Dämpfung und Abschirmung sind zwei wichtige Begriffe, die im Zusammenhang mit Kabelanlagen oder Satellitenanlagen häufig fallen. Wir erläutern Ihnen was es mit diesen Begriff auf sich hat und was Sie beim Kauf beachten sollten. Unter anderem auf folgende Fragen möchten wir näher eingehen:

  • Welche Dämpfung sollte ein Koaxialkabel maximal haben?
  • Wie berechnet man die Dämpfung von Koaxialkabeln?
  • Ab wie viel Meter Kabel benötigt man einen Verstärker?
  • Was versteht man unter einer Schräglage bzw. einer Schräglagenentzerrung?
  • In welchen Fällen ist eine hohe Dämpfung wünschenswert?
  • Was versteht man unter Abschirmung?
  • Welches Schirmungsmaß sollte ein Koaxialkabel haben?

Signalstärke (Signalpegel) – die “Lautstärke” des elektrischen Signals

In der Satellitenübertragungstechnik dienen elektrische Signale als Übermittler der Bild- und Toninformationen. Analog zur Lautstärke von akustischen Signalen (Schall), wird auch die Stärke von elektrischen Signalen dabei üblicherweise in der Einheit Dezibel (dB) angegeben. Häufig wird noch der Zusatz Mikrovolt (µV) hinzugefügt, um deutlich zu machen, dass es sich um ein Spannungssignal handelt. Die Einheit lautet in diesem Fall dB µV (Dezibel Mikrovolt), wobei der Zusatz Mikrovolt in der Praxis oft nicht angegeben wird. Die Signalstärke wird häufig auch als Signalpegel oder kurz als Pegel bezeichnet.

Als Signalpegel bezeichnet man die Stärke von elektrischen Signalen. Die Signalstärke wird üblicherweise in der Einheit Dezibel (dB) angegeben.

Mehr Informationen zum Thema Signalstärke finden Sie auch im Artikel Die Satellitenschüssel – welche Größe ist die richtige.

Dämpfung

In der Praxis lässt sich aber kein elektrisches Signal verlustfrei übertragen. Während der Signalübertragung durch ein Koaxialkabel bspw. treten immer Verluste auf. Die Signalstärke nimmt in diesem Fall ab. Der Signalpegel wird umso stärker abnehmen, je länger das Koaxialkabel ist. Eine solche Abnahme der Signalstärke aufgrund von Verlusten wird auch ganz allgemein als Dämpfung bezeichnet. Im englischen Sprachgebrauch wird sogar tatsächlich das Wort “Verlust” für die abnehmende Signalstärke benutzt (engl. loss).

Als Dämpfung bezeichnet man die Abnahme der Signalstärke aufgrund von Verlusten.

Tatsächlich muss es sich bei dem Begriff Dämpfung aber nicht immer um Verluste im klassischen Sinne handeln. Teilt sich bspw. an einem (passiven) Splitter ein Signal auf, dann teilt sich auch unweigerlich die Energie die mit diesem Signal verbunden ist auf. Die getrennten Signale besitzen aufgrund der Energieerhaltung somit unweigerlich eine verringerte Stärke. Bei einer Halbierung der ursprünglichen Signalleistung entspricht dies einer Dämpfung von -3 dB [=10⋅log(0,5)]. An dieser Stelle handelt es sich also nicht um einen (unwiederbringbaren) Signalverlust im eigentlichen Sinne, sondern man hat nur die Signalstärken anders aufgeteilt bzw. verteilt.

Dämpfung durch Koaxialkabel

Offensichtlich ist die Dämpfung in Koaxialkabeln. Dabei ist die Dämpfung allerdings sehr stark von der Frequenz des Signals abhängig: Je hoher die Frequenz des Signals, desto stärker die Dämpfung. Je nachdem ob Sie das Koaxialkabel fürs Kabelfernsehen oder fürs Satellitenfernsehen nutzen, ergeben sich deshalb andere Dämpfungseigenschaften, da jeweils unterschiedliche Frequenzbereiche genutzt werden.

