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Câble électrique.
La présente invention concerne des câbles convenant pour la transmission de courants électriques à haute fréquence.
Cette invention a pour but principal de fournir un câble électrique à haute fréquence qui est simple et relativement peu coûteux et qui a des constantes électriques satisfaisantes sur une large gamme de fréquences.
Suivant la présente invention, un câble électrique comprend une gaine cylindrique creuse contenant intérieurement un conducteur, la plus grande partie des surfaces de la gaine et du conducteur étant maintenue complètement ou sensiblement complète-
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ment espacées par de l'air l'une de l'autre en vertu de la forme ou de la configuration du conducteur. La gaine est habituellement en matière isolante et une gaine extérieure conductrice telle qu'un tressage de métal est habituellement prévue par-dessus la gaine isolante.
Suivant une caractéristique de la présente invention, on procure un câble comprenant un premier conducteur, un conducteur de retour et un diélectrique isolant entre eux, caractérisé en ce que le premier conducteur est façonné ou déformé de telle manière qu'il se maintient écarté du conducteur de retour, desorte que le diélectrique est constitué principalement par dé l'air ou un autre fluide isolant.
Suivant une autre caractéristique de la présente invention, on procure un bâble concentrique comprenant un conducteur central entouré d'un conducteur de retour, une gaine isolante étant prévue entre le conducteur extérieur et le conducteur intérieur et à proximité du conducteur extérieur, le câble étant caractérisé en ce que le conducteur intérieur est façonné ou déformé de façon qu'il touche la gaine isolante seulement à intervalles de sorte que sur la plus grande partiede sa longueur il est sensiblement à espacement d'air.
L'invention va être décrite maintenant à titre d'exemple avec référence au dessin schématique annexé dans lequel la fig.I mntre une coupe longitudinale partielle d'une forme de câble concentrique suivant la présente invention.
Les fig. 2 et 3 montrent des variantes de la fig. I.
La fig. 4 montre une coupe et la fig. 5 montre une vue en long avec brisures d'un autre câble suivant l'invention.
Les fig. 6 et 7 montrent des variantes de la forme que le conducteur central d'un câble suivant la présente invention peut avoir.
La fig. 8 montre une couped'un câble multiple suivantla présente invention.
Suivant la fig. I du dessin, un fil I lui peut être du nu-
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méro 40 S.W.G. et qui est de préférence en une matière élasti- que telle que du bronze au cadmium, e st replié en zig-zag avec une inclinaison d'environ 45 c'est à dire que les angles aux sommets 2 ont environ 90 . Les sommets 2 sont arrondis. Ce fil E est alors tiré dans un tube de caoutchouc 3 ayant un diamètre intérieur d'environ 1/8 de pouce et un diamètre extérieur d'environ 3/8 de pouce. Lee longueurs des parties droites du zig-zag sont telles que les sommets 2 s'appuient contre les parois intérieures du tube de caoutchouc 3.
La surface extérieure du tube de caoutchouc 3 est entourée de ruban 4 qui est recouvert de deux couches 5 et 6 de tressage d'un métal tel que le cuivre, soit avant, soit après que le conducteur central I .est inséré dans le tube 3.
Un câble construit de cette Manière a l'avantage de permettre l'allongement du tube de caoutchouc 3 et du tressage 5,6 sans rupture du conducteur central I. En outre, le conducteur I est maintenu hors du contact avec les parois 'intérieures du tube de caoutchouc 3 et par conséquent complètement à espacement d'air par rapport à celui-ci, sur la plus grande partie de sa longueur, par suite de la configuration en zig-zag. Si la conducteur central est lui-même recouvert de matière isolante,
le plus grande partie des surf ces du conducteur central et de la gaîne sont encore sensiblement complètement à espacement d'air l'un par rapport à l' autre . Dans ce cas la gaine peut être en matière isolante ou en matière conductrice. Si la totalité de l'isolement est placée près du conducteur central, les pertes diélectriques ne sont pas aussi faibles pour un isolement donné que celles obtenues avec la même épaisseur d'isolement à proximité de la ga îne . Si toutegois les voltages sont faibles, de sorte qu'un isolement mince peut être employé, etsi le conducteur isolé repose seulement occasionnellement contre la gaîne, on peut obtenir des conditions de fonctionnement satisfaisantes.
