Inhaltsübersicht

• Analog anzeigende Messgeräte
• Digital anzeigende Messgeräte
• Oszilloskop
• PEP-Leistung
• Dipmeter
• SWR
• Dummy Load

Nicht nur beim Selbstbau von Funkgeräten oder Zubehör, auch beim normalen Funkbetrieb spielt die Messtechnik eine Rolle, nämlich dann, wenn die Leistung des Senders oder die Anpassung an die Antenne ermittelt werden soll.

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. Zunächst geht es um Grundlagen zur Messtechnik.

Analog anzeigende Messgeräte

Die meisten analog anzeigenden Messgeräte funktionieren nach dem elektrodynamischen Prinzip. Dabei erzeugt die zu messende elektrische Größe zwischen dem feststehenden Messwerkteil und dem beweglichen Organ (Bild 17-1) ein mechanisches Drehmoment. Meistens erzeugt der Strom in einer Drehspule, welche in einem konstanten Magnetfeld angeordnet ist, eine entsprechende Kraftwirkung. Der Zeigerausschlag ist proportional zu dem durch die Messwerkspule fließenden Strom.

Prüfungsfrage

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

Frage: Wie groß ist die Spannung, die der Spannungsmesser in dem Bild 17-2 anzeigt?

Diese Frage ist allein mit der Zeigerstellung nicht zu beantworten. Bei einem Vielfachmessgerät muss der eingeschaltete Bereich (Endausschlag) bekannt sein. Deshalb wird die Frage erweitert.

Prüfungsfrage

TJ205  Wie groß ist die Spannung, wenn ein Bereich von 10 Volt eingeschaltet ist?
(siehe auch Bild 17-2)
	2,93 V
	29,3 V
	8,8 V
	88 V

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Bei Zeigerinstrumenten treten Ablesefehler auf, wenn man anstatt genau von oben, schräg von der Seite auf die Skala schaut, wie man dies im Bild 17-3 erkennt. Man nennt dies Parallaxenfehler.

Digital anzeigende Messgeräte

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. Bei der analogen Anzeige kann man die geringfügigen Bewegungen des Zeigers direkt verfolgen.

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 (siehe Bild 17-5 nächste Seite).

Mit dem in Bild 17-5 dargestellten Multimeter kann man folgende Größen messen.
• Gleichspannung (DCV)
• Wechselspannung (ACV)
• Wechselstrom (ACA)
• Gleichstrom (DCA)
• Kapazitäten (Cx)
• Widerstände (O)
• Stromverstärkung Transistor (hFE)
• Durchgangsprüfer mit Signalton

Digital anzeigende Multimeter sind im Umgang ziemlich robust. Es ist nicht schlimm, wenn man einen Messbereich überschreitet. Diese Geräte haben meistens mehrere eingebaute Schutzfunktionen. Nur der hohe Strombereich ist häufig ungeschützt. Deshalb gibt es dafür meistens eine eigene Buchse (Bild 17-6).

Die Messschnüre steckt man folgendermaßen in die Buchsen. Das schwarze Messkabel kommt immer in den Anschluss COM (common = gemeinsam).

Zur Messung einer Spannung oder eines Widerstandes kommt das rote Kabel in die Buchse V/O. Zur „normalen“ Strommessung kommt die rote Messschnur in die Buchse mA (Milliampere). Nur, wenn man größere Ströme im Amperebereich messen will, kommt das rote Kabel in die Buchse 20 A. An dieser Buchse steht dran, dass man die maximal 20 A aber auch nur kurzzeitig (maximal 15 Sekunden lang) messen darf. Wahrscheinlich wird sonst der Messgerätewiderstand (Shunt) zu warm. Außerdem steht „unfused“ dabei, was ungesichert (keine Sicherung) bedeutet. Durch einen zu hohen Strom über 20 A kann man also das Messgerät zerstören. Bei Strommessungen muss man immer vorsichtig sein.

Ein wichtiges Kriterium bei digitalen Messgeräten ist die Auflösung. Es bedeutet die kleinste Unterteilung der Anzeige, also welchen kleinsten Wert das Messgerät noch unterscheiden kann.

Prüfungsfrage

TJ102  Die Auflösung eines Messinstrumentes entspricht ...
	der Genauigkeit des Instrumentes in Bezug auf den tatsächlichen Wert.
	der kleinsten Einteilung der Anzeige.
	der Genauigkeit des Instrumentes.
	dem Vollausschlag der Instrumentenanzeige.

Spannungs- und Strommessung

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.

Damit bei einer Spannungsmessung die Messung nicht verfälscht wird, sollte möglichst wenig Strom durch das Messgerät abfließen. Deshalb müssen Spannungsmesser möglichst hochohmig sein. Strommesser dagegen müssen niederohmig sein, damit an ihrem Innenwiderstand nicht zu viel Spannung verloren geht.

