Koaxialkabel

Was ist Koaxialkabel?

Ein Koaxialkabel ist ein Typ von Kupferkabel, das speziell mit einer Metallabschirmung und anderen Komponenten ausgestattet ist, die Signalstörungen blockieren sollen.

Koaxialkabel werden hauptsächlich von Kabelfernsehunternehmen verwendet, um ihre Satellitenantennenanlagen mit den Häusern und Geschäften ihrer Kunden zu verbinden. Manchmal verwenden auch Telefongesellschaften Koaxialkabel, um Vermittlungsstellen mit Telefonmasten in der Nähe von Kunden zu verbinden. In Haushalten kommen sie in der Regel in für die Verkabelung vom Fernseher zur Antenne oder Satellitenschüssel zum Einsatz. Früher wurden Koaxialkabel auch häufig für das Netzwerk verwendet, aber Twisted-Pair-Kabel haben die Koaxialkabeln als Ethernet-Verbindungsmedium in Unternehmen und Data Centern weitgehend verdrängt.

Koaxialkabel haben ihren Namen erhalten, weil sie einen physischen Kanal enthalten, der das Signal überträgt und von einem weiteren konzentrischen physischen Kanal umgeben ist, wobei beide entlang derselben Achse verlaufen. Der innerste Kanal besteht in der Regel aus einem Kupferdraht, der dann von einer Isolierschicht zwischen ihm und dem äußeren Kanal umgeben ist. Der äußere Kanal dient als Erdung, in der Regel als Kupfergeflecht. Eine weitere Isolationsschicht umgibt sowohl den inneren als auch den äußeren Kanal. Viele dieser Kabel oder Paare von Koaxialröhren können in einer einzigen äußeren Ummantelung untergebracht werden und mit Repeatern Informationen über große Entfernungen übertragen.

Das Koaxialkabel wurde 1880 von dem englischen Ingenieur und Mathematiker Oliver Heaviside erfunden, der die Erfindung und das Design im selben Jahr patentieren ließ. AT&T richtete 1940 sein erstes transkontinentales Koaxialübertragungssystem ein. Je nach der verwendeten Technologie des Telekommunikationsanbieters und anderen Faktoren sind verdrillte Kupferkabel und Glasfaser Alternativen zum Koaxialkabel.

Wie funktionieren Koaxialkabel?

Koaxialkabel bestehen aus konzentrischen Schichten elektrischer Leiter und Isoliermaterial. Durch diesen Aufbau wird sichergestellt, dass die Signale im Kabel eingeschlossen sind und elektrische Störungen das Signal nicht beeinträchtigen können.

Die Leiterschicht in der Mitte besteht aus einem dünnen leitenden Draht, entweder massiv oder aus geflochtenem Kupfer. Eine dielektrische Schicht aus einem Isoliermaterial mit genau definierten elektrischen Eigenschaften umgibt den Draht. Eine Abschirmschicht umgibt dann die dielektrische Schicht mit Metallfolie oder Kupfergeflecht. Die gesamte Baugruppe ist von einem Isoliermantel umgeben. Die äußere Metallabschirmschicht des Koaxialkabels ist in der Regel an beiden Enden in den Steckverbindern geerdet, um die Signale abzuschirmen und als Ort für die Ableitung von Störsignalen zu dienen.

Die Konstruktion eines Koaxialkabels hängt von der Kontrolle der Kabelabmessungen und -materialien ab. Durch die Kontrolle dieser Faktoren kann ein fester Wert für die charakteristische Impedanz eines Koaxialkabels geschaffen werden. Hochfrequenzsignale werden bei Nichtübereinstimmung der Impedanz teilweise reflektiert, was zu Fehlern führt.

Die charakteristische Impedanz reagiert empfindlich auf die Signalfrequenz. Oberhalb von 1 GHz muss der Kabelhersteller ein Dielektrikum verwenden, das das Signal nicht zu stark dämpft oder die charakteristische Impedanz so verändert, dass Signalreflexionen entstehen.

Die elektrischen Eigenschaften von Koaxialkabeln sind anwendungsabhängig und für eine gute Leistung von entscheidender Bedeutung. Zwei Standard-Wellenwiderstände sind:

• 50 Ohm, die in Umgebungen mit mäßiger Leistung verwendet werden.
• 75 Ohm, die für Verbindungen zu Antennen und Installationen in Wohngebäuden üblich sind.

Welche Steckertypen für Koaxialkabel gibt es?

Es gibt viele verschiedene Arten von Koaxialkabelsteckern, die sich in zwei Typen unterteilen lassen: männliche und weibliche Stecker. Zu den Steckertypen gehören:

• Bajonett-Neill-Concelman-Stecker (BNC): Dieser Stecker wird für Fernseh-, Videosignal- und Funkgeräte mit einer Frequenz unter 4 GHz verwendet.
• Gewinde-Neill-Concelman-Stecker (TNC): Dieser Stecker ist eine Gewindeversion des BNC-Steckers und wird in Mobiltelefonen verwendet. TNC-Steckverbinder funktionieren bis zu 12 GHz.
• SubMiniatur-Version A (SMA): Dieser Steckverbinder wird in Mobiltelefonen, WLAN-Antennensystemen, Mikrowellensystemen und Radios eingesetzt. SMA-Steckverbinder funktionieren bis zu 18 GHz.
• SubMiniatur-Version B (SMB): Dieser Steckverbinder kann mit Telekommunikationshardware verwendet werden.
• QMA: QMA-Steckverbinder sind eine Schnellverschlussvariante von SMA-Steckverbindern, die in Industrie- und Kommunikationshardware genutzt werden.
• Radio Corporation of America (RCA): Diese Steckverbinder, auch Chinch-Verbinder genannt, werden in der Audio- und Videotechnik eingesetzt. RCA-Steckverbinder werden auch als A/V-Buchsen bezeichnet.
• F-Steckverbinder: Diese auch als F-Typ-Steckverbinder bezeichneten Typen werden für Digital- und Kabelfernsehen verwendet. Dabei kommen in der Regel RG-6- oder RG-59-Kabel zum Einsatz.

