CH699805A2

CH699805A2 - Koaxialkabel.

Info

Publication number: CH699805A2
Application number: CH01701/08A
Authority: CH
Inventors: Stefan Metz; Stefan Schaelle
Original assignee: Huber+Suhner Ag
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2010-04-30
Also published as: CN102197442A; EP2351051A1; WO2010049315A1; IL212446A0; JP2012507128A; US20110209892A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Koaxialkabel (10) mit einem zentralen Innenleiter (11), der mit einem vorgegebenen Abstand von einem Aussenleiter (12) konzentrisch umgeben ist, wobei der Zwischenraum zwischen Innenleiter (11) und Aussenleiter (12) mit einem Dielektrikum (13) ausgefüllt ist. Ein Koaxialkabel mit besonders guten mechanischen und elektrischen Eigenschaften wird dadurch erreicht, dass das Dielektrikum (13) aus einer Mehrzahl von aus einem Glas bestehenden, in Kabellängsrichtung verlaufenden Hohlfasern (14, 15) aufgebaut ist, und dass zumindest der Innenleiter (11) einen Wärmeausdehnungskoeffizenten aufweist, welcher dem Dielektrikum (13) im Hinblick auf eine möglichst geringe temperaturbedingte Phasenänderung im Koaxialkabel (10) angepasst ist.

Description

[0001] Koaxialkabel haben einen zentralen Innenleiter, der in einem vorgegebenen Abstand von einem Aussenleiter konzentrisch umgeben ist. Der Zwischenraum zwischen zentralem Innenleiter und konzentrischem Aussenleiter ist mit einem Dielektrikum ausgefüllt. In anspruchsvollen Anwendungen, wie sie beispielweise bei der Satellitentechnik im Weltraum vorliegen, sind für Koaxialkabel neben der Eignung für höchste Frequenzen im GHz-Bereich vor allem eine sehr geringe Dämpfung (in dB/m) und eine lineare und/oder gegen Null gehende Abhängigkeit der Phasenverschiebung von der Temperatur über einen grossen Temperaturbereich von z.B. -55[deg.]C bis +125[deg.]C von besonderer Bedeutung.

[0002] Eine sehr geringe Dämpfung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Zwischenraum zwischen dem zentralen Innenleiter möglichst vollständig mit Luft (relative Dielektrizitätskonstante [pound]r = 1) gefüllt ist. Andererseits übernimmt das Dielektrikum in vielen Fällen gleichzeitig die Aufgabe, den zentralen Innenleiter im Zentrum zu stabilisieren und zu fixieren, damit die konzentrische Struktur des Kabels auch beim Biegen oder Verdrehen des Kabels erhalten bleibt.

[0003] Ein hoher Luftanteil im Zwischenraum bzw. Dielektrikum kann auf verschiedene Weise erreicht werden:
<tb>1.<sep>Durch lokalisierte Abstandshalter oder -elemente, die den Innenleiter am Aussenleiter abstützen und fixieren (siehe z.B. die EP-A2-0 899 750 oder US-A-5 742 002).

<tb>2.<sep>Durch geschäumtes bzw. poröses Material mit geringer Dichte (siehe z.B. die DE-A1-3 415 746 oder die WO-A1-2007/147 271 mit weiteren Referenzen). Bekannte Technologien sind dabei die Pastenextrusion, Schmelzextrusion, Pulversinterung oder Kunststoffbandierung.

<tb>3.<sep>Durch dicht gepackte, in Kabellängsrichtung verlaufende Bündel von Rohren oder Schläuchen.

[0004] Die Variante (1) ist sehr aufwändig in der Herstellung und ist - vor allem bei kleinen Kabeldurchmessern - nur mit Schwierigkeiten zu realisieren.

[0005] Die Variante (2) wird in den verschiedensten Formen benutzt, ist aber entweder in der Porosität oder in der mechanischen Festigkeit beschränkt.

