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Grundlagen von Leckkabeln: Strahlungsmechanismus und Integration in passive DAS

Strahlungsmodus vs. Kopplungsmodus für gleichmäßige Signalverteilung in Innenräumen

Undichte Kabel gewährleisten zuverlässige Innenraumabdeckung durch zwei Hauptbetriebsarten: Strahlungs- und Kopplungsmodus. Im Strahlungsmodus weisen diese Kabel speziell konstruierte Schlitze in ihrer äußeren Schicht auf, die Hochfrequenzsignale entlang der gesamten Kabellänge abstrahlen. Dies eignet sich besonders gut für lange, gerade Strecken wie Flure, unterirdische Gänge und Treppenhäuser von Gebäuden. Der andere Modus, Kopplungsmodus genannt, funktioniert anders. Anstatt Signale direkt auszusenden, nutzt er elektromagnetische Felder, um mit nahegelegenen Antennen oder metallischen Oberflächen zu interagieren, wodurch Signale an Orte gelangen können, die sonst schwer zugänglich wären, ohne dass das Kabel selbst tatsächlich sendet. Diese Kombination beider Ansätze erklärt, warum undichte Kabel eine so wichtige Rolle in vielen verteilten Antennensystemen spielen, die in komplexen Gebäuden installiert sind. Nehmen wir beispielsweise Sportarenen: Dort werden oft strahlende Kabel entlang der Ränder der Zuschauertribünen verlegt, während anschließend Abschnitte im Kopplungsmodus verzweigt werden, um VIP-Logen und gastronomische Bereiche zu erreichen, in denen herkömmliche Antennenanlagen große Versorgungslücken aufweisen würden. Praxistests zeigen, dass die Kombination dieser Technologien die Konsistenz der Signalstärke in Gebäuden aus mehreren signalabsorbierenden Materialien um etwa 40 Prozent verbessern kann.

Physik des kontrollierten Leckageverlusts: Schlitzgeometrie, Wellungsauslegung und Abstimmung der Kopplungsverluste

Die Steuerung von HF-Abstrahlungen geschieht nicht zufällig. Sie beruht auf sorgfältiger elektromagnetischer Konstruktion. Grundsätzlich wirken drei Faktoren zusammen, die beeinflussen, wie gut diese Systeme funktionieren: die Form der Schlitze, die Art und Weise, wie der Innenleiter gewellt ist, und die richtige Impedanzanpassung. Die eigentlichen Schlitzformen können entweder elliptisch oder rechteckig sein, sind üblicherweise etwa ein Viertel bis eine halbe Wellenlänge voneinander entfernt und in spezifischen Ausrichtungen positioniert, die Aspekte wie Strahlungsmuster, ausgewählte Frequenzen und Reichweite der Signale bestimmen. Wenn die inneren Leiter diese Wellungen aufweisen, verhindern sie unerwünschte höhere Moden und machen störende Impedanzsprünge deutlich weniger problematisch. Dadurch reduziert sich der Signalverlust um etwa 15 bis 20 Dezibel pro 100 Meter im Vergleich zu herkömmlichen glatten Leitervarianten, gemäß Wellenleitertheorien, die von Normungsorganisationen wie IEEE und IEC unterstützt werden. Der Kopplungsverlust, der im Wesentlichen misst, wie viel Signal vom Kabel in die Umgebung übertragen wird, hängt ebenfalls stark von der Schlitzdichte ab. Bei geringerer Anzahl von Schlitzen pro Meter (etwa 2 bis 4) dringen die Signale besser durch widerstandsfähige Materialien wie Stahlbetonwände. Mehr Schlitze (rund 6 bis 8 pro Meter) ermöglichen eine bessere Abdeckung größerer, offener Flächen. Helikale Gewebestrukturen beispielsweise erlauben es den Signalen, über einen breiten Bereich von 698 MHz bis hin zu 3,8 GHz zu arbeiten, während gleichzeitig die Strahlungseffizienz über das gesamte Spektrum hinweg über 85 % bleibt.

