Luftleitung (Hochfrequenztechnik)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/15/CoaxialAirLine.jpg/220px-CoaxialAirLine.jpg)
Als Luftleitung[1] (englisch air line)[2] 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.
Grundlagen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Mit der sehr genau bekannten Permittivität von Luft (die relative Permittivität von Luft unter Normalbedingungen beträgt εr ≈ 1,00059) erreicht man eine hochgenaue Realisierung des Leitungswellenwiderstandes ZL (Impedanz). Dieser Wellenwiderstand berechnet sich aus
- dem exakt bekannten Wellenwiderstand des Vakuums Z0
- sowie den mechanischen Abmessungen der Leitung
- Innendurchmesser D des Außenleiterrohrs
- Außendurchmesser d des Innenleiterstabes zu:
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.
Anwendungen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Luftleitung wird in der Hochfrequenzmesstechnik als Impedanznormal mit besonders geringem Reflexionsfaktor eingesetzt, beispielsweise zur Überprüfung (Verifikation) der Messgenauigkeit von Messgeräten wie Netzwerkanalysatoren.[3] Der Reflexionsfaktor r der Luftleitung lässt sich berechnen aus ihrem Leitungswellenwiderstand ZL und der Referenzimpedanz (beispielsweise 50 Ω):
Maximale Reflexionsfaktoren qualitativ hochwertiger Luftleitungen betragen zwischen 0,2 % und 0,5 %. Umgerechnet in Reflexionsdämpfung a (Rückflussdämpfung):
ergeben sich Werte von:
- 46 dB (r = 0,5 %) und
- 54 dB (r = 0,2 %).
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.[4] Zu niedrigen Frequenzen wird der Einsatzbereich von Luftleitungen 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 nämlich 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. Diese beträgt bei 3 GHz bereits etwa 20 mΩ und ist umgekehrt proportional zur Wurzel aus der Frequenz, das heißt mit fallender Frequenz steigt sie weiter an.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/61/Solec_Kujawski_longwave_antenna_feeder.jpg/220px-Solec_Kujawski_longwave_antenna_feeder.jpg)
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.[5]
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 nicht-koaxiale Luftleitungen. Ein Beispiel sind koplanare Luftleitungen, die bei Prüfspitzen von Wafer-Probern verwendet werden.
Weblinks
[Bearbeiten | Quelltext 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 | Quelltext 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.
- ↑ Mathematikgestützte Kalibrierung von Vektornetzwerkanalysatoren (unter Verwendung einer Präzisions-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.