[0006] Bezüglich der Variante (3) der obigen Aufzählung sind in der Vergangenheit die verschiedensten Lösungsvorschläge gemacht worden:

[0007] Die Druckschrift DE-A1-1 440 771 beschreibt ein Koaxialkabel, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kabels, bei welchem als Abstandselemente Schläuche oder Rohre in Längsrichtung parallel zur zentralen Achse des Kabels einlagig um den Innenleiter herum gelegt sind. Die Schläuche oder Rohre weisen verhältnismässig dünne Wände auf, so dass das Volumen zwischen dem Innenleiter und dem Aussenleiter bzw. -mantel in erster Linie mit Luft oder allenfalls mit einem Gas gefüllt ist. Die Schläuche oder Rohre bestehen aus einem Schaumkunststoff oder Elastomer. Unter "Schläuchen" werden dabei sowohl gefüllte wie ungefüllte Rohre als auch Stabformen verstanden, ohne Rücksicht darauf, ob sie hohl sind oder nicht.

Die so definierten Schläuche können auch aus mit verschiedenen Materialien getränkten oder verstärkten Glasfasern hergestellt werden, die ausserdem eine Verstärkung aus Silikon oder Silikonkautschuk enthalten. Dasselbe gilt auch für die verwandte Druckschrift GB-909 343.

[0008] Aus der Druckschrift DE-AS-1 059 522 ist ein Koaxialkabel bekannt, bei welchem die Leiter mittels eines oder mehrerer rohrförmiger Isolierelemente gegeneinander abgestützt und voneinander isoliert sind. Die Isolierelemente sind einlagig wendeiförmig um den zu isolierten Innenleiter gewickelt oder parallel zum Innenleiter angeordnet. Die Isolierelemente sind zweiteilig aufgebaut, mit einem inneren Element mit wendelförmigen Schlitz zur Verbesserung des Biegeverhaltens des Kabels und einer dünnen Umhüllung des inneren Elements. Die bestehen vorzugsweise aus Polystyrol.

[0009] Das Druckschrift CH-257 547 offenbart ein Koaxialkabel (Fig. 2), bei welchem ein hohler Innenleiter durch mehrere einlagig spiralförmig gewickelte Röhren aus Äthylen-Polymer vom äusseren Leiter beabstandet und isoliert ist. Der Durchmesser der Röhren ist möglichst gross gewählt, um möglichst wenig festes Material zwischen Innen- und Aussenleiter vorzusehen. Um den nötigen Halt für den Innenleiter zu geben, werden die Röhren mit Übergrösse hergestellt, und ihr Querschnitt wird so weit aus dem kreisförmigen Querschnitt deformiert, dass das gewünschte Durchmesserverhältnis erhalten wird und der nötige Druck auf den Innenleiter ausgeübt wird.

[0010] Die Druckschrift DE-A1-19 956 641 beschreibt ein Koaxialkabel, bei welchem der Innenleiter durch mehrere, vorzugsweise als Monofilamente ausgebildete Stränge vom äusseren Leiter getrennt und gegen ihn abgestützt ist. Die Stränge weisen als dielektrischen Werkstoff Polyetheretherketone, Polyaryletherketone oder Polyetherimide auf. Luftgefüllt sind hierbei nur die Zwischenräume zwischen den Strängen.

[0011] Die Druckschrift DE-PS-902 865 offenbart ein Koaxialkabel, bei welchem um den Innenleiter als Abstandshalter Schläuche aus Isolierstoff, z.B. Polyäthylen, herumgeseilt werden, auf die noch eine Bebänderung aus Kunststoff aufgebracht wird. Es werden Schläuche von ursprünglich rundem Querschnitt verwendet, die bei dem während des Verseilens auftretenden Zug sowie durch die nachfolgende Bebänderung in radialer Richtung auf den Innenleiter zu zusammengedrückt werden, so dass sie sich ganz eng aneinanderlegen und dabei im Querschnitt annähernd sektorförmige Gestalt annehmen.

[0012] Eine weitere Druckschrift, die GB-535 743, ist auf ein Koaxialkabel gerichtet, bei welchem der Innenleiter von mehreren Schläuchen oder Kabeln aus einem Material mit geringem dielektrischen Verlust wie "Polythene" oder Gummi umgeben ist.

