Ein 50-Ohm-Kabel?

Zu Beginn meiner Erkundungen der Elektrizität stieß ich auf ein Stück Koaxialkabel mit einem aufgedruckten Etikett „50 Ohm“ auf der Außenhülle (Abbildung unten). Koaxialkabel ist ein zweiadriges Kabel, das aus einem einzelnen Leiter besteht, der von einem Drahtgeflechtmantel umgeben ist, wobei die beiden durch ein Isoliermaterial aus Kunststoff getrennt sind.

Dabei umgibt der äußere (geflochtene) Leiter den inneren (einadrigen) Leiter vollständig, wobei die beiden Leiter über die gesamte Länge des Kabels voneinander isoliert sind. Diese Art von Verkabelung wird häufig verwendet, um schwache (niedrige) Spannungssignale zu leiten, da sie diese Signale hervorragend vor externen Störungen abschirmen können.

Koaxialkabelaufbau.

Ich war verblüfft über das Etikett „50 Ohm“ auf diesem Koaxialkabel. Wie können zwei Leiter, die durch eine relativ dicke Kunststoffschicht voneinander isoliert sind, einen Widerstand von 50 Ohm zwischen sich haben?

Ich habe den Widerstand zwischen Außen- und Innenleiter mit meinem Ohmmeter gemessen und festgestellt, dass er unendlich ist (Leerlauf), genau wie ich es von den beiden isolierten Leitern erwartet hätte.

Die Messung der Widerstände der beiden Leiter von einem Ende des Kabels zum anderen ergab einen Widerstand von fast null Ohm:wieder genau das, was ich von kontinuierlichen, ununterbrochenen Drahtlängen erwartet hätte.

An diesem Kabel konnte ich nirgendwo 50 Ω Widerstand messen, egal an welchen Punkten ich mein Ohmmeter dazwischen angeschlossen habe.

Was ich damals nicht verstand, war die Reaktion des Kabels auf hochfrequente Wechselstromsignale und Impulse, die eine schnelle Anstiegs-/Abfallzeit aufweisen. Kontinuierlicher Gleichstrom (DC) – wie er von meinem Ohmmeter verwendet wird, um den Widerstand des Kabels zu überprüfen – zeigt, dass die beiden Leiter vollständig voneinander isoliert sind, mit einem nahezu unendlichen Widerstand zwischen den beiden.

Aufgrund der Auswirkungen von Kapazität und Induktivität, die über die Länge des Kabels verteilt sind, reagiert das Kabel jedoch auf sich schnell ändernde Spannungen so, dass es wie ein endliches wirkt Impedanz, zieht Strom proportional zur angelegten Spannung.

Was wir normalerweise als ein Kabelpaar abtun würden, wird bei sich schnell ändernden Transienten und hochfrequenten Wechselstromsignalen zu einem wichtigen Schaltungselement mit ganz eigenen charakteristischen Eigenschaften. Wenn wir solche Eigenschaften ausdrücken, bezeichnen wir das Adernpaar als Übertragungsleitung .

In diesem Kapitel wird das Verhalten der Übertragungsleitung untersucht. Viele Übertragungsleitungseffekte treten in Wechselstromkreisen mit Netzfrequenz (50 oder 60 Hz) oder in kontinuierlichen Gleichstromkreisen nicht in nennenswertem Maße auf, und so mussten wir uns bei unserer bisherigen Untersuchung von Stromkreisen nicht mit ihnen befassen.

Bei Stromkreisen mit hohen Frequenzen und/oder extrem langen Kabellängen sind die Auswirkungen jedoch sehr groß.

Praktische Anwendungen von Übertragungsleitungseffekten gibt es in Hochfrequenz-(„RF“)-Kommunikationsschaltungen, einschließlich Computernetzwerken, und in Niederfrequenzschaltungen, die schnell wechselnden Spannungstransienten („Überspannungen“) wie Blitzeinschlägen in Stromleitungen ausgesetzt sind.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt zur charakteristischen Impedanz