mini|Koaxialkabel Schnittmodell:1. Seele oder Innenleiter2. Isolation oder Dielektrikum zwischen Innenleiter und Kabelschirm3. Außenleiter und Abschirmung4. Schutzmantel Koaxialkabel (Koaxkabel) sind vorwiegend zweipolige Kabel für die Übertragung von Hochfrequenzsignalen mit im Querschnitt konzentrischem Aufbau. Sie bestehen mindestens aus einem Innenleiter (auch Seele genannt), der zentriert in einem konstanten Abstand zur Außenhülle (Außenleiter) geführt wird.
Der Außenleiter kann aus parallel zum Innenleiter gespannten metallischen Kabeln (Reusenleitung) oder aus einer metallisch leitenden Abschirmung, z. B. einem Leitergeflecht, Folie, einer Kombination von Leitergeflecht und Folie oder einer soliden metallisch leitenden Hülle bestehen. Der Außenleiter kann glatt, aber auch wellig ausgebildet sein. Es ist wünschenswert, dass die Oberfläche des Außenleiters innen möglichst glatt ist und keine Rauigkeit aufweist, da Welligkeit oder Rauigkeit aufgrund des Skin-Effekts einen Einfluss auf den Wellenwiderstand hat.
Zusätzlich zum Außenleiter, der zur äußeren Abschirmung dient, können auch weitere Abschirmungen im Kabelinneren konzentrisch um die Mitte angeordnet sein, um den frequenzabhängigen Schirmfaktor zu verbessern. Die gemessene Schirmdämpfung im Frequenzbereich von 0,1 bis 1000 MHz von Testkabeln reichte von 60 dB bei einfachen Kabeln bis zu 110 dB, bzw. Kopplungswiderstände bis 10−4 Ω/m. Aufgrund ihrer Leitfähigkeit bilden sie zusammen mit dem Außenleiter die Abschirmung, die sowohl die Abstrahlung der im Koaxialkabel übertragenen Hochfrequenzsignale als auch das Eindringen äußerer Störsignale verhindert.
Innenleiter können sowohl aus einem soliden Leiter, mehreren parallel geführten Leitern (Reusenleitung), oder bei Koaxialkabeln mit größerem Durchmesser aus einem Rohr bestehen.
Der Wellenwiderstand eines Koaxialkabels für Hochfrequenzanwendungen wird durch die äußeren Abmessungen des Innenleiters, die Innenabmessungen des Außenleiters und das zwischen beiden Leitern verwendete Dielektrikum bestimmt. Üblich sind Wellenwiderstandswerte zwischen 50 Ω und 75 Ω. In Deutschland und einigen wenigen anderen Ländern wurden ehemals 60 Ω als Kompromiss zwischen beiden Werten genormt.
Darüber hinaus stehen auch weitere halbstarre und flexible Koaxialkabel mit anderen Wellenwiderständen zwischen 10 Ω bis über 100 Ω, z. B. 10 Ω, 12,5 Ω, 17 Ω, 25 Ω, 35 Ω, 75 Ω, 93 Ω und 100 Ω zur Verfügung, für die jedoch keine auf den Wellenwiderstand angepassten Koaxialstecker existieren.
Die Auswahl des Koaxialkabeltyps erfolgt auf Basis der mechanischen Anforderungen. Dazu gehören der minimal zulässige Biegeradius, die Frage, ob das Kabel einmalig starr verlegt wird oder flexibel sein muss, sowie der Betriebstemperaturbereich. Zudem spielt die Verfügbarkeit passender koaxialer Steckverbinder für den jeweiligen Kabeldurchmesser eine Rolle. Die elektrischen Anforderungen umfassen beispielsweise die maximal zu übertragende Leistung, die maximal zulässige Dämpfung auf der Betriebsfrequenz sowie die Laufzeit bezogen auf die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.
Bei der Verwendung in der Hochfrequenztechnik ist man zur Vermeidung von unnötigen Verlusten bestrebt, das Koaxialkabel und die verwendeten Steckverbinder auf den gleichen Wellenwiderstand wie die Sender, Empfänger, Messgeräte und Antennen abzustimmen.