[0013] Die Druckschrift GB-A-2 374 721 offenbart ein Koaxialkabel, bei welchem ein hohler Innenleiter von einer Vielzahl von filamentartigen, isolierenden Strängen umgeben ist, welche parallel zum inneren Leiter ausgerichtet sind. Die Stränge, die vorzugsweise aus Methylpenten sind, zeichnen sich durch eine hohe elastische Belastung unter Zug in Längsrichtung aus, und dienen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Kabels.

[0014] Schliesslich ist aus der JP-A-169341 ein strahlungsfestes Koaxialkabel bekannt, bei welchem der Zwischenraum zwischen Innenleiter und Aussenleiter mit Glasfasern oder Keramikfasern gefüllt ist.

[0015] Im Hinblick auf eine minimale temperaturbedingte Phasenänderung sind Lösungen mit einem speziellen Aufbau des Dielektrikums bekannt (US-A-4 287 384), sowie Lösungen (US-A-3 909 555 oder US-A-3 971 880), bei denen der Innenleiter aus einem mit einer gut leitenden Schicht überzogenen Metall mit geringer thermischer Ausdehnung besteht. Das Dielektrikum besteht in letzterem Fall aus fein verteiltem Quarz, Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid.

[0016] Ein bekanntes Koaxialkabel hoher Güte ist das von der Anmelderin angebotene Koaxialkabel vom Typ "SUGOFLEX 404". Dieses Koaxialkabel mit einer Impedanz von 500 hm, einer Betriebsfrequenz von 26,5 GHz und einem Aussendurchmesser von 5,5 mm hat eine Dämpfung, die bei 25,6 GHz etwa 1,15 dB/m beträgt. Die (nichtlineare) Phasenänderung beträgt im Temperaturbereich zwischen -55[deg.]G und +125[deg.]G lediglich 750 ppm. Der aus Silber-Plattiertem Kupfer bestehende Innenleiter ist hier von einem extrudierten PTFE-Dielektrikum mit ultra-kleiner Dichte umgeben, das eine relative Dielektrizitätskonstante von 1,26 aufweist. Der nichtlineare Verlauf der Phasenänderung mit der Temperatur resultiert von der nichtlinearen Temperaturabhängigkeit des von der Dielektrizitätskonstante des PTFE verursachten Anteils der Phasenänderung.

Der geringe Absolutbetrag der Phasenänderung ergibt sich nach Erkenntnissen der Erfinder daraus, dass der negative Temperaturgang des von der Dielektrizitätskonstante des PTFE verursachten Anteils der Phasenänderung zum grossen Teil von dem positiven Temperaturgang des von der thermischen Ausdehnung von Innenleiter und Aussenleiter verursachten Anteils der Phasenänderung kompensiert wird.

[0017] Obgleich das beschriebene Koaxialkabel "SUCOFLEX 404" aussergewöhnlich gute Eigenschaften bezüglich Dämpfung, temperaturbedingter Phasenänderung und Einsatzbereich hat, besteht gleichwohl der Wunsch, ein solches Kabel in allen Werten weiter zu verbessern. Insbesondere soll ein derart verbessertes Kabel ausreichend biegsam sein, sich vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellen lassen und auch bei kleinen Durchmessern im Millimeterbereich ein hohe Güte aufweisen.

[0018] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein flexibles oder halb-flexibles Koaxialkabel zu schaffen, welches die Nachteile bekannter Koaxialkabel vermeidet. Das Kabel soll sich insbesondere durch eine minimale Dämpfung auszeichnen. Weiterhin soll es einen minimalem Temperaturgang der Phasenverschiebung aufweisen. Darüber hinaus soll die Abhängigkeit der Phasenverschiebung von der Temperatur über einen grossen Temperaturbereich möglichst linear verlaufen. Schliesslich soll das Kabel auch unter erschwerten Bedingungen, insbesondere im Weltraum und in einem grossen Temperaturbereich von wenigstens -55[deg.]G bis +125[deg.]C problemlos einsetzbar sein und sich bis hinunter zu kleinen Aussendurchmessern von wenigen (z.B. 6) Millimetern vergleichsweise einfach herstellen lassen.