En outre, on obtient un câble de travail par exemple en recouvrant le conducteur intérieur d'un mince isolement d'émail mais
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en plaçant le diélectrique principal, tel que du papier, à proximité du conducteur de retour extérieur. Dans le cas où le tube de caoutchouc est remplacé par un enveloppement de papier, comme cela. sera décrit dans la suite, si l'enveloppement de papier est déplacé de façon à laisser un intervalle, l'éros.il du. conducteur central empêchera un court-circuit pourvu que les voltages de travail soient faibles. Un semblable revêtement mince d'émail n'augmente pas de façon excessive les pertes diélectriques vu que le diélectrique principal est de l'air.
La longueur accrue du conducteur central par suite du repliement de celui-ci, augmente la capacité mais augmenta également l'inductance.
Avec un échantillon construit de la manière décrite ci-dessus, ayant une longueur de 100 pieds, une impédance caractéristique de 185 ohms a été obtenue. Si li on l'emploie corme ligne de transmission fonctionnant à partir d'une impédance de 170 ohms dans un circuit ouvert, tel que le cirduit de grills d'une valve, on peut obtenir une caractéristique sensiblement plate à la fois pour l'amplitude et le retard relatif, pour des fréquences jusqu'à 2 mégacycles par seconde ou plus, avec l. lon- gueur de câble de 100 pieds mentionnée ci-dessus.
Le câble décrit ci-dessus contient un conducteur très mince en vue d'obtenir l'impédance caractéristique la plusélevée possible compatible avec une atténuation raisonnablement basse. TJn semblable câble est utile pour des longueurs de plusieurs centaines de pieds pour des fréquences d'ondulation de télévision,par exemple jusqu'à un ou deux mégacycles par seconde .
On a trouvé que ce type de construction de câble est applicable également à des câbles d'alimentation pour ondes courtes (par exemple 40 mégacycles par seconde ou plus) et à des circuits pour des ondes moyennes ou des fréquences de support qui sont généralement requises ou pour couvrir de longues distances avec le minimum d'atténuation, mais lorsque l'obtention d'une impédance caractéristique élevée n'a pas d'importance particulière.
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Pour de semblables applications, l'atténuation aux hautes fré- quences est importante et il est nécessaire d'employer un plus grand conducteur central (par rapport au diamètre du retour concentrique extérieur),que celui décrit ci-dessus. Dans un câble de ce type, le tube isolant 3 de la fig. I peut avoir les dimensions données ci-dessus et le conducteur intérieur I peut être replié sous la même forme en zig-zag mais au lieu d'être du numéro 40 S.W.G (0,004R pouce de diamètre) il peut avoir 0,06 pouce de diamètre. Un câble présentant ce conducteur intérieur relativement gros peut être employé pour un câble d'alimentation reliant une antenne aérienne à un récepteur ou à un transmetteur.
Si la fréquence de fonctionnement se trouve dans la bande de fréquences normales de radiodiffusion, l'atténuation sera très faible et de grandes longueurs de câble d'alimentation peuvent être employées sans perte sérieuse d'énergie.A des fréquences plus élevées, l'atténuation sera un peu plus grande ; le câble peut être employé avec un rendement raisonnable à des fréquences de 40 mégacycles par seconde et plus.' L'emploi d'un conducteur intérieur de diamètre relativement grand, par rapport au diamètre du retour en gaîne, est nécessaire en vue de maintenir l'atténuation du câble d'alimentation à une faible valeur aux fréquences élevées.
Un câble de ce type a une impédance caractéristique faible, comparé à un câble employant un conducteur intérieur très mince; pour des lignes de transmission à fréquence de support ceci n'est pas en général un inconvénient.
Si le câble est exposé à être soumis à un repliement continu à angle aigu, il est préférable de faire en sorte que le zig-zag ait une inclinaison d'environ 45 , c'est à dire que chaque partie sensiblement rectiligne du fil est inclinée sous un angle d'environ 45 sur l'axe du tube isolant. Si le câble n'est pas exposé à être soumis à une flexion continue à angle aigu,le pas du zig-zag peut être augmenté de façon que le fil fasse un 011--le maximum d'environ 5 à 15 avec l'axe du tube. En outre,si
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on fait en sorte que le conducteur intérieur soit légèrement tendu lors de l'introduction dans 1'isolement on peut faire que la formation en zig-zag provoque seulement une légère augmenta- tion de résistance au-dessus de celle obtenue d'un conducteur rectiligne.