Prüfungsfrage

TJ202    Wie werden elektrische Spannungsmesser an Messobjekte angeschlossen und welche Anforderungen muss das Messgerät erfüllen, damit der Messfehler möglichst gering bleibt?
	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.
	Der Spannungsmesser ist parallel zum Messobjekt anzuschließen und sollte hochohmig sein.

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Prüfungsfrage

TJ201  Welche der folgenden Schaltungen könnte dazu verwendet werden, den Wert eines Widerstandes anhand des Ohmschen Gesetzes zu ermitteln?

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Oszilloskop

Mit einem Oszilloskop werden Zeitverläufe von Spannungen sichtbar gemacht. Die Anzeige erfolgt entweder mit einer Elektronenstrahlröhre (auch KO Katodenstrahloszilloskop genannt) oder mit einem LC-Display.

Der Wert einer Spannung kann mit dem eingestellten Ablenkfaktor (Y-Amplitude) bestimmt werden. Als Ablenkfaktor wird der Spannungswert angegeben, der notwendig ist, um den Leuchtpunkt um eine Rastereinheit zu verschieben. Der Ablenkfaktor wird durch die Abschwächer beeinflusst und ist von außen einstellbar.

Beispiela) Wie groß ist der Spitze-Spitze-Wert der angelegten Wechselspannung (Bild 17-8), wenn der Y-Ablenkfaktor auf 0,5 V/div (Volt pro Teilung) eingestellt ist?
b) Wie groß ist die Periodendauer der Schwingung, wenn für die X-Ablenkung eine Zeit von 20 µs/div eingestellt ist?

Lösung
a) U_ss = 6 · 0,5 V = 3 V
b) T = 10 · 20 µs = 200 µs

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 (siehe Lektion 3).

Prüfungsfrage

TJ203  Die Zeitbasis eines Oszilloskops ist so eingestellt, dass ein Skalenteil 0,5 ms entspricht. Welche Frequenz hat die angelegte Spannung?
	250 Hz
	500 Hz
	667 Hz
	333 Hz

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Prüfungsfrage

TJ107  Für welche Messungen verwendet man ein Oszilloskop? Ein Oszilloskop verwendet man, um …
	Signalverläufe sichtbar zu machen, um Verzerrungen zu erkennen.
	Frequenzen genau zu messen.
	den Temperaturverlauf bei Messungen sichtbar zu machen.
	die Anpassung bei Antennen zu überprüfen.

Prüfungsfrage

TJ108  Welches der folgenden Geräte wird für die Anzeige von NF-Verzerrungen verwendet?
	Ein Frequenzzähler
	Ein Oszilloskop
	Ein Transistorvoltmeter
	Ein Vielfachmessgerät

PEP-Leistung

Messung der PEP-Leistung eines Senders

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 (das sind zwei gleich große Signale aus dem NF-Bereich) ausgesteuert und an einer 50-O-Dummy-Load die Spitzenspannung gemessen oder mit einem Oszilloskop angezeigt.

Beispiel
Bei einem SSB-Sender wurde bei Zweitonaussteuerung ein Spitze-Spitze-Wert der Hüllkurve von 226 V an einer 50-O-Last gemessen. Wie groß ist die PEP-Leistung?

Lösung: Es werden zunächst die Effektivwerte von Spannung und Strom berechnet.

Der Spitzenwert ist die Hälfte von 226 V.   û = U_max = 113 V

Davon der Effektivwert ist   U = 0,707 · 113 V = 80 V.

Der HF-Strom durch die Dummy Load ist

\[ I = \frac{U}{R} = \frac{80 \ \text{V}}{50 \ \text{Ω}} = \mathbf{1,6 \ A} \]

Die Leistung (immer Effektivwert) beträgt

P = 80 V  · 1,6 A = 128 W

Prüfungsfrage

TG304  Die Spitzenleistung (PEP) ist definiert als die ...
	Durchschnittsleistung einer SSB-Übertragung.
	Leistung bei der Spitze der Hüllkurve.
	Spitzen-Spitzen-Leistung bei den höchsten Spitzen der Modulationshüllkurve.
	Mindestleistung bei der Modulationsspitze.

Dipmeter

Mit einem so genannten 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.

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.

Geeignet ist dieses Gerät, um die Resonanzfrequenz von passiven Schwingkreisen zu ermitteln, beispielsweise von den Traps von Antennen.

Präzise Frequenzmessungen sind allerdings mit einem Dipmeter nicht möglich. Die Anzeigegenauigkeit bei einem Dipper ist meist nicht besser als ±2 bis ±5 %.

