Strahlerkabel

Schlitzkabel auch Leckkabel, Strahlerkabel, Leckwellenleiter oder umgangssprachlich Leckleitung genannt, sind spezielle Kabel, die als langgestreckte Antennen verwendet werden, zum Beispiel für Rundfunk-, Mobilfunk- oder WLAN-Signale. Leckwellenleiter sind Koaxialkabel mit kleinen Öffnungen im Schirm, durch die das HF-Signal über die ganze Länge des Kabels abgestrahlt oder aufgenommen werden kann. Durch Leckkabel können insbesondere lange Innenbereiche (z. B. Tunnel) gleichmäßig und kostengünstig mit Funkdiensten versorgt werden. Die Bezeichnungen Leckkabel und Strahlerkabel beruhen auf der Vorstellung, dass ein Teil der Hochfrequenzleistung radial aus dem Kabel heraus leckt bzw. strahlt.

Funktion einer geschlitzten Leckwellenleitung

Bei einer geschlitzten Leckleitung ist der äußere Schirm durch schmale Schlitze unterbrochen, die senkrecht zur Längsrichtung liegen. Das elektromagnetische Feld zwischen Innen- und Außenleiter, hier zunächst der Magnetfeldanteil, erzeugt im Schirm einen Oberflächenstrom. Die Umleitung des Oberflächenstroms um die Öffnung im Schirm erzeugt ein Dipolmoment am Ort des Schlitzes. In der Folge wirkt jeder Schlitz als Aperturstrahler, und der magnetische Feldanteil des elektromagnetischen Feldes zwischen Außen- und Innnenleiter wird anteilig abgestrahlt. Der elektrische Feldanteil der Welle durchdringt die Öffnung ebenfalls, aber senkrecht zum magnetischen Feldanteil. Dies geschieht an jedem Schlitz (jeder Apertur) im Leckleitungsschirm. Durch Größe, Form und Anzahl der Schlitze pro Längeneinheit lässt sich das Abstrahlverhalten einer Leckleitung beeinflussen und einstellen.

Während man bei normalen Koaxialkabeln eine möglichst hohe Verlustarmut anstrebt (die am Kabelende ankommende Signalleistung soll möglichst der am Leitungsanfang eingespeisten Leistung gleichen), verlässt hier ein Teil der eingespeisten Leistung das Kabel kontrolliert an jedem Schlitz. Anders als bei der Signaldämpfung durch Verlustwiderstände eines Kabels wird sie dabei jedoch nicht in Wärme umgewandelt, sondern steht als Funksignal im vom Leckwellenleiter beleuchteten Raum zur Verfügung.

Eigenschaften einer Leckwellenleitung

Ihr Leitungswellenwiderstand beträgt meist 50 Ohm, wie in der Hochfrequenztechnik üblich. Die Leckwellenleitung besitzt eine hohe Frequenzbandbreite, d. h. sie ist üblicherweise in der Lage, ein breites Spektrum von Funkstandards zu übertragen. Die Abstrahlcharakteristik einer Leckwellenleitung ist gleichförmig radial. Liegen die Schlitze über nur einem radialen Winkelsegment entlang der Leitung, lässt sich nur in unmittelbarer Nähe der Leckwellenleitung eine Richtwirkung erkennen. Die Signaldämpfung nimmt über die Leitungslänge zu und der verhältnismäßig geringe Antennengewinn nimmt über die Leitungslänge ab. Dieser Effekt beschränkt die Reichweite einer Leckleitung. Er lässt sich prinzipiell z. B. durch eine Erhöhung der Anzahl der Schlitze zum Leitungsende hin kompensieren.

Anwendungen

Das Ziel der schwachen Schirmung ist die bewusste, gleichmäßige Verteilung von Funksignalen in näherungsweise zylindrischen Umgebungen, z. B. Tunneln. Zur Beschickung von Tunneln mit Hochfrequenzsignalen ist die Abstrahlcharakteristik einer Leckleitung vorteilhaft, da sich das zylindrische Strahlungsdiagramm einer Leckleitung in die Form eines Tunnels weitgehend einfügt.