[0019] Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0020] Für das erfindungsgemässe Koaxialkabel wesentlich ist, dass das Dielektrikum zwischen Innenleiter und konzentrischem Aussenleiter aus einer Mehrzahl von aus einem Glas bestehenden, in Kabellängsrichtung verlaufenden Hohlfasern aufgebaut ist, und dass zumindest der Innenleiter einen Wärmeausdehnungskoeffizenten aufweist, welcher dem Dielektrikum im Hinblick auf eine möglichst geringe temperaturbedingte Phasenänderung im Koaxialkabel angepasst ist.

[0021] Aus Glas gezogene Hohlfasern lassen sich sehr gleichmässig bis hinunter zu Aussendurchmessern von weniger als 1 mm und Wandstärken von weniger als 0,05 mm herstellen bzw. ziehen. Derartige Glas-Hohlfasern oder Glaskapillaren haben bei diesen Abmessungen eine hohe mechanische Stabilität und sind zugleich in weiten Grenzen biegbar, ohne zu brechen. Die Glas-Hohlfasern sind zugfest und lassen sich ohne Schwierigkeiten verseilen und können so in herkömmliche Kabel-Herstellungsverfahren integriert werden. Insbesondere sind mit Glas-Hohlfasern als Dielektrikum ausgestattete Koaxialkabel unempfindlich gegen hohe und tiefe Temperaturen, Vibrationen und andere mechanische Einwirkungen.

Die Hohlräume in den Hohlfasern und zwischen den Hohlfasern lassen sich bei Bedarf über die gesamte Kabellänge evakuieren oder mit speziellen Gasen oder Gasgemischen füllen, wenn dies bei bestimmten Anwendungen erwünscht oder gefordert ist.

[0022] Die Glas-Hohlfasern sind gute elektrische Isolatoren und chemisch neutral bzw. vergleichsweise unempfindlich gegen Einwirkungen von aussen. Sie bauen wegen der geringen möglichen Wandstärken ein Dielektrikum auf, das eine grosse Porosität und damit einen hohen Luftanteil hat. Insbesondere ist der durch die Glas-Hohlfasern verursachte Anteil im Temperaturgang der Phasenänderung linear und kann je nach Art des Glases nahe bei Null liegen.

[0023] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemässen Koaxialkabels ist dadurch gekennzeichnet, dass der durch das Dielektrikum verursachte Anteil der Phasenänderung einen annähernd verschwindenden Temperaturgang aufweist, und dass der Wärmeausdehnungskoeffizent des Innenleiters entsprechend näherungsweise Null ist. Vorzugsweise ist auch der Wärmeausdehnungskoeffizent des Aussenleiters näherungsweise Null. Hierdurch können die temperaturbedingten Phasenänderungen über einen weiten Temperaturbereich sehr gering gehalten werden, wobei die noch vorhandene Temperaturabhängigkeit weitgehend linear ist.

[0024] Eine andere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Hohlfasern in mehreren konzentrischen Lagen angeordnet sind. Vorzugsweise ist dabei zwischen den konzentrischen Lagen der Hohlfasern jeweils eine Zwischenschicht, insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise einem Kunststoff, angebracht, welche die Stabilität des Kabelaufbaus erhöht. Die mechanischen Eigenschaften werden weiter verbessert, wenn die Hohlfasern der einzelnen konzentrischen Lagen jeweils verseilt sind, wobei die Verseilung von Lage zu Lage gegensinnig oder gleichsinnig sein kann.

[0025] Grundsätzlich kann das gesamte Dielektrikum mit Hohlfasern von einem Typ aufgebaut werden. Eine höhere Flexibilität in der Auslegung des Kabels wird aber dadurch erreicht, dass die Hohlfasern verschiedener konzentrischer Lagen in ihrem Aufbau und/oder Material und/oder ihren Abmessungen unterschiedlich ausgelegt sind.