Des formes sinueuses du conducteur intérieur ou du fil in- térieur autres que la forme en zig-zag décrite ci-dessus peuvent être employées. Par exemple, tandis qu'une forme sensiblement sinusoïdale est désirable pour un conducteur mince sujet à des flexions considérables, avec un conducteur plus gros, une forme plus pointue ou en dent de scie peut être employée pour donner la distance maxima de contact entre le conducteur et la paroi isolante. Suivant une variante, la forme des sinuosités peut être à pointes et semblable d'asrect à la forme d'onde obtenue d'une onde sinusoïdale avec une forte troisième composante har- monique, provoquant une onde à pointes.
Dans une variante qui sera décrite avec référence 8 la fig. 2 l'allure générale du fil central I est rectiligne et il est placé le long de l'axe du tube 3. De petits coudes 7 sont formés dans le fil I, sont disposés à intervalles dans sa lon- gueur et s'étendent de la position centrale de la partie princi- pale du fil vers l'extérieur jusqu'à la paroi intérieure du tube 3. Le fil est ainsi maintenu écarté de la paroi. Les coudes peu- r vent être de forme sensiblement semi-ciculaire comme on l'a re- présenté, tous les coudes étant dans un plan et les coudes al- ternée étant situés sur les côtés opposés de l'axe du tube 3.
Dans la variante de la disposition de la fig. 2 qui est re- présentée à la fig. 3, chaque coude 7 a approximativement la forme d'un cycle complet d'une onde sinusoïdale, les déplace- ments maxima en directions opposées à partir de l'axe étant tels que les coudes prennent appui sur des surfaces intérieures op- posées du tube et supportent le fil dans sa position axiale.Des coudes doubles autres que des coudes sinusoïdaux peuvent être employés.
Par exemple ils peuvent être plus arrondis que dans le
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cas de deux coudes semi-circulaires, l'un étant déplacé le long de l'axe par rapport à l'autre d'une distance égale à son siamètre ; d'autre part ils peuvent avoir un sommet carré ou pointu,
On a trouvé que dans les câbles du type décrit ci-dessus, si le câble est fait sous une forme flexible et est soumis à une flexion, les pertes de haute fréquence sont accrues par suite de ce que le conducteur intérieur s'applique contre un coté du câble. On a trouve que cet effet peut être évité par la disposition de sinuosités suivant deux axes perpendiculaires à la longueur du câble.
Par exemple dans le type de sinuosités décrit ci-dessus dans lequel toutes les sinuosités sont dans un seul plan, la sinuosité limite le mouvement du fil dans ce plan mais n'empêche pas le mouvement du fil normalement à ce plan. Par l'introduction de sinuosités supplémentaires s'étendant au-dessus et au-dessous de ce plan, le fil peut être e mis en position centralement et empêché de se mouvoir normalement à ce plan.
Le même effet peut être obtenu par ratation du plan dela sinuosité à chaque sinuosité successive. Par exemple dans le cas dans lequel des coudes ou des sinuosités semi-circulaires uniques sont formés le long du fil, ces sinuosités peuvent, -Au lieu de s'étendre en sens opposés, s'étendre successivement dans las directionsdifférant de 1200 par exemple, de telle façon que trois sinuosités servent à maintenir le fil complètement.
En général on peut faire en sorte que les sinuosités s'étendent de l'axe du câble dans n'importe quelle direction requise, vers la paroi isolante portant le fil.
La matière isolante employée pour empêcher le fil de toucher le retour extérieur concentrique peut être de n'importe quel type approprié mais est de préférence formée d'une matière ayant de faibles pertes diélectriques pour des courants de haute fréquence. L'isolement entre le conducteur central et la gaîne peut être produit par enroulement de bandes de papier
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pour former un tube enfermant le conducteur central, le conducteur extérieur étant sous la forme d'une tresse métallique ou d'une gaine de plomb en-dehors du tube de papier. Le câble peut, si on le désire, être scellé aux deux extrémités pour empêcher l'entrée et le dépôt d'humidité dans les parois intérieures du tube isolant.
Une autre variante consiste en ce que le fil sinueux peut être formé d'un fil toronné de façon à réduire sa résistance de haute fréquence.
La présente invention comprend évidemment de nombreuses variantes des constructions décrites ci-dessus à titre d'exemple. Ainsi, la grosseur et la forme de la section transversale du conducteur central peuvent être choisies suivant les besoins.