Mit Hilfe von Leckwellenleitern können lange schmale Bereiche mit Funkdiensten versorgt werden. Dies wird z. B. bei Schienenstrecken von Robotern angewendet. Der Leckwellenleiter verläuft entlang einer Führungsschiene und deckt den gesamten Streckenabschnitt mit Funksignalen, z. B. WLAN, ab, so dass eine unterbrechungs- und störungsfreie Kommunikation mit einem Roboter stattfinden kann. Andere Einsatzgebiete sind z. B.:

• Gebäude: Für Neubauten von Gebäuden mit öffentlichem Publikumsverkehr, wie zum Beispiel Einkaufszentren, Bürokomplexe, Krankenhäuser, Flughäfen und Industriebauten wird meistens eine gesicherte Funkversorgung mit BOS-Funk vorgeschrieben. Um diese sicherzustellen, wird das Schlitzkabel als Schleife ausgeführt und von beiden Enden gespeist, um im Falle einer Unterbrechung weiterhin eine Versorgung zu gewährleisten. Als ein weiteres Beispiel sei die Funkversorgung der Allianz Arena mit TETRA erwähnt, für die ca. 2,5 Kilometer Schlitzkabel im gesamten Stadion verlegt wurde.

• U-Bahn: Über ein im gesamten Tunnel verlegtes Schlitzkabel wird den Fahrgästen die Nutzung des GSM ermöglicht (z. B. Stadtbahn Hamburg, Stadtbahn Hannover und U-Bahn Berlin). Weitere Verwendungszwecke sind die Versorgung mit BOS-Funk (z. B. Stadtbahn Stuttgart) oder Betriebsfunk.

• Straßentunnel: Neben der Versorgung mit GSM werden hier häufig auch Funksignale des BOS-Funk und des Rundfunks (zur Information der Autofahrer) transportiert. Beispiel: Im Elbtunnel in Hamburg wird u.a. der Radiosender NDR 2 über ein Schlitzkabel eingespeist. Im Notfall ist es hier sogar möglich, das Rundfunksignal mit einem Sendesignal für Durchsagen zur Information der Autofahrer im Tunnel zu ersetzen.

• Eisenbahntunnel: Auf der ICE-Schnellfahrstrecke Köln-Rhein/Main sind alle Tunnel mit GSM 900 und DCS 1800 über Schlitzkabel versorgt. Das verwendete Schlitzkabel kann zu einen späteren Zeitpunkt auch für die Übertragung von UMTS verwendet werden. In der Schweiz wird die Tunnelversorgung von GSM-R über Schlitzkabel sichergestellt.

• Bergbau: Auch in modernen Bergwerken werden Schlitzkabel verwendet. Wie in Tunneln wirkt der Vorteil gegenüber herkömmlichen Antennen, dass eine Ausleuchtung des Bergwerkes trotz Kurven und Abzweigungen möglich ist.

• Im Zug: Über ein Schlitzkabel in der Decke des Waggons werden die Fahrgäste mit GSM- oder UMTS-Mobilfunk (in Deutschland derzeit nur GSM) versorgt. Dieses stellt über einen in-train-Repeater und eine Außenantenne die Verbindung zum Mobilfunknetz sicher. Vorteil der Verwendung eines Schlitzkabels gegenüber einer herkömmlichen Antenne ist hierbei die geringere punktuelle Strahlenbelastung der Fahrgäste durch gleichmäßigere Verteilung der Sendeleistung über die mit Mobilfunk versorgte Fläche.

• Im Flugzeug: In modernen Flugzeugkabinen kommen Schlitzkabel zur Versorgung der Kabine mit GSM und WLAN zum Einsatz. Hier sind die Sendeleistungen um Größenordnungen zu gering, um ungewollte Beeinflussungen der Steuerelektronik des Flugzeugs zu bewirken.

• Am Eisenbahngleis werden Schlitzkabel für das Übertragungsystem Euroloop des europäischen Zugsicherungsystem ETCS Level 1 genutzt.

Literatur

• Alois Krischke: Rothammels Antennenbuch. 11. Auflage, Franckh-Kosmos-Verlags-GmbH, Stuttgart 1995, ISBN 3-440-07018-2

Siehe auch

• Industrial Wireless Local Area Network (IWLAN)

Weblinks

• RCoax der Firma Siemens (PDF - ca. 640 KB)
• Radiating Cables der Firma Kabelwerk Eupen AG
• Tunnelfunkversorgung - Erklärung von Tunnelfunk mit Schlitzkabeln
• "Strahlende Kabel" - Artikel in der Funkschau über Schlitzkabel-Nutzung für WLAN
• Zugsicherungssystem Euroloop - Verwendung von Schlitzkabeln entlang Bahntrassen
• "Repeater schützen Zugpassagiere nicht" - Gegenüberstellung Repeater mit Schlitzkabel und herkömmlichen Antennen