Antennenkabel Blog

Optimale Übertragungsqualität in der Funktechnik

Antennenkabel oder auch HF-Speiseleitungen haben die Aufgabe, die Hochfrequenz-Energie (HF-Energie) möglichst verlustarm von der Antenne zum Empfänger weiterzuleiten. Die Entwicklung des Antennenkabels brachte mit der fortschreitenden Technik verschiedenste Leitungsformen zu Tage. So findet die Signalübertragung heute nicht mehr im Niedrig-Frequenzbereich statt, sondern in einem Bereich von mehreren Gigahertz.

Grundsätzlich gibt es Eindrahtleitungen, symmetrische Leitungen wie Zweidrahtleitungen oder Doppelleitungen, Mehrdrahtleitungen oder die axialsymmetrischen Leitungen wie das Koaxialkabel.

Eindrahtleitung

Die Eindrahtleitung wird nach seinem Erfinder auch Goubau-Leitung benannt. Sie besteht nur aus einem Leiter, der mit einem mehr oder weniger dicken Dielektrikum umgeben ist. Das Dielektrikum bündelt die Strahlung um den Leiter. Diese Art der Leitung strahlt sehr stark und nimmt auch aus der Umgebung die Störstrahlung auf. Daher ist diese Art des Antennenkabels für heutige Ansprüche nicht geeignet.

Zweidrahtleitung

Als weiteren Entwicklungsschritt entstanden die symmetrischen Leitungen. Diese Zweidrahtleitungen bestehen aus zwei parallel verlaufenden Drähten. Der Abstand der Drähte muss immer klein gegenüber der Wellenlänge sein. Es entstanden die verschiedene Wellenwiderstände: 75, 95, 125, 150, 240, 300, 400, 450 und 600 Ohm.

Symmetrische Zweidrahtleitung

Symmetrische Zweidrahtleitung, wie sie in den letzten Jahren für das analoge terristische Fernsehen benutzt wurde

Unterschiedliche Abstände der Drähte und unterschiedliche Frequenzen ergeben immer völlig unterschiedliche Parameter des Kabels. Zur Anschaltung waren immer Symmetrieglieder notwendig.

Diese lange Aufzählung schreit aus heutiger Sicht förmlich nach einer Vereinfachung.

Zweidrahtleitung mit Symmetrierglied

>Zweidrahtleitung 240 Ohm mit Symmetrierglied

Amateurfunker bzw. die Kurzwellenamateure benutzen noch heute die Zweidrahtleitung. Sie benutzen oft selbstgebaute Speiseleitungen aus freiliegenden Drähten. Damit die Drähte parallel verlaufen werden, Spreizstücke aus verlustarmen Isoliermaterial verwendet. Man nennt diese Leitungen auch Hühnerleiter. Auf eine Frequenz abgestimmt wird dieses Kabel gleich als Antenne benutzt (teilweise auch bei heutigen Rundfunkempfängern)

Zweidrahtleitung Hühnerleiter

Von Amateurfunkern als Antenne verwendete Leitung

Zusammengefasst zeichnen sich diese Antennenleitungen durch folgende Merkmale aus

  • Aufgrund der unterschiedlichen Wellenwiderstände ist keine Standardisierung möglich.

  • Enormer Aufwand zur Ein- bzw. Auskopplung des Signals von dem Gerät auf die Leitung.

  • Geringe UV-Beständigkeit.

  • Sehr große Strahlung um Umfeld des Kabels und damit Störung anderer Geräte.

  • Nimmt selber Störstrahlung aus der Umgebung auf.

Koaxialleitung

Koaxialkabel mit SMA Stecker
All diese negativen Eigenschaften forderten eine weitere Entwicklung und so entstand das Koaxialkabel. Das Kabelsystem ist in sich geschlossen und je nach Qualität gibt es keine Störstrahlung. Die Anschlussstellen (Stecker und Buchsen) sind einfach zu fertigen und können Miniaturgrößen annehmen ohne die HF-Eigenschaften zu verändern. Die Koaxialleitungen sind Frequenzstabil.

