wird meistens die Spitzen-Hüllkurvenleistung angegeben. Das ist der Effektivwert der Leistung für den höchsten Punkt der Hüllkurve, bevor der Sender übersteuert. Zur Messung wird der Sender mit einem Zweitonsignal ausgesteuert und an einer 50-Ohm-Dummy-Load (Widerstand als künstliche Antenne) die Spitzenspannung gemessen oder mit einem Oszilloskop angezeigt.

Steht kein Zweitonoszillator zur Verfügung, kann die Messung auch mit einer Eintonaussteuerung (CW) erfolgen. Jedoch wird die Spannung etwas kleiner sein, da die Betriebsspannung bei dieser Vollaussteuerung wegen des höheren mittleren Stroms etwas geringer wird. Diese Leistung nennt man dann Sinusleistung.

Die hohe Wechselspannung an der Ausgangsbuchse eines Senders direkt zu messen, führt gelegentlich zu Problemen. Deshalb wird gern an der Ausgangsbuchse ein Spannungsteiler angeschlossen und dann mit einer Diodenschaltung diese geringe Teilspannung gleichgerichtet und mit einem einfachen Gleichstrominstrument gemessen. So kann man eine Aussage machen über die ungefähre Ausgangsleistung. Allerdings stimmt die Berechnung nur, wenn der Sender mit seinem Nennausgangswiderstand (50 Ohm) abgeschlossen ist. Bei einem schlechten SWR misst man unter Umständen eine viel zu hohe oder zu niedrige Spannung.


Prüfungsfrage
TJ830  Dem Eingang der folgenden Messschaltung wird eine HF-Leistung von 1 Watt zugeführt. D ist eine Schottkydiode mit UF  = 0,23 V. Welche Spannung UA ist am Ausgang A zu erwarten, wenn die Messung mit einem hochohmigen Voltmeter erfolgt?
4,8 V
3,3 V
7,1 V
9,8 V

Lösung: Die HF-Leistung wird der Parallelschaltung aus zweimal 110 Ω und 660 Ω zugeführt. Die Spannung an diesem Widerstand von 50,77 Ω beträgt

Am Spannungsteiler liegt die Hälfte davon, also 3,56 V. Der Spitzenwert davon ist 5,03 V und wegen des Spannungsabfalls an der Diode ergeben sich 4,8 V.


Prüfungsfrage
TJ831  Bei der folgenden Schaltung besteht R1 aus einer Zusammenschaltung von Widerständen, die einen Gesamtwiderstand von 50,77 Ω hat und etwa 200 Watt aufnehmen kann. D ist eine Siliziumdiode mit UF  = 0,7V. Am Ausgang wird mit einem Digitalvoltmeter eine Gleichspannung von 14,9 V gemessen. Wie groß ist etwa die HF-Leistung am Eingang der Schaltung?
4,7 Watt
37,8 Watt
9,5 Watt
19 Watt

Hinweis: Um auf die richtige vorgegebene Lösung zu kommen, müsste der Aufgabentext eigentlich lauten: TJ831 Bei der folgenden Schaltung besteht R1 aus einer Zusammenschaltung von Widerständen, so dass der Gesamtwiderstand R einschließlich Spannungsteiler einen Wert von 50,77 Ω hat ...

Mit dieser Änderung erfolgt die Lösung folgendermaßen.

Lösungsweg: Vor der Diode in der Mitte des Spannungsteilers beträgt die Spannung 14,9 V + 0,7 V = 15,6 V. Am Widerstand R ergibt sich der doppelte Wert, also 31,2 V. Dies ist der Spitzenwert. Für die Leistung wird der Effektivwert benötigt.

U = 0,707 ·31,2 V = 22,0584 V



Prüfungsfrage
TJ834  Das folgende Bild zeigt das Zweiton-SSB-Ausgangssignal eines KW-Senders, das mit einem Oszilloskop ausreichender Bandbreite über einen 10:1-Tastkopf direkt an der angeschlossenen künstlichen 50-Ω-Antenne gemessen wurde. Welche Ausgangsleistung (PEP) liefert der Sender?
36,0 W
144 W
400 W
576 W

Hinweis: Siehe Lösungsweg bei der folgenden Aufgabe!