Kabelfernsehen oder auch terrestrisches Fernsehen über DVB-T2 nutzt zur Signalübertragung den Frequenzbereich zwischen 47 MHz und 862 MHz. In diesem Frequenzbereich weisen gute Koaxialkabel auf einer Länge von 100 Metern eine Dämpfung von etwa maximal 14 dB auf. Das Satellitenfernsehen beansprucht höhere Frequenzen im Bereich zwischen 950 MHz bis 2150 MHz. Die Dämpfungen sind dabei physikalisch bedingt höher und liegen mit guten Koaxialkabeln bei etwa maximal 30 dB pro 100 Metern Leitungslänge. Hersteller geben aus Werbezwecken natürlich immer den besseren Wert der beiden Dämpfungswerte für ein Koaxialkabel an und beziehen ihre Angaben deshalb auf den Frequenzbereich fürs Kabelfernsehen. Dieser Dämpfungswert befindet sich in der Regel auf dem Koaxialkabel aufgedruckt.

Bei guten Koaxialkabeln liegt die Dämpfung bei maximal 14 dB pro 100 Meter Leitungslänge (bezogen auf den Frequenzbereich fürs Kabelfernsehen) bzw. bei 30 dB pro 100 Meter (bezogen auf den Frequenzbereich fürs Satellitenfernsehen).

Berechnen können Sie die Dämpfung Ihres genutzten Koaxialkabels der Länge \(L\) (in Metern) ganz einfach mit Hilfe des Dreisatzes. Beträgt die Leitungsdämpfung pro 100 Metern X dB, dann lässt sich die Dämpfung Ihres Koaxialkabels \(D\) wie folgt ermitteln:

\begin{align}
\label{res}
&\boxed{D= \frac{X}{100} \cdot L} \\[5px]
\end{align}

Unter 50 Metern Leitungslänge macht die Dämpfung sowohl beim Kabelfernsehen als auch beim Satellitenfernsehen in der Regel keine Probleme. Bei deutlich größeren Längen können Leitungsverluste hingegen zu Bildaussetzer führen. Dies gilt besonders für das Satellitenfernsehen, da die Dämpfungswerte aufgrund der höheren Übertragungsfrequenzen ebenfalls größer sind. Ab einer Kabellänge von 50 m ergibt deshalb die Installation eines Verstärkers bei Satellitenanlagen häufig Sinn. Dies muss aber am Einzelfall geprüft werden.

In Sat-Anlagen besteht bei zu großen Leitungslängen zum LNB hin zudem die Gefahr, dass die Steuerspannungsverluste zur Auswahl des Hoch- oder Tiefbandes zu groß sind. In diesem Fall können bestimmte Sender dann nicht mehr empfangen werden. Mehr Informationen hierzu finden Sie im Artikel Fehler-Behebung beim Installieren einer Sat-Anlage.

Dämpfung durch Erdungsblöcke und Multischalter

Signalverluste treten nicht nur in Koaxialkabeln auf. Letztlich wird jede Schnittstelle (abgesehen von Verstärkern) das durchgehende Signal dämpfen. Hierzu zählen bspw. auch Erdungswinkel, an denen die Koaxialkabel für den Potentialausgleich angeschlossen werden. Die Dämpfungen für solche Potentialausgleichsschienen, fallen in der Praxis jedoch kaum ins Gewicht. Sie liegen in der Regel unter 1 dB. Dies gilt auch für herkömmliche Kupplungen zum Verbinden von zwei Koaxialkabeln mit F-Stecker.

Erdungswinkel (Erdungsblock) zum Potentialausgleich der Schirmung der Koaxialkabel
Abbildung: Erdungswinkel zum Potentialausgleich der Schirmung der Koaxialkabel

Multischalter für Sat-Anlagen weisen tatsächlich meist keine wahrnehmbaren Dämpfungen auf. Dies liegt nicht etwa daran, dass sie verlustfrei arbeiten, sondern hängt damit zusammen, dass Multischalter meist einen Verstärker integriert haben. Für den Verstärker ist teilweise nicht einmal eine externe Spannungsquelle nötig, da die Spannungsversorgung über die angeschlossenen Receiver realisiert wird.

5/8 Multischalter (Multiswitch) für bis zu 8 Teilnehmer
Abbildung: 5/8 Multischalter (Multiswitch) für bis zu 8 Teilnehmer

Schräglage und Schräglagenentzerrung

Es wurde bereits erläutert, dass die Dämpfungswerte in der Regel frequenzabhängig sind und hohe Frequenzen stärker gedämpft werden als niedrigere Frequenzen. Die führt natürlich dazu, dass hochfrequente Signale nach einer gedämpften Schnittstelle normalerweise deutlich schwächer sind als niederfrequente Signale. Ein solcher frequenzabhängiger Unterschied in Signalstärke wird auch als Schräglage bezeichnet.

