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Dielektrisches rjtrakurzwellenkabel.
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eine grössere Dielektrizitätskonstante als 4 hat. Der dielektrische Verlustwinkel von flüssigem bzw.
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Ermittlung des Dämpfungsminimums wurden im Rahmen der Erfindung nähere Berechnungen ausgeführt, die die unterhalb der Grenzwellenlänge auftretenden Dämpfungsverluste berücksichtigen. Diese Berechnungen werden im folgenden behandelt.
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Rohr und einem Dielektrikum aus Luft besteht. Der Innenradius des gutleitenden Metalrohres beträgt R.
Die Übertragungsriehtung ist in der Figur mit a-bezeichnet. Die Ausbreitungsgesetze für elektrische Wellen in solehen Röhrenkabeln ergeben sieh durch Integration der Maxwellsehen Differentialgleichungen für die magnetisehe Feldstärke. # und die elektrische Feldstärke 0 :. Bedeutet 00 die Kreisfrequenz und A die zu bestimmende Fortpflanzungskonstante, so kann man für die Feldstärken folgenden Ansatz machen :
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eigenschaften des gutleitenden Rohres wie folgt abhängen :
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In der ersteren Gleichung ist e die Lichtgeschwindigkeit = 3. 1010 cm/see,
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und t3 stetig ineinander übergehen müssen.
So besteht für h die folgende transzendente Gleichung :
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Wenn man nun in Betracht zieht, dass entsprechend Gleichung 4 k1 um Grössenordnungen grösser ist als ko, so vereinfacht sich Gleichung 7 zu der Beziehung
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Die Lösung hiefür lautet nun, wieder unter Berücksichtigung, dass k1#k0 ........ (9) ist, folgendermassen :
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n bedeutet hierin eine beliebige ganze positive Zahl und die Wellenlänge :
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Wenn n von Null verschieden ist, so hat man es mit sogenannten Nebenwellen zu tun, die sieh
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zeichnet ist, ausbreiten. Es interessiert also übertragungstechnisch nur die Hauptwelle n = 0, auf die die folgenden Betrachtungen beschränkt bleiben sollen.
Man erkennt zunächst aus Gleichung 10, dass sich das Kabel grundsätzlich verschieden verhält, je nachdem die Wellenlänge grösser oder kleiner
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Die Dämpfung ist entsprechend dem Ansatz Gleiehung 1 der Imaginärteil der Fortpflanzungs- konstante h. Man erhält hiefür die Beziehung
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in welcher d die Dicke der äquivalenten Leitschicht bedeutet
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(vgl. den Aufsatz von Kaden"Über den Verlustwidertand von Hochfrequenzleitern", ,,Archiv für Elektrotechnik", Band 28, 1934, S. 818).
Die Gleichung 13 gestattet die Berechnung der Leitungsdämpfurg auf Grund der Abmessungen des Kabels für die Frequenzen im Durchlassbereich. Die Gleichung 13 bildet also die Grundlage des dritten Merkmals der Erfindung, nämlich der Bemessung des dielektrischen Kabels auf Dämpfungsminimum. Nimmt man z. B. an, dass das dielektrische Kabel aus einem gutleitenden Rohr von 18 mm
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bei einer Wellenlänger eine Widerstandsdämpfung von etwa 16 Neper/km. Die Ableitungsdämpfung kann gleich Null gesetzt werden, da das dielektrische Kabel kein Isoliermaterial enthält.
Würde man vergleichsweise ein konzentrisches Kabel mit den gleichen Abmessungen bauen, bei dem also innerhalb eines rohrförmigen Leiters von 18 non Innendurchmesser ein Innenleiter angeordnet ist, so würde man bei optimaler Dimensionierung eine Widerstandsdämpfung von etwa 28 Neper/km erhalten. Hiezu würde aber noch infolge des Vorhandenseins der festen Isolierstoffe, die zur Distanzierung des Innenleiters vom Aussenleiter erforderlich sind, eine Ableitungsdämpfung hinzukommen.
Geht man also von der konzentrischen Leitung aus, so sieht man in überraschender Weise, dass durch die Fortlassung des Innenleiters sowie der Isolation allein die Widerstandsdämpfung von etwa 28 Neper auf etwa 16 Neper herabgesetzt wird.
Die Fig. 2 zeigt die Dämpfung des dielektrischen Kabels, dessen Dielektrikum ausschliesslich aus Luft besteht, im Vergleich zur Dämpfung eines konzentrischen Kabels mit Luftdielektrikum in Abhängigkeit von Bu, d. h. vom Radius R des äusseren Metallmantels und von der Wellenlänge A.
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Hingegen ist das dielektrische Kabel nur von einem bestimmten Radius des Metallmantels ab und unterhalb einer bestimmten Wellenlänge durchlässig.
Wie die Rechnung ergab, befindet sich das Kabel
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als Grenzwellenlänge bezeichnet und entspricht auf der Abszissenachse einem Wert von % = 0-375. Oberhalb dieses Wertes fällt die Dämpfung zunächst stark ab, u. zw. bis zu einem Minimum, das bei
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dem Verhältniswert von etwa 0#6 liegt, um darauf mit grösser werdendem Verhältnis R/# wieder allmählich anzusteigen. Dieses nicht ohne weiteres zu erwartende Resultat wird erfindungsgemäss dazu ausgenutzt, um das dielektrische Kabel unter Verwendung von Luft als Dielektrikum für die elektrische Haupt-bzw. Grundwelle auf das Dämpfungsminimum zu bemessen.
Von dem Verhältniswert von 0-6 wird ma ; l nach Möglichkeit so wenig wie möglich abweichen, da jede grössere Abweichung hiervon mit einer Dämpfungserhohung verbunden ist. Wie aus den in der Fig. 2 gezeigten Dämpfungskurven für das konzentrische Kabel und für das dielektrische Kabel hervorgeht, schneiden sieh beide Kurven bei dem Verhältniswert R/A = 0, 4 ; 5.