Le fil peut être étamé si on le désire, et la gaine peut être formée d'un tube de caoutchouc ayant un revêtement de caoutchouc pur non vulcanisé pour réduire la corrosion du fil. N'importe quelle forme appropriée de retour métallique peut être employée .
Un avantage que présente un câble suivant cette invention sous ses formes préférées par rapport aux câbles connus antérieurement réside dans le fait que la matière diélectrique du câbleest logée à proximité du conducteur extérieur et est par conséquent dans une région dans laquelle la croissance du champ électrique est faible et par conséquent les pertes diélectriques sont faibles .
Comme des courants de haute fréquence seulement s'écoulent dans la surface intérieure du conducteur extérieur, il est a- vantageux, dans le cas où on emploie une gaine de plomb ou une autre gaine peu conductrice, d'insérer une gaine en feuille ou en fil de conductibilité élevée entre la gaine isolante et la gaine conductrice. Cette gaine de conductibilité élevée peut com prendre des rubans de cuivre de l'ordre de 0,001 pouc3 d'épaisseur posés autour de la gaine isolante et s'étendant à peu près parallèlement à la longueur du câble. Ces ruban peuvent être maintenus en position par une ligature métallique ayant une
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courte assise.
Un câble renfermant des rubans de conductibilité élevée ou des bandes est représenté aux fig. 4 et 5. Sur ces figures, le conducteur central I est un fil de cuivre d'environ 0,1 pouce de diamètre. Ce conducteur a des coudes 8 formés à intervalles d'environ 3 1/2 pouces suivant la longueur. Chaque coude comprend deux portions 8' s'étendant en directions opposées à partir de l'axe du fil. Une série exactement semblable de coudes 9 comprenant chacun deux portions 9' est formée entre les premières séries la seconde série étant formée dans un plan perpendiculaire au plan de la première série. Le conducteur central a ainsi des coudes à intervalles de 1 3/4 pouce suivant sa longueur.
Une bande 10 de papier d'environ I 1/4 pouce de large est enroulée en hélice autour du conducteur central pour former un tube d'environ 1/4 de pouce de diamètre intérieur, le pas de l'hélice étant d'environ 3 pouces. Autour de ce tube sont enroulées trois autres bandes II,12,13 de papier, chaque bande ayant environ 11/16 pouce de largeur et étant enroulée avec un pas de 1 1/4 pouce. Le diamètre extérieur du tube de papier ainsi formé est d'environ 5/16 pouce. Sur la surface extérieure de ce tube et parallèlement à l'axe de celui-ci sont placées quatre lames 14 en feuille de cuivre ayant environ chacune 9/32 pouce de largeur.
Ces feuilles constituent un revê- tement de cuivre sur la surface du tube de papier et elles sont maintenues en position par une cinquième bande de cuivre 15 qui est enroulée en hélice autour des quatre bandes longitudinales, le pas dé l'hélice étant d'environ 2 pouces. Cette bande est entourée d'une gaine de plomb 16 d'un diamètre extérieur d'environ SE.1/2 pouce.
Le conducteur central peut également être introduit dans la gaine en une opération continue, la matière de la gaine,telle que du caoutchouc, é.tant expulsée par une ouverture autour du fil en forme de zig-zag ou sinueux. On peut donner au fil la forme de zig-zag ou la forme sinueuse en le faisant passer en-
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tre deux roues, dentées de façon appropriée, en prise l'une avec l'autre. L'étendue de l'ondulation du fil pour lui donner sa forme en zig-zag ou sinueuse n'est pas critique mais doit de préférence être choisie de telle façon que le fil est placé sous une légère tension après qu'il est introduit dans la faine isolante.
Dans les câbles décrits ci-dessus, le conducteur central est sous la forme d'un fil de section transversale circulaire, des coudes appropriés étant formés suivant sa longueur. Dans certains cas d'autres formes de conducteur central peuvent être préférables. Par exemple un fil peut être coydé de la manière représentée à la fig. 3 et ensuite aplati dans le plan des sinuosités par une opération de laminage ou analogue. La bande coudée résultante peut alors recevoir une torsion continue de @ 90 par coude, auquel cas le conducteur est à centrage automatique dans un tube circulaire de diamètre approprié.
