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[befindet sich noch im Aufbau... kann und wird 'noch' Fehler und Fehlfunktionen enthalten! Start 07.2023, Stand: 12.2025]

Inhalt

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Resonanz (Elektrophysik)

Mit Resonanz wird das Verschwinden des Blindwiderstands X (Reaktanz) in einer stromgespeisten Antenne bezeichnet.

Ersatzschaltbild: Antenne (Widerstände)

Ersatzschaltbild: Antenne (Verlustwiderstand, Strahlungswinderstand, Blindwiderstand)

RV = Verlustwiderstand [Ω]
RS = Strahlungswiderstand [Ω]
X = Blindwiderstand [Ω]
i = imaginäre Einheit [1]

Blindwiderstand X:

X = XL + XC     [ Ω ]

X = Blindwiderstand [Ω]
XL = induktiver Blindwiderstand [Ω]
XC = kapazitiver Blindwiderstand [Ω]

Ersatzschaltbild: Antenne - System

Ersatzschaltbild: Antenne (Verlustwiderstand, Strahlungswinderstand, Blindwiderstand)

Ri = Innenwiderstand [Ω]
RV = Verlustwiderstand [Ω]
RS = Strahlungswiderstand [Ω]
j = imaginäre Einheit [1]
X = Blindwiderstand [Ω]
XL = induktiver Blindwiderstand [Ω]
XC = kapazitiver Blindwiderstand [Ω]
C = Kapazität [F]
L = Induktivität [H]

Bei Resonanz einer Antenne...

... ist der induktive Blindwiderstand XL positiv und der kapazitive Blindwiderstand XC negativ, d.h. sie sind entgegengesetzt gerichtet.

Induktiver und kapazitiver Blindwiderstand bei Resonanz

ZL = induktive Impedanz [ Ω]
ZC = kapazitive Impedanz [ Ω]
XL = induktiver Blindwiderstand [ Ω]
XC = kapazitiver Blindwiderstand [ Ω]
RL = ohmscher, induktiver Widerstand [ Ω]
RC = ohmscher, kapazitiver Widerstand [ Ω]
φ = Phasenwinkel [ rad]

... sind der induktive Blindwiderstand XL und der kapazitive Blindwiderstand XC gleich groß und heben sich auf.

XL = |XC| → XL + XC = 0
Induktiver und kapazitiver Blindwiderstand bei Resonanz; reihenschwingkreis

X = Blindwiderstand [ Ω]
XL = induktiver Blindwiderstand [ Ω]
XC = kapazitiver Blindwiderstand [ Ω]
L = Induktivität [ H]
C = Kapazität [ F]
ω = Kreisfrequenz [ s-1]

... sinkt der Außenwiderstand Ra auf den Strahlungswiderstand RS herab (der Verlustwiderstand RV ist vernachlässigbar klein).

Ra = RS

(Ra = RS + RV)

Ra = Außenwiderstand [ Ω]
RS = Strahlungswiderstand [ Ω]
RV = Verlustwiderstand [ Ω]

Ist die Längenausdehnung der Antenne für die eingespeiste Frequenz f zu lang, überwiegt die Induktivität L, bei einer zu kurzen Antenne die Kapazität C.

Induktiver und kapazitiver Blindwiderstand bei Resonanz

Hat die Antenne (Halbwellendipol) eine Längenausdehnung, die in etwa der halben Wellenlänge λ/2 entspricht, befindet sich der Dipol in Resonanz mit der Wellenlänge.

Unterhalb der Resonanzfrequenz f0 ist die Impedanz Z der Antenne kapazitiv:

f < f0    <=>    ZL < ZC

Oberhalb der Resonanzfrequenz f0 ist die Impedanz Z einer Antenne induktiv:

f > f0    <=>    ZL > ZC

Impedanz induktiv, kapazitiv

ZL = induktive Impedanz [Ω]
ZC = kapazitive Impedanz [Ω]
R = ohmscher Widerstand [Ω]
Ra = Außenwiderstand [Ω]
RV = Verlustwiderstand [Ω]
RS = Strahlungswiderstand [Ω]
XL = induktiver Blindwiderstand [Ω]
XC = kapazitiver Blindwiderstand [Ω]
f0 = Resonanzfrequenz [Hz]

Bei Resonanz wirken keine kapazitiven oder induktiven Komponenten, sondern nur der rein ohmsche Strahlungswiderstand RS.

Die Herleitung einer Dipol-Antenne aus einem LC-Schwingkreis zeigt, dass eine Antenne einen reaktiven Anteil (Schwingkreis) aufweist.

Herleitung einer Dipol-Antenne aus einem LC-Schwingkreis

Hinzu kommt ein resistiver Anteil, der rein ohmsche Antennenwiderstand RA, der sich wiederum aus Verlustwiderstand RV und Strahlungswiderstand RS zusammensetzt.

Ersatzschaltbild: Halbwellen-Dipol

Ersatzschaltbild: Halbwellen-Dipol

Im Resonanzfall ist die komplexe Antennenimpedanz ZA reell:

ZA = RA + jXA     [ Ω ]

ZA = Antennenimpedanz [Ω]
RA = Antennenwiderstand [Ω]
j = imaginäre Einheit [1]
XA = Antennen-Blindwiderstand [Ω]

D.h. der Blindwiderstand X ist durch Anpassung weggestimmt und gleich Null.
Die Abstimmung erfolgt durch die Längenänderung der Antenne oder durch Kompensationsmaßnahmen in den Blindwiderständen (XC, XL).

Ersatzschaltbild: Antenne

...

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Quellen

J
O
U
X
Y