Prüfungsfrage
TJ835  Das folgende Bild zeigt das Zweiton-SSB-Ausgangssignal eines KW-Senders, das mit einem Oszilloskop ausreichender Bandbreite über einen 2:1-Tastkopf direkt an der angeschlossenen künstlichen 50-Ω-Antenne gemessen wurde. Welche Ausgangsleistung (PEP) liefert der Sender?
36,0 W
144 W
400 W
576 W

Lösung: Aus dem Diagramm kann man Ablesen, dass der Spitzenwert 60 V beträgt. Für die PEP-Leistung benötigt man den Effektivwert bei dieser Spitze. Der Effektivwert beträgt 0,707 mal 60 V, also 42,42 V. Vor dem 2:1-Teiler beträgt die Spannung also 84,84 V. Damit berechnet sich die Leistung zu


Prüfungsfrage
TJ836  Das folgende Bild zeigt das Zweiton-SSB-Ausgangssignal eines KW-Senders, das mit einem Oszilloskop ausreichender Bandbreite über einen 2:1-Tastkopf direkt an der angeschlossenen künstlichen 50-Ω-Antenne gemessen wurde. Welche Ausgangsleistung (PEP) liefert der Sender?
36,0 W
144 W
400 W
1,6 kW

Lösung machen? -> E-Mail an DJ4UF eckart.moltrecht(at)gmail.com


Prüfungsfrage
TG233  Welche Aufgabe hat diese Schaltung am Senderausgang und was ist bei der Bemessung des Spannungsteilers zu beachten?

Sie dient als HF-Spannungsmesser. Der Spannungs- teiler R1/R2 muss so bemessen sein, dass die Spannungsbelastbarkeit der Diode nicht überschritten wird. Der Widerstand R1 muss so bemessen sein, dass die an der Diode entstehenden Oberwellen von der Antenne möglichst hoch entkoppelt sind.
Sie dient als SWR-Anzeige. Der Spannungsteiler R1/R2 wird mit Hilfe eines Reflektometers voreingestellt. Die Spannungsbelastbarkeit der Diode darf nicht überschritten werden. Der Widerstand R1 muss so bemessen sein, dass die an der gekrümmten Kennlinie der Diode zusätzlich entstehenden Oberwellen nicht die Messung verfälschen.
Sie dient als Antennenimpedanzmesser. Der Spannungsteiler R1/R2 wird als Impedanzanpassung der Messdiode verwendet. Die Spannungsbelastbarkeit der Diode darf nicht überschritten werden. Der Widerstand R1 muss so bemessen sein, dass die an der gekrümmten Kennlinie der Diode zusätzlich entstehenden Oberwellen nicht die Messung verfälschen.
Sie dient als Leistungsmesser. Über den Spannungsteiler R1/R2 wird das HF-Hitzdraht-Amperemeter kalibriert. Der Widerstand R1 muss so bemessen sein, dass die an der gekrümmten Kennlinie der Diode zusätzlich entstehenden Oberwellen vom Messinstrument möglichst hoch entkoppelt sind und nicht die Messung verfälschen.


Prüfungsfrage
TG307  Wie und wo wird die Ausgangsleistung eines Senders gemessen?
Am Speisepunkt der Antenne wird bei Eintonaussteuerung die Leistung gemessen. 
An der Antennenbuchse wird bei Eintonaussteuerung die Leistung gemessen.
An der Antennenbuchse wird bei Sprachmodulation die maximale Hüllkurvenleistung (PEP) gemessen.
Am Speisepunkt der Antenne wird bei Sprachmodulation die maximale Hüllkurvenleistung (PEP) gemessen.