Heute werden in der Mobilfunktechnik vorwiegend das 50 Ohm Koaxialkabel verwendet. Antennenkabel ist aber nicht gleich Antennenkabel. Bei den Koaxialkabeln gibt es Merkmale, die wesentliche Qualitätsunterschiede und damit auch Preisunterschiede hervorrufen. Wir erläutern Ihnen die wichtigsten Eigenschaften der Koaxialkabel und zeigen, worauf Sie beim Kauf achten sollten.

Das Koaxialkabel besteht grundsätzlich aus 4 Teilen:

Koax-Kabel mit Beschriftung

Aufbau eines Koaxialkabels

Physikalische Eigenschaften des Antennenkabels

Wellenwiderstand

Eine der wichtigsten Kenngrößen für Antennenkabel ist der Wellenwiderstand, auch Impedanz oder Kennwiderstand genannt. Bevorzugte Wellenwiderstände sind 50 Ohm, 75 Ohm, 95 Ohm und 120 Ohm. Diesen Widerständen entsprechend müssen die HF-Leitungen mechanisch konstruiert werden. In der Funktechnik wird fast nur mit 50 Ohm gearbeitet. Der Wellenwiderstand wird maßgeblich von den geometrischen Abmessungen des Leitungsquerschnitts bestimmt.

Vereinfacht bedeutet das: Der Wellenwiderstand wird von dem Verhältnis der Durchmesser von Innenleiter und Außenleiter bestimmt. Der Wellenwiderstand ist zwischen 1MHz und der Grenzfrequenz des Kabels konstant und unabhängig von der Frequenz.

FAZIT:

Sat-Antennenkabel mit 75 Ohm Wellenwiderstand und mehr haben bei Funkanwendungen wie UMTS, LTE oder WLAN nichts verloren! Beim Kauf von Antennenkabeln ist auf dringend auf die Impedanz-Werte zu achten.

Dämpfung des Antennenkabels

Die Dämpfung der Koaxialleitung ist frequenzabhängig. Je höher die Frequenz wird, desto größer wird die Dämpfung. Die Dämpfung wird von verschiedenen Faktoren des Koax-Antennenkabels bestimmt.

  • Skin-Effekt
    Der Längswiderstand wächst auf Grund der Oberflächenleitung um ein Vielfaches.

  • Innenleiter
    Der Innenleiter-Durchmesser steht, aufgrund der Impedanz, in direktem Verhältnis zur Abschirmung. Dickere Koaxialkabel sind zu bevorzugen.

  • Leitungsmaterial
    Starre Innenleiter sind dämpfungsärmer als Litzen, versilbertes Kupfer leitet besser als reines Kupfer.

  • Arbeitstemperatur
    Je wärmer das Antennenkabel (hohe Temperatur bei Außenanwendungen), desto größer die Dämpfung.

  • Alter des Kabels

Die Dämpfung wird in Tabellen in dB/m in Abhängigkeit der Frequenz angegeben. Die Dämpfungsverluste nehmen mit Zunahme der Frequenz sehr große und bedeutende Werte an. Für die Auswahl der Antennenkabel testen wir von FTS Hennig unsere Koaxialkabel am hauseigenen Meßplatz - deutsche Qualität #made_in_Sachsen!

Für die Messwerte in der folgenden Tabelle befanden sich dünne Koaxialkabel mit 2,7mm Manteldurchmesser bei uns im Test.

Test Koaxialkabel (Ø = 2,7mm)
Frequenz in MHz 10 30 100 500 1000 1500 2000 2500
RG 174 (dB/100m) 9,5 18,5 30 70 110 110 130 187
RG 316 (dB/100m) 8,1 15,6 28 67 102 137 162 170
FTS-H 100 Twin LowLoss (dB/100m) 4,7 8,2 21 50 70 80 100 140

Hochwertige Koaxialkabel im FTS Mobilfunk Shop

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Skin-Effekt in der HF-Technik

In den bekannten Stromkabeln im Haushalt gibt es je nach Verbraucher unterschiedlich dicke Leitungen. Dies ist auch notwendig, da der Strom über den gesamten Querschnitt der Leitung fließt. Physikalisch betrachtet gibt es nur den Ohmschen Widerstand, der vom Leitermaterial abhängig ist. Je höher wir bei der zu übertragenden Frequenz gehen, umso mehr wird der Strom zur Leiteroberfläche hin verdrängt - und dieses Phänomen trägt den Namen Skin-Effekt.

