Bei Hohlleitern bietet Kupfer meist höhere elektrische und thermische Leitfähigkeit, Aluminium deutlich geringere Dichte. Entscheidend sind jedoch Legierung, Geometrie, RF-Oberfläche, Verbindung und Betriebsbedingungen. Pauschale Preisvorteile oder feste zusätzliche dB pro Meter lassen sich daraus nicht ableiten.
1. Elektrische Leitfähigkeit
Als Orientierungswerte für reine Metalle nennt Microwaves101 bei ungefähr 25°C etwa 59,8 MS/m für Kupfer und 37,7 MS/m für Aluminium. Werkstoffzustand, Legierung und Temperatur verändern die Werte. Verwenden Sie für den Entwurf die Daten des tatsächlichen Materials.
IACS ist eine Bezugsgröße für elektrische Leitfähigkeit, keine Wärmeleitfähigkeit. 100% IACS entsprechen ungefähr 58 MS/m bei 20°C. Unterschiedliche Temperaturen und Materialzustände dürfen nicht als exakter direkter Vergleich vermischt werden.
2. RF-Oberflächenwiderstand und Verlust
Für einen guten, nichtmagnetischen Leiter im einfachen Skineffektmodell gilt Rs = √(πfμ/σ). Bei gleicher Geometrie, Mode und ideal glatten unbeschichteten Wänden skaliert der Leiterverlust mit diesem Oberflächenwiderstand.
Mit den genannten Leitfähigkeiten ergibt sich Rs,Al/Rs,Cu ≈ √(59,8/37,7) ≈ 1,26. Das ist ein Modell für den Leiterverlust, keine Garantie von 26% mehr Gesamtverlust eines beliebigen Bauteils.
Reflexionen, Flansche, Rauheit und Beschichtungen kommen hinzu. Eine Differenz von 0,5–2 dB/m kann nicht für alle Größen und Frequenzen gelten. Verlust in dB ist außerdem kein linearer Prozentsatz verlorener Leistung.
3. Dichte und Gesamtmasse
Die referenzierten Tabellen nennen etwa 8,92 g/cm³ für Kupfer und 2,70 g/cm³ für Aluminium. Bei identischem Metallvolumen beträgt die Aluminiummasse damit rund 30% der Kupfermasse, also etwa 70% weniger.
Reale Baugruppen haben möglicherweise andere Wandstärken, Flansche und Halterungen. Deshalb ist weder 70% noch ein pauschaler Vorteil von 30–40% eine universelle Produktangabe. Vergleichen Sie die vollständigen Zeichnungen und Stücklisten.
4. Wärmeleitung und Ausdehnung
Die Tabellen für reine Metalle geben bei ungefähr Raumtemperatur rund 416 W/(m·K) für Kupfer und 238 W/(m·K) für Aluminium an. Für konkrete Legierungen können die Werte deutlich anders liegen.
Die zugehörigen linearen Ausdehnungskoeffizienten liegen beispielhaft bei etwa 16,6 beziehungsweise 23,0 µm/(m·K). Bei 100 mm und 40 K Temperaturänderung ergeben sich rund 0,066 beziehungsweise 0,092 mm freie Längenänderung.
Das ersetzt keine thermische Baugruppenrechnung: Wärmeübergang, Einspannung und ungleichmäßige Temperaturen beeinflussen Verformung und Spannungen. Gute Wärmeleitung allein definiert keine RF-Leistungsgrenze.
5. Oberfläche und Korrosion
Aluminium bildet eine passivierende Oxidschicht, die an elektrischen Kontakten dennoch problematisch sein kann. Auch Kupferoberflächen verändern sich. Feuchtigkeit, Salz und Kontakt unterschiedlicher Metalle erfordern passende Oberflächen- und Verbindungskonzepte.
Eine leitfähige Beschichtung kann die wirksame RF-Oberfläche prägen. Dicke, Haftung, Rauheit und gegebenenfalls Zwischenschichten zählen; der Grundwerkstoff allein beschreibt dann nicht den Oberflächenverlust.
6. Fertigung und Verbindungen
Bearbeitbarkeit, Umformung, Löten oder Schweißen hängen von Legierung und Verfahren ab. Kupfer ist häufig gut lötbar; Aluminium benötigt für entsprechende Fügeverfahren geeignete Oberflächenbehandlung und Prozessführung.
Prüfen Sie nach dem Fügen Verzug, Innenmaße, Kontakt und gegebenenfalls Dichtheit. Ein gut leitendes Material gleicht eine schlecht ausgerichtete Verbindung nicht aus.
7. Kosten und Abnahme
Materialpreis, Zerspanung, Beschichtung, Losgröße und Prüfaufwand bestimmen den Einkauf. Ein allgemeiner Kupferpreis pro Meter für WR-90 ist ohne Ausführung und Lieferbedingungen nicht belastbar.
Vergleichen Sie bei gleichen Anforderungen Gewicht, Band, Reflexion, Einfügedämpfung, Temperatur und Leistung. Lassen Sie die RF-Eigenschaften am fertigen Teil bestätigen.
Quellen für die Orientierungswerte: Leitfähigkeitstabelle, Kupfer und Aluminium. Diese Referenzwerte ersetzen kein Werkstoffzeugnis des Lieferanten.