Messungen an Antennen

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-18: Maxima und Minima durch stehende Wellen

Wie gut eine Antenne an die Zuleitung oder die Zuleitung an den Senderausgang angepasst ist, kann mit dem Stehwellenverhältnis s (SWR oder VSWR) oder dem Reflexionsfaktor r beschreiben werden. Schickt man hochfrequente Leistung auf ein Kabel und wird wegen einer Fehlanpassung der Antenne an das Kabel nicht alle Energie abgenommen, wird dieser Teil reflektiert und wandert wieder zurück in Richtung Sender.

Dabei überlagert sich diese rücklaufende Welle Ur mit der vorlaufenden Welle Uv . Es entstehen in regelmäßigen Abständen λ/2 vom Leitungsende aus gerechnet Wellenberge (Uv +Ur ) und Wellentäler (Uv +Ur ). Das Verhältnis von maximaler Spannung (Umax ) zu minimaler Spannung (Umi n) nennt man Stehwellenverhältnis VSWR (voltage standing wave ratio), manchmal auch nur SWR. Als Formel geschrieben erhalten wir (siehe Bild 16-18).

In der Hochfrequenzmesstechnik rechnet man häufig mit dem Reflexionsfaktor, den man mit einem Reflektometer (siehe Lektion 17: Schaltungs- und Gerätetechnik) direkt messen kann. Der Reflexionsfaktor ist direkt das Verhältnis der Spannung der rücklaufenden zur vorlaufenden Welle.

Der Reflexionsfaktor kann auch mathematisch "komplex" werden. Für die folgenden Betrachtungen ist aber nur der Betrag des Reflexionsfaktors erforderlich. Meint man den Betrag einer Größe, so schreibt man die Größe zwischen zwei senkrechten Strichen. Der Betrag einer Zahl ist ihr Abstand von Null. Er ist immer eine nicht-negative reelle Zahl. Der Betrag von r kann Werte zwischen 0 und 1 annehmen.

Es sollen nun Formeln abgeleitet werden, die eine Umrechnung vom VSWR in den Reflexionsfaktor und umgekehrt ermöglichen. Aus Bild 16-18 erkennen wir

Oder umgestellt

Die eingerahmten Formeln finden Sie auch in der Formelsammlung des Fragenkatalogs zur Prüfung der Klasse A, den Sie bei der Prüfung ausgehändigt bekommen.

Beispiel
Mit einem Richtkoppler wurde die vorlaufende Spannung mit 100 µV gemessen und die rücklaufende mit 50 µV. Wie groß ist das Stehwellen­verhältnis?

Lösung:

Man könnte auch auf dem Umweg über den Reflexionsfaktor rechnen. Wenn die Hälfte der Spannung reflektiert wird, ist der Reflexionsfaktor 0,5.

Wenn die Hälfte der Spannung reflektiert wird, ergibt sich also ein Stehwellenverhältnis von 3. Für den Sonderfall, dass keine Hochfrequenz reflektiert wird, ergibt sich folgendes Stehwellenverhältnis.

Merken Sie sich:
Bei einem Stehwellenverhältnis von 1 (bzw. 1:1) liegt optimale Anpassung vor.

Aufgabe
Mit einem Vorwiderstand von 1 kΩ wurde ein Strommesser zu einem Spannungsmesser erweitert. Berechnen Sie das Stehwellenverhältnis, wenn für die Summenspannung ein Wert von 100 (µA) und für die Differenzspannung ein Wert von 33,3 (µA) gemessen wurde.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Aus Kapitel A10: Skala eines Stehwellenmessgerätes

Ob Strom oder Spannung - die Berechnung bleibt gleich. Trägt man für alle möglichen Verhältnisse das SWR in eine Skala eines Messgerätes ein, kann man ohne weitere Rechnung das SWR direkt ablesen.

Ableseübung
Wie groß ist das SWR, wenn der Zeigerausschlag bei
a) 10,   b) 20,   c) 33,   d) 50   e) 66 (µA) steht?