Une construction de ce type a les avantages, sur des types employant des conducteurs centraux de section transversale circulaire, que la flexibilité du conducteur central est plus grande (ce qui est d'une importance consi- dérable si le conducteur central à 0,1 pouce de diamètre ou plus), que la perte dans le cuivre par livre de cuivre est réduite et que l'inductance en excès aux basses fréquences, due au courant circulant dans le corps du conducteur est rédaite, et le câble nécessite par conséquent moins de correction à cet effet. Dans une autre disposition, un ruban plat est coudé dans un plan perpendiculaire au plan du ruban. Ce ruban peut être utilisé avec ou sans torsion subséquente. Dans une autre disposition encore, un ruban plat 17, fig. 6, possède des saillies 18 formées sur ses bords.
Les saillies 18 peuvent être produites par une déforation du ruban à chaque saillie. Suivant une variante, de petites pièces de métal 19, fig. 7, peuvent être soudées par point à la bande 17 aux endroits 20. Les dispositions des fig. 6 et 7 sont applicables également à des câbles employant un conducteur central de section transversale circulaire. Ainsi @ les saillies 18 de la fig. 6 peuvent être produites par déformation d'un fil circu-
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laire pour produire des oreilles ou des doigts appropriés.
Le câble décrit peut être employé pour forcer un plus grand câble contenant plusieurs conducteurs à. haute fréquence, chacun dans sa gaîne propre et, si on le désire, d'autres circuits pour la fourniture d'énergie, etc.. La gaine extérieure isolante du câble composite est de préférence couverte d'un écran métallique tel qu'un tressage, et cet écran peut avantageusement être relié aux conducteurs extérieurs des câbles individuels intérieurs. Suivant une variante, les conducteurs extérieurs des câbles individuels intérieurs peuvent être isolés et peuvent être employés comme retours isolés dans des circuits à deux fils dans lesquels les potentiels des deux fils peuvent différer du potentiel de terre. Un câble jumelé suivant la présente invention est représenté à la fig. 8.
Les conducteurs centraux 21,22 sont semblables à celui représenté aux fig. 4 et 5 et sont enfermés dans des tubes de papier 23,24. Sur les surfaces extérieures de ces tubes, on a formé des gaines conductrices 25,26 qui à leur tour sont entourées d'une matière isolante 27,28. Ces deux câbles sont disposés de façon à former un câble jumelé par le fait qu'ils sont enfermés dans une gaine extérieure comprenant une ligature isolante 29 entourée d'une gaîne de plomb 30. Il va de soi qu'un câble multiple contenant plus de deux conducteurs peut être formé de cette manière.
Au cours de cette spécification, l'expression "à espacement d'air" est employée dans un sens large. Elle est destinée à couvrir tous les cas dans lesquels l'espace entourant l'organe à espacement d'air est rempli d'un fluide isolant. Un câble peut par exemple être rempli d'azote sec ou d'un autre fluide approprié.
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Electric cable.
The present invention relates to cables suitable for the transmission of high frequency electric currents.
The main object of this invention is to provide a high frequency electrical cable which is simple and relatively inexpensive and which has satisfactory electrical constants over a wide range of frequencies.
According to the present invention, an electrical cable comprises a hollow cylindrical sheath internally containing a conductor, the greater part of the surfaces of the sheath and of the conductor being kept completely or substantially complete.
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ment spaced apart by air from each other by virtue of the shape or configuration of the conductor. The sheath is usually of insulating material and a conductive outer sheath such as metal braiding is usually provided over the insulating sheath.
According to a characteristic of the present invention, there is provided a cable comprising a first conductor, a return conductor and an insulating dielectric therebetween, characterized in that the first conductor is shaped or deformed in such a way that it is kept away from the conductor. in return, so that the dielectric consists mainly of air or another insulating fluid.
According to another characteristic of the present invention, a concentric frame is provided comprising a central conductor surrounded by a return conductor, an insulating sheath being provided between the outer conductor and the inner conductor and close to the outer conductor, the cable being characterized in that the inner conductor is shaped or deformed so that it touches the insulating sheath only at intervals so that for most of its length it is substantially air-gaped.
The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying schematic drawing in which FIG. I shows a partial longitudinal section of a form of concentric cable according to the present invention.
Figs. 2 and 3 show variants of FIG. I.
Fig. 4 shows a section and FIG. 5 shows a longitudinal view with breaks of another cable according to the invention.
