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Luftleitung Hochfrequenztechnik Als Luftleitung 1 englisch air line 2 bezeichnet man in der Hochfrequenztechnik eine bes

Luftleitung (Hochfrequenztechnik)

Als Luftleitung (englisch air line) bezeichnet man in der Hochfrequenztechnik eine besonders präzise hergestellte, meist koaxial aufgebaute elektrische Leitung, die zur Halterung des Innenleiters keine dielektrischen Stützen, sondern nur Luft enthält.

Außenleiter (links) und noch nicht montierter Innenleiter einer koaxialen Luftleitung. Der Innendurchmesser D des Außenleiterrohrs beträgt sehr genau 7 mm.

Prinzip Bearbeiten

So erreicht man eine hochgenaue Realisierung des Leitungswellenwiderstandes (Impedanz) ZL, der sich aufgrund der sehr genau bekannten Permittivität von Luft (die relative Permittivität εr von Luft unter Normalbedingungen beträgt etwa εr ≈ 1,00059) außer aus dem exakt bekannten Wellenwiderstand des Vakuums Z0 allein aus den mechanischen Abmessungen D (Innendurchmesser des Außenleiterrohrs) und d (Durchmesser des Innenleiterstabes) der Leitung berechnen lässt.

Näherungsweise berechnet sich somit der Leitungswellenwiderstand einer koaxialen Luftleitung zu:

Anwendungen Bearbeiten

Bei präziser Herstellung von Außen- und Innenleiter, die mit Toleranzen von wenigen Mikrometern (µm) gefertigt werden können, erhält man eine Luftleitung, deren Impedanz um weniger als 0,1 Ω vom gewünschten Referenzwert (meist 50 Ω) abweicht. Die Luftleitung wird in der Hochfrequenzmesstechnik als Impedanznormal mit besonders geringem Reflexionsfaktor, beispielsweise zur Überprüfung (Verifikation) der Messgenauigkeit von Messgeräten eingesetzt.

Der Reflexionsfaktor r der Luftleitung lässt sich aus ihrem Leitungswellenwiderstand (Impedanz) ZL und der Referenzimpedanz (beispielsweise 50 Ω) berechnen:

Typische Reflexionsfaktoren qualitativ hochwertiger Luftleitungen betragen zwischen 0,2 % und 0,5 %. Umgerechnet in Reflexionsdämpfung a (Rückflussdämpfung)

ergeben sich Werte zwischen 46 dB (0,5 %) und 54 dB (0,2 %).

Reusenleitung eines Langwellensenders für 225 kHz (rechts im Hintergrund der 330 Meter hohe Sendemast des polnischen Rundfunksenders Solec Kujawski)

Luftleitungen sind praktisch in einem sehr großen Frequenzbereich etwa ab 1 GHz bis hinauf zu über 50 GHz (abhängig von den Anschlusstypen) einsetzbar und kommerziell erhältlich. Zu niedrigen Frequenzen wird ihr Einsatzbereich durch den Skin-Effekt begrenzt. Aufgrund der endlichen Leitfähigkeit der verwendeten Leitermaterialien (oberflächlich meist Gold mit einer spezifischen Leitfähigkeit σ ≈ 45·106 S/m) steigt die Eindringtiefe der elektromagnetischen Wellen zu niedrigen Frequenzen hin immer mehr an. Dies führt zu einer effektiven Vergrößerung des (elektrischen) Durchmesserunterschiedes von Außen- zu Innenleiter und somit zu einer Impedanzerhöhung der Luftleitung. Diese beträgt bei 3 GHz bereits etwa 20 mΩ und steigt umgekehrt proportional zur Wurzel aus der Frequenz mit fallender Frequenz weiter an. Ein wichtiges Qualitätsmerkmal von Luftleitungen ist auch eine geringe Rauheit der Oberfläche in der Größenordnung von weniger als einem Mikrometer (<1 µm). Die typische Länge einer Luftleitung beträgt 300 mm.

