Koaxialkabel: Welcher Wellenwiderstand wird bei welcher Anwendung benötigt?

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Koaxialkabel: Welcher Wellenwiderstand wird bei welcher Anwendung benötigt?

Fernseher, TV-Receiver oder auch Radio – all diese Geräte sind in den meisten deutschen Haushalten zu finden. Zwar erfüllen diese Geräte unterschiedliche Funktionen, sie haben jedoch eines gemeinsam: Sie benötigen ein Kabel, mit dem Sie entweder untereinander oder mit einer Buchse in der Wand verbunden werden. Dabei kommen häufig sogenannte Koaxialkabel zum Einsatz, von denen Sie aller Wahrscheinlichkeit nach schon welche in Ihrem Haushalt verlegt haben.
Doch falls Sie sich bereits mit dem Kauf eines Koaxialkabels beschäftigt haben, ist Ihnen vielleicht aufgefallen, dass sich in der Produktbeschreibung oder dem Datenblatt eine Angabe befindet, die auf den ersten Blick recht unscheinbar wirkt. Die Rede ist vom Wellenwiderstand. Diese Angabe ist für Ihre Kaufentscheidung jedoch von einer nicht unwesentlichen Bedeutung, denn der Wellenwiderstand eines Koaxialkabels lässt Rückschlüsse darauf zu, für welche Anwendungen Sie das Kabel einsetzen können. So benötigen Sie bei dem Anschluss Ihres Fernsehgerätes an die Antennendose ein Koaxialkabel mit einem anderen Wellenwiderstand als bei der Übertragung von Mess- oder Funksignalen.

Dieser Ratgeber sagt Ihnen, was Koaxialkabel sind und wo diese zum Einsatz kommen. Zudem erfahren Sie, worum es sich beim Wellenwiderstand handelt und welcher Wellenwiderstand für welche Anwendungen benötigt wird.

Was sind Koaxialkabel und wo kommen sie zum Einsatz?

Bei Koaxialkabeln handelt es sich um zweipolige Kabel mit konzentrischem Aufbau. Im Inneren eines Koaxialkabels befindet sich ein Innenleiter – häufig auch als Seele bezeichnet –, der von einem hohlzylindrischen Außenleiter umgeben ist. Der Abstand zwischen Außenleiter und Innenleiter ist stets konstant, daher der konzentrische Aufbau. Der Zwischenraum zwischen Innenleiter und Außenleiter wird als Isolator bezeichnet. Dieser kann zum Teil oder sogar vollständig aus Luft bestehen, häufig ist der Außenleiter jedoch durch einen isolierenden und wasserdichten Mantel geschützt, der auch in den Isolator hinein ragt.

Das flexible Koaxialkabel

Koaxialkabel sind in verschiedenen Varianten erhältlich. Das flexible Koaxialkabel verfügt über einen Innenleiter aus dünnen, geflochtenen Kupferdrähten und Kabelschirmen, die ebenfalls aus Kupfer bestehen.

Das Rigid-Koaxialkabel

Bei sogenannten Rigid-Koaxialkabeln kommt ein starrer Außenleiter zum Einsatz, wahlweise wird hier auch ein Innenleiter in Form einer metallischen Röhre verwendet. Rigid-Koaxialkabel haben den Vorteil, dass sie vor allem bei höheren Frequenzen eine geringe Leckstrahlung und eine ebenso geringe Dämpfung aufweisen. Dadurch werden von Rigid-Koaxialkabeln größere Leistungen übertragen. Allerdings haben Rigid-Koaxialkabel den Nachteil, dass sie aufgrund der Steifigkeit und der aufwendigen Verarbeitung nur dann verwendet werden können, wenn die mechanische Beweglichkeit des Kabels nicht notwendig ist.

Das Semi-Rigid-Koaxialkabel

Als Kompromiss zwischen dem klassischen – also dem flexiblen – Koaxialkabel und dem Rigid-Koaxialkabel gilt das sogenannte Semi-Rigid-Koaxialkabel. Dieses wird vor allem im Frequenzbereich von bis zu einigen 10 GHz verwendet. Durch das Biegen an speziellen Biegelehren im Rahmen der Kabelkonfektionierung können Sie die Form eines Semi-Rigid-Koaxialkabels einmalig festlegen. Eine nachträgliche, erneute Änderung der Form ist nicht mehr möglich. Das Semi-Rigid-Koaxialkabel hat häufig einen Durchmesser von 1,5 bis 5 mm und verfügt über einen Isolator, der aus Teflon besteht. Der Außenleiter kann mit entsprechenden SMA-Steckverbindern direkt verlötet werden, bei stärkeren Kabeln übernimmt der Innenleiter zusätzlich die Aufgabe als Steckerstift bei SMA-Verbindern.

