Reflektionen / Reflexionen

Bei der Übertragung von Hochfrequenz-Signalen (Wechselspannungen mit hoher Frequenz) hat man nicht nur mit Leitungsverluste, sondern auch mit Reflektionen des Signals zu kämpfen. Reflektionen oder Reflexionen gibt es bei elektrischen Wellen (elektrische Leitungen) und Lichtwellen (Lichtwellenleiter). Um zu verstehen was Reflektionen sind, hilft es, die Hochfrequenz-Signale (HF-Signale) als Wellen zu betrachten.
Wenn eine solche Welle auf eine physikalische Unregelmäßigkeit (Diskontinuität) trifft, dann wird ein Teil der Welle reflektiert. Eine Unregelmäßigkeit ist immer dann gegeben, wenn sich ein Unterschied der Impedanz zwischen Schaltungselement und Übertragungsleitung einstellt. Beispielsweise bei Schaltungsübergängen oder am Ende von Leitungen. Hier entstehen nicht nur Leistungsverluste, sondern auch Reflektionen.
Reflektionen sind Wellen, die sich in beiden Richtungen auf der Übertragungsleitung fortpflanzen. So wie ein Echo.

Ersatzschaltung zur Reflexion

Reflektionen treten hauptsächlich an Leitungsenden und Leitungsübergängen auf. Sie können aber auch dadurch entstehen, dass Leitungen beschädigt oder auch nur misshandelt wurden. Auch dann, wenn keine sichtbare Beschädigung entstanden ist. Schon eine zu starke Biegung kann zu Beschädigungen an Leitungen und Kabel führen und somit auch zu einer schlechteren Signalübertragung, die durch Reflektionen ausgelöst wird.
Reflektionen führen dazu, das ein und dasselbe Signal beim Empfänger zweimal mit einem zeitlichen Unterschied eintrifft.

Die folgende Beschreibung zu Reflektionen, bezieht sich auf die Betrachtungsweise einer kurzen Leitung und gleichzeitig einer hohen Frequenz. Dabei ist die Ausbreitung der Frequenzwelle beobachtbar.

Originalsignal ohne Reflektion

Anpassung

Reflektionen bei einer offene Leitung

Leerlauf - offene Leitung

Bei einer offenen Leitung wird das Eingangssignal zurück geworfen. Dabei überlagern sich die Signale. Es entsteht ein neues Wellenmuster. Dabei kann es vorkommen, dass das ursprüngliche Signal ausgelöscht wird. Auslöschungen kommen typischerweise in der Hochfrequenz- und Impulstechnik vor.
Auf dem Bildschirm eines Oszilloskops kann man zusätzlich zum Originalsignal eine zweite, dem Original sehr ähnlich, aber schwächere Amplitude erkennen.

Reflektionen bei einer kurzgeschlossenen Leitung

Kurzschluss

Bei einer kurzgeschlossenen Leitung wird das Eingangssignal mit umgekehrter Polarität zurück geworfen.
Auf dem Bildschirm eines Oszilloskops kann man zusätzlich zum Originalsignal eine zweite, dem Original ähnliche, aber schwächere und invertierte Amplitude erkennen.

Reflektionen vermeiden

Um Reflektionen zu vermeiden müssen Widerstände die Leitungsenden abschließen (Abschlusswiderstände). Die Abschlusswiderstände unterdrücken Reflektionen. Dabei kann man keinen beliebigen Widerstand verwenden, sondern muss einen speziell auf die Leitung abgestimmten Wellenwiderstand verwenden. In der Regel handelt es sich dabei um einen gewöhnlichen (ohmschen) Festwiderstand mit einem festen Wert.
Nur dann, wenn der Quellwiderstand, der Wellenwiderstand der Leitung und der Abschlusswiderstand identisch sind, werden Reflektionen vermieden.

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