Unterhalb dieses Wertes
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Kabel, so dass man von dem das Dämpfungsminimum ergebenden Verhältniswert von etwa 0#6 nach unten hin keinesfalls weiter als bis zum Wert 0. 4 ; 5 abweichen wird. Nimmt man auch nach oben hin den sieh bei dem Wert von 0#45 ergebenden Dämpfungswert als Dämpfungshöchstwert an, so erhält mall als obere Grenze einen Wert von 1-4, wie in der Fig. 2 angegeben.
Zusammenfassend besteht also die Erfindung in einem dielektrischen Ultrakurzwellenkabel in Form eines von einem Metallmantel umgebenen, aus Luft oder Gas bestehenden Dielektrikums zur Übertragung der elektrischen Haupt-bzw. Grundwelle, die je eine elektrische Feldkomponente in axialer und radialer Richtung sowie eine zirkulare magnetische Feldkomponente aufweist, wobei zur
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zu verwenden, so liegt es im Rahmen der Erfindung, im Dielektrikum neben der Luft bzw. einem Gas in geringem Umfange auch feste Isolierstoffe vorzusehen, so dass man eine Art Luftraumisolation erhält, wobei man ähnliche Aufbauten verwenden kann, wie sie für luftraumisolierte konzentrische Kabel bereits bekanntgeworden sind.
Geht man von den bekannten konzentrischen Kabeln aus, so braucht nur der Innenleiter durch einen zentral liegenden langgestreckten Isolierstoffkern, z. B. durch eisen Faden bzw. durch ein Seil aus Isolierstoff ersetzt zu werden. Die Ausbildung des Dielektrikums des dielektrischen Kabels als Luftraumisolation hat z. B. den Vorteil, dass die Luftraumisolation als Träger
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Es ist aber auch möglich, den Metallmantel als nahtloses Rohr aus gutleitenden Stoffen, wie Kupfer, Aluminium, usw., auszubilden.
Ein nahtloser MetalImantel, dessen Innenraum ausschliesslich Luft enthält, wird bereits in der Fig. 1 gezeigt. Die Anschaltung der Endapparate an die Leitung kann beispielsweise durch Elektroden erfolgen, die an den Enden ein kurzes Stück in den Innenraum des Metallmantels eingeführt sind. Diese Art der Anschaltung der Endapparate zeigt sehematiseh die Fig. 3. -In der Fig. 3 ist 10 die Sendeeinrichtung und 11 die Empfangseinrichtung. Beide sind durch das dielektrische Kabel 12 miteinander verbunden. Der Anschluss der Einrichtungen erfolgt in bekannter Weise an den äusseren Metallmantel und an die Elektroden 13 und 14, die ein kruzes Stückin den Innenraum des Metallmantels eingeführt sind.
In den Fig. 4 und 5 sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen das Dielektrikum des Kabels als Luftraumisolation ausgebildet ist.
Nach der Fig. 4 wird die Lufcraumisolation durch ein verdrilltes, aus formfesten Isolierstoffen bestehendes Band 20 gebildet, das zur Erhöhung der Biegsamkeit und Festigkeit gewellt ist. Das Band 20 besteht vorteilhaft aus Polystyrol. Über dem verdrillten Band 20 ist eine Verseillage 21 gutleitender Bänder, z. B. Kupferbänder, angeordnet, die den gutleitenden Mantel bilden. Das um die Verseillage 21 gewickelte zugfeste Band 22 dient dazu, die gutleitenden Bänder in ihrer Lage festzuhalten. Hierüber folgen eine Isolierstoffbandwicklung 23 und der wasserdichte Kabelmantel 24. Die Anordnung eines verdrillten gewellten Bandes als Stützorgan innerhalb eines Hohlseiles ist bei Starkstromfreileitungen bekanntgeworden, doch besteht hiebei das gewellte Band aus Metall.
Nach der Fig. 5 wird das Dielektrikum des Kabels durch eine Luftraumisolation gebildet, die aus sieben miteinander verseilten Einzelkordeln besteht, u. zw. sind um eine zentral liegende Einzelkordel sechs Einzelkordeln verseilt. Jede Einzelkordel besteht aus einem zentralen Faden 30, um den in offenen Sehraubenwindungen ein Faden 31 gewickelt ist. Der Faden 11 ist in so engen Windungen um den Faden 30 gewickelt, dass die benachbarten Einzelkordeln sich gegenseitig nicht ineinanderschieben können. Über der so ausgebildeten Luftraumisolation liegt eine Verseillage 32 gutleitender Bänder, z. B. Kupferbänder, um die das zugfeste Band 33 in offenen Schraubenwindungen gewickelt ist. Hierüber folgen die Isolierstoffbandwicklung 34 und der wasserdichte Kabelmantel 35.
Für den Fall der Ausbildung des Dielektrikums als Luftraumisolation werden vorteilhaft aus- schliesslich solche Isolierstoffe verwendet, die eine kleine Dielektrizitätskonstante und bei hohen Frequenzen einen niedrigen dielektrischen Verlustwinkel aufweisen. Diese Eigenschaften weisen in besonderem Masse verschiedene Stoffe der Gruppe der Polyvinylverbindungen auf, beispielsweise Polystyrol. Ausser den Polyvinylverbindungen können mit Vorteil auch verlustarme Naturprodukte und keramische Produkte verwendet werden, wie eisenfreier Glimmer, kristallinischer Quarz, Quarzglas, Magnesiumsilikate mit Titanoxydzusatz, z. B. die unter dem Namen ,,Calan" und ,,Frequenta"
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