Kabel u. Stecker

von Peter G Zielke, DK9HZ

In den meisten Fällen sind Sender/Empfänger und Antenne räumlich getrennt. Einerseits muß die Leistung des Senders möglichst dämpfungsarm zur Antenne übertragen werden, andererseits soll im Empfangsfall die Energie von der Antenne möglichst verlustfrei an den Empfänger gelangen. Der größtmögliche Wirkungsgrad wird erreicht, wenn der Innenwiderstand des Generators und der Eingangswiderstand des Verbrauchers den gleichen, einen rein ohmschen Widerstand (Wirkwiderstand) darstellen. Das heißt, daß sowohl der Anschluß des Tranceivers (Sender und Empfänger) als auch der Fußpunkt der Antenne sich in Resonanz befinden müssen. In einem solchen Fall wird von Leistungsanpassung gesprochen. Selbstverständlich muß die Energietransportleitung (Speiseleitung) die zwischen Generator und Verbraucher eingefügt ist, so beschaffen sein, dass sie die Anpassungsbeziehung nicht stört. Die Speiseleitung muß also einen Wellenwiderstand haben, der dem des Tranceivers und der Antenne entspricht.

Für die grundsätzliche Betrachtung ist es unerheblich, ob es sich um eine 300 Ω-Paralleldraht-, eine 60 Ω-Koax- oder sonst wie geartete Leitung handelt. Bild 1 zeigt das Ersatzschaltbild einer Leitung.


Bild 1

Wird ein Leitungsstück betrachtet, ergibt sich die Darstellung in Bild 2, wobei R1 den Isolationswiderstand zwischen den beiden Leitern, R2 und R3 den ohmschen Widerstand der beiden Leiter darstellt. C 1 stellt die Kapazität zwischen den beiden Leitungen dar. Die Induktivität der einzelnen Leitungen wird durch die Induktivitäten L 1 und L 2 gebildet.


Bild 2

Beim Koaxkabel, der am häufigsten verwendeten Speiseleitungsart, besteht der eine Leiter aus der konzentrisch verlaufenden Seele, der andere aus der Abschirmung. Zwischen der Abschirmung und der Seele befindet sich ein Dielektrikum, das aus HF-Isolierstoffen, wie Polyäthylen, Polystyrol oä. besteht. Kabel mit Volldielektrium haben eine hohe Konstanz der elektrischen Werte, während Kabel mit luftraumreichen Dielektrikum besonders verlustarm sind. Allendings müssen solche Kabel gut gegen Feuchtigkeit abgedichtet werden. Als guter Kompromiss zwischen luftreicher Isolierung und geringen Anfälligkeit gegen Feuchtigkeit gilt das Schaumstoffkabel.

Während der Wellenwiderstand und der Verkürzungsfaktor des Kabels frequenzunabhängig sind, steigt die Dämpfung mit zunehmender Frequenz. Ist die Leitung mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen, werden die Verluste ausschließlich durch den Längswiderstand der Leiter und durch den Verlustwinkel des verwendeten Isoliermaterials bestimmt. Allerdings ist der Längswiderstand der Leiter bedingt durch den Skineffekt (Stromverdrängung zur Leiteroberfläche) wesentlich größer als ihr Gleichstromwiderstand.

In den Datenblättern der Hersteller sind die entsprechenden Dämpfungswerte meistens in dB pro 100 m angegeben. Die reinen Dämpfungswerte einer Hochfrequenzleitung können unter Umständen erhebliche Größen erreichen, besonders wenn größere Leitungslängen eingesetzt werden müssen. Deshalb sollte beim Aufbau einer Amateurfunkstation immer darauf geachtet werden, daß zwischen Tranceiver und Antennenanlage ein überschaubarer Abstand besteht. In der nachstehender Tabelle sind die wichtigsten Werte (für 100 m) häufig verwendeter 50 Ω-Kabel aufgeführt:

 

Bei der Berechnung der Gesamtdämpfung zwischen Tranceiver und Antenne müssen auch alle in die Speiseleitung eingeschalteten Komponenten, wie Koaxschalter, Stecker, Leistungsmesser, SWR-Meter usw. berücksichtigt werden. So sind z.B. im 2m-Band für einen PL-Stecker 0,2 dB, einen Duplexer 0,5 dB, einen HF-Bandpass 0,3 dB anzusetzen. Genaue Angaben findet man in den Datenblättern der entsprechenden Hersteller. Liegen solche Datenblätter den Geräten nicht bei, sollte sich der Funkamateur bei seinem Händler erkundigen.