Lösungen: a) 1,2  b) 1,4  c) 2  d) 3  e) 4,9


Prüfungsfrage
TJ404  Ein Stehwellenmessgerät wird in ein ideal angepasstes Sender-/Antennensystem eingeschleift. Das Messgerät sollte
ein Stehwellenverhältnis von 1:1 anzeigen.
einen Rücklauf von 100% anzeigen.
ein Stehwellenverhältnis von 1:0 anzeigen.
ein Stehwellenverhältnis von 0:1 anzeigen.

Ein Stehwellenmessgerätr besteht aus einem Richtkoppler und einer Anzeige. Der Aufbau eines solchen Richtkoppler wird in der Lektion 19: Eigenbau Schaltungstechnik ausführlich beschrieben. So sieht die Schaltung aus.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 16-11: Aufbau des Richtkopplers

Die Messung geht nun folgendermaßen vor sich. Man schickt die zu messende Hochfrequenz durch das innere Koaxkabel zur Antenne. Dann misst man die Spannung an einem Ende, schaltet um und misst die Spannung am anderen Ende der anderen Stegleitung. Aus diesen Spannungswerten kann man gemäß folgender Formel das Stehwellenverhältnis (SWR) berechnen.

Ein SWR ist also immer größer als Eins. Man gibt es meistens als Verhältnis bezogen auf 1 an, beispielsweise 3 : 1 oder 1,5 : 1. Das beste SWR ist 1 : 1. Viele moderne Sender regeln die Leistung automatisch zurück, wenn das SWR schlechter als 2 : 1 wird. In diesem Fall muss man die Antennenanlage anpassen. Mehr zur Anpassung und zur Messung und zur Berechnung des Stehwellenverhältnisses haben Sie bereits in der Lektion 10: HF-Leitungen kennen gelernt.

 


Prüfungsfrage
TJ401  Bei dieser Schaltung handelt es sich um
ein Impedanzmessgerät.
ein Reflektometer.
einen Absolutleistungsmesser.
einen Absorptionsfrequenzmesser.


Prüfungsfrage
TJ402  Für welchen Zweck wird eine Stehwellenmessbrücke verwendet?
Zur Überprüfung der Anpassung des Senders an die Antenne
zur Frequenzkontrolle.
zur Modulationskontrolle.
als Abschluss des Senders.


Prüfungsfrage
TJ403  Ein Stehwellenmessgerät misst bei einer HF-Leitung im Grunde
die vorlaufende und rücklaufende Leistung am eingebauten Abschlusswiderstand.
die vorhandene Impedanz in Vor- und Rückrichtung der Leitung.
die Summen der Spannungen die kapazitiv und induktiv bei einer Koppelschleife einkoppeln.
die Maximalspannung (Umax ) und die Minimalspannung (Umin ) auf der Leitung.


Prüfungsfrage
TJ404  Ein Stehwellenmessgerät wird in ein ideal angepasstes Sender-/Antennensystem eingeschleift. Das Messgerät sollte
ein Stehwellenverhältnis von 1:1 anzeigen.
einen Rücklauf von 100% anzeigen.
ein Stehwellenverhältnis von 0 anzeigen.
ein Stehwellenverhältnis von 1:0 anzeigen.


Prüfungsfrage
TJ405  Welches dieser Instrumente kann für die Anzeige der Anpassung zwischen einem UHF-Sender und der Speiseleitung verwendet werden?
Interferometer
Universalmessgerät mit Widerstandsanzeige
Ein Reflektometer
Anpassungsübertrager

Die Höhe der reflektierten Spannung Ur und damit Umax und Umin hängt direkt vom Grad der Fehlanpassung, also vom Verhältnis Abschlusswiderstand R2 (z.B. Antennen-widerstand) zum Wellenwiderstand Z der Zuleitung ab. Ist der Abschlusswiderstand größer als der Wellenwiderstand Z des Kabels, gilt folgende Formel

Ist der Abschlusswiderstand kleiner als Z, gilt folgende Formel.


