Übertragungsleitungen III (Klasse A)

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Zweidrahtleitungen verhalten sich, sofern diese symmetrisch gespeist und belastet werden, auch in Hinblick auf ihre Strom- und Spannungsverteilung symmetrisch. D. h. an einer bestimmten stelle sind Strom und Spannung eines des beiden Leiter genauso groß wie im anderen Leiter – nur mit umgekehrtem Vorzeichen.

AG312: Bei einer symmetrischen Zweidrahtleitung ohne Gleichtaktanteil ...

Obwohl sich die gegenphasigen Strome aus der Ferne betrachtet weitgehend aufheben, kommt es selbst im Freiraum zu einer geringfügigen Abstrahlung. Befinden sich gar andere Leitungen im Nahfeld einer Zweidrahtleitung ist die Kopplung noch stärker. Aus diesem Grunde sollten im Haus verlegte Speiseleitungen grundsätzlich geschirmt sein. In der Regel kommen hier Koaxialkabel zum Einsatz.

AG301: Um bei hohen Sendeleistungen auf den Kurzwellenbändern die Störwahrscheinlichkeit auf ein Mindestmaß zu begrenzen, sollte die für die Sendeantenne verwendete Speiseleitung innerhalb von Gebäuden ...

Koaxialkabel gibt es in verschiedensten Ausführungen. In der folgenden Frage werden die Hochfrequenzeigenschaften von Koaxialkabeln, also deren elektrischen Eigenschaften hinsichtlich hoher Frequenzen betrachtet. Dies sind im Wesentlichen der Wellenwiderstand, die Kabeldämpfung und der Verkürzungsfaktor, den wir gleich näher betrachten. Der Biegeradius hingegen ist eine mechanische Eigenschaft, die angibt, wie eng das Kabel in einer Kurve verlegt werden darf. Die Rückflussdämpfung gibt an, wieviele Reflexionen vorhanden sind, was von der an einer Leitung angeschlossenen Last abhängt und somit keine Kabeleigenschaft ist.

AG303: Welche Parameter beschreiben charakteristische Hochfrequenzeigenschaften eines Koaxialkabels?

Der Verkürzungsfaktor ergibt sich durch das zwischen Innen- und Außenleiter befindliche Dielektrikum. In diesem befindet sich der Großteil der elektromagnetischen Welle, die durch das Kabel geleitet wird. Die Wahl des Dielektrikums bestimmt, wie schnell sich eine Welle durch das Kabel fortpflanzen kann. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Koaxialkabel liegt unter der Lichtgeschwindigkeit im Freiraum. Übliche Materialien für das Dielektrikum sind Polyethylen (PE) und Teflon (PTFE). Durch Aufschäumung entsteht gewissermaßen eine Mischung mit Luft, bei der die Kabeldämpfung geringer ausfällt.

AG314: Die Ausbreitungsgeschwindigkeit in einem Koaxialkabel ...
AG302: Welche Materialien werden für die Dielektriken gebräuchlicher Koaxkabel üblicherweise verwendet?

Die durch das Dielektrikum reduzierte Ausbreitungsgeschwindigkeit schlägt sich im Verkürzungsfaktor nieder, der angibt, auf welche Länge ein Kabel mechanisch gekürzt werden muss, damit es elektrisch eine bestimmte Länge aufweist (also z. B. eine viertel Wellenlänge lang ist). Für den Verkürzungsfaktor finden wir in der Formelsammlung folgenden Zusammenhang:

$k_\mathrm{v} = \frac{L_\mathrm{G}}{L_\mathrm{E}} = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}}$

Hierbei ist $k_\mathrm{v}$ der Verkürzungsfaktor, $L_\mathrm{G}$ die geometrische („mechanische“) Länge, und $L_\mathrm{E}$ die elektrische Länge. Die relative Dielektrizitätszahl $\epsilon_\mathrm{r}$ ist abhängig vom eingesetzten Dielektrikum. Für nicht-geschäumtes Polyethylen (PE) können wir der Formelsammlung eine Dielektrizitätszahl von 2,29 entnehmen.

AG317: Welche mechanische Länge hat ein elektrisch $\lambda$/4 langes Koaxkabel mit Vollpolyethylenisolierung bei 145 MHz?