Sensoren + Signalgeber

Koaxialkabel – die Kabel-Lösung für perfekte Signalübertragung

Koaxialkabel, umgangssprachlich auch als Koax-Kabel bezeichnet, ist die Verbindungslösung, wenn es um die breitbandige Signalübertragung bis in den Gigahertz-Bereich geht. Sie werden allgemein in der Consumertechnik als Antennenkabel im Sende- und Empfangsbereich wie z. B. als Sat-Kabel/Sat-Antennenkabel, SAT IP-Kabel oder Antennenanschlusskabel für den Anschluss von TV-Receivern eingesetzt, finden aber auch Anwendung im Audiobereich für hochwertige Tonübertragung, in der Videoübertragungstechnik sowie in der Messtechnik.

Was ist ein Koaxialkabel?

Koaxialkabel sind im Grundaufbau zweipolige, unsymmetrische Kabel mit einem streng konzentrischen Aufbau. Ein signalführender und je nach Anwendung zusätzlich eine Versorgungsspannung (z. B. Phantomspeisung bei Mikrofonen) führender Innenleiter ist umgeben von einem isolierenden Dielektrikum. Dieses wiederum ist vom Außenleiter umgeben, der den Innenleiter gegen Störungen abschirmt und je nach Anwendung auch zu beidseitiger oder einseitiger Erdung bzw. Masseführung eingesetzt wird. Der Außenleiter wird von einer Außenhülle umschlossen, die in ihren Eigenschaften je nach Einsatzgebiet (Innen- oder Außeneinsatz, Verlegeart) ausgeführt ist.

Zusätzlich zum einfachen Außenleiter können weitere Abschirmungen zur Erhöhung der Störsicherheit und des Schirmungsmaßes eingesetzt werden. Derartige Kabel werden zum Beispiel doppelt oder vierfach geschirmt angeboten.

Der Innenleiter besteht je nach Kabelqualität aus flexiblem Kupfer- oder Kupferlegierungsgeflecht (CCS – Copper Clad Steel, kupferbeschichteter Stahldraht) bzw. starrem Kupferleiter. Für besonders hohe Anforderungen an die Bandbreite bei geringster Dämpfung kann der Innenleiter für die Nutzung des Skin-Effekts auch versilbert sein.
Der Außenleiter besteht je nach Anwendungsbereich aus Kupferfolie, Kupfergeflecht oder Aluminiumfolie bzw. Aluminiumdrahtgeflecht.

Das Dielektrikum besteht üblicherweise aus Polyethylen in unterschiedlich geschäumten Ausführungen mit höherem oder geringerem Luftanteil. Für besonders hohe Anforderungen wie z. B. besonders geringe Leitungsverluste wird auch Teflon und Luft als Dielektrikum eingesetzt. Beim Luft-Dielektrikum wird der Innenleiter in periodischen Abständen von Teflon-Haltern gehalten.

Für den Einsatz in Umgebungen mit hohen Sicherheitsanforderungen an die Brandsicherheit spielt der Begriff des halogenfreien Kabels nach EN5575 eine Rolle. Hier sind keine im Brandfall reaktionsfreudige und gefährliche Gase bildenden Elemente wie Chlor, Fluor, Jod oder Brom im Kabel enthalten, die schwere Atemschäden verursachen und die bei einem Brand auftretenden Schadstoffe in der Luft zusätzlich anreichern.

Die wichtigsten Parameter und Eigenschaften von Koaxialkabeln

Wellenwiderstand/Impedanz, Abschlusswiderstand

Der Wellenwiderstand eines Koaxialkabels wird durch die Faktoren Durchmesser des Innenleiters, Innendurchmesser des Außenleiters und die dielektrischen Eigenschaften des Dielektrikums bestimmt. Er beträgt im TV-/Sat-/Video-/Audiobereich 75 Ω und in anderen Anwendungen wie HF-Technik und Messtechnik 5 Ω. Entsprechend müssen der Geräteanschluss bzw. die Antennensteckdose ausgeführt sein. Je nach Topologie des Kabelnetzes finden hier auch passende Abschlusswiderstände (Terminierungen) ihren Einsatz wie z. B. als Abschluss in Breitbandkabelanlagen, Antennenanlagen oder in Unicable-Anlagen. Mit diesen wird eine definierte Belastung hergestellt, um die Übertragungsbandbreite und den Signalpegel des gesamten Kabelverlaufs aufrecht zu erhalten und z. B. bei Antennenverteilern Einstreuungen durch nichtbelegte Ausgänge zu eliminieren. Diese Abschlusswiderstände sind z. B. in End- oder Stich-Antennensteckdosen bereits vorhanden oder können bei anderen Anschlussdosen (z. B. als Enddose verwendeten Durchgangsdosen) nachgerüstet werden.