[0026] Als besonders günstig bezüglich der elektrischen und mechanischen und Verarbeitungseigenschaften haben sich Hohlfasern herausgestellt, die im wesentlichen aus Quarzglas bzw. SiO2 bestehen, wobei Hohlfasern mit einem kreisrunden Querschnitt und einem Aussendurchmesser zwischen 0,01 mm und 4 mm, insbesondere zwischen 0,01 mm und 1 mm, bevorzugt werden. Die Hohlfasern weisen dabei eine Wandstärke zwischen 0,001 mm und 2 mm, insbesondere zwischen 0,001 mm und 0,05 mm, auf.

[0027] Eine besonders gute Langzeitstabilität des Koaxialkabels lässt sich dadurch erreichen, dass die Hohlfasern aussen mit einer schützenden Abdeckschicht versehen sind, die vorzugsweise aus einem Acrylat oder Silikon oder einer Keramik oder einem Fluorethylen-Propylen (FEP) oder Polyethylene besteht und eine Schichtdicke im Bereich von 10 um aufweist.

[0028] Da der Effekt des Dielektrikums aus Clas-Hohlfasern auf die temperaturabhängige Phasenänderung gegenüber herkömmlichen Dielektrika, wie z.B. PTFE, vergleichsweise gering ist wird vorzugsweise im Koaxialkabel ein Innenleiter eingesetzt, der einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von kleiner gleich 5 ppm/K aufweist. Insbesondere besteht der Innenleiter aus FeNi36Ag ("Invar") oder Kovar oder Glas und ist aussen mit einer elektrisch gut leitenden Hüllschicht, insbesondere aus Ag, versehen. Der Innenleiter hat dabei mit Vorteil einen Aussendurchmesser kleiner 2 mm.

[0029] Der Aussenleiter kann demgegenüber aus einem gewickelten CuAg-Band bestehen.

[0030] Die Erfindung soll nachfolgend im Zusammenhang mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen
<tb>Fig. 1<sep>im Querschnitt den prinzipiellen Aufbau eines Koaxialkabels gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

<tb>Fig. 2<sep>in einer perspektivischen Ansicht die Verseilung der Hohlfaserlagen des Koaxialkabels nach Fig. 1;

<tb>Fig. 3<sep>in einem Photo den Querschnitt eines Prototyps des Koaxialkabels gemäss Fig. 1;

<tb>Fig. 4<sep>in einer vereinfachten Darstellung den Aufbau des Innenleiters des Koaxialkabels aus Fig. 1als mit einer leitfähigen Hüllschicht versehener Kern mit angepasster thermischer Ausdehnung;

<tb>Fig. 5<sep>in einer vereinfachten Darstellung den Aufbau einer Hohlfaser des Koaxialkabels aus Fig. 1als mit einer schützenden Abdeckschicht versehener Glas-Hohlfaser;

<tb>Fig. 6<sep>ein Diagramm der Temperaturabhängigkeit der Phasenänderung [Delta]p in einem Koaxialkabel mit einem durch ein Dielektrikum aus Acrylat-beschichteten SiO2-Hohlfasern verursachten Anteil (Kurve a1) und einem durch einen GuAg-Innenleiter (aus versilbertem Kupfer) verursachten Anteil (Kurve b1); und

<tb>Fig. 7<sep>ein Diagramm der Temperaturabhängigkeit der Phasenänderung [Delta]p in einem Koaxialkabel mit einem durch ein Dielektrikum aus Acrylat-beschichteten SiO2-Hohlfasern verursachten Anteil (Kurve a1) und einem durch einen versilberten FeNi36Ag-lnnenleiter (aus "Invar") verursachten Anteil (Kurve b2).