Koaxialkabel übertragen im Allgemeinen hochfrequente und unsymmetrische Signale. Dabei führt der Außenleiter das Referenzpotenzial, also die Masse, während der Innenleiter die Signalspannung oder die Versorgungsspannung führt.

Wo Koaxialkabel zum Einsatz kommen

Vielleicht fragen Sie sich nun, wo Koaxialkabel überhaupt zum Einsatz kommen? Da Koaxialkabel dazu geeignet sind, im Frequenzbereich von einigen wenigen kHz bis zu vielen GHz Signale zu übertragen, können sie entsprechend vielseitig eingesetzt werden. So können Sie mit einem Koaxialkabel beispielsweise Rundfunksignale oder Radarsignale übertragen. Auch für die Übertragung einfacher Messsignale in einem Labor werden häufig Koaxialkabel verwendet. Sogar im Bereich der Netzwerktechnik kamen Koaxialkabel lange Zeit zum Einsatz. Bis in die 1990er-Jahre wurden diese Kabel für Ethernet-Netzwerke benutzt.

Besonders weit verbreitet sind Koaxialkabel jedoch in Haushalten. Besitzen Sie zum Beispiel einen Fernseher, der sein Signal per Kabel empfängt? Dann haben Sie höchstwahrscheinlich ein Koaxialkabel vom Fernseher zur Antennendose an der Wand verlegt, denn Antennenleitungen werden in der Regel über ein Koaxialkabel realisiert. Auch bei Satellitenantennen kommen Koaxialkabel häufig zum Einsatz.

Im Audiobereich werden Koaxialkabel für die Verbindung zweier Audiogeräte untereinander verwendet, denn Kabel mit Cinchstecker sind ebenfalls Koaxialkabel.

Sie sehen: Die Einsatzbereiche, in denen ein Koaxialkabel verwendet werden kann, sind vielfältig. Für jeden Einsatzbereich benötigen Sie das passende Kabel. Die Frage ist nun, welches Kabel für welchen Einsatzbereich verwendet werden kann. Eine wesentliche Rolle bei der Kaufentscheidung spielt dabei der sogenannte Wechselwiderstand. Angaben zu diesem finden Sie in der Regel in der Produktbeschreibung oder dem Datenblatt zu einem Koaxialkabel.

Was ist ein Wellenwiderstand und warum ist dieser relevant?

Als Wellenwiderstand wird im Allgemeinen eine Eigenschaft eines Mediums bezeichnet, in dem sich eine Welle ausbreitet. Durch die Wellenwiderstände der Welle an einer Grenzfläche wird das Verhältnis von reflektierter und transmittierter Amplitude bestimmt. Beim Kauf von Koaxialkabeln ist der sogenannte Leitungswellenwiderstand relevant. Dieser wird teilweise auch als Kabelimpedanz oder Nennimpedanz bezeichnet. Dabei bezeichnet der Leitungswellenwiderstand das Verhältnis von Strom- und Spannungswellen, die sich gemeinsam in eine Richtung ausbreiten. Eine abrupte Änderung durch Reflexionen oder Brechungen an bestimmten Stellen der Leitung können zu einem fehlerhaften Signalausbreitungsverhalten führen. Besonders dann, wenn die übertragenen Signale im hochfrequenten Bereich liegen, können diese Fehler eine schlechte Übertragung zur Folge haben.

Was bedeutet das für das Koaxialkabel?

Bei Gleichstrom fließt bei einem Koaxialkabel der Strom im Innenleiter in eine Richtung, während der Strom im Außenleiter in die entgegengesetzte Richtung unterwegs ist. Hier tritt also der ohmsche Widerstand der beiden Leiter auf, wobei der Innenleiter in der Regel einen höheren Widerstand aufweist als der Außenleiter. Entscheidend beim Gleichstrom ist, dass der Widerstand proportional zur Kabellänge wächst. Verwenden Sie also ein 1 Meter langes Koaxialkabel, hat dieses doppelt so viel Widerstand wie ein Kabel, das in der Länge nur 50 cm misst. Gemessen wird ein solcher Widerstand mit einem Ohmmeter.