Figs. 6 and 7 show variants of the shape that the central conductor of a cable according to the present invention can have.
Fig. 8 shows a section of a multiple cable according to the present invention.
According to fig. I of the drawing, a thread I can be nu-
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mero 40 S.W.G. and which is preferably of an elastic material such as cadmium bronze, is folded in a zig-zag fashion with an inclination of about 45 ie the angles at the vertices 2 are about 90. Vertices 2 are rounded. This wire E is then pulled into a rubber tube 3 having an inside diameter of about 1/8 inch and an outside diameter of about 3/8 inch. The lengths of the straight parts of the zig-zag are such that the vertices 2 rest against the inner walls of the rubber tube 3.
The outer surface of the rubber tube 3 is surrounded by tape 4 which is covered with two layers 5 and 6 of braiding a metal such as copper, either before or after the central conductor I. Is inserted into the tube 3. .
A cable constructed in this way has the advantage of allowing the elongation of the rubber tube 3 and the braiding 5,6 without breaking the center conductor I. Furthermore, the conductor I is kept out of contact with the inner walls of the cable. rubber tube 3 and therefore completely air-spaced therefrom over most of its length, due to the zig-zag configuration. If the central conductor is itself covered with insulating material,
most of the center conductor and sheath boards are still substantially completely air-spaced from one another. In this case, the sheath may be of insulating material or of conductive material. If all of the insulation is placed near the center conductor, the dielectric losses are not as low for a given insulation as those obtained with the same thickness of insulation near the duct. However, if the voltages are low so that thin insulation can be employed, and if the insulated conductor only occasionally rests against the sheath, satisfactory operating conditions can be obtained.
In addition, a working cable is obtained, for example, by covering the inner conductor with a thin insulation of enamel but
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by placing the main dielectric, such as paper, close to the outer return conductor. In the event that the rubber tube is replaced with a paper wrap, like this. will be described in the following, if the paper wrap is moved so as to leave a gap, the erosion. center conductor will prevent a short circuit provided the working voltages are low. Such a thin coating of enamel does not excessively increase the dielectric losses since the main dielectric is air.
The increased length of the center conductor as a result of the folding of the latter increases the capacitance but also increases the inductance.
With a sample constructed as described above, having a length of 100 feet, a characteristic impedance of 185 ohms was obtained. If used as a transmission line operating from an impedance of 170 ohms in an open circuit, such as the grill circuit of a valve, a substantially flat characteristic for both amplitude can be obtained. and the relative delay, for frequencies up to 2 megacycles per second or more, with l. Cable length of 100 feet mentioned above.
The cable described above contains a very thin conductor in order to obtain the highest possible characteristic impedance compatible with a reasonably low attenuation. Such a cable is useful for lengths of several hundred feet for television ripple frequencies, for example up to one or two megacycles per second.
This type of cable construction has been found to be applicable also to short wave power cables (e.g. 40 megacycles per second or more) and circuits for medium wave or carrier frequencies which are generally required or to cover long distances with minimum attenuation, but when obtaining a high characteristic impedance is not of particular importance.
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For such applications, attenuation at high frequencies is important and it is necessary to employ a larger center conductor (relative to the diameter of the outer concentric return), than that described above. In a cable of this type, the insulating tube 3 of FIG. I can have the dimensions given above and the inner conductor I can be bent in the same zigzag shape but instead of being number 40 SWG (0.004R inch in diameter) it can be 0.06 inch in diameter. diameter. A cable having this relatively large inner conductor can be used for a power cable connecting an aerial antenna to a receiver or a transmitter.
If the operating frequency is within the normal broadcast frequency band, the attenuation will be very low and long lengths of power cable can be used without serious loss of power. At higher frequencies, the attenuation will be a little larger; the cable can be used with reasonable efficiency at frequencies of 40 megacycles per second and above. ' The use of an inner conductor of relatively large diameter, relative to the diameter of the duct return, is necessary in order to keep the attenuation of the power cable low at high frequencies.
A cable of this type has a low characteristic impedance, compared to a cable employing a very thin inner conductor; for carrier frequency transmission lines this is not generally a disadvantage.
