elspec Whitepaper

Koaxialkabel mit geringen Verlusten und einem weiten Temperaturbereich verwenden meist PTFE (Polytetrafluorethylen) als Isolationsmaterial. Auch bei elspec verwenden wir PTFE: Seit 32 Jahren ist es neben Kupfer, Silber und Stahl das am häufigsten bestellte Basismaterial. Es ist unverzichtbar, da die Anforderungen immer höher werden und präzise, stabile Messungen notwendig sind.

Deshalb ist es dem HF-Spezialisten elspec ein besonderes Anliegen, einen Überblick über die neuesten Forschungen und Anwendungen von PTFE zu geben. Wir möchten einen Einblick in die Eigenschaften und Grenzen dieses Materials geben und die verschiedenen Veröffentlichungen zu diesem Thema zusammenfassen.

Koaxialleitungen eignen sich gut für die drahtgebundene Übertragung von Hochfrequenzsignalen. Sie haben keine untere Frequenzgrenze und können daher auch Gleichstrom übertragen. Außerdem ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit über den gesamten nutzbaren Frequenzbereich konstant, solange das Kabel in der transversalen elektromagnetischen (TEM) Mode gehalten wird.

Ein Nachteil ist die zusätzliche Dämpfung im Dielektrikum zwischen Außen- und Innenleitern. Im Vergleich zu einem WR-90-Hohlleiter mit 10,8 dB/100m bei 10 GHz kann ein 1/2"-Flexwell-Kabel nur 40,6 dB/100m bieten. Andererseits ist der Hohlleiter ein massives Rohr und lässt sich nicht so leicht biegen, was bei einem Koaxialkabel überhaupt kein Problem ist.

Am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) wurden von Oktober 2015 bis Oktober 2016 zwei Typen von Koaxialkabeln ionisierender Strahlung ausgesetzt. Bei der ersten Probe handelte es sich um ein 8 Meter langes Stück des Teledyne Storm Microwave Phase Master® 160 und bei der zweiten Probe um ein 10 Meter langes Stück des Harbour Industries LL142.

Sie wurden auf der Rückseite eines Beam Dumps am ELBE FEL (U100) installiert und mit zwei mal 5 Meter langen Patchkabeln LL142 verbunden. An diesem Ort erfuhren die Proben einen Gammastrahlungsschauer, der durch die abgebremsten Elektronen im Strahlenkanal erzeugt wurde - die so genannte "Bremsstrahlung".

Da beide Proben zur gleichen Zeit an diesem Ort installiert wurden, erfuhren sie das gleiche Strahlungsfeld.

Eines der wesentlichen Merkmale von Hochfrequenzkomponenten und -systemen ist die Anpassung der Anschlüsse. Zu deren Bestimmung wird in der Regel ein vektorieller Netzwerkanalysator (VNA) verwendet. Damit lassen sich ohne weiteres Anpassungen von 60 dB messen.

Diese hohen Anpassungswerte werden nicht gemessen, weil der VNA noch bessere Werte hat, sondern weil seine systematischen Fehler durch Kalibrierung mit einem bekannten Kalibriersatz berechnet werden. Die einzelnen Teile des Kalibriersatzes bringen aber auch Unsicherheiten mit sich, die die Messgenauigkeit ebenfalls einschränken. Es ist auch fraglich, ob eine Anpassung von 60 dB der wahre Wert ist.

Das optimale Messkabel ist nicht zufällig gefunden, sondern wird nach genauer Abwägung aller relevanten Kriterien ausgewählt.

Wie Sie die richtigen Fragen stellen, ob "teurer" gleich "besser" ist, etc. - das haben wir für Sie zusammengestellt. Zu Hilfe kam uns dabei der Messtechniker Stefan Burger. Der gebürtige Freiburger ist Inhaber des Beratungsunternehmens Delta Gamma RF-Expert in Hampton, Australien, und reist um die Welt, um Unterstützung für RF-Lösungen zu geben. Das Labor hält die empfindlichsten Testgeräte bereit. Die Mitarbeiter wurden umfassend geschult und gewissenhaft auf die vielfältigen neuen Testmöglichkeiten vorbereitet. Präzision und extreme Genauigkeit sind für jeden der beteiligten Testingenieure eine Selbstverständlichkeit. Die Erwartungen sind beträchtlich, denn es wurde bereits ein erhebliches Budget investiert.