Beispiel
Wie groß ist das Stehwellenverhältnis, wenn ein 50-Ω-Kabel mit einem Widerstand von a) 100 Ω, b) 10 Ω abgeschlossen wird?

Lösungen:


Prüfungsfrage
TH221  Ein Kabel mit einem Wellenwiderstand von 75 Ohm wird zur Speisung eines Faltdipols verwendet. Welches Stehwellenverhältnis (VSWR) s kann man auf der Leitung erwarten?
0,3
ca. 1,5 bis 2
ca. 3,2 bis 4
5,7

Lösung: Ein Faltdipol hat eine Impedanz zwischen 240 und 300 Ohm.


Prüfungsfrage
TJ824  Zur Überprüfung eines Stehwellenmessgerätes wird dessen Ausgang mit einem 150-Ω-Widerstand abgeschlossen. Welches Stehwellenverhältnis muss das Messgerät anzeigen, wenn die Impedanz von Messgerät und Sender 50 Ω beträgt?
2
2,5
3,33
3

Bisher wurde nur mit Spannungen gerechnet (VSWR). Interessant ist häufig auch, wie viel Prozent der Leistung denn eigentlich abgestrahlt (von der Antenne aufgenommen) wird. Deshalb soll dazu eine Formel abgeleitet werden.


Prüfungsfrage
TH422  Am Eingang einer Antennenleitung misst man ein VSWR von 3. Wie groß ist in etwa die rücklaufende Leistung am Messpunkt, wenn die vorlaufende Leistung dort 100 Watt beträgt?
12,5 W
25 W
50 W
75 W

Lösung etwas weiter unten


Prüfungsfrage
TJ406  Eine Antenne hat ein Stehwellenverhältnis (VSWR) von 3. Wie viel Prozent der vorlaufenden Leistung wird an der Stoßstelle Kabel-Antenne reflektiert?
25 %
33 %
50 %
75 %

Lösung: unterhalb der folgenden Aufgabe.


Prüfungsfrage
TH220  Eine Antenne hat ein Stehwellenverhältnis (VSWR) von 3. Wie viel Prozent der Sendeleistung wird von der Antenne abgestrahlt, wenn sonst keine weiteren Verluste auftreten und keine Anpassung erfolgt?
25 %
50 %
75 %
29 %

Lösungen: Bei einem VSWR von 3 wird genau die Hälfte der Spannung reflektiert. Die Hälfte der Spannung bedeutet wegen des quadratischen Zusammenhangs ein Viertel der Leistung, also 25 %. 75 % bleibt also für die Abstrahlung übrig.

Berechnung mit Formeln:


Prüfungsfrage
TH329  Am Eingang einer HF-Übertragungsleitung werden 100 W HF-Leistung bei richtiger Anpassung eingespeist. Die Dämpfung der Leitung beträgt 3 dB. Welche Leistung wird bei Leerlauf oder Kurzschluss am Leitungsende reflektiert, wenn dabei am Leitungsende keine Leistung verbraucht oder abgestrahlt wird?
25 Watt
50 Watt
50 Watt bei Leerlauf und 0 Watt bei Kurzschluss
0 Watt bei Leerlauf und 50 Watt bei Kurzschluss

Kommentar: Bei Leerlauf oder Kurzschluss wird alles, was ankommt, reflektiert. Am Leitungsende kommt wegen der 3 dB Dämpfung nur die Hälfte (50 %) der Leistung, also 50 W an. Eine SWR-Messung würde SWR = 3 anzeigen.


Prüfungsfrage
TH330  Am Eingang einer Antennenleitung, deren Dämpfung mit 5 dB berechnet wurde, werden 10 Watt HF-Leistung eingespeist. Mit der am Leitungsende angeschlossenen Antenne misst man am Leitungseingang ein VSWR von 1. Welches VSWR ist am Leitungseingang zu erwarten, wenn die Antenne am Leitungsende abgeklemmt wird?
Ein VSWR von zirka 3,6 oder mehr.
Ein VSWR von zirka 1,9 oder weniger.
Ein VSWR von zirka 0, da sich vorlaufende und rücklaufende Leistung gegenseitig auslöschen.
Ein VSWR, das gegen unendlich geht, da am Ende der Leitung die gesamte HF-Leistung reflektiert wird.