Es gibt auch viele weitere Kabeltypen mit koaxialem Aufbau, bei denen eine ausreichend gute Abschirmung gegen Einwirken von äußeren Störfeldern benötigt wird, jedoch nicht ein definierter Wellenwiderstand, z. B. Verwendung für 1:10-Tastköpfen bei Messgeräten wie Oszilloskopen. Diese besitzen gewollt einen hohen Widerstandsbelag von ~330 Ω/m (versilbertes Stahlkabel) und im Vergleich zu Koaxialkabeln einen weitaus kleineren Kapazitätsbelag mit Werten zwischen ~20 pF/m bis 30 pF/m. Diese werden im Englischen als lossy cable (verlustbehaftete Kabel) bezeichnet, um eine eindeutige Unterscheidung zu Koaxialkabeln (englisch lossless coaxial cable oder Z0 coaxial cable) zu ermöglichen. Auch wenn die verwendeten Buchsen das Aussehen und die gleichen mechanischen Abmessungen sowie einen Bajonettverschluss wie BNC-Stecker nutzen, sind diese nicht für einen definierten Wellenwiderstand ausgelegt. Solche koaxial aufgebauten Kabel sind als abgeschirmte Kabel zu klassifizieren, wobei diese im Inneren sowohl aus einem einzelnen oder vielen Einzelleitern, aber auch aus Koaxialkabeln mit definiertem Wellenwiderstand, oder einer Kombination von allem bestehen können. Zusätzlich zum Außenleiter, der zur äußeren Abschirmung dient, können auch weitere Abschirmungen im Kabelinneren konzentrisch um die Mitte angeordnet sein. Solche koaxial aufgebauten Kabel werden z. B. im niederfrequenten Bereich für die Strom- und Hochspannungsübertragung sowie zur Übertragung von Audio- und/oder Videosignalen (AV-Kabel) verwendet.
Koaxialkabel zur möglichst verlustfreien Übertragung von Hochfrequenzsignalen über lange Strecken fanden zuerst Anwendung, z. B. als Seekabel und Weitverkehrskabel. Heute werden Koaxialkabel vorwiegend zur Übertragung von hochfrequenten Signalen auf Strecken zwischen wenigen cm bis über 50 m zwischen z. B. Empfängern, Messgeräten, Sendern und Antennen eingesetzt. Je nach Frequenz und verwendetem Kabel können Leistungen bis weit über 10 kW Pulsspitzenleistung (engl. Peak Envelope Power, PEP) der Senderausgangsleistung übertragen werden.
Koaxialkabel können als eine Sonderform von Hohlleitern angesehen werden, bei der durch Verwendung eines zusätzlichen zentralen Leiters innerhalb des Hohlleiters auch Gleichspannung und damit Frequenzen ab 0 Hz zwischen Innen- und Außenleiter übertragen lassen. Durch die Möglichkeit, Gleichspannung zu übertragen, kann ein Koaxialkabel für die Fernspeisung von elektrischen Komponenten mit kleiner Leistung, z. B. Antennenverstärkern oder Rauscharme Signalumsetzer (engl. Low-Noise Block converter, LNB) verwendet werden.
Je nach Schirmfaktor schirmt der Außenleiter den Innenleiter mehr oder weniger gut vor Eindringen von Störstrahlung von außen und Abstrahlung der im Koaxialkabel geführten Signale nach außen ab. Der erzielbare Schirmfaktor der Abschirmung ist dabei abhängig vom Aufbau des Außenleiters. Besteht der Außenleiter aus einem Leitergeflecht, bei dem sich die Adern bauartbedingt nur mehr oder weniger stark überlappen können, oder wenn aus Kostengründen bei billigen Koaxialkabeln nur wenige Adern verwendet werden, wird ein solches Geflecht durch mehr oder weniger starke Fehlbelegungen nur eine begrenzte Abschirmung bieten. Daher verwendet man bei manchen Koaxialkabeln zusätzlich eine metallisch leitende Folie und/oder eine zusätzliche Lage Leitergeflecht zur Verbesserung der Abschirmung.
Eine andere Bauform ist die Nutzung einer soliden Metallhülle als Außenleiter, wobei ein solches Kabel innerhalb von Grenzen auch biegbar ist, wenn der Außen- und gegebenenfalls auch der Innenleiter wellenförmig aufgebaut ist, z. B. Cellflex- oder Heliflex-Koaxialkabel.
Eine Ausnahme stellen sogenannte Schlitzkabel dar, die z. B. in Tunneln zur Funkabdeckung als langgestreckte Antenne eingesetzt werden. Hierbei erlaubt der Schlitz über die ganze Länge des Schlitzkabels eine kontrollierte Abgabe (Abstrahlung) und Aufnahme von Hochfrequenz-Leistung ermöglicht. Bei Schlitzkabeln wird dies durch eine gezielte Herstellung einer unvollständigen Abschirmung durch einen Schlitz im Außenleiter erzeugt. Der Umschließungswinkel des Außenleiters definiert dabei den prozentualen Umfang des Außenleiters, der den Innenleiter abschirmt, z. B. bei einem Umschließungswinkel von 250° verbleiben 110° des Umfangs des Außenleiters nichtleitend. Bei zunehmender Fehlbelegung des Außenleiters strahlen jedoch auch normale Koaxialkabel zunehmend mehr Hochfrequenz ab.
