Absorber, HF-Last

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Abb.1: Koaxiale Wasserlast für 300 kW. Hersteller: VARIAN; Typ: LCEA1; Frequenzbereich: 350-750MHz; Impedanz: 50 Ohm
Abb.2: Koaxiale Wasserlast für 100 kW mit Transformator. Hersteller DESY; Frequenzbereich: 490 - 510 MHz; Impedanz: 50 Ohm
Abb.3: Koaxialer Widerstandsabsorber für 50 kW. Hersteller: BIRD; Typ: 8775N; Frequenzbereich: DC bis 900 MHz; Impedanz: 50 Ohm
Abb.4: Koaxiale Absorber; links: 2 W, SMA-Anschluss; rechts: 25 W, N-Anschluss; Frequenzbereich: DC bis >1 GHz
Abb.5: Ferrit-Absorber für 400 kW. Hersteller: S.P.A. FERRITE DOMEN; Typ: WFHA 3-1; Frequenzbereich: 430-640MHz; Hohlleitertyp: WR-1800
Abb.6: Luftgekühlter Ferrit-Absorber für 200 W. Hersteller: S.P.A. FERRITE DOMEN; Typ: xxx; Frequenzbereich: 1,2 - 1,7 GHz; Hohlleitertyp: WR-650
Innenansicht des Typs xxxx
Abb.7: Wassergefüllter Absorberkeil für Messzwecke. Einzelanfertigung; geschätzte Leistung: <100 W; Frequenzbereich: 1,2 - 1,7 GHz; Hohlleitertyp: WR-650
Abb.8: Wassergekühlter Absorberkeil zur Montage in einem Hohlleiter. Einzelanfertigung; geschätzte Leistung: einige kW; Frequenzbereich: L-Band
Abb.9: 500MHz/100kW Ferrit-Absorber nach Überlastung. Hersteller: S.P.A. FERRITE DOMEN; Typ: FWLH 3-2. Obwohl das Exemplar nicht mehr gut im Lack ist, ist es HF-technisch noch einwandfrei!


Ein Absorber (HF-Last, engl. rf load) dient in der Hochfrequenztechnik zur Absorption von HF-Leistung.

Anwendungsgebiete

  • HF-Leistungsmessung. Durch Messung des Kühlmediumdurchsatzes (im allgemeinen Wasser) und dessen Temperaturerhöhung kann die absorbierte HF-Leistung bestimmt werden.
  • HF-Last. Ersatzlast zum Testen einer Leistungsquelle.
  • Abschlusswiderstand. Reflexionsfreier Abschluss unbenutzter Anschlüsse in einem verzweigten HF-System.
  • Entkoppelabsorber (Balance-Absorber). Reflexionsfreier Abschluss an Richtkopplern, Magischen Tees und Zirkulatoren. Bei diesen Anwendungen ist der Absorber im Normalfall leistungslos und wird nur im Falle von Leistungs-Reflexion belastet.

Bauarten

Koaxiale Wasserlast

Eine Wasserlast ist die simpelste Absorberbauart. Bei ihr ist das Wasser nicht nur das Kühlmittel, sondern gleichzeitig das HF-absorbierende Medium. Eine koaxiale Wasserlast ist im Prinzip eine koaxiale Leitung die zwischen Innen- und Außenleiter mit Wasser gefüllt ist. Der hohle Mittelleiter dient dabei meist als Kühlwasserzulauf (siehe Abb.1). Da die Impedanz einer wassergefüllten koaxialen Leitung aufgrund der hohen Permittivität von Wasser (\( \epsilon_r = 80\)) sehr niedrig ist (\( Z_L<10 \Omega \)), ist ein Transformator oder eine Taperung zur Impedanzanpassung auf die üblichen \( 50 \Omega \) erforderlich (siehe Abb.2). Um das Wasser im Absorber von der Luft im restlichen Leitungssystem zu trennen ist ein HF-durchlässiges Fenster notwendig. Es besteht meistens aus Teflon oder Keramik. Nachteilig bei Wasserlasten sind die Auswirkungen bei Bruch dieses Fensters, da dann das Leitungssystem mit Wasser geflutet wird. Dies kann zu äußerst kostenträchtigen Folgeschäden führen, wenn das Wasser beispielsweise bis zur HF-Quelle vordringt und dort die Leistungsröhre beschädigt oder gar zerstört. Ein weiterer Nachteil von Wasserlasten ist die starke Abhängigkeit der Anpassung (Reflexionsdämpfung eng. return loss) von Wassertemperatur und Wasserleitwert. Die erreichbare Reflexionsdämpfung liegt meist nur im Bereich von 20 dB.

Hohlleiterwasserlast

Für die Hohlleiterwasserlast gilt im Wesentlichen dasselbe wie für die koaxiale Wasserlast. Gewöhnlich füllt das Wasser allerdings nicht den gesamten Hohlleiterquerschnitt aus, sondern wird in Kunststoff-, Keramik- oder Glaskörpern geführt (siehe Abb.7 & 8). Diese Körper sind meist keilförmig gestaltet. Mit dieser sogenannten Taperung erreicht man, dass die einfallende HF-Welle langsam und kontinuierlich absorbiert wird (Wellensumpf) und nicht plötzlich auf ein Medium mit veränderten Ausbreitungsbedingungen trifft und größtenteils reflektiert wird (Impedanzsprung).

Widerstandsabsorber

Widerstandsabsorber sind gewöhnlich koaxial aufgebaut. Der Mittelleiter besteht aus Widerstandsmaterial und ist am Ende mit dem Außenleiter leitend verbunden. Bis zu Leistungen von ca. 1 kW sind solche Absorber meistens luftgekühlt. (siehe Abb.4). Bei höheren Leistungen wird gewöhnlich Wasserkühlung bevorzugt. Der Widerstand im Mittelleiter ist dann rohrförmig, außen mit einer absorbierenden Widerstandsschicht versehen und innen wasserdurchflossen (siehe Abb.3). Bei einem Bruch des Widerstandsrohres drohen dieselben Folgeschäden wie bei Wasserlasten.

Ferritabsorber

Bei Ferritabsorbern bewirkten die Ummagnetisierungsverluste spezieller Ferritwerkstoffe die HF-Absorption. Der Effekt kann besonders einfach und wirkungsvoll bei Hohlleiterabsorbern genutzt werden. Dazu werden die Innenflächen des Hohlleiters mit Ferritkacheln beklebt. Die Wärme wird durch die Hohlleiterwandung nach außen geführt und dort über Kühlrippen an die Umgebungsluft abgegeben (Abb.6) oder mittels aufgebrachter Kühlwasserleitungen über das Kühlwasser abgeführt (Abb.5). Die abgebildeten Ferritabsorber sind als Wellensumpf ausgebildet. Der innere Hohlleiterquerschnitt verjüngt sich zum Ende hin. Dadurch wird eine breitbandig gute Anpassung erreicht. Die Reflexionsdämpfung liegt bei >30 dB. Hohlleiter-Ferritabsorber vereinen exzellente HF-Eigenschaften mit hoher Robustheit (siehe Abb.9). Da sich kein Kühlwasser im Innern befindet, droht bei einem Defekt nicht die Flutung des Leitungssystems.