Das Labor verfügt über die empfindlichsten Testgeräte, die zum Einsatz kommen können. Die Mitarbeiter wurden umfassend geschult und gewissenhaft auf die vielfältigen neuen Prüfmöglichkeiten vorbereitet. Präzision und extreme Genauigkeit sind für jeden der beteiligten Prüfingenieure eine Selbstverständlichkeit. Die Erwartungen sind hoch, denn es wurde bereits ein erhebliches Budget investiert. Damit die Qualitätskette weiterläuft, sollten die besten Kabel, Adapter und Steckverbinder verwendet werden.

Aus diesem Grund hat elspec für Sie das portable Premium Measurement Kit entwickelt. Es enthält alle gängigen Anschlussteile wie Mikrowellenkabelkonfektion für 18 GHz, Adapter N/SMA und SUCOFORM® 86 Jumperkabel mit Schutzkappe, sowie den passenden Drehmomentschlüssel - alles kompakt, aber einfach zu bedienen.

Bei der Messung von vorkonfektionierten Koaxialkabeln mit dem Netzwerkanalysator ist es wichtig zu verstehen, dass die auf dem Analysator angezeigte Anpassung aus der Überlagerung der von den Steckern an beiden Enden des Kabels reflektierten Signale resultiert. Das dB (kurz für Dezibel) ist eine Einheit, die uns bei der Durchführung solcher Verfahren ständig begegnet.

Schauen wir uns kurz an, was es mit dem "Dezibel" auf sich hat und wie die Berechnung damit funktioniert: Der Bel (das ist die ursprüngliche Bezeichnung) stellt Leistungsverhältnisse auf einer logarithmischen Skala dar. Da das Bel etwas umständlich zu verwenden ist, wurde ein Zehntel eines Bel als günstigere Einheit eingeführt. So hat sich das Dezi-"Bel" (dB) als gängiges Maß durchgesetzt.

Um Signale von A nach B zu verbinden, kann man zum Beispiel zwei parallele Drähte verwenden. Das funktioniert sogar bis in den HF-Bereich, wenn man die Impedanz dieser Zweidrahtleitung im Auge behält. Nachteilig ist jedoch, dass sich das Feld um die Drähte herum ausbreitet und dass alles, was in die Nähe kommt, die Übertragungseigenschaften beeinflusst.

Bei Hohlleitern hingegen wird das elektromagnetische Feld im Inneren eines Metallrohrs übertragen. Alles, was von außen kommt, hat keinen Einfluss auf das Feld. Der Nachteil dabei ist, dass es eine Mindestfrequenz gibt, ab der der Energietransport überhaupt möglich ist. Außerdem ist ein solcher Leiter sehr steif und kann nicht leicht gebogen werden.

Koaxialkabel werden in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt. Abhängig vom Einsatzort ist das wichtigste Kriterium die unverfälschte Signalübertragung hinsichtlich der Signalform oder nur eine minimale Dämpfung. Gewünscht ist dann der kleinstmöglicher Dämpfungswert. Nur, wie groß ist er in Abhängigkeit von der maximal zu übertragenden Frequenz.

Um dies näher zu ergründen betrachten wir zuerst die Eigenschaften des Koaxialkabels.

Die N-Steckverbinder wurden 1942 entwickelt und sind damit einer der ältesten noch regelmäßig verwendeten Steckverbinder. Vieles war damals noch nicht bekannt und so hat das System seine Schwächen.

Dieses Whitepaper befasst sich mit der Frage der sicheren Verschraubung und was passieren kann, wenn diese nicht gewährleistet ist.

Semi-Rigid-Kabel werden hauptsächlich für Anwendungen in Hochfrequenzbändern bis zu 110 GHz verwendet. Das Kabel ist einzigartig und lässt sich leicht in die fertige Form biegen und behält auch nach dem Biegen seine Form bei. Diese Eigenschaft macht es ideal für die Verwendung mit automatisierten Biegegeräten sowie für die Handformung. Unsere Lieferanten sind nach MIL-DTL-17 qualifiziert und stehen auf der Qualified Products List der U.S. Defense Logistics Agency.
Ein ganz besonderer Vorteil ist die 100%ige Abschirmung mit niedrigem VSWR, der verfügbare Kabeldurchmesser reicht von 0,020 Zoll bis 0,500 Zoll und der verfügbare Impedanzbereich von 10 Ohm bis 100 Ohm.