Koaxkabel, Koaxialkabel, 50 Ohm

Energieverluste in koaxialen Leitungen 

Es gibt keine verlustfreien Kabel, aber es gibt dämpfungsarme Leitungen. Die Dämpfung bzw. die Verluste eines Kabels hängen von sehr vielen Faktoren ab. Einleuchtend und verständlich ist bestimmt, dass ein dicker Leiter eine geringere Dämpfung als ein dünner hat. Die Leitfähigkeit einer Leitung hängt auch vom Material ab. Kupfer hat eine bessere Leitfähigkeit als Aluminium oder Eisen. Mit abnehmender Temperatur steigt die Leitfähigkeit, die Dämpfung wird also geringer. Je länger eine Leitung ist, um so größer werden die Verluste in dieser. Und so gibt es noch wesentlich mehr Faktoren, wie verlustarm eine Leitung sein kann. 

Ein Koaxialkabel besteht zudem noch aus zwei Leitern und zwar dem Innenleiter, auch Seele genannt und dem Außenleiter. Aus mehreren Gründen, wie zum Beispiel der Einstrahlfestigkeit oder auch umgekehrt, also der Abstrahlung, werden oft auch mehrere Leitungsschichten direkt übereinander angeordnet, um diese unerwünschten Einstrahlungen auf den Innenleiter zu reduzieren. Beim Koaxkabel ist nämlich nur der Innenleiter der eigentliche Transporteur von Signalen. Der Außenleiter hat zwei Funktionen und zwar die innenliegende Leitung gegen unerwünschte Einstrahlung zu schützen und dient gleichzeitig als zweite Leitung, um den Stromkreis zu schließen. Nur innerhalb eines geschlossenen Stromkreises kann Strom fließen. 

Koaxiale Leitungen werden fast ausschließlich zum Transport von Wechselstrom und nur extrem selten für Gleichstrom eingesetzt. Und wie das Wort Wechselstrom schon den Wechsel beinhaltet, wechselt das zu transportierende Signal ständig seine Polarität. Es spielt dabei überhaupt keine Rolle, wie sich das Signal im Innenleiter dabei wechselt. Die Häufigkeit der wechselnden Polarität ist von ausschlaggebender Wichtigkeit und wird in Hertz angegeben und gemessen. Bei 50 Hertz, wie der Wechselstrom aus unserem Stromnetz, ändert sich die Polarität 50 Mal pro Sekunde. Bei Funkübertragungen wie zum Beispiel bei LTE, nehmen wir einmal 800 MHz an, wechselt die Polarität 800 Millionen Mal pro Sekunde, bei WLAN im 2,4 GHz Bereich sind es schon 2400 Millionen Polaritätswechsel pro Sekunde. Und während dieser häufigen Wechsel werden Elektronen in den Leitungen hin und her bewegt. Diese Elektronenbewegung erzeugt Reibung und Reibung wiederum Wärme. Also muss man auch noch Vorkehrungen für die Wärmeableitung im Kabel treffen.

Damit sich im Koaxkabel Innen- und Außenleiter nicht berühren und zu einem Kurzschluss führen, müssen diese voneinander isoliert werden. Und damit nicht genug, denn der Abstand zwischen Innen- und Außenleiter muss unbedingt gleichbleibend vom Anfang bis zum Ende der koaxialen Leitung bleiben, denn sonst würde sich der Wellenwiderstand bzw. die Impedanz des Kabels ändern. Es würden chaotische, unkontrollierbare Verhältnisse im Kabel entstehen, wenn es zu Unregelmäßigkeiten kommen würde oder verschiedene Isolationsmaterialien innerhalb der gleichen Leitung wechseln würden. Und von der Güte dieser Isolation, die als Dielektrikum bezeichnet wird, hängt auch die Güte des koaxialen Kabels ab. Luft als Dielektrikum hat eine sehr hohe Güte, ist jedoch in koaxialen Leitungen nicht realisierbar. Daher werden Kunststoffe verwendet, die einen gleichbleibenden Abstand zwischen Innenleiter und Außenleiter gewährleisten und gleichzeitig eine gute Isolation sein müssen. Je mehr diese Kunststoffe mit Sauerstoff angereichert werden können, um so geringer werden die Verluste im Kabel. Hier sind auch physikalische Grenzen gesetzt, weil ansonsten der Kunststoff instabil wird und der gleichbleibende Abstand zwischen Innen- und Außenleiter nicht mehr gewährleistet werden kann. Auch sinkt die Wärmeableitung mit zunehmender Elektronenbewegung. Es sind also sehr viele Faktoren bei der Kabelherstellung zu berücksichtigen, um ein reproduzierbares Produkt mit gleichbleibender Güte zu schaffen. Hier müssen sehr viele Kompromisse eingegangen werden, denn das Koaxialkabel soll ja auch noch bezahlbar sein. 

Generell kann man mit einigen kleinen Einschränkungen sagen, je dicker ein Koaxialkabel ist, um so geringer ist seine Dämpfung und höher seine elektrische und mechanische Belastbarkeit. Mit zunehmendem Durchmesser steigt fast immer auch der Kabelpreis, weil ja auch mehr Material verarbeitet wird.