Mehrband-Leistung: Unterstützt gleichzeitig Mobilfunk-, Wi-Fi- und Rundfunkdienste

Frequenzagile Leckkabelkonstruktionen, abgedeckt von 700 MHz bis 3,8 GHz

Heutige Leckkabel dienen nicht mehr nur der breiten Bandbreite; sie sind vielmehr für eine echte Konvergenz mehrerer Dienste konzipiert, bei der verschiedene Signale problemlos gemeinsam übertragen werden können. Der Schlüssel dazu liegt in den sorgfältig gestalteten Schlitzen und den anspruchsvollen wellenförmigen Mustern an der Kabeloberfläche. Diese ermöglichen die Übertragung von 700-MHz-Signalen, wie sie von FirstNet und digitalen Fernsehsendungen genutzt werden, bis hin zu Sub-6-GHz-5G-Netzwerken und sogar Frequenzen von 3,8 GHz. Damit sind nahezu alle wichtigen Frequenzbänder abgedeckt, einschließlich Mobilfunknetze, Notrufkommunikation, Wi-Fi 6/6E bei 5 GHz sowie herkömmliche Rundfunkkanäle. Wenn Ingenieure zwischen geraden, sich über die Länge des Kabels erstreckenden Schlitzen und spiralförmigen Schlitzen wählen, die das Kabel umgeben, regulieren sie gezielt, wie viel Signal aus dem Kabel austritt. Dadurch bleiben die Abstrahlungspegel über alle diese unterschiedlichen Frequenzen hinweg auf etwa 1,5 dB stabil. Dieser enge Toleranzbereich ist besonders an stark frequentierten Orten mit vielen drahtlosen Signalen von großer Bedeutung, beispielsweise in belebten Bahnhöfen oder hohen Wohnkomplexen, wo herkömmliche Antennen aufwändige Filter und Trennverfahren benötigen würden, um ordnungsgemäß zu funktionieren.

Validierung der realen Zusammenarbeit: LTE-A, 5G NR, Wi-Fi 6 und DVB-T in gemischt genutzten Gebäuden

Tests in realen Umgebungen bestätigen, was die Theorie vorschlägt. Stahlrahmengebäude, die für Einzelhandels- und Gewerberäume genutzt werden, zeigten, dass leckende Kabel mehrere Signale gleichzeitig übertragen konnten. Dazu gehörten LTE-A auf 2,1 GHz, 5G NR bei 3,5 GHz, Wi-Fi 6 im Bereich von 5 GHz sowie DVB-T-Signale bei 700 MHz. Das System hielt stabile Verbindungen über alle diese Frequenzen hinweg aufrecht, mit insgesamt leicht unter 1,3 % Signalverlust. Der Grund dafür, dass dies so gut funktioniert, liegt darin, wie das Kabel Signale gezielt abstrahlt, basierend auf gesteuerten Wellenmustern, anstatt alles gleichmäßig auszusenden. Dadurch wird verhindert, dass sich verschiedene Dienste gegenseitig stören. Selbst wenn Mobilfunknetze stark ausgelastet waren, gingen bei Wi-Fi-Verbindungen weniger als ein Zehntel Prozent der Datenpakete verloren. Gesendete Videos liefen weiterhin reibungslos, während Personen in der Nähe Voice-over-LTE-Anrufe tätigten. Herkömmliche Installationen benötigen separate Antennen, Kabel, Filter und Signalverstärker für jeden Diensttyp. Doch diese einzige Lösung reduziert den Ausrüstungsbedarf um etwa 40 % und spart Kosten bei der Installation. Auch die Wartung wird einfacher, und das Hinzufügen neuer Funktionen erfordert später nicht, alles auseinandernehmen zu müssen.

Tote-Zone-Vermeidung: Durchdringung und Zuverlässigkeit der Abdeckung in anspruchsvollen Innenräumen

