Kabel und Ihre elektrischen Eigenschaften bzgl. R, L, G, C

[BitteEinBit]

Wen es interessiert kann es lesen - wen es verwirrt der lässt es sein.

Speziell 3.1.2. Drahtgebundene Übertragung, elektrische Leitungen

http://www.ika-reutte.at/elearning/M...ittstellen.doc

und hier in ähnlicher Form:
http://all-about-security.de/artikel...tt_news%5D=184
http://www.naeder.de/datentechnik/su...riffe-main.htm
http://www.daetwyler.net/d/produkte/...kapitel2_2.htm
http://de.wikipedia.org/wiki/Leitungsbel%C3%A4ge
http://www.e-learning-academy.com/extract/22976.pdf

Die Geschichte um der Kapazität ist eine wenig schwer verdaulich, so wie diese Begebenheit eine gewisse, ich sage einfach mal, "Darmträgheit" auf den Drähten hervorruft.

Man kann sich das folgendermassen vereinfacht so vorstellen: Wenn ein Wechselsignal an eine Leitung gelegt wird, so benötigt das anfänglich neutrale Drahtpaar ersteinmal elektr. Arbeit (und Zeit) um auf das Niveau der Spannungsquelle gebracht zu werden, also Ladungsträger, sprich Elektronen, müssen aus dem einen Draht mittels der Spannungsquelle abgezogen werden, damit er zu "+" wird und Ladungsträger zum anderen Draht hinzugefügt werden, damit er zu "-" wird (Elektronen haben ja eine negative Elementarladung). Das kostet erstens Zeit (die man bei hochfrequenteren Signalen zusehends immer weniger zur Verfügung hat) und zweitens elektrische Arbeit. Da nun ein ständiger Wechsel der Polarität bei Wechselspannung mit halber Periodendauer 1/Frequenz anliegt, muss dieses Spiel der Umpolung des Drahtes bei steigender Frequenz immer schneller erfolgen und die Signalquelle somit gegen eine mit der Frequenz steigenden gespeicherten Gegenkraft auf dem Draht angehen, da der Draht eine gewisse Zeit benötigt, um von selbst wieder auf neutrales Niveau zu gelangen. Es muss also das Eingangssignal immer mehr gegen eine mit der Frequenz steigenden gespeicherten Gegenspannung ankommen. Darum zieht es höherfrequente Signale mehr in die Knie als niederfrequente. Besser kann ich es nun leider nicht erklären und ich hoffe, die daran Interessierten verstehen mich einigermassen und verstehen desweiteren, weshalb es so immens wichtig ist, das eine Datenübertragungsstrecke eine möglichst kleine kapazitive Speicherungsfähigkeit aufweist. Idealerweise Null... aber das ist aufgrund der ladungsspeicherungsfähigen Materialphysik leider nicht zu erreichen. Bleibt also ein Traum.

Einfacher Versuchsaufbau dazu: Man suche sich einen ca. 100 Meter langen Fernmeldedoppeldraht der noch irgendwo im Keller herumliegt. Nun lege man eine Gleichspannung, z. b. 12 Volt, an die beiden Drähte an und lasse dabei das hintere Ende der Zwillingsleitung offen. Nun entfernt man die Spannungsquelle wieder und messe rasch am Draht (Messwerk auf niedrigen Gleichspannungsbereich einstellen). Man wird dabei feststellen, dass das Messwerk einen Spannungswert anzeigt aber der Draht sich natürlich über das nicht unendlich hochohmige Messwerk des Spannungsmessers (und natürlich über das Dielektrikum) relativ schnell (in ein paar msec) wieder entlädt. Damit ist aber eindeutig nachgewiesen, dass der Doppeldraht tatsächlich eine kapazitive Speicherfähigkeit besitzt, die auf Datenleitungen aber ein absoluter Greuel ist, da sie eben höherfrequente Signale wegdämpft. --> Tiefpasscharakteristik. Eine Leitung stellt sogar einen Tiefpass 2. Ordnung dar, da noch erschwerenderweise hochfrequenzdämpfende Induktivitätsbeläge hinzukommen.

Gruss

BitteEinBit

[Wattwurm]

Ganz so schlimm ist es gottseidank nicht. Wenn die Leitung mit ihrem Wellenwiderstand (Quadratwurzel aus L/C) abgeschlossen wird, entfällt die LC-bedingte Frequenzabhängigkeit. Das Delikate dabei ist, dass L und C die Induktivität und Kapazität von unendlich kleinen Teilstücken der Leitung sind. Die gesamte Leitung ist also quasi eine Hintereinanderschaltung von unendlich vielen dieser Teilstücke. In der Realität gibt es Verluste im Dielektrikum, also der als Kapaztität wirkenden Isolation des Kabels, sowie durch den ohmeschen Widerstand des Kabels, der sozusagen Verluste der Induktivität bewirkt. Deshalb wird jedes konventionelle Kabel die höheren Frequenzen stärker dämpfen als die niedrigen. Das hat aber nichts mit der von Dir behaupteten Tiefpasseigenschaft zu tun!
Grundsätzlich gilt, dass eine für Breitbandübertragung vorgesehene Leitung mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen werden muss. Beim TV-Kabel sind das z.B. 75 Ohm, bei DSL wird mit 100 Ohm gerechnet und bei kommerziellen HF-Anwendungen werden meist Kabel mit 50 Ohm Wellenwiderstand benutzt.
Bei Fehlanpassungen entsteht übrigens nicht ein Frequenzgang, der dem eines Tiefpasses 2.Ordnung entspricht, sondern bedingt durch die Resonanzeffekte der Kabelkapazität und -Induktivität eine Art Sinuskurve.
Mit der Thematik sind schon ganze Bücher gefüllt worden. Eine (relativ) verständliche Abhandlung darüber findet man aber unter

http://de.wikipedia.org/wiki/Wellenwiderstand