If the cable is exposed to be subjected to continuous bending at an acute angle, it is best to make the zigzag have an inclination of about 45, that is, each substantially straight part of the wire is inclined. at an angle of about 45 on the axis of the insulating tube. If the cable is not exposed to being subjected to continuous bending at an acute angle, the pitch of the zigzag can be increased so that the wire makes a 011 - the maximum of about 5 to 15 with the axis of the tube. Moreover, if
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the inner conductor is made to be slightly stretched when inserted into the insulation the zig-zag formation can only cause a slight increase in resistance above that obtained from a straight conductor .
Sinuous shapes of the inner conductor or inner wire other than the zigzag shape described above may be employed. For example, while a substantially sinusoidal shape is desirable for a thin conductor subject to considerable bending, with a larger conductor, a more pointed or sawtooth shape may be employed to give the maximum contact distance between the conductor. and the insulating wall. Alternatively, the shape of the sinuosities may be spiked and straight across to the waveform obtained from a sine wave with a strong third harmonic component, causing a spiked wave.
In a variant which will be described with reference 8, FIG. 2 the general shape of the central wire I is straight and it is placed along the axis of the tube 3. Small bends 7 are formed in the wire I, are arranged at intervals in its length and extend from the central position of the main part of the wire towards the outside as far as the inner wall of the tube 3. The wire is thus kept away from the wall. The elbows can be substantially semi-circular in shape as shown, with all the elbows being in a plane and the alternate elbows being located on opposite sides of the tube axis 3.
In the variant of the arrangement of FIG. 2 which is shown in FIG. 3, each bend 7 has approximately the shape of a complete cycle of a sine wave, the maximum displacements in opposite directions from the axis being such that the bends rest on opposite interior surfaces of the tube and support the wire in its axial position. Double bends other than sinusoidal bends may be used.
For example they can be more rounded than in the
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case of two semi-circular bends, one being moved along the axis with respect to the other by a distance equal to its siametre; on the other hand they can have a square or pointed top,
It has been found that in cables of the type described above, if the cable is made in a flexible form and is subjected to bending, the high frequency losses are increased as a result of the inner conductor pressing against a side of the cable. It has been found that this effect can be avoided by the arrangement of sinuosities along two axes perpendicular to the length of the cable.
For example in the type of sinuosities described above in which all the sinuosities are in a single plane, the sinuosity limits the movement of the wire in this plane but does not prevent the movement of the wire normally at this plane. By the introduction of additional sinuosities extending above and below this plane, the wire can be put in position centrally and prevented from moving normally at this plane.
The same effect can be obtained by ratifying the plane of the sinuosity at each successive sinuosity. For example in the case where single semi-circular bends or sinuosities are formed along the wire, these sinuosities may, instead of extending in opposite directions, successively extending in directions different from 1200 for example, so that three sinuosities serve to hold the wire completely.
In general, the sinuosities can be made to extend from the axis of the cable in any direction required, towards the insulating wall carrying the wire.
The insulating material employed to prevent the wire from touching the concentric outer return can be of any suitable type but is preferably formed of a material having low dielectric losses for high frequency currents. Insulation between the center conductor and the sheath can be produced by winding strips of paper
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to form a tube enclosing the center conductor, the outer conductor being in the form of a metal braid or lead sheath outside the paper tube. The cable may, if desired, be sealed at both ends to prevent entry and deposition of moisture in the interior walls of the insulating tube.
Another variant is that the sinuous wire can be formed from a stranded wire so as to reduce its high frequency resistance.
The present invention obviously includes many variations of the constructions described above by way of example. Thus, the size and shape of the cross section of the center conductor can be selected as required.
The wire can be tinned if desired, and the sheath can be formed from a rubber tube having a coating of pure, unvulcanized rubber to reduce corrosion of the wire. Any suitable form of metallic return can be used.
An advantage of a cable according to this invention in its preferred forms over previously known cables is that the dielectric material of the cable is accommodated near the outer conductor and is therefore in a region in which the growth of the electric field is. low and therefore the dielectric losses are low.
Since only high frequency currents flow through the inner surface of the outer conductor, it is advantageous, where a lead sheath or other poorly conductive sheath is used, to insert a foil or sheet sheath. high conductivity wire between the insulating sheath and the conductive sheath. This high conductivity sheath may include copper tapes on the order of 0.001 inch3 thick wrapped around the insulating sheath and extending approximately parallel to the length of the cable. These tapes can be held in position by a metal ligature having a
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short sitting.
