Welche sind die vier Arten von Leitern in einer Übertragungsleitung?

Ein einzelner fester Leiter

Besonderheit

Ein einzelner fester Leiter ist die einfachste Art von Leiter. Er besteht aus einem einzigen Metallmaterial (wie Kupfer oder Aluminium) und hat die Vorteile einer einfachen Struktur und hoher mechanischer Festigkeit. Aufgrund seiner festen Struktur hat er eine gute Leitfähigkeit bei niedrigen Frequenzen und eine relativ gleichmäßige Stromverteilung. Beispielsweise kann er in einigen Kurzstrecken-Übertragungsleitungen eingesetzt werden, die hohe mechanische Festigkeit und niedrige Frequenz erfordern (wie z.B. einige Innenraum-Stromleitungen).

Doch mit zunehmender Übertragungsfrequenz konzentriert der Hautwirkungseffekt den Strom auf der Oberfläche des Leiters, und das Material im Inneren des festen Leiters wird nicht vollständig genutzt, was zu Materialverschwendung führt. Zudem kann dies aufgrund von Wärmeableitungsproblemen bei hohen Stromstärken seine Stromtragfähigkeit begrenzen.

Geflochtener Leiter

Besonderheit

Ein geflochtener Leiter besteht aus mehreren Drähten kleineren Durchmessers, die miteinander verflochten sind. Diese Struktur erhöht die Flexibilität des Leiters, erleichtert die Installation und Biegung und eignet sich für Übertragungsleitungen, die häufig gebogen oder bewegt werden müssen, wie z.B. Kabel in Kabelbrücken oder Stromkabel für mobile Geräte.

Die Verbindung zwischen den mehreren Drähten des geflochtenen Leiters erhöht die Wärmeableitungsfläche und hilft, die Stromtragfähigkeit zu verbessern. Gleichzeitig kann jeder kleine Draht als unabhängiger Strompfad betrachtet werden. Bei hohen Frequenzen sorgt die Hautwirkung dafür, dass der Strom sich an der Oberfläche jedes kleinen Drahts konzentriert, was dem Gesamteffektivleitungsquerschnitt entspricht und bessere Hochfrequenzübertragung ermöglicht als ein einzelner fester Leiter. Beispielsweise werden in einigen Hochfrequenz-Kommunikationskabeln oft geflochtene Leiter verwendet, um die Signalübertragungsqualität zu verbessern.

Hohlleiter

Besonderheit

Der Hohlleiter hat eine hohle Struktur im Inneren, und der Strom konzentriert sich hauptsächlich auf der äußeren Oberfläche des Leiters. Diese Struktur nutzt die Hautwirkung effektiv, da bei hochfrequenten Übertragungen der Strom sich auf der Oberfläche konzentriert, wodurch der hohle Teil keinen wesentlichen Einfluss auf die Stromübertragung hat, aber das Gewicht des Leiters reduziert und Material spart.

Hohlleiter finden Anwendung in einigen Übertragungssystemen mit strengen Gewichtsanforderungen (wie z.B. Übertragungsleitungen im Luft- und Raumfahrtbereich) oder in langspannenden Freileitungen (um den Eigenlastdruck auf den Turm zu reduzieren). Allerdings ist der Herstellungsprozess von Hohlleitern relativ komplex, und die mechanische Festigkeit kann geringer sein als bei festen Leitern. Maßnahmen in der Strukturkonstruktion sind erforderlich, um eine ausreichende mechanische Stützung sicherzustellen.

Koaxialer Leiter

Besonderheit

Ein koaxialer Leiter besteht aus einem inneren Leiter und einem äußeren Leiter, die durch ein isolierendes Medium getrennt sind. Der äußere Leiter ist in der Regel ein hohler zylindrischer Leiter, der den inneren Leiter in der Mitte umgibt. Diese Struktur hat ausgezeichnete elektromagnetische Abschirmcharakteristiken, der innere Leiter überträgt das Signal, während der äußere Leiter nicht nur als Rückführweg des Signals dient, sondern auch die Rolle eines Schutzes vor externen elektromagnetischen Störungen übernimmt.

Koaxiale Leiter werden weit verbreitet in der Hochfrequenz-Signalübertragung (wie z.B. Fernseh-Signalübertragung, Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung in Computernetzwerken usw.) eingesetzt. Sie können Hochfrequenzsignale effektiv übertragen, die Signaldämpfung und externe Störungen reduzieren und die Signalkualität gewährleisten. Allerdings sind Koaxialkabel vergleichsweise teuer, und bei zunehmender Übertragungsdistanz bleibt die Signaldämpfung ein zu berücksichtigendes Problem.