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.
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
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.
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-KTS-PCBA1356_X_DEU.pdf
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
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
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.
Eine eigene Frage?
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Stell sie in einem eigenen Thread – dort lesen mehr Leute mit, und sie wird öfter und schneller beantwortet.
Antenne_mit_Anpassnetzwerk.png
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