Prüfungsfrage

TJ103  Was ist ein Dipmeter? Ein Dipmeter ist ...
	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 abstimmbarer Oszillator mit einem Indikator, der anzeigt, wenn von einem ankoppelten Resonanzkreis bei einer Frequenz HF-Energie aufgenommen oder abgegeben wird.
	ein auf eine feste Frequenz eingestellter RC-Schwingkreis mit einem Indikator, der anzeigt, wie stark die Abstrahlung unerwünschter Oberwellen ist.

Prüfungsfrage

TJ104  Wozu wird ein Dipmeter beispielsweise verwendet? Ein Dipmeter wird verwendet zur ...
	ungefähren Bestimmung der Leistung eines Senders.
	genauen Bestimmung der Dämpfung eines Schwingkreises.
	ungefähren Bestimmung der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises.
	genauen Bestimmung der Güte eines Schwingkreises.

Prüfungsfrage

TJ105  Welches dieser Messgeräte ist für die Ermittlung der Resonanzfrequenz eines Traps, das für einen Dipol genutzt werden soll, am besten geeignet?
	Eine SWR-Messbrücke
	Ein Frequenzmessgerät
	Ein Resonanzwellenmesser
	Ein Dipmeter

Prüfungsfrage

TJ106  Wie ermittelt man die Resonanzfrequenz eines Antennen-Schwingkreises? Man ermittelt sie ...
	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.
	durch Messung von L und C und Berechnung oder z.B. mit einem Dipmeter.

Das SWR-Meter

Zur Überprüfung der Anpassung des Senders an die Antenne verwendet ein Funkamateur ein Stehwellenmessgerät (SWR-Meter). Was Stehwellen sind und was SWR oder VSWR bedeutet, wurde in diesem Lehrgang in Lektion 10 schon ein wenig beschrieben. Hier folgt noch eine Ergänzung im Rahmen der Messtechnik. Die Formel für die Berechnung des SWR (s) findet man in der Formelsammlung der BNetzA.

\[ s = \frac{U_{max}}{U_{min}} = \frac{U_\mathcal{V} + U_r}{U_\mathcal{V}-U_r} \]

Beispiel
Mit einem Richtkoppler (Stehwellenmessbrücke) wurde die vorlaufende Welle mit 1 V gemessen und die rücklaufende Welle mit 0,5 V. Wie groß ist das Stehwellenverhältnis?

Lösung:

\[ s = \frac{1 \ \text{V} + 0,5 \ \text{V}}{1 \ \text{V} -0,5 \ \text{V}} = \mathbf{3} \]

Wenn die Hälfte der Spannung reflektiert wird, ergibt sich ein Stehwellenverhältnis von 3.

Für den Sonderfall, dass keine Hochfrequenz reflektiert wird U_r = 0), ergibt sich folgendes SWR (VSWR = voltage standig wave ratio).

\[ s = \frac{1 \ \text{V} + 0 }{1 \ \text{V} -0} = \frac{1}{1} = \mathbf{1} \]

Bei einem Stehwellenverhältnis von 1 liegt optimale Anpassung vor.

Prüfungsfrage

TH402  Bei welchem SWR ist eine Antenne am besten an die Leitung angepasst? Sie ist am besten angepasst bei einem SWR von ...
	1
	0
	3
	unendlich

Ein SWR-Meterbesteht im Prinzip aus einem Richtkoppler (siehe Aufbaulehrgang Klasse A Lektionen 16 und 19) mit einer Anzeige für die vorlaufende und die rücklaufende Welle. Man nennt das Teil auch SWR-Messbrücke. Die Anzeige kann ein umschaltbares analoges Messinstrument sein oder es sind zwei Instrumente (eines für U_v und eines für U_r) oder es gibt Geräte mit einem Kreuzzeigerinstrument. Um die Funktionsweise ein wenig zu verstehen, folgt eine Rechenaufgabe.

Aufgabe 16-2
Berechnen Sie das Stehwellenverhältnis, wenn für die vorlaufende Welle ein Wert von 100 (µA oder mV - egal, kürzt sich weg) und für die rücklaufende Welle folgende Werte gemessen wurden.
a) 10, b) 20, c) 33,3, d) 50, e) 66

Diese Berechnung ist nicht prüfungsrelevant. Sie können die Berechnung überspringen und bei der Ableseübungweiter machen.

Für Interessierte: Beispiel a)

\[ s = \frac{U_\mathcal{V} + U_r}{U_\mathcal{V}-U_r} = \frac{100+10}{100-10} = \frac{110}{90} = \mathbf{1{,}22} \]

Alle Lösungen: a) 1,22, b) 1,5, c) 2, d) 3, e) 4,9

Trägt man Werte für das SWR in eine Skala eines Messgerätes ein, hat man die Anzeige für ein Stehwellenmessgerät (Bild 17-9).