Im Audiobereich werden abgeschirmte Kabel, z. B. solche mit einem Cinch-Stecker (in den USA auch als RCA-Stecker oder RCA-Buchse bekannt) für Audio- und später auch für Video-Verbindungen verwendet. Im Gegensatz zu koaxial aufgebauten Kabeln und Steckverbindern besitzen weder Cinch-Stecker und Cinch-Buchsen einen definierten Wellenwiderstand, weshalb sie sich auch bei Verwendung von Koaxialkabel mit definiertem Wellenwiderstand nicht für Hochfrequenzanwendungen eignen.
Es gibt weitere Kabeltypen für niedrige Frequenzen, bei denen der koaxiale Aufbau verwendet wird, um eine ausreichend gute Abschirmung gegen Einwirken von äußeren Störfeldern zu ermöglichen. Diese Kabel haben jedoch keinen definierten Wellenwiderstand, z. B. Verwendung als Kabel von 1:10-Tastköpfen bei Messgeräten wie Oszilloskopen. Sie besitzen einen hohen Widerstandsbelag von ~330 Ω/m (versilbertes Stahlkabel) und im Vergleich zu Koaxialkabeln für Hochfrequenzanwendungen einen viel geringeren Kapazitätsbelag mit Werten zwischen ~20 pF/m bis 30 pF/m. Solche Kabel werden im Englischen als lossy cable (verlustbehaftete Kabel) bezeichnet bzw. als lossless coaxial cable oder Z0 coaxial cable bezeichnet. Sie werden z. B. im niederfrequenten Bereich für die Strom- und Hochspannungs-Übertragung sowie zur Übertragung von Audio- und/oder Videosignalen (AV-Kabel) verwendet.
Im Gegensatz zu einfach geschirmten Kabeln bieten Koaxialkabel, -Stecker und -Buchsen für Hochfrequenzanwendungen einen definierten Wellenwiderstand und hohen Schirmfaktor. Durch ein definiertes Verhältnis vom Durchmesser des Innenleiters und dessen Abstand zum Außenleiter ist über einen großen Frequenzbereich ein konstanter Wellenwiderstand gegeben. Damit der Wellenwiderstand aber konstant bleibt, müssen auch die verwendeten Koaxialstecker und/oder Koaxialbuchsen durch ihre Dimensionierung den gleichen Wellenwiderstand wie das Kabel besitzen.
Für die meisten Zwecke werden flexible runde Koaxialkabel eingesetzt, wobei bei jedem Typ andere minimale Biegeradien beachtet werden müssen, die mit zunehmendem Durchmesser des Koaxialkabels immer größer werden. Koaxialleitungen können aber auch starr mit Luft als Dielektrikum aufgebaut sein und/oder andere Formen als rund besitzen, z. B. quadratisch oder elliptisch. Es gibt auch weitere Sonderformen von Koaxialkabeln, bei denen mehrere Leiter und/oder Koaxialkabel durch einen Außenleiter abgeschirmt sind.
mini|Heliflex low loss-Koaxialkabel: Der Innenleiter ist als welliges Kupferrohr ausgeführt und ist im welligen Kupferrohr das den Außenleiter bildet mit einem Wendel mit Kunststoffstegen zentriert. Der Zwischenraum zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter bzw. Abschirmung ist ein Isolator bzw. Dielektrikum. Das Dielektrikum kann solides Dielektrikum, ein aufgeschäumtes Dielektrikum (Cellflex-Koaxialkabel), vollständig für kurze Koaxialleitungen aus Luft bestehen, wobei man diese als homogenes Dielektrikum bezeichnet. Bei längeren Koaxialkabeln, die nur anteilig aus Luft bestehen, werden zur Zentrierung des Innenleiters z. B. Scheiben (d. h. ein längs-inhomogenes Dielektrikum) oder als Wendel oder Wendel mit Stegen (z. B. Heliflex-Koaxialkabel) verwendet (d. h. ein quer-inhomogenes Dielektrikum). Für längere und Stegen zur Zentrierung des Innenleiters (Heliflex-Koaxialkabel) oder auch nur aus Luft bestehen (siehe Luftleitung). Meist ist der Außenleiter durch einen isolierenden, korrosionsfesten und wasserdichten Mantel nach außen hin geschützt. Der Durchmesser des Innenleiters, das Verhältnis der Abmessungen von Innen- zu Außenleiter des Koaxialkabels und das εr des verwendeten Dielektrikum bestimmt den Leitungswellenwiderstand und die mit steigender Frequenz zunehmende Dämpfung eines Koaxialkabels.
Abhängig vom Außendurchmesser und Kabeltyp besteht der Innenleiter eines Koaxialkabels aus einer oder mehreren Adern und kann bei größeren Kabeldurchmessern auch als Rohr ausgeführt sein.