verlustfreie Kopplung
Englisch: lossless junction
Verbindungspunkt zwischen Bauteilen oder Übertragungsleitungen, wo die Gesamtleistung oder Energie, die in den Knotenpunkt fließt, genau gleich der Gesamtleistung oder Energie ist, die ihn verlässt.
verlustfreie Verbindungsstelle: wo nichts in Wärmeverlust aufgeht
Eine verlustfreie Verbindungsstelle ist eine idealisierte Anschlussstelle, bei der die eingegangene elektrische Leistung oder Signalenergie exakt der ausgegangenen entspricht, ohne Verluste als Wärme oder Strahlung. In der Praxis existiert dies eher als theoretische Referenz als als physikalische Realität, aber es definiert das Leistungsziel für hochwertige Verbindungen in HF-Systemen, Übertragungsleitungen und Stromverteilnetzen.
Das Konzept ist vor allem bei Mikrowellen- und Hochfrequenzanwendungen wichtig, wo selbst kleine ohmsche Verluste an Steckern oder Verzweigungspunkten die Signalintegrität beeinträchtigen oder die Effizienz verringern. Eine Hohlleiter-Verbindungsstelle nähert sich verlustfreiem Verhalten an, wenn ihre Geometrie und Materialien so gestaltet sind, dass elektromagnetische Wellen mit minimaler Absorption reflektiert oder übertragen werden. Übertragungsleitungs-Verbindungsstellen in koaxialen Kabelnetzwerken kommen diesem Ideal auch nahe, wenn die Impedanz richtig angepasst ist und der Kontaktwiderstand des Steckers unter etwa 1 Milliohm bleibt.
Reale Verbindungsstellen und ihre Verluste
Keine echte Verbindungsstelle ist wirklich verlustfrei. Ursachen für reale Verluste sind Kontaktwiderstände an aufeinander treffenden Flächen, dielektrische Absorption in Stecker-Isolierstoffen, Oxidation auf galvanisierten Oberflächen und Geometrie-Abweichungen, die reflektierte Energie auslösen. Eine typische HF-Stecker-Verbindungsstelle kann 0,1 bis 0,5 dB verlieren; eine schlecht gewartete oder korrodierte Verbindung kann mehrere Dezibel verlieren. Diese Verluste summieren sich über mehrere Verbindungsstellen in langen Signalketten oder großen Verteilnetzen auf.
Die verlustfreie Verbindungsstelle dient als Basislinie für Messung und Spezifikation. Wenn ein Hersteller angibt, dass ein Splitter oder Combiner eine Einfügungsdämpfung von 0,2 dB hat, gibt diese Angabe an, wie weit das Gerät vom verlustfreien Ideal abweicht. Genauso werden S-Parameter in der Netzwerkanalyse von der verlustfreien Referenz abgeleitet; die Magnitude von S21 zeigt, welcher Anteil der Eingangsleistung den Ausgangsport erreicht, wenn die Verbindungsstelle perfekt funktioniert, bevor reale Verluste berücksichtigt werden.
In Stromnetzen erscheint das Konzept der verlustfreien Verbindungsstelle in Fehleranalysen und Lastflussberechnungen, wo Ingenieure ideale Sammelschienen und Schalter-Kontakte annehmen, um den Basis-Fall zu ermitteln. Dann werden reale Widerstände, Skineffekt in Leitern und Spannungsabfälle an Kontakten als Störgrößen hinzugefügt. Dieser Ansatz trennt das Geometrie- und Topologie-Problem vom Widerstandsverlust-Problem und macht die Systemgestaltung beherrschbar.