Als Schräglage bezeichnet man den frequenzabhängigen Unterschied in der Signalstärke!

Wünschenswert ist jedoch, dass ein Signal bei jeder Frequenz immer gleich stark vorhanden ist. Aus diesem Grund verstärken manche Bauteile wie Multischalter die hochfrequenten Signale stärker als die niederfrequenten, sodass der Signalpegel in jedem Frequenzbereich nahezu konstant ist. Eine Schräglage der Signale will man dadurch vermeiden. Ein solches Vorgehen bezeichnet man deshalb auch als Schräglagenentzerrung.

Entkopplung (Teilnehmerdämpfung)

Dämpfungen müssen nicht immer etwas Negatives sein. In manchen Fällen ist eine hohe Dämpfung sogar erwünscht. Dies gilt vor allem, wenn Signale auf mehrere Teilnehmer verteilt werden. Dies kommt zum Beispiel bei Multischaltern vor, die die Signale auf unterschiedliche Receiverausgänge verweilten und an die jeweiligen Teilnehmer senden (Sternstruktur). Aber auch bei Durchschleiflösungen von Kabelnetzen findet man eine solche Signalaufteilung auf mehrere Teilnehmer (Baumstruktur).

Vergleich der Verteilungsstrukturen beim Kabelfernsehen (Baumstruktur) und beim herkömmlichen Satellitenfernsehen (Sternstruktur)
Abbildung: Vergleich der Verteilungsstrukturen beim Kabelfernsehen (Baumstruktur) und beim herkömmlichen Satellitenfernsehen (Sternstruktur)

Bei der Aufteilung von Signalen auf mehrere Teilnehmer, muss man stets darauf achten, dass sich die Teilnehmer untereinander nicht gegenseitig beeinflussen. Denn jeder Teilnehmer ist prinzipiell nicht nur Empfänger von Signalen, sondern bringt bis zu einem gewissen Grad auch immer Störsignale mit ein. Diese Störsignale könnten andere Teilnehmer negativ beeinflussen. Die Teilnehmer bzw. deren Störsignale müssen deshalb mittels hoher Dämpfung sozusagen voneinander entkoppelt werden. Diese Entkopplung wird deshalb auch als Entkopplungsdämpfung oder Teilnehmerdämpfung bezeichnet. Dabei gilt: Je höher die Dämpfung desto besser!

Eine möglichst hohe Entkopplungsdämpfung ist nicht nur für die Receiverausgänge an Multischaltern erforderlich, sondern eben auch an Durchgangsdosen eines Kabelnetzes. Weitere Informationen speziell zur Dämpfung von Antennendosen und die korrekte Abstimmung von Durchgangsdämpfung und Anschlussdämpfung finden Sie im Artikel Unterschied zwischen Durchgangsdose, Enddose und Stichdose.

Abschirmung

Eine geringe Dämpfung verringert zwar die Abschwächung eines Signals, jedoch kann man dadurch nicht verhindern, dass äußere Störsignale das eigentliche Signal negativ beeinflussen. So senden bspw. viele schnurlose Telefone und Babyphone mit derselben Frequenz mit der auch einige Sender im Sat-Bereich ihre Signale durch das Koaxialkabel übertragen. Die von außen in das Kabel eindringende elektromagnetische Strahlung überlagert sich dann mit dem eigentlichen Satellitensignal. Solche Störsignale können nicht nur durch das Kabel hindurch eindringen, sondern sich letztlich an allen Bauteilen einkoppeln. Es kommt zu Interferenzen und in der Folge zu Bild- und Tonaussetzer. Mehr Informationen speziell hierzu finden Sie im Artikel Fehler-Behebung beim Installieren einer Sat-Anlage.

Man muss deshalb Koaxialkabel und die daran angeschlossenen Komponenten gegen Eindringen von elektromagnetischer Strahlung schützen. Ein solches Schützen des Signals wird auch als Abschirmung oder Schirmung bezeichnet. Umgekehrt gilt dies natürlich auch, d.h. durch die Schirmung wird gleichzeitig verhindert, dass Strahlung aus dem Kabelinneren oder sonstigen Bauteilen nach außen dringt.

Als Abschirmung (Schirmung) bezeichnet man den Schutz vor ungewollt eintretender oder austretender elektromagnetischer Strahlung in ein oder aus einem Bauteil!

