Verstärker mit Wellenwiderstand abschließen oder nicht

[Cubus (Gast)]

Mich interessiert folgende theoretische Problematik. Eine Antenne ist an 
einen Verstäker (z.B. Common Source-Verstärker) angeschlossen. Macht es 
Sinn zur Optimierung des SNRs den Eingang des Verstärkers mit dem 
Wellenwiderstand abzuschließen? Reflexionen werden so natürlich 
vermieden, jedoch ist die am Vertsärker anliegende Spannung so halbiert. 
Meines Wissens nach arbeitet der Verstärker doch als 
Spannungsverstärker. Das Rauschen, welches der Verstärker hinzufügt, 
sollte doch unabhängig von der anliegenden Spannung sein. So würde ich 
eigentlich annehmen, dass ohne ABschluß mit Wellenwiderstand der SNR am 
größten sein sollte. Bei Abschluß mit Wellenwiderstand (ohmsch) wird die 
abgegebene Leistung zwar maximiert, aber doch nur im Abschlußwiderstand 
verheizt. Ist das richtig? Ist der Eingangswiderstand (vermutlich 
hauptsächlich kapazitiv) des Vertsärkers zu berücksichtigen? Macht es 
Sinn möglicherweise den Abschluß mit Wellenwiderstand durch ein L in 
Reihe oder ähnlich zu realisieren?
Danke schon mal für die Antworten.
Grüße Cubus

[Jörg W. (dl8dtl) (Moderator)]

Cubus schrieb:
> Macht es
> Sinn zur Optimierung des SNRs den Eingang des Verstärkers mit dem
> Wellenwiderstand abzuschließen?

Nein.  Schließlich verheizt du ja einen Teil der Leistung im
Widerstand, die steht dir also nicht zum weiteren Verstärken
zur Verfügung.

[Jens G. (jensig)]

Statt künstlich einen ohmschen R zur Anpassung an den Eingang zu 
schalten, was Verluste mit sich bringt, sollte man lieber den 
Wellenwiderstand des Kabels über eine Anpassung an den 
Verstärkereingangs anpassen (induktiv, kapazitiv, mit filtern, oder 
sonstige "verlustleistungslose" Varianten), so daß bis zum verstärkenden 
Element Leistungsanpassung herrscht

[Peter R. (pnu)]

Wenn es auf minimales Rauschen ankommt, ist immer eine 
Leistungsanpassung notwendig, damit das Maximum des Nutzsignals 
übergeben wird. Das muss mit verlustfreien Anordnungen ( Trafo, 
LC-Transformation,Leitungstransformation) ausgeführt sein, sonst 
entsteht durch deren Verlustwiderstände zusätzliches Rauschen.

Man muss zum  Beispiel einen Antennenverstärker direkt am Anfang einer 
Leitung an die Antenne angepasst anschließen.

Wenn das Signal erst einmal verstärkt ist, kann man den Ausgang eines 
Verteiler-Verstärkers als Spannungausgang gestalten und nach Bedarf 
einen oder mehrere Verbraucher anschließen ohne das SNR wesentlich zu 
verschlechtern.

[Cubus (Gast)]

Im verstärkenden Element (angenommen Common Source-Verstärker am 
EIngang) kann doch aber keine Wirkleistung umgesetzt werden(Annahme 
einer Eingangskapazität Gate/Source). Ist das richtig? Die Antenne würde 
die maximale Leistung in einem engen Frequenzband abgeben, wenn ich ein 
L in Reihe zum Eingang schalte. Das L muß dann so gewählt werden, dass 
es zur Resonanz in dem ausgewählten Frequenzband kommt. Paßt das?

[Peter R. (pnu)]

Natürlich hat der FET in der common-source-Schaltung bei höherer 
Frequenz zwei Komponenten des Eingangswiderstands: kapazitiv (einige pF) 
und ohm'sch ( einige hundert Ohm bis einige kOhm bei hohen f) durch die 
internen Verluste des FET. Es wird also Wirkleistung umgesetzt.

Bei schlechter Anpassung geht also ein Teil des Nutzsignals im ohmschen 
Eingangswiderstand verloren.


Kompensation der kapazitiven Komponente beseitigt den Blindstrom, der zu 
zusätzlichen Verlusten führt.

Ist Rant kleiner als Rein, ist die Spannung aus der Antenne relativ 
klein. Aufwärtstransformieren bringt mehr Spannung, maximal U0.

Ist Rant größer als Rein, ist der Strom aus der Antenne relativ klein.
Abwärtstransformierung bringt mehr Strom, maximal Ik.

Die beiden Verläufe "begegnen" sich bei U = 1/2 U0  und bei I = 1/2 Ik, 
also bei Rant = Rein

[Cubus (Gast)]

Der parasiäre Eingangswidersdtand liegt dann in Reihe zur Kapazität? 
Verstehe ich dass richtig, dass es hinsichtlich SNR am günstigsten ist, 
wenn also die maximal von der Antenne abgegebene
Wirkleistung 1/2 U0 * 1/2 Ik an diesem parasitären ohmschen 
Eingangswiderstand verbraten wird?

[Peter R. (pnu)]

>wie ist der Wirkwiderstand geschaltet:
Meist ist sowohl Verlust in reihe als auch parallel vorhanden, das 
Ersatzschaltbild in jeder der beiden Formen ist möglich, nur hat dann R 
jeweils einen anderen Wert.

>Hoher Leistungsverlust
Ja, das ist leider so. Die Leistungsanpassung Ri = RL, die für optimale 
Übergabe schwacher Signale benutzt werden muss, ist von der 
Energiebilanz schlecht. Sie stellt eben den Zustand dar, in dem die 
maximale Leistung übergeben wird. Und das ist eben entscheidend, wenn 
die Signalleistung in die Größenordnung der Rauschleistung kommt.

An der Steckdose nimmt  man die Spannungsanpassung Ri<<RL. Da ist die 
Energiebilanz besser, am kleinen Ri geht wenig Leistung verloren.
Man ist aber auch nicht darauf angewiesen, aus der Steckdose die maximal 
mögliche Leistung zu lutschen.
So etwas macht man höchstens beim Autoakku, während des Anlassens.

[Michael L. (Gast)]

Hallo Cubus,

für eine optimale Lösung müßtest Du den äquivalenten Rauschwiderstand Rä 
und den äquivalenten Rauschleitwert Gä des Verstärkers bestimmen und den 
Generatorwiderstand RG anschließend (z. B. mit einem Transformator oder 
einer schmalbandigeren LC-Lösung) auf den Wert

RG_optimum = sqrt{Rä/Gä}

transformieren.

Dann liegt sogenannte "Rauschanpassung" vor, vgl.
http://books.google.de/books?id=DH92neILjVAC&pg=PA240&dq=Rauschanpassung&hl=de&ei=2WqmTKvkEIqRjAeqt8m-DA&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=4&ved=0CDgQ6AEwAw#v=onepage&q=Rauschanpassung&f=false

Gruß,
  Michael