A cable enclosing high conductivity ribbons or bands is shown in Figs. 4 and 5. In these figures, the center conductor I is a copper wire approximately 0.1 inch in diameter. This conductor has 8 elbows formed at approximately 3 1/2 inch intervals along the length. Each bend comprises two portions 8 'extending in opposite directions from the axis of the wire. An exactly similar series of elbows 9 each comprising two portions 9 'is formed between the first series, the second series being formed in a plane perpendicular to the plane of the first series. The center conductor thus has elbows at 1 3/4 inch intervals along its length.
A strip of paper about 1 1/4 inch wide is wound helically around the center conductor to form a tube about 1/4 inch in inside diameter, the pitch of the helix being about 3. inches. Around this tube are wound three more strips II, 12,13 of paper, each strip being about 11/16 inch in width and being wound with a pitch of 1 1/4 inch. The outside diameter of the paper tube thus formed is about 5/16 inch. On the exterior surface of this tube and parallel to the axis thereof are placed four strips 14 of copper foil each approximately 9/32 inch in width.
These sheets form a copper coating on the surface of the paper tube and are held in position by a fifth copper strip 15 which is helically wound around the four longitudinal strips, the pitch of the helix being approximately. 2 inches. This strip is surrounded by a lead sheath 16 with an outside diameter of approximately SE.1 / 2 inch.
The center conductor can also be introduced into the sheath in a continuous operation, with the sheath material, such as rubber, being expelled through an opening around the zig-zag or winding wire. You can give the wire a zig-zag shape or a sinuous shape by passing it through
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be two wheels, suitably toothed, engaged with one another. The extent of the undulation of the yarn to give it its zig-zag or sinuous shape is not critical but should preferably be chosen such that the yarn is placed under slight tension after it is introduced into the yarn. the insulating sheath.
In the cables described above, the center conductor is in the form of a wire of circular cross section, with suitable bends being formed along its length. In some cases other forms of center conductor may be preferable. For example a wire can be coydé in the manner shown in FIG. 3 and then flattened in the plane of the sinuosities by a rolling operation or the like. The resulting bent strip can then receive a continuous twist of @ 90 per bend, in which case the conductor is self-centering in a circular tube of the appropriate diameter.
A construction of this type has the advantages, over types employing center conductors of circular cross section, that the flexibility of the center conductor is greater (which is of considerable importance if the center conductor is 0.1 inch). in diameter or more), that the loss in copper per pound of copper is reduced, and the excess inductance at low frequencies, due to the current flowing through the conductor body is reduced, and the cable therefore requires less correction for this purpose. In another arrangement, a flat ribbon is bent in a plane perpendicular to the plane of the ribbon. This tape can be used with or without subsequent twisting. In yet another arrangement, a flat ribbon 17, FIG. 6, has protrusions 18 formed on its edges.
The protrusions 18 can be produced by a deforestation of the tape at each protrusion. According to a variant, small pieces of metal 19, fig. 7, can be spot welded to the strip 17 at locations 20. The arrangements of fig. 6 and 7 are also applicable to cables employing a central conductor of circular cross section. Thus @ the projections 18 of FIG. 6 can be produced by deformation of a circular wire
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milk to produce suitable ears or fingers.
The cable described can be used to force a larger cable containing several conductors through. high frequency, each in its own sheath and, if desired, other circuits for the supply of energy, etc. The insulating outer sheath of the composite cable is preferably covered with a metallic screen such as braiding , and this screen can advantageously be connected to the outer conductors of the individual inner cables. Alternatively, the outer conductors of individual inner cables may be insulated and may be employed as insulated returns in two-wire circuits in which the potentials of the two wires may differ from the earth potential. A twin cable according to the present invention is shown in FIG. 8.
The central conductors 21, 22 are similar to that shown in FIGS. 4 and 5 and are enclosed in paper tubes 23,24. On the outer surfaces of these tubes, conductive sheaths 25,26 have been formed which in turn are surrounded by an insulating material 27,28. These two cables are arranged so as to form a twin cable in that they are enclosed in an outer sheath comprising an insulating ligature 29 surrounded by a lead sheath 30. It goes without saying that a multiple cable containing more than two conductors can be formed in this way.
Throughout this specification, the term "air-spaced" is used in a broad sense. It is intended to cover all cases in which the space surrounding the air-spaced member is filled with an insulating fluid. A cable can for example be filled with dry nitrogen or other suitable fluid.
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