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.
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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
Noch ein kleiner Nachtrag der Vollständigkeit halber, beide Charts sind mit dem Smith Chart Tool von Fritz Dellsperger erstellt worden. 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
"Der Serienkreis (Fall 1) wird bei Resonanz hochohmig." muss natürlich korrekterweise "Der Parallelkreis (Fall 1) wird bei Resonanz hochohmig."
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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