Beim Umgang mit Dämpfungswerten, die in dB ausgedrückt werden, ist es natürlich wichtig zu wissen, wie das Verhältnis von Eingangsleistung zu Ausgangsleistung bei so und so viel dB ist. Dazu dient die folgende Tabelle, in der leicht alle Verhältniswerte für dB-Werte von 1 dB bis 69 dB abgelesen werden können.

 

Will der Anwender z.B. wissen, wie groß das Verhältnis von Eingangs- zu Ausgangsgröße bei einem Wert von 25 dB ist, muß er in der Spalte 20 dB so viele Zeilen nach unten gehen, bis er in die Zeile 5 angelangt ist. Von links nach rechts gelesen stehen dort 316. Also ist bei 25 dB-Dämpfung das Verhältnis, das 316-fache. Auf diese Weise kann man leicht für jeden dB-Wert das entsprechende Verhältnis ablesen. Zur Berechnung einer Anlage sind alle dB-Werte zu addieren und ganz am Schluß das dazugehörige Verhältnis aus der Tabelle abzulesen.

Schwieriger wird es schon wenn der Funkamateur eine große Menge Koaxkabel zur Verfügung hat, aber nicht weiß, wie groß der Wellenwiderstand (Z) dieses Kabel ist, denn viele Kabel haben keine Beschriftung. Hier bieten sich mehrere Methoden an, von denen zwei kurz beschrieben werden sollen.

Mit einem L/C-Meßgerät kann der Wellenwiderstand durch Messung der Kapazität bei offenem Ende des Kabels und der Induktivität bei geschlossenem Ende des Kabels vorgenommen werden. Je länger das zu messende Kabel ist, je genauer wird die Messung. Ist der Kapazität- und der Induktivitätswert festgestellt, kann der Wellenwiderstand nach folgender Formel leicht berechnet werden: &Root; L/C. Diese Methode ergibt den Wellenwiderstand mit einer ausreichenden Näherung. Die Genauigkeit hängt natürlich von der L/C-Messung ab.

Der Wellenwiderstand ist der Wechselstromwiderstand an jedem Punkt einer reflexionsfreien Leitung. Eine Leitung ist reflexionsfrei, wenn sie mit einem Widerstand abgeschlossen ist, dessen Wert gleich dem Wellenwiderstand dieser Leitung ist. Aufgrund dieser Tatsache kann auf einfache Weise der Wellenwiderstand nach folgender Methode ermittelt werden. Siehe Bild 3.


Bild 3

Am Eingang der Leitung wird mit einem Rechteckgenerator ein möglichst sauberes Rechecksignal mit 5 V / 100 kHz eingespeist. Am anderen Ende wird die Leitung mit einem einstellbaren Widerstand von 100 W abgeschlossen. Parallel zum Widerstand wird mit einem Oszilloskope das Rechtecksignal gemessen. Nun muß der einstellbare Widerstand soweit verändert werden, daß das Oszilloskope eine reflexionsfreie Spannung, also eine möglichst unverformte Rechteckspannung, abbildet. Der Wert des entsprechend eingestellten Widerstandes muß nun mit einem W-Meter gemessen werden. Er entspricht dem Wellenwiderstand der zu messenden Leitung. Diese Meßmethode ergibt das Z des Kabels mit recht guter Genauigkeit.

Eine weitere Schwierigkeit bei der Herstellung einer möglichst verlustfreien Speiseleitung ist die Montage der Steckverbinder. Die bei Funkamateuren am häufigsten verwendeten Typen sind PL-, N- und BNC-Stecker. Die Montage eines PL-Steckers macht normalerweise keine Probleme und soll deshalb hier nicht weiter erläutert werden. In dem nachfolgenden Bild 4 ist der grundsätzliche Aufbau und Zusammenbau des N- und BNC-Steckers gezeigt.

Bild 5 zeigt die Abisoliermaße für N- und BNC-Stecker am Beispiel des Kabeltyps AIRCELL 7. Die Abisoliermaße für andere Kabeltypen und/oder andere N- und BNC Stecker können von den hier angegebenen geringfügig abweichen. Etwaige Abweichungen müssen bei der Montage entsprechend berücksichtigt werden. Von den meisten Herstellern gibt es Anweisungen für den Zusammenbau. Wichtig ist die saubere und sorgfältige Montage der Steckverbindungen, denn durch unpräzises Arbeiten können leicht sogenannte Stoßstellen entstehen, die unter Umständen zu beträchtlichen Verlusten bei der Übertragung von HF-Leistung führen. Besonders bei Kabeln mit Luftkammer-Dielektrikum, wie z.B. AIRCOMplus muß auf einen sorgfältigen Zusammenbau der Steckverbinder geachtet werden.


Bild 4


Bild 5