Koaxialkabel – Aufbau, Einsatzbereiche und Vorteile
Koaxialkabel, auch als Koaxkabel bezeichnet, sind zweipolige Kabel, die einen konzentrischen Aufbau haben. Es handelt sich dabei um unsymmetrische Hochfrequenzkabel.
Der Aufbau im Koaxialkabel?
Das Herzstück eines Koaxialkabels (auch Seele genannt) ist ein Innenleiter, welcher von einem hohlzylindrischen Außenleiter umgeben ist. Der Zwischenraum besteht aus einem Dielektrikum oder Isolator, wobei das Dielektrikum in der Regel auch vollständig aus Luft bestehen kann. Der Außenleiter ist dabei meist durch einen wasserdichten, korrosionsfesten und isolierenden Mantel geschützt.
Typischerweise befindet sich in einem Koaxialkabel ein Kupferleiter, und zwar im Inneren des Außenleiters. Damit die beiden Leiter gut voneinander getrennt werden können, sorgt eine isolierende Schicht. Dem Koaxialkabel wird dadurch eine starke mechanische Stabilität verliehen. Somit besteht später ein eventuelles, elektrisches Feld ausschließlich zwischen dem Außenleiter und dem Kupferleiter im Inneren des Koaxialkabels. Magnetische Felder, die manchmal auch für Störungen sorgen, kommen daher nicht außerhalb des Kabels vor.
Bei hochwertigen Koaxialkabeln ist auf den Innenleiter zu achten. Dieser ist bei billigen Anfertigungen nicht unbedingt aus reinem Kupfer hergestellt, sondern aus einem mit Kupfer überzogenen Stahldraht. Im Gegensatz zu einem Vollkupferdraht ist diese Variante der Herstellung wesentlich günstiger, doch das widerspiegelt sich später in Sache Qualität. Nachteile, die dabei entstehen können, sind eine nicht-homogene Signalübertragung oder Reflektionen. Durch verschiedene Messmethoden kann auch das Schirmungsmaß labortechnisch ermittelt werden. Diese Werte sind bei bidirektionaler Nutzung ebenfalls äußerst wichtig, und zwar vor allem bei breitbandigen Access-Netzen.
Einsatzbereiche eines Koaxialkabels
Koaxialleitungen wurden über eine längere Zeit hinaus bei den Ring- oder Bus-Verkabelungen eingesetzt, doch organisatorisch und technisch betrachtet, haben sich strukturierte Stern-Verkabelungen durchgesetzt. Koaxialkabel finden heute ihre Anwendung in der Mess-, Sende- und Antennentechnik. Früher wurden sie auch für die Signalübertragung in der Netzwerktechnik eingesetzt. Die Koaxialkabel kommen vor allem im Audio- und Videobereich zum Einsatz, meist als Cinch-Verbindung oder Antennenkabel. Sie haben üblicherweise einen Außendurchmesser bis zu 15 mm, Sonderformen für spezielle Anwendungsbereiche können dagegen einen Durchmesser auch bis zu 100 mm haben.
Das Koaxialkabel dient sowohl zur Übertragung als auch für Weiterleitung digitaler Signale, und zwar indem zwischen dem Innen- und Außenleiter ein Potenzialunterschied generiert wird. Anwendungsmöglichkeiten gibt es dadurch viele, denn der Außenleiter dient nicht nur als Bezugserde, sondern hat zusätzlich auch eine Antennenfunktion. Der Signalfluss im Innenleiter kann in der Regel nicht durch äußere Störungen beeinflusst werden.
Eine weitere Variante des Koaxialkabels ist das bekannte Schlitzkabel, welches auch als langgestreckte Antenne eingesetzt werden kann. Dabei handelt es sich bei dem Schlitzkabel um ein Koaxialkabel mit unvollständiger Abschirmung. Koaxialkabel werden dazu gebraucht, um breitbandige Signale im Frequenzbereich von einigen kHz bis zu einigen GHz zu übertragen. Es handelt sich dabei zum Beispiel um Messsignale in einem Prüflabor, Radarsignale oder hochfrequente Rundfunksignale.
Welche Vorteile bietet ein Koaxialkabel?
Im Vergleich zu den Twisted-Pair-Kabeln, weisen die Koaxialkabel in Anwendung und Gebrauch klare Vorteile auf. Spannungsmäßig sind die beiden Leitern im Koaxialkabel ungleich – aus diesem Grund sind auch die Leitungen im Koaxialkabel unsymmetrisch. So erzeugen die elektrischen Ströme, die im Kabelsinneren fließen, keine magnetischen Felder, die beispielsweise die Datenübertragung stören oder beeinträchtigen könnten.
Es ist ebenfalls ausgeschlossen, dass Störspannungen durch Influenz in das Koaxialkabel gelangen. Gerade deshalb haben sie auch einen vielseitigen Gebrauch und Anwendungsbereich. Koaxialkabel kommen somit meist als Netzwerk- und Antennenkabel zum Einsatz, aber auch in der Übertragungstechnik, beim Fernsehen und im Rundfunk.
Welche Steckverbinder werden verwendet?
Steckverbinder, die für Koaxialkabel verwendet werden, sind die speziellen N-Steckverbinder, die sehr robust sind und sich somit auch für hohe Leistungen eignen – sogar über 18 GigaHerz. Die SMA-Steckverbinder sind viel kleiner und werden dementsprechend auch nur für niedrigere Leistungen verwendet. Koaxialkabel mit einem BNC-Steckverbinder eignen sich beispielsweise nur bis 500 MHz. Zusätzlich müssen die Steckverbinder auch im richtigen Drehmoment angeschlossen werden, damit eine Fehlanpassung vermieden wird.
Welche Werte bestimmen den Einsatzgebiet des Koaxialkables?
Es gibt einige wichtige Parameter, die auch das Einsatzgebiet des jeweiligen Koaxialkables bestimmen. Dazu gehören etwa die Impedanz, Dämpfung, Bandbreite, Rückflussdämpfung und das Schirmungsmaß. Die Impedanz ist ein Scheinwiederstand – dieser ist aus dem Blindwiderstand und aus dem ohmischen Widerstand zusammengestellt.
In der Fernseh- oder Audiotechnik wird vergleichsweise meist eine Impedanz von 75 Ohm verwendet, in der Hochfrequenztechnik dagegen hauptsächlich 50 Ohm. Dämpfung wird in Dezibel (dB) und meist pro 100 Meter angegeben. Dabei handelt es sich um Minderung des Signalpegels, und zwar beim Durchlauf des Innenleiters. Die Frequenzdifferenz (also der Unterschied zwischen der oberen und der unteren Frequenz) wird als Bandbreite bezeichnet und in Herz (Hz) angegeben. Eine größere Bandbreite ermöglicht es größere Mengen an Daten zu übertragen.
Die Impedanz ist ein wichtiges Kriterium für die richtige Auswahl des Koaxialkabels. Koaxialkabel wurden von der Internationalen elektrotechnischen Kommission, zum Teil auch international standardisiert. Koaxialkabel finden also unterschiedliche Einsatzgebiete, je nach dem werden also auch unterschiedliche Koaxialkabel angefertigt – zum Beispiel für den standadisierten Hochfrequenz-Bereich, für den VHF-, UHF- und SHF-Bereich, Koaxialkabel für Satellitenanlagen sowie BK- und terrestrische Anlagen. Zuletzt gibt es auch die Koaxialkabel für digitale Signale aller Art.