Koaxiale Luftleitungen werden auch in großen Abmessungen aus Drähten realisiert, um hohe Leistungen im Langwellen- und Mittelwellenbereich zu übertragen, beispielsweise zwischen Sendehaus und Sendemast (Bild). Sie werden als Reusenleitungen bezeichnet.

Darüber hinaus gibt es auch nichtkoaxiale Luftleitungen. Ein Beispiel sind koplanare Luftleitungen, die bei Prüfspitzen von Wafer-Probern verwendet werden.

Weblinks Bearbeiten

  • Modellierung mehrfach beschichteter, koaxialer Luftleitungen. Abteilungsnachricht der PTB, 2014, abgerufen am 2. Mai 2018.
  • Mathematikgestützte Kalibrierung von Vektornetzwerkanalysatoren (unter Verwendung einer Präzisions-Luftleitung). Abteilungsnachricht der PTB, 2008, abgerufen am 2. Mai 2018.
  • Luftleitung der Firma Rosenberger Hochfrequenztechnik mit 2,92 mm-Steckverbindern, abgerufen am 2. Mai 2018.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Meinke/Gundlach: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Band 1 – Grundlagen, Springer, 1992, S. 36. ISBN 3-540-54714-2.
  2. Operation and Maintenance Manual for Air Lines von Anritsu, 1990, S. 1. PDF; 85 kB (englisch), abgerufen am 3. Mai 2018.
  3. Mathematikgestützte Kalibrierung von Vektornetzwerkanalysatoren (unter Verwendung einer Präzisions-Luftleitung). Abteilungsnachricht der PTB, 2008, abgerufen am 2. Mai 2018.
  4. Luftleitung bis 40 GHz von Rosenberger Hochfrequenztechnik, abgerufen am 2. Mai 2018.
  5. Operation and Maintenance Manual for Air Lines von Anritsu, 1990, S. 1. PDF; 85 kB (englisch), abgerufen am 3. Mai 2018.
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Als Luftleitung 1 englisch air line 2 bezeichnet man in der Hochfrequenztechnik eine besonders prazise hergestellte meist koaxial aufgebaute elektrische Leitung die zur Halterung des Innenleiters keine dielektrischen Stutzen sondern nur Luft enthalt Aussenleiter links und noch nicht montierter Innenleiter einer koaxialen Luftleitung Der Innendurchmesser D des Aussenleiterrohrs betragt sehr genau 7 mm Inhaltsverzeichnis 1 Prinzip 2 Anwendungen 3 Weblinks 4 EinzelnachweisePrinzip BearbeitenSo erreicht man eine hochgenaue Realisierung des Leitungswellenwiderstandes Impedanz ZL der sich aufgrund der sehr genau bekannten Permittivitat von Luft die relative Permittivitat er von Luft unter Normalbedingungen betragt etwa er 1 00059 ausser aus dem exakt bekannten Wellenwiderstand des Vakuums Z0 allein aus den mechanischen Abmessungen D Innendurchmesser des Aussenleiterrohrs und d Durchmesser des Innenleiterstabes der Leitung berechnen lasst nbsp Z L Z 0 2 p e r ln D d displaystyle Z L frac Z rm 0 2 pi sqrt varepsilon rm r cdot ln left frac D d right nbsp Naherungsweise berechnet sich somit der Leitungswellenwiderstand einer koaxialen Luftleitung zu Z L 59 958 5 W e r ln D d 59 94 W ln D d displaystyle Z L approx frac 59 9585 Omega sqrt varepsilon rm r cdot ln left frac D d right approx 59 94 Omega cdot ln left frac D d right nbsp Anwendungen BearbeitenBei praziser Herstellung von Aussen und Innenleiter die mit Toleranzen von wenigen Mikrometern µm gefertigt werden konnen erhalt man eine Luftleitung deren Impedanz um weniger als 0 1 W vom gewunschten Referenzwert meist 50 W abweicht Die Luftleitung wird in der Hochfrequenzmesstechnik als Impedanznormal mit besonders