Letztlich wird die HF-Energie nur noch an der Oberfläche des Innenleiters des Antennenkabels übertragen. Antennenkabel für größere Leistungen sind im Innenleiter sogar hohl.

Bestandteile eines Koaxialkabels

Innenleiter

Wie schon zum Thema Antennenkabel mehrfach beschrieben, ergeben sich aus dem verwendeten Material für den Innenleiter große Unterschiede.Es wird Leitermaterial aus Elektrolyt-Kupfer mit sehr geringen Toleranzen, versilberter Kupferleiter oder verzinnter Kupferleiter verwendet. Die Leitfähigkeit und damit der ohmsche Widerstand sind davon abhängig. Da meistens mehrere Meter Kabel verwendet werden, summieren sich die Einzelwiderstände ganz schnell nach oben.

Innenleiter für Koaxialkabel

Innenleiter

Die Leitungen können aus massiven Drähten oder verseilten Litzen bestehen. Für flexible Leitungen werden Litzen verwendet, da somit der minimale Biegeradius erreicht wird. Antennenkabel mit starren Leiter sind nicht ganz so flexibel, haben dafür aber wesentlich geringere Dämpfungswerte. In den oberen Frequenzen wird grundsätzlich ein massiver Innenleiter verwendet.

Beispiel:

Das Kabel FTS-H 200 PVC soll bis 6 GHz verwendet werden. Dieses Koaxialkabel wird deshalb mit starrem Innenleiter gefertigt. In den unteren Frequenzbereichen ergibt sich dadurch auch eine sehr geringe Dämpfung.

Dielektrikum

Das Isolationsmaterial zwischen den Leitern, auch Dielektrikum genannt, entscheidet, wie weit das elektrische Feld gegenüber dem Freiraum (Luft) geschwächt wird. Hier geht es nicht um die Isolierung zwischen Innenleiter und Abschirmung, sondern dieses Material verschlingt Energie, die eigentlich übertragen werden sollte. Diese einheitenlose relative Permittivität (Früher: Dielektrizitätskonstante) ist im Vakuum 1 und bei Luft nahezu 1.

Bei älteren Kabeltypen heute bei sehr billig / einfach produzierten Leitungen wird Polyäthylen (PE) mit dem Faktor 2,28 verwendet. Die von uns verwendeten Kabeltypen FTS-H 200 PVC haben geschäumtes Polyäthylen.

Vorteile von geschäumten PE gegenüber Voll-PE

  • 30% weniger Dämpfung

  • ca. 20% geringere Kapazität

  • ca. 23% höherer Verkürzungsfaktor (damit der Luft sehr ähnlich!)

  • Sehr hohe Flexibilität

  • 15% höhere Grenzfrequenz

  • Bei gleicher Dämpfung 60% leichter

  • Bei gleicher Dämpfung ca. 25% geringerer Durchmesser notwendig

Nachteile des geschäumten PE

  • Geringere Kältebeständigkeit

  • Anfällig für Feuchtigkeit (irrelevant bei gutem Mantelmaterial)

  • Geringere mechanische Belastbarkeit

Abschirmung

Wir haben bisher erfahren, dass der Innenleiter das HF-Signal transportiert und das als Dielektrikum am besten Luft verwendet wird. Der Außenleiter hat nun die Funktion, Störungen aus der Umgebung fern zu halten und auch die Umgebung vor Störungen aus dem Kabel zu schützen.

Einfaches Koaxialkabel ist meistens nur mit einem Schirmgeflecht versehen. Für höhere mechanische oder elektrische Anforderungen in der Übertragung wird Doppelgeflecht (doppelt geschirmt), Geflecht mit Aluminiumfolie oder Vollmaterial verwendet. Das verwendete Material erzeugt die sogenannte Schirmdämpfung. Kabel mit Geflecht hat eine übliche Schirmdämpfung von 40dB. Bei doppelt geschirmten Kabeln wird eine Dämpfung von mehr als 60dB erreicht und bei Vollmaterial sogar 120 dB.