Die Gefahr der Einkopplung von Störsignalen besteht eben nicht nur beim Koaxialkabel selbst, sondern vor allem auch an den Schnittstellen, d.h. überall da wo Koaxialkabel angeschraubt werden (Multischalter, Antennendose, Kupplung, Erdungsblock, etc.). Deshalb ist vor allem an diesen Schnittstellen auf eine saubere Verbindung der Abschirmung zu achten.

Prinzip der Abschirmung: Der Faradaysche Käfig

Die Abschirmung der elektromagnetischen Strahlung ist relativ simpel und beruht auf dem Prinzip des Faradayschen Käfigs. Der Faradaysche Käfig ist letztlich nichts anderes als eine metallische Umhüllung. Diese Umhüllung leitet die elektromagnetische Strahlung ab und sorgt somit dafür, dass keine Strahlung ins Innere der Umhüllung dringt. Genauer gesagt: Durch die äußere Strahlung werden Wirbelströme in der Hülle induziert, die hierdurch selbst Strahlung aussendet. Beide Strahlungen schwächen sich im Inneren gegenseitig bzw. löschen im Idealfall vollständig aus.

Sie haben sicherlich schon einmal in Science-Fiction-Filmen gesehen, wie sich Menschen ihren Kopf mit Aluminiumfolie einwickeln, um sich vor den Strahlen von Außerirdischen schützen. Die Idee dahinter hat einen wahren Kern: Abschirmung gemäß des Faradayschen Käfigs!

Der Faradaysche funktioniert aber nicht nur in eine Richtung, sondern auch im umgekehrten Fall. Dies bedeutet, dass Strahlung, die im Inneren der elektrisch leitenden Umhüllung erzeugt wird, im Idealfall nicht nach außen dringt. Dies sichert somit gleichzeitig die Einhaltung der Vorschriften zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV).

Technische Umsetzung des Faradayschen Käfigs

Für die Realisierung einer Abschirmung ist also tatsächlich nichts anderes nötig als eine möglichst vollständige Ummantelung des zu schützenden Bereichs mit einem elektrisch leitenden Material. Bauteile wie Verstärker, Multischalter, Splitter, Kupplungen, etc. können demzufolge sehr leicht abgeschirmt werden. Hierzu ist lediglich ein metallisches Gehäuse erforderlich. In diesem Faradayschen Gehäuse ist das eigentliche Signal somit von äußeren Strahlungseinflüssen abschirmt.

Kabel kann man natürlich nicht so einfach in ein Gehäuse packen. Man kann aber das Kabel so gestalten, dass man den eigentlichen Signalleiter (Innenleiter genannt) mit einer Folie ummantelt (Schirmung genannt). Natürlich dürfen sich Schirmung und Innenleiter nicht direkt berühren, ansonsten hätte man keine Abschirmwirkung mehr. Man hätte sozusagen nur das Signal des Innenleiters auf die Schirmung übertragen. Deshalb sind Innenleiter und Schirmung durch eine Isolierschicht voneinander getrennt (Dielektrikum genannt). Da die Schirmung kein elektrisches Signal führen muss, setzt man es gleichzeitig als Masse ein, d.h. als Gegenpol zum Innenleiter. Deshalb wird die Schirmung auch als Außenleiter bezeichnet. Salopp formuliert: Der Außenleiter dient als “Minuspol” und und der Innenleiter als “Pluspol”.

Da sich Außenleiter und Innenleiter sozusagen eine gemeinsame Achse teilen, spricht man eben auch vom KoAxial-Kabel (ko = “gemeinsam”; axial = “Achse”). Mehr Informationen speziell zum Aufbau und zur Dämpfung sowie zur Abschirmung von Koaxialkabel finden sie im Artikel Koaxialkabel.

Die Stärke der Abschirmung: Das Schirmungsmaß

Die Qualität der Schirmung, d.h. wie gut oder schlecht eine Abschirmung tatsächlich ist, wird durch das sogenannte Schirmungsmaß ausgedrückt. Das Schirmungsmaß gibt an, wie stark ein auftreffende Störsignal abgeschwächt wird, wenn es durch die Abschirmung dringt. Das Schirmungsmaß bezeichnet somit nicht anderes als die Dämpfung gegenüber Störsignalen. Folglich wird auch das Schirmungsmaß in der Einheit Dezibel (dB) angegeben.

Das Schirmungsmaß (in dB) gibt an wie stark Störsignale durch eine Abschirmung gedämpft werden.