Anders hingegen verhält es sich mit dem Widerstand bei Wechselstrom mit hoher Frequenz, beispielsweise Radiofrequenzen. Hier spielt die Signalgeschwindigkeit im Kabel eine wichtige Rolle. Wird ein Impuls in das Koaxialkabel geschickt, kommt dieser nach einer sehr kurzen Zeit am andere Ende an. Das Gerät, das den Impuls erzeugt hat, merkt allerdings zunächst nicht, was am andere Ende des Kabels geschieht. Erst dann, wenn der Impuls am andere Ende des Kabels angekommen ist, tritt eine Reflexion ein, die wiederum beim impulsgebenden Gerät auftrifft. Der Wellenwiderstand bei einem Koaxialkabel ergibt sich also aus dem Verhältnis der Leitungsinduktivität und der Kapazität zwischen Innen- und Außenleiter.

Welcher Wellenwiderstand wird bei welcher Anwendung benötigt?

Sowohl der Wellenwiderstand des Koaxialkabels als auch sein Dämpfungsverhalten hängen vom Verhältnis der Leiterdurchmesser ab. Doch was ist nun wieder die Dämpfung? Bei der Dämpfung handelt es sich um eine Minderung des Signalpegels beim Durchlauf des Innenleiters. Die Angabe erfolgt in Dezibel. Da Koaxialkabel bei einem Wellenwiderstand von 50 bis 75 Ohm die geringste Dämpfung aufweisen, sind viele Kabel für den Heimbedarf mit genau diesem Wellenwiderstand ausgestattet. Für den Fernsehbereich kommen immer Koaxialkabel mit einem Wellenwiderstand von 75 Ohm zum Einsatz. Durch den dicken Innenleiter, über den Koaxialkabel für Funk-Anwendungen verfügen, haben diese einen Wellenwiderstand von 50 Ohm. Ein Koaxialkabel mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm ist für höhere Ströme ausgelegt. Koaxialkabel, die eine besonders großen Belastung ausgesetzt werden sollen, haben einen Wellenwiderstand von 30 Ohm.

Beachten Sie beim Kauf eines Koaxialkabels zudem, dass der Wellenwiderstand des Kabels auf den Eingangswiderstand der am Kabel befindlichen Geräte abgestimmt sein sollte, da es sonst zu Störungen durch Reflexionen an den Leitungsenden kommen kann. Ein bekanntes Beispiel hierfür sind die sogenannten Geisterbilder, wie Sie unter Umständen am Fernseher auftreten können. Leitungen, an denen sich kein Verbraucher befindet, sollten mit einem separaten 75 Ohm Widerstand abgeschlossen werden.

Zusammenfassend benötigen Sie für ein Koaxialkabel, das im Fernsehbereich verwendet werden soll, einen Wechselwiderstand von 75 Ohm. Sind Sie auf der Suche nach einem Koaxialkabel, das im Funkbereich eingesetzt werden soll, so greifen Sie besser zu einem Kabel mit einem Wechselwiderstand von 50 Ohm. Über die geringste Dämpfung verfügt ein Koaxialkabel mit einem Wechselwiderstand von 77 Ohm, die größte Leistungsbelastbarkeit weist ein Koaxialkabel mit einem Wechselwiderstand von 30 Ohm auf.

Worauf gilt es beim Kauf sonst noch zu achten?

Ein wichtiges Kaufkriterium stellt zum Beispiel das sogenannte Schirmungsmaß dar. Diese Angabe finden Sie in der Produktbeschreibung, sie erfolgt in Dezibel, kurz dB. Das Schirmungsmaß gibt Ihnen Aufschluss über die Dichtigkeit des Schirms von einem Koaxialkabel. Die Angabe gibt an, wie viele Anteile des Signals auf dem Koaxialkabel von innen nach außen gestrahlt werden. Dabei gilt: Je höher das Schirmungsmaß ist, desto besser ist die Qualität des Schirms, also desto geringer sind die Anteile des Signals, die nach außen gelangen. Das Schirmungsmaß sagt auch aus, wie störempfindlich das Koaxialkabel ist, falls ein Sender auf das Kabel einstrahlt. Verfügt das Koaxialkabel über ein hohes Schirmungsmaß, können nur wenige Anteile dieser Strahlung in das Kabel gelangen und damit das Nutzsignal, das im Kabel verläuft, beeinträchtigen.

Insgesamt sind Koaxialkabel also flexibel einsetzbare Kabel, mit denen Sie nicht nur Ihren Fernseher an die Antennendose anschließen, sondern auch Ihr Amateurfunkgerät mit anderen Endgeräten verbinden können. Wenn Sie auf den richtigen Wechselwiderstand des Koaxialkabels achten, finden Sie sicherlich schnell zu dem für Ihre Bedürfnisse passenden Kabel.

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