Lösungsweg: 5 dB hin plus 5 dB zurück ergibt 10 dB, also kommen am Leitungsanfang ein Watt zurück. Mit der Formel für den Reflexionsfaktor aus der Formelsammlung errechnen wir diesen und daraus das SWR.


Prüfungsfrage
TH331  Am Eingang einer Antennenleitung, deren Dämpfung mit 3 dB berechnet wurde, werden 10 Watt HF-Leistung eingespeist. Mit der am Leitungsende angeschlossenen Antenne misst man am Leitungseingang ein VSWR von 3. Mit einer künstlichen 50-Ω-Antenne am Leitungsende beträgt das VSWR am Leitungseingang etwa 1. Was lässt sich aus diesen Messergebnissen schließen?
Die Antennenleitung ist fehlerhaft, an der Antenne kommt so gut wie keine HF-Leistung an.
Die Antenne ist fehlerhaft. Sie strahlt so gut wie keine HF-Leistung ab.
Die Antennenanlage ist in Ordnung. Es werden etwa 5 Watt HF-Leistung abgestrahlt.
Die Antennenanlage ist in Ordnung. Es werden etwa 3,75 Watt HF-Leistung abgestrahlt.

Lösungsweg: 3 dB hin plus 3 dB zurück ergibt 6 dB (ein Viertel der Leistung oder halbe Spannung), also Reflexionsfaktor |r| = 0,5 und daraus SWR s = 3. Es muss also die gesamte Leistung reflektiert worden sein. Es liegt ein Kurzschluss oder Leerlauf vor. Die Antennenleitung ist aber in Ordnung (Messung mit Dummy Load und s = 1).

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild aus Kapitel A10: Einsatz des SWR-Meters bei Verwendung einer Matchbox

Das Stehwellenmessgerät wird an der Stelle einer Antennenanlage eingeschleift, wo das SWR bestimmt werden soll. Möchte man die Antenne selbst überprüfen, setzt man das SWR-Meter zwischen Antennenkabel und Antenneneingang. Möchte man mit einem Universalanpassgerät (Matchbox) eine Antennenanlage inklusive Kabel anpassen, sieht es folgendermaßen aus.


Prüfungsfrage
TJ821  Wie misst man das Stehwellenverhältnis? Man misst es
mit einer SWR-Messbrücke oder einer Messleitung.
mit einem Absorptionsfrequenzmesser oder einem Dipmeter.
durch Strommessung am Anfang und am Ende der Speiseleitung.
durch Spannungsmessung am Anfang und am Ende der Speiseleitung.


Prüfungsfrage
TJ822  Ein Stehwellenmessgerät wird bei Sendern zur Messung
der Bandbreite eingesetzt.
der Oberwellenausgangsleistung eingesetzt.
der Antennenanpassung eingesetzt.
des Wirkungsgrades eingesetzt.


Prüfungsfrage
TJ823  An welchem Punkt sollte das Stehwellenmessgerät eingeschleift werden, um zu prüfen, ob der Sender gut an die Antennenanlage angepasst ist?
Punkt 1
Punkt 2
Punkt 3
Punkt 4

Viel Erfolg beim Lehrgang wünscht Ihnen Eckart Moltrecht DJ4UF!


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Copyright-Hinweis:
Eckart K. W. Moltrecht Dieser DARC-Online-Lehrgang wurde mit freundlicher Genehmigung des Autors Eckart K. W. Moltrecht aus seinen Büchern "Amateurfunk-Lehrgang für das Amateurfunkzeugnis" aus dem VTH-Verlag für das Internet umgewandelt. Das Copyright liegt beim Autor und beim Verlag. Mehr über den Autor!
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Letzte Bearbeitung: 06.11.2016 DK2DQ, 16.06.2017 DJ4UF
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