Kompendium

Leitungsarten, Leitungsbeläge

Die nachfolgenden Ausführungen, Aufgaben und Beispiele beziehen sich auf die Leitungstypen Parallelplattenleitung (zwei dünne, parallele, ebene Metallfolien im Abstand a) in der Ausführungsform Mikrostreifenleitung (Bild 3), Paralleldrahtleitung (Leiterabstand a, Drahtdurchmesser d) in den Ausführungsformen symmetrische HF-Leitung (Bild 4), Flachbandkabel (Bild 5) und Rundkabel (mit oder ohne Schirmerde) mit paarweise verdrillten Leitungen (twisted pairs) zur Verringerung von kapazitiven und induktiven Einstreuungen (Bild 6) und Koaxialleitung (Koaxialkabel) (Bild 7).
Die Leitungsbeläge, auch primäre Leitungskonstanten genannt, sind die auf die Leitungslänge l bezogenen Parameter Widerstand (der Leitung), Induktivität, Kapazität und (Isolations-) Leitwert:
Widerstandsbelag
(1)
Leitwertbelag
(2)
Induktivitätsbelag
(3)
Kapazitätsbelag
(4)
Sind die Beläge längs der Leitung konstant, heißt die Leitung homogen.
Als Einheiten sind typisch:
(5)

Während die Berechnung der Induktivität einer Paralleldrahtleitung und die Berechnung von Induktivität, Kapazität und Leitwert (Isolationswiderstand) des Koaxialkabels aus der Lehrveranstaltung Grundlagen der Elektrotechnik (1. Studienjahr) bekannt sind, erfordert die Berechnung der Kapazität und des Isolationswiderstandes der Paralleldrahtleitung Kenntnisse in der Feldberechnung, wie sie in der Lehrveranstaltung Theoretische Elektrotechnik vermittelt werden.
(Wechselstrom-) Widerstandsbelag
Die Berechnung des Widerstandsbelages bei Frequenzen der Informationstechnik erfordert ebenfalls Kenntnisse der Theoretischen Elektrotechnik.
Bei hohen Frequenzen wird nämlich infolge der Stromverdrängung (Skineffekt) der Strom in einer schmalen Schicht an der Oberfläche des Leiters geführt (Bild 8). Die Schichtdicke, das sogenannte Eindringmaß bzw. die Eindringtiefe berechnet sich zu
(6)

(Skineffektformel). Wenn die Eindringtiefe kleiner ist als z.B. der Drahtdurchmesser, wird der Widerstandsbelag aus dem Widerstand der stromführenden Schicht berechnet. Der Widerstandsbelag steigt also mit der Wurzel aus der Frequenz f.