geringem Reflexionsfaktor beispielsweise zur Uberprufung Verifikation der Messgenauigkeit von Messgeraten eingesetzt 3 Der Reflexionsfaktor r der Luftleitung lasst sich aus ihrem Leitungswellenwiderstand Impedanz ZL und der Referenzimpedanz beispielsweise 50 W berechnen r Z L 50 W Z L 50 W displaystyle r frac Z L 50 Omega Z L 50 Omega nbsp Typische Reflexionsfaktoren qualitativ hochwertiger Luftleitungen betragen zwischen 0 2 und 0 5 Umgerechnet in Reflexionsdampfung a Ruckflussdampfung a 20 d B lg r displaystyle a 20 mathrm dB cdot lg left r right nbsp ergeben sich Werte zwischen 46 dB 0 5 und 54 dB 0 2 nbsp Reusenleitung eines Langwellensenders fur 225 kHz rechts im Hintergrund der 330 Meter hohe Sendemast des polnischen Rundfunksenders Solec Kujawski Luftleitungen sind praktisch in einem sehr grossen Frequenzbereich etwa ab 1 GHz bis hinauf zu uber 50 GHz abhangig von den Anschlusstypen einsetzbar und kommerziell erhaltlich 4 Zu niedrigen Frequenzen wird ihr Einsatzbereich durch den Skin Effekt begrenzt Aufgrund der endlichen Leitfahigkeit der verwendeten Leitermaterialien oberflachlich meist Gold mit einer spezifischen Leitfahigkeit s 45 106 S m steigt die Eindringtiefe der elektromagnetischen Wellen zu niedrigen Frequenzen hin immer mehr an Dies fuhrt zu einer effektiven Vergrosserung des elektrischen Durchmesserunterschiedes von Aussen zu Innenleiter und somit zu einer Impedanzerhohung der Luftleitung Diese betragt bei 3 GHz bereits etwa 20 mW und steigt umgekehrt proportional zur Wurzel aus der Frequenz mit fallender Frequenz weiter an Ein wichtiges Qualitatsmerkmal von Luftleitungen ist auch eine geringe Rauheit der Oberflache in der Grossenordnung von weniger als einem Mikrometer lt 1 µm Die typische Lange einer Luftleitung betragt 300 mm 5 Koaxiale Luftleitungen werden auch in grossen Abmessungen aus Drahten realisiert um hohe Leistungen im Langwellen und Mittelwellenbereich zu ubertragen beispielsweise zwischen Sendehaus und Sendemast Bild Sie werden als Reusenleitungen bezeichnet Daruber hinaus gibt es auch nichtkoaxiale Luftleitungen Ein Beispiel sind koplanare Luftleitungen die bei Prufspitzen von Wafer Probern verwendet werden Weblinks BearbeitenModellierung mehrfach beschichteter koaxialer Luftleitungen Abteilungsnachricht der PTB 2014 abgerufen am 2 Mai 2018 Mathematikgestutzte Kalibrierung von Vektornetzwerkanalysatoren unter Verwendung einer Prazisions Luftleitung Abteilungsnachricht der PTB 2008 abgerufen am 2 Mai 2018 Luftleitung der Firma Rosenberger Hochfrequenztechnik mit 2 92 mm Steckverbindern abgerufen am 2 Mai 2018 Einzelnachweise Bearbeiten Meinke Gundlach Taschenbuch der Hochfrequenztechnik Band 1 Grundlagen Springer 1992 S 36 ISBN 3 540 54714 2 Operation and Maintenance Manual for Air Lines von Anritsu 1990 S 1 PDF 85 kB englisch abgerufen am 3 Mai 2018 Mathematikgestutzte Kalibrierung von Vektornetzwerkanalysatoren unter Verwendung einer Prazisions Luftleitung Abteilungsnachricht der PTB 2008 abgerufen am 2 Mai 2018 Luftleitung bis 40 GHz von Rosenberger Hochfrequenztechnik abgerufen am 2 Mai 2018 Operation and Maintenance Manual for Air Lines von Anritsu 1990 S 1 PDF 85 kB englisch abgerufen am 3 Mai 2018 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Luftleitung Hochfrequenztechnik amp oldid 213831102