Ableseübung Bild 17-9
Wie groß ist das SWR, wenn der Zeigerausschlag bei 50 (µA) steht?

Lösung: SWR =

Prüfungsfrage

TH401  Eine Antenne hat ein Stehwellenverhältnis (VSWR) von 3. Wie viel Prozent der Sendeleistung wird von der Antenne abgestrahlt, wenn sonst keine Verluste auftreten?
	25 %
	29 %
	50 %
	75 %

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Das Stehwellenmessgerät wird an der Stelle einer Antennenanlage eingeschleift, wo das SWR bestimmt werden soll. Soll die Antenne selbst überprüft werden, setzt man das SWR-Meter zwischen Antennenkabel und Antenneneingang (Bild 17-10 SWR2). Möchte man überprüfen, wie gut der Sender an die gesamte Antennenanlage mit Kabeln und Stecker angepasst ist, schleift man das SWR-Meter an der Stelle SWR1 ein.

Prüfungsfrage

TJ209  Wie misst man das Stehwellenverhältnis? Man misst es
	mit einem Absorptionswellenmesser oder einem Dipmeter.
	durch Strommessung am Anfang und am Ende der Speiseleitung.
	durch Spannungsmessung am Anfang und am Ende der Speiseleitung.
	mit einer SWR-Messbrücke.

Prüfungsfrage

TJ210  Ein Stehwellenmessgerät wird bei Sendern eingesetzt zur Messung ...
	der Oberwellenausgangsleistung.
	der Bandbreite.
	der Antennenanpassung.
	des Wirkungsgrades.

Prüfungsfrage

TJ211  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

Dummy Load

Zur Hochfrequenzmesstechnik gehören nicht nur Messgeräte, sondern auch das Zubehör. Das wichtigste Zubehör ist der 50-Ohm-Widerstand, den man auch künstliche Antenne oder Dummy Load (wird englisch ausgesprochen: dammi lohd) nennt. Wenn Messungen am Sender oder am Zuleitungskabel nötig sind, muss man ja nicht eine Frequenz dafür belegen. Deshalb schließt man diesen Widerstand an die Antennenbuchse und „verheizt“ die Hochfrequenz, indem sie im Widerstand in Wärme umgewandelt wird.
Eine solche Dummy Load kann man selbst bauen. Allerdings muss man darauf achten, dass der Widerstand die Senderleistung auch verträgt. Wegen der Induktivität ist ein Drahtwiderstand dafür ungeeignet. Am besten eignen sich Metalloxid-Widerstände, aber ungewendelte Kohleschichtwiderstände eignen sich auch..

Eine Bauanleitung finden Sie auf Eckarts Homepage ... hier klicken.

Nebenbei: Berechnen Sie den Gesamtwiderstand!

330 Ohm + 330 Ohm = Ohm

Anzahl?   Geteilt durch Anzahl =Ohm

(Es sollten zirka 50 Ohm herauskommen.)

Jeder Widerstand hat 1 Watt. Mal Anzahl = Watt

Dies ist die Dauerleistung. Kurzzeitig (max. 3 s) kann die Dummy Load auch das Zehnfache aushalten.

Prüfungsfrage

TC109  Welche Bauart von Widerstand ist am besten für eine künstliche Antenne (Dummy Load) geeignet?
	Metalloxidwiderstand
	Kohleschichtwiderstand
	Keramischer Drahtwiderstand
	Frei gewickelter Drahtwiderstand aus Kupferdraht

Prüfungsfrage

TJ109  Eine künstliche Antenne für den VHF-Bereich könnte beispielsweise aus ...
	hochbelastbaren Drahtwiderständen zusammengebaut sein..
	Glühbirnen zusammengebaut sein.
	ungewendelten Kohleschichtwiderständen zusammengebaut sein.
	temperaturfesten Blindwiderständen bestehen.

Prüfungsfrage

TJ110  Welche der folgenden Bauteile könnten für eine genaue künstliche Antenne, die bei 28 MHz eingesetzt werden soll, verwendet werden?
	ein 50-Ohm-Drahtwiderstand
	2 parallel geschaltete Drahtwiderstände von 100 Ohm
	ein Spulenanpassfilter im Ölbad
	10 Kohleschichtwiderstände von 500 Ohm

Viel Erfolg beim Lehrgang wünscht Ihnen Eckart Moltrecht DJ4UF! Schreiben Sie mir bitte, wenn Sie die Prüfung erfolgreich abgelegt haben. E-Mail: Siehe weiter unten!

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Copyright-Hinweis:
	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 (möglicherweise einer älteren Auflage!) für das Internet umgewandelt. Das Copyright liegt beim Autor und beim Verlag. Mehr über den Autor!
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Letzte Bearbeitung: 23.05.2017 DJ4UF, 04.04.2020 DH8GHH
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