FAZIT:

Innenleiter, Dielektrikum und Abschirmung entscheiden zusammen über die technische und mechanische Qualität eines Koxialkabels. Die meisten handelsüblichen, doppelt geschirmten 50 Ohm Antennenkabel weisen eine Schirmdämpfung von 60dB auf. Mit dem Kabel FTS-H200 PVC und dem Twinkabel FTS-H 100 LowLoss wird eine Schirmdämpfung von mehr als 85dB erreicht.

RG174 LowLoss Litze Koaxial Twinkabel FTS-H 100 LowLoss

RG174 LowLoss und FTS-H 100 Twin LowLoss Kabel wurden als Alternative für das RG 174 Kabel entwickelt. Das FTS-H 100 Twin LowLoss wird als Doppelausführung für LTE produziert (MIMO).

Kunststoffmantel

Die letzte Schicht des Koaxialkabels ist der Mantel. Der Kunststoffmantel verändert nicht die elektrische Beschaffenheit des Antennenkabels, ist aber dennoch so wichtig, dass es sogar MIL-Spezifikationen (Die Bezeichnung kommt vom US-Militärstandard) und die europäische Norme DIN EN 50290 gibt. Die amerikanischen Normen beginnen immer mir RG (Radio Guide).

Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale beim Kunststoffmantel sind:

  • Temperaturbereich für die Einsatzbedingungen

  • Beständigkeit gegen Chemikalien

  • UV Beständigkeit

  • Beständigkeit bei Feuer (Selbst brennbar? Gasentwicklung bei Bränden?)

Koaxialkabel Schwarz Koaxialkabel weiss

FTS Hennig bietet die Koaxialantennenkabel in den Farben Schwarz und Weiß an. Das weiße Kabel bietet die gleich gute UV-Beständigkeit wie das schwarze Kabel und kann bedenkenlos im Freien verbaut werden.

    Unsere Kabel entsprechen folgenden Normen:

  • Mantelmaterial: DIN EN 50290-2-22 (VDE 0819 ) in Verbindung mit TM52 (HD 624.2)

  • Flammenbeständig nach IEC 60332-1-2

  • RoHS compliant (Directive 2011/65/EC)

  • UV beständig UL 1581 Sec.1200

FAZIT:

Von Fall zu Fall muss entschieden, wie hochwertig die Koaxialkabel sein müssen - nicht immer lohnt es sich, zum teuersten Antennenkabel zu greifen.

Das passende Kabel kann dann als Meterware gekauft werden, wobei entsprechende Stecker separat erworben und montiert werden müssen. Fertig konfektionierte Antennenkabel für UMTS und LTE finden Sie im FTS Mobilfunk Shop.

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Für LTE-Router konnte sich in letzter Zeit der männliche (male) SMA Stecker male stillschweigend durchsetzen. Huawei, TDT oder CradlePoint bauen die Antennenanschlüsse mit SMA-Buchsen. An den Geräten befinden sich auch WLAN-Antennenbuchsen, welche in Form eines weiblichen (female) SMA-Reverse-Stecker daher kommen.

SMA Stecker

SMA-Stecker (male)

SMA-Stecker werden in der HF-Technik universell eingesetzt und können Frequenzen bis 6 GHz übertragen. Sie können vergoldet oder vernickelt sein. Zum Festziehen wird ein M8-Maulschlüssel verwendet. Das Außengewinde der Antennenbuchse am Router hat einen Durchmesser von 6,5 mm. Wenn ein Loch für den Wanddurchbruch benötigt wird, muss ein 10 mm Loch gebohrt werden.

Es gibt eine Reihe von SMA-Adaptern, um diese Stecker auf andere Steckertypen zu übersetzen. Wittenberg Antennen liefert zum Beispiel alle Antennenkabel mit Buchsen für FME-Kabel. Hier muss jeweils ein SMA-FME Adapter zum Anschluss an den Router verwendet werden.

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