Dämpfung, Verlust

Die von der zu übertragenden Frequenz abhängige Dämpfung ist ein entscheidendes Kriterium für die Kabelauswahl. Sie kann bei hohen Kabellängen und weniger qualitativem Kabelaufbau so stark ausfallen, dass keine definierte Signalauswertung mehr möglich ist. Prinzipiell gilt: Je dicker ein Koaxialkabel ausgeführt ist, desto weniger Leitungsverluste treten auf. Eine hochqualitative Ausführung des Dielektrikums führt aber heute auch bei geringeren Durchmessern zu geringen Dämpfungen. Die Dämpfung wird in Dezibel je Meter angegeben – je geringer der Wert je Meter, desto geringer sind die Verluste. Für die Nutzung als Sat-Anschlusskabel bzw. Fernsehkabel sollte die Dämpfung auf 1 m bei einer Umgebungstemperatur von 2°C maximal 3 dB bei 2 MHz betragen. Bei Anlagen mit Rückkanal ist auch die Rückflussdämpfung interessant, die in der gleichen Größenordnung liegen muss.

Schirmdämpfung, Schirmungsmaß

Die Abschirmung nach außen spielt bei unsymmetrischen Kabeln wie dem Koaxialkabel eine große Rolle. Sie schützt einerseits vor unerwünschten Abstrahlungen aus dem Kabel, aber auch vor Einstreuungen in das Kabel. Im Bereich der TV- und Sat-Verkabelung, aber auch im Audio- und Videobereich können äußere Einstreuungen durch elektromagnetische Felder das Signal erheblich beeinflussen. Solche Einstreuungen sind heute auch im privaten Bereich vielfältig wie z. B. durch schnurlose Telefone (DECT/Mobilfunk), WLAN, Bluetooth, naheliegende Sendeanlagen, drahtlose Video- und Audioübertragung oder Funkdienste.
Das Schirmungsmaß wird in Dezibel (dB) angegeben und sollte mindestens 9 dB betragen. Für hochwertige Signalübertragung sind Werte ab 11 dB geeignet wie z. B. 12 dB für Sat-/HDTV-Übertragungen und digitale Audioübertragung. Hochwertige Koaxialkabel sind bis zu fünffach abgeschirmt.

Steckverbinder

Koaxialkabel müssen mit geeigneten Steckverbindern der richtigen Impedanz abgeschlossen sein, um keine ungewollte Beeinflussung des Wellenwiderstands (Reflexionen) herbeizuführen, die zur Beeinträchtigung der Signalqualität führen. Generell gilt für alle Bauteile im Signalweg: Immer Bauteile der gleichen Impedanz und mit geringstem Verlust einsetzen.

Im TV-/Rundfunkbereich werden hier die so genannten Belling-Lee-Steckverbindungen („IEC-Koax-Stecker”), während im Sat- und Kabel-TV-Bereich F-Steckverbinder eingesetzt werden. Diese sind z. B. in Multimedia-Anschlussdosen kombiniert vorhanden.

Im Audio- und Videobereich kommen Cinch-Steckverbinder bzw. in Kombi-Steckverbinder wie HDMI- oder andere Monitor-Anschlüsse integrierte Koax-Anschlüsse, aber auch BNC-TNC-Steckverbinder zum Einsatz.
Eine besondere Variante ist hier der S/PDIF-Steckverbinder (S/PDIF – Sony/Philips Digital Interface, digitale, serielle Schnittstelle für Mehrkanal-Audiosignale) für die verlust- und störungsarme Stereo-Audio-Signalübertragung über ein Koaxialkabel. In der elektrischen Verbindungsart dieser Schnittstelle sind die Verbinder als Cinch-Verbinder mit einem Wellenwiderstand von 75 Ω ausgeführt.

Im HF- und Messtechnik-Bereich kommen zahlreiche weitere Steckverbinder, meist mit 5 Ω Wellenwiderstand, zum Einsatz wie PL-, SMA-, SMB-, SMC-, FME-, Miniature Coax (MCX/MMCX) oder N-Steckverbinder.