Wofür werden Koaxialkabel verwendet?

In Privathaushalten und kleinen Büros werden kurze Koaxialkabel für Kabelfernsehen, Heimvideogeräte, Amateurfunkgeräte und Messgeräte verwendet. In der Vergangenheit wurden Koaxialkabel auch als eine frühe Form von Ethernet eingesetzt und unterstützten Geschwindigkeiten von bis zu 10 MBit/s. Seitdem hat die Twisted-Pair-Verkabelung die Verwendung von Koaxialkabeln weitgehend verdrängt.

Koaxialkabel sind jedoch nach wie vor weit verbreitet für das Kabel-Breitbandinternet. Koaxialkabel werden auch in Autos, Flugzeugen, militärischen und medizinischen Geräten sowie zum Anschluss von Satellitenschüsseln, Radio- und Fernsehantennen an ihre jeweiligen Empfänger verwendet.

Welche Standards für Koaxialkabel gibt es?

Die meisten Koaxialspezifikationen haben eine Impedanz von 50, 52, 75 oder 93 Ohm. Aufgrund der weit verbreiteten Verwendung in der Kabelfernsehindustrie sind RG-6-Kabel mit doppelter oder vierfacher Abschirmung und einer Impedanz von 75 Ohm de facto zum Standard für viele Branchen geworden.

Es gibt fast 50 verschiedene Standards für Koaxialkabel, die oft für spezifische Anwendungsfälle im Amateurfunk oder für verlustarmes Kabelfernsehen entwickelt wurden. Andere Beispiele sind RG-59/U für die Übertragung von Breitbandsignalen aus Videoüberwachungssystemen und RG-214/U für die Übertragung von Hochfrequenzsignalen.

Koaxialsteckverbinder reichen von einfachen Einzelsteckverbindern, die in Kabelfernsehsystemen verwendet werden, bis hin zu komplizierten Kombinationen aus mehreren dünnen Koaxialverbindungen, die mit Strom- und anderen Signalverbindungen gemischt und in semi-kundenspezifischen Gehäusen untergebracht sind. Diese sind häufig in der Militärelektronik und Avionik zu finden.

Die mechanische Steifigkeit kann je nach innerem Aufbau und Verwendungszweck der Koaxialkabel stark variieren. Zum Beispiel werden Hochleistungskabel oft mit dicker Isolierung hergestellt und sind sehr steif.

Einige Kabel werden absichtlich mit dicken Mittelleitern gefertigt, was zu einer Resistenz gegen den Skineffekt führt. Diese Resistenz entsteht durch Hochfrequenzsignale, die sich auf der Oberfläche des Leiters ausbreiten, nicht durch ihn hindurch. Ein größerer Mittelleiter erzeugt ein steifes Kabel mit geringem Verlust pro Meter.

Interferenzprobleme bei Koaxialkabeln

Koaxialkabel können verschiedenen Arten von Interferenzen ausgesetzt sein. Ein Signalverlust tritt auf, wenn das elektromagnetische Feld die Abschirmung an der Außenseite des Kabels durchdringt. In anderen Fällen kann ein externes Signal durch die Isolierung dringen.

Bei geradlinigen Zuleitungen zu kommerziellen Rundfunkmasten treten die geringsten Leck- und Störsignale auf, da diese Kabel glatte, leitfähige Abschirmungen mit wenigen Lücken aufweisen. Am stärksten sind Störsignale in Kernreaktoren, wo eine spezielle Abschirmung erforderlich ist.

Unterschied zwischen RG-59 und RG-6

RG-59- und RG-6-Kabel werden häufig in Satellitenfernsehen und Kabelmodems verwendet. In älteren Installationen wurde vor der Einführung des RG-6-Kabels das RG-59-Kabel eingesetzt. Das RG-59-Kabel ist mit einem 20 American Wire Gauge (AWG) dünner und hat einen Innenleiter aus Kupfer. Dieses Kabel ist eher in älteren Gebäuden zu finden und eignet sich besser für Videoüberwachung und analoge Videosysteme.

Das RG-6-Kabel ist ein dickeres Kabel mit 18 AWG und hat ebenfalls einen Kupfer-Innenleiter. Das RG-6-Kabel kommt bei Hardware mit hoher Bandbreite und hoher Frequenz zum Einsatz. Bei der Internet- und Satellitensignale können damit höhere Frequenzen übertragen werden als bei herkömmlichen analogen Videosystemen.

Welches Kabel benötigt wird, hängt weitgehend von der Frequenz ab. Für Anforderungen über 50 MHz ist ein RG-6-Kabel empfehlenswert. Grundsätzlich muss das Kabel aber auf die restliche vorhandene Hardware abgestimmt sein.