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Forum: HF, Funk und Felder Welche Anpassung ist besser?


Autor: Bernhard (Gast)
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Guten Abend.

Ich hoffe ich bin hier richtig mit meinem Anliegen aufgehoben. Als 
Schüler  beschäftige ich mich derzeit ein wenig mit drahtloser 
Energieübertragung. Dazu würde ich nun gerne erste Gehversuche mit einer 
Antenne an einem Funktionsgenerator (vorhanden) durchführen, der eine 
feste Frequenz ausgibt.
Da der Funktionsgenerator einen 50 Ohm Ausgang hat wäre eine 
Impedanzanpassung der Schleifenantenne angebracht. Mit nur zwei 
reaktiven Elementen (Kondensatoren) lässt sich ja eine Impedanzanpassung 
bewerkstelligen. Nun meine Frage, welches der beiden gezeigten 
Anpassungsnetzwerke würde man bevorzugt verwenden und wieso?
Ersteres Netzwerk habe ich schon oft bei kommerziellen 
RFID-Leiterplattenantennen gefunden. Was spricht aber gegen das 
Anpassnetzwerk 2? Zugegebenermaßen ist das Signal beim Anpassnetzwerk 1 
AC-gekoppelt, dennoch transformieren beide Netzwerke die Impedanz bei 
einer festgelegten Frequenz auf meine 50 Ohm.
Kann mir jemand den Grund für oder gegen eines der Netzwerke nennen?

Ich danke euch für eure Hilfe beim Verständnis, Bernhard.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Vergleich mal die erhaltenen Werte...

Autor: branadic (Gast)
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Hallo,

grundsätzlich lässt sich das gar nicht so pauschal beantworten. Es kommt 
zum Einen auf die Induktivität der Leiterschleife, zum Anderen auf die 
Frequenz an. Es gibt durchaus Beispiele, in denen beide Anpassnetzwerke 
zum Ergebnis führen können.
Am besten schaut man sich das in einem Smith Chart an, dann erkennt man 
schnell, mit welchem Netzwerk man zu seinen 50 Ohm kommt.

Anbei ein Beispiel theoretischer Natur, mit einer Induktivität von 3µH 
und 1 Ohm Gleichstromwiderstand bei 10MHz angepasst (Z=1+j188,5).
Die Induktivität ist zusätzlich in beiden Beispielen, wie in deinem 
obigen Anpassnetzwerk gezeigt, mit einem 2k-Parallelwiderstand bedämpft.
Daneben gibt es aber auch Beispiele, in denen man eben nicht mit beiden 
Netzwerken zum Ergebnis kommt.

Ich hoffe das hilft dir weiter.

branadic

Autor: branadic (Gast)
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Noch ein kleiner Nachtrag der Vollständigkeit halber, beide Charts sind 
mit dem Smith Chart Tool von Fritz Dellsperger erstellt worden.

branadic

Autor: df1as (Gast)
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Man kann noch einen Schritt weiter gehen und beide (korrekten) 
Anpassungen bewerten. Dazu dient ebenfalls das Smith-Diagramm:

Je dichter sich der Anpassungsverlauf an die reelle Achse anschmiegt 
(die horizontale Mittellinie), umso breitbandiger ist die Anpassung. In 
den beiden Beispielen ist daher die Anpassung nach MNW1.PNG etwas 
breitbandiger realisiert als nach MNW2.PNG.

Man kann sogar die Anzahl an Anpassgliedern erhöhen, um in kleineren 
Schritten, dafür aber insgesamt geradliniger ans Ziel zu kommen 
(Breitbandanpassung).

Bei hoher Kreisgüte kommt man im Smith-Diagramm weit nach außen 
(resonantes Verhalten). Das ist z. B. eine wichtige Information für 
HF-Leistungsverstärker, denn eine hohe Kreisgüte bedeutet auch hohe 
Spannungen an den betroffenen Bauteilen und eine kleine Bandbreite.

Eine Anpassung mit möglichst wenigen Bauteilen ist daher nicht immer 
vorteilhaft.