Das Schirmungsmaß für externe Störsignale durch Strahlung hat somit dieselbe Bedeutung wie die Entkopplungsdämpfung für interne Störsignale durch angeschlossene Teilnehmer. Folglich git: Je höher das Schirmungsmaß, desto besser.

Einteilung der Schirmungsmaße in Schirmungsklassen

Das Schirmungsmaß ist wie jeder Art der Dämpfung von der Frequenz abhängig. Man hat deshalb sogenannte Schirmungsklassen eingeführt, die jeweils ein Mindestmaß an Schirmung für die verschiedenen Frequenzbereiche vorgeben. Man unterscheidet im TV-Bereich hauptsächlich zwischen den folgenden Klassen, wobei die Anforderung an das Mindestschirmungsmaß jeweils zunimmt (Quelle: bedea):

  • Klasse B (min. 75 dB)
  • Klasse A (min. 85 dB)
  • Klasse A+ (min. 95 dB)
  • Klasse A++ (min. 105 dB)

In Kabelnetzen müssen die Abschirmungen von Bauteilen mindestens die Anforderung der Klasse A erfüllen, um sie einsetzten zu dürfen. In dieser Klasse A beträgt das Schirmungsmaß mindestens 85 dB für den Frequenzbereich zwischen 30 MHz und 1000 MHz. Mit zunehmender Frequenz dringen Störsignale besser in das Koaxialkabel ein und das Schirmungsmaß nimmt entsprechend ab. Bei Sat-typischen Frequenzen zwischen 1000 MHz und 2000 MHz muss das Schirmungsmaß in der Klasse A mindestens noch 65 dB betragen. Aus Gründen des Marketings geben Hersteller bei ihren Bauteilen in der Regel meist nur das höchste Schirmungsmaß für Frequenzen bis 1000 MHz an.

Die “Marketingmasche” mit hohen Schirmungsmaßen

Viele Anbieter werben mit hohen Schirmungsmaßen als Qualitätsmerkmal für ihre angebotenen Artikel. Viele übertreiben es dabei allerdings. Ein Schirmungsmaß von 95 dB (Klasse A+) ist auch für Sat-Anwendungen in den meisten Fällen völlig ausreichend. Nicht umsonst sind fürs Kabelfernsehen bereits mit der Klasse A die Anforderungen laut Norm erfüllt. Wenn es bei dieser Klasse wirklich so viele Probleme gäbe, wie manche Hersteller versuchen zu suggerieren, dann hätte man sicherlich die Anforderungen per Norm höher gesetzt.

Für Sat-Anwendungen reicht in der Regel ein doppelt abgeschirmtes Koaxialkabel mit einem Schirmungsmaß größer 95 dB völlig aus (Klasse A+)!

Wenn es Probleme mit Störsignalen gibt, dann liegt dies in aller Regel nicht an der Abschirmung der verbauten Komponenten an sich, sondern an der nicht-fachgerechten Montage der Anschlüsse (z.B. der F-Stecker), welche zur lückenhaften Abschirmung führt. Eine nicht fachgerechte Montage kann auch durch ein hohes Schirmungsmaße der Komponenten nicht ausgeglichen werden.

Fakt aber ist, dass die Frequenzen beim Satellitenfernsehen (950 MHz bis 2150 MHz) etwa doppelt so hoch sind wie beim Kabelfernsehen (47 MHz bis 862 MHz). Wenn Sie in diesem Fall schnurlose Telefone oder Babyphone nutzen, so liegen die ausgesendeten Signale im selben Frequenzbereich wie die Übertragungsfrequenzen des Satellitenfernsehens (DECT-Frequenzen). An dieser Stelle besteht dann besondere Gefahr, wenn eine Abschirmung fehlerhaft oder zu gering ist. Die Frequenzen überlagern sich und verfälschen das eigentliche Fernsehsignal. Es kommt zu Ton- und Bildaussetzer auf diesen Sendern.

Solche Störfrequenzen Frequenzen lassen sich aber bereits mit einer einfachen Aluminiumfolie abschirmen, die nicht einmal das Kabel vollständig umwickeln muss. Sie benötigen also keineswegs gleich ein Koaxialkabel mit einem Schirmungsmaß von 135 dB! Mehr zu solchen Mythen rund um das Koaxialkabel wie exorbitant hohe Schirmungsmaße oder spezielle “digital-taugliche” oder “4k-fähige”-Kabel finden Sie im Artikel Der Mythos von hohen Schirmungsmaßen und vergoldeten Steckern.