Signalstabilität durch Stahlbeton, Stahltragwerke und Wärmeschutzglas

Moderne Baumaterialien wie Stahlbeton, Stahltragwerke und die modernen Low-E-Gläser sind ziemlich gut darin, Hochfrequenzsignale zu blockieren, wodurch Verluste zwischen 20 und 40 dB entstehen können. Solche Signalbeeinträchtigungen beobachten wir regelmäßig in Aufzügen, unterirdischen Bereichen, Räumen für medizinische Bildgebung sowie in besonders effizienten Bürogebäuden mit ihren glatten Außenflächen. Leckkabel lösen dieses Problem anders, als es durch schlichte Erhöhung der Sendeleistung möglich wäre. Stattdessen verlagern sie den Abstrahlungspunkt direkt in die Bereiche, in denen die Hindernisse liegen. Die Funktionsweise dieser Kabel ist recht clever: Durch ihre lineare Abstrahlung umgehen sie reflektierende Oberflächen und stellen eine zuverlässige Verbindung zu benachbarten Bereichen her. Da sich das Signal entlang der gesamten Kabellänge ausbreitet, bleibt es stabil und gleichmäßig über verschiedene Räume hinweg, selbst beim Durchdringen dicker Wände. Feldtests haben gezeigt, dass Leerrohrkoaxialkabel weniger als 3 dB Verlust aufweisen, wenn sie durch 40 cm dicke Betonwände verlegt werden, was etwa 15 dB besser ist als bei herkömmlichen Deckenantennen unter vergleichbaren Bedingungen.

Fallstudie: Erreichen einer 99,2 %igen Abdeckungsgleichmäßigkeit in einem 12-stöckigen Krankenhaus mit dualbandigem Leckkabel

Ein zwölfstöckiges Krankenhaus in der Stadt hat kürzlich ein Dual-Band-Leiterkabelsystem installiert, um gravierende Kommunikationsprobleme in kritischen Bereichen wie MRT-Räumen, Tiefgaragen und strahlengeschützten Laboren zu beheben. Die Installation ermöglicht die gleichzeitige Übertragung von FirstNet-Signalen bei 700 MHz und neueren 5G-NR-Signalen bei 2,5 GHz über eine einzige Koaxialanlage. Nach Abschluss der Arbeiten zeigten Tests, dass 99,2 % des Gebäudes durchgängige Abdeckung aufweisen. Die Signalstärken lagen auf allen Etagen und in allen Abteilungen über -95 dBm und erreichten sogar Bereiche, in denen zuvor absolut kein Empfang vorhanden war. Bei Tests durch Rettungskräfte während realer Übungen funktionierten ihre Funkgeräte einwandfrei, mit lediglich geringfügigen Problemen beim Übergang zwischen verschiedenen Kabelabschnitten. Das Besondere an dieser Lösung ist ihre deutlich bessere Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Methoden. Eine sorgfältige Planung unter Berücksichtigung der Gebäudearchitektur und ein fundiertes Verständnis des Frequenzverhaltens ermöglichen es Krankenhäusern, Kommunikationsstandards zu erreichen, die ältere passive oder aktive verteilte Antennensysteme einfach nicht bieten können.

FAQ

Wie funktionieren Leckkabel?

Leckkabel arbeiten mit strahlenden und gekoppelten Modi. Im strahlenden Modus senden sie Signale direkt durch Schlitze im Kabel aus, während der gekoppelte Modus elektromagnetische Felder nutzt, um Signale ohne direkte Abstrahlung zu übertragen.

Welchen Vorteil bieten Leckkabel in komplexen Gebäuden?

Leckkabel können die Signalstärke und -beständigkeit verbessern, insbesondere in Gebäuden aus Materialien, die Signale normalerweise blockieren, und erhöhen dadurch die Zuverlässigkeit um etwa 40 %.

Welche Materialien und Merkmale im Leckkabel-Design tragen zur Reduzierung von Signalverlust bei?

Die Form der Schlitze, das Wellprofil des inneren Leiters und die Schlitzdichte sind entscheidend. Diese Faktoren helfen dabei, Strahlungsmuster und Frequenzauswahl zu steuern sowie Signalverluste zu begrenzen.

Wie unterstützen Leckkabel mehrere Dienste wie Mobilfunk und Wi-Fi?

Leckkabel verwenden frequenzagile Konstruktionen, die eine Vielzahl von Frequenzen (700 MHz bis 3,8 GHz) unterstützen und gleichzeitigen Betrieb verschiedener Dienste ohne Störungen ermöglichen.

Können Leckkabel dazu beitragen, die Abdeckung in Bereichen mit strukturellen Herausforderungen zu verbessern?

Ja, indem Strahlungspunkte innerhalb von Hindernissen positioniert werden, gewährleisten Leckkabel eine starke Signalausbreitung auch durch Materialbarrieren wie Beton und Stahl hindurch.