Autor: branadic (Gast)
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Danke für die ergänzenden Worte, das ist ein guter Hinweis. Den 
Frequenzsweep habe ich mal weggelassen, sodass nun leider nicht die 
Anpassung über der Frequenz sehen kann.

Nebenbei bemerkt stützt sich der TE aller Wahrscheinlichkeit nach auf 
PCB-Antennen wie diese hier:

http://www.kts-systeme.de/wp-content/uploads/DB-KT...

Hier kann man bei genauer Betrachtung ein Anpassnetzwerk nach MNW1 
erkennen. Dort findet sich auch der Platz für einen Parallelwiderstand.
Es sollte vielleicht noch erwähnt werden, dass durch diesen 
Parallelwiderstand die Schleifenantenne auch etwas breitbandiger wird. 
Diesen kann man natürlich nicht beliebig klein machen, weil sonst dort 
mehr Leistung verbraten wird als in der eigentlichen Antenne.

branadic

Autor: Guizmo (Gast)
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Wenn es um Energieübertragung geht liegt ja das Interesse an einet 
optimalen Leistungsabgabe bei Resonsanz, der Serienkreis wird bei 
Resonanz niederohmig und kann mehr Energie an die Umgebung abgeben.
Der Serienkreis (Fall 1) wird bei Resonanz hochohmig.

Meine Wahl würde definitiv auf Anpassnetzwerk 2 fallen.

Grüße,

Guizmo

Autor: Guizmo (Gast)
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"Der Serienkreis (Fall 1) wird bei Resonanz hochohmig."
muss natürlich korrekterweise
"Der Parallelkreis (Fall 1) wird bei Resonanz hochohmig."

Autor: df1as (Gast)
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Ist denn der Begriff 'Energieübertragung' hier richtig? Im Sinne von: 
ein anderes System (ggf. in unmittelbarer Nähe positioniert) über eine 
gewisse Zeit mit Leistung versorgen - so, wie es z. B. bei den passiven 
RF-ID-Systemem geschieht.

In solch einem Fall dürfte die Antenne nicht allein betrachtet werden, 
sondern das gekoppelte System.

Ansonsten gibt die Antenne die maxmimale Leistung ab, wenn sie 
bestmöglich (konjugiert komplex) angepasst wird. Dabei wäre es m. E. 
unerheblich, auf welche Weise die Anpassung geschieht (verlustarm 
natürlich schon, Frequenzgang auch nicht betrachtet). Beide Lösungen 
sind dafür gleich gut - beide passen korrekt an.

Auch ohne einen zusätzlichen Parallelwiderstand wird ein Wirkwiderstand 
bei der Antenne vorhanden sein, ansonsten könnte die Antenne keine 
Leistung abgeben. Das Ersatzschaltbild ist daher nie rein induktiv oder 
rein kapazitiv zu sehen. Ein Teil der reellen Komponente geht aber 
leider in der Praxis auf (Kupfer-) Verluste zurück. Dagegen hilft die 
Wahl der Anpassung nicht, nur z. B. die Verwendung von Supraleitern.

Ich würde die Ausgangsfrage so zusammenfassen:

Eine Anpassung in der komplexen Ebene lässt sich immer mit zwei linear 
unabhängigen Größen erreichen. Das Vorzeichen des imaginären Anteils 
(induktiv oder kapazitiv) bestimmt mindestens eines der benötigten 
Anpasselemente (Antenne ist induktiv, also muss mindestens ein C dabei 
sein). Durch Widerstands- und Leitwerttransformation (Spiegelung im 
Smith-Diagramm - entspricht der Serien- und Parallelschaltung) kann man 
meist annähernd rechtwinklig zueinander (zumindest aber nicht in 
gleicher Richtung wegen der linearen Unabhängigkeit) Wege zur Anpassung 
finden. Dabei kann auch ggf. die Reihenfolge getauscht werden.

Analogum: Wie komme ich zum Kiosk im Häuserblock diagonal gegenüber?

Alle anderen Effekte, wie z. B. die resultierende Bandbreite, sind 
höherer Ordnung und sprengen vermutlich den Rahmen dieser Arbeit.

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