[0031] Die zur kleinen Dämpfung nötige grosse Porosität mit dem daraus resultierenden hohen Luftanteil wird beim Stand der Technik z.B. durch einen hohen Schäumungsgrad erreicht. Zurzeit wird zum Erreichen dieser Eigenschaft vorwiegend PTFE eingesetzt, wie dies beim eingangs beschriebenen, kommerziell erhältlichen Koaxialkabel vom Typ "SUCOFLEX 404" der Fall ist. Durch den hohen Schäumungsgrad bzw. die damit verbundene Porosität nimmt jedoch die mechanische Stabilität ab. Ein Isolator-Querschnittsprofil mit möglichst niedrigem Materialanteil bzw. hohem Luftanteil kann heute auch über Profilextrusion erreicht werden; jedoch sind hier Grenzen gesetzt bezüglich Porosität (60-80%) sowie mechanischer Stabilität.

[0032] Bei der vorliegenden Erfindung werden die erforderlichen Eigenschaften durch die Wahl von Hohlfasern aus einem Glas erreicht. Durch die Verwendung von Glas-Hohlfasern kann der Luftanteil erheblich gesteigert werden, während die mechanischen Eigenschaften besonders gut sind, wenn das geeignete Glas verwendet wird. Eine solche Technologie ist zudem wirtschaftlich herstellbar im Vergleich zur Extrusion, weil schneller verarbeitet werden kann. Durch den Einsatz von Hohlfasern vorzugsweise aus Quarz bzw. Siliziumdioxid oder SiO2 kann ein Dielektrikum mit guter Festigkeit und sehr grosser Porosität von ca. 92% erreicht werden. Dabei hat SiO2 sehr gute Eigenschaften bezüglich der thermischen Ausdehnung und den elektrischen Werten.

[0033] In Fig. 1 ist im Querschnitt der prinzipielle Aufbau eines Koaxialkabels gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben; Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Verseilung der Hohlfaserlagen des Koaxialkabels nach Fig. 1. Das Koaxialkabel 10 der Fig. 1 und 2umfasst einen zentralen Innenleiter 11, der in einem vorgegebenen Abstand von einem Aussenleiter 12 konzentrisch umgeben ist. Der ringförmige Zwischenraum zwischen Innenleiter 11 und Aussenleiter 12 ist durch ein Dielektrikum mit hoher Porosität, d.h. einem hohen Anteil an luftgefüllten Hohlräumen Hl (innerhalb der Hohlfasern) und H2 (zwischen den Hohlfasern) ausgefüllt. Die Leiteranordnung ist aussen von einem isolierenden, schützenden Mantel 22 (in Fig. 1 gestrichelt angedeutet) umgeben.

[0034] Das Dielektrikum besteht aus verseilten Hohlfasern 14, 15, die in zwei konzentrisch ineinander angeordneten Lagen angeordnet sind. Die Hohlfasern 14 der inneren Lage und die Hohlfasern 15 der äusseren Lage sind für sich genommen verseilt. Die Verseilung gemäss Fig. 2ist eine sog. S-Z-Verseilung (d.h. gegenläufige Lagen aus verseilten Hohlfasern). Es ist aber auch alternativ eine "Unilay"-Verseilung (gleichsinnige Lagenorientierung) möglich. Weiterhin ist es möglich, für jede Lagenebene einen anderen Fasertyp (Fasermaterial, Durchmesser, Wandstärke) einzusetzen. Weitere Variationsmöglichkeiten sind die Einstellung der Steigung (Schlaglänge), welche auch für jede der Lagen unterschiedlich sein kann. Die Anzahl der Lagen ist nicht beschränkt.

Es kann weiterhin vorteilhaft sein, die Steigung bei der Verseilungsoperation mit +/<_> 10% der Verseillänge willkürlich variieren zu lassen. Randbedingung ist, dass die Dimension des Dielektrikums, bestehend aus N Lagen von verseilten Hohlfasern, einen definierten Impedanzwert (typisch 50 oder 75 Ohm) ergibt.

[0035] Bei der Verseilung gilt es im Übrigen, die jeweiligen Anforderungen an das Endprodukt im Auge zu behalten: z.B. Torsionsstabilität, Temperaturstabilität, elektrische Eigenschaften des Kabels (Phasenstabilität, Dämpfung, Leistungsübertragung).

[0036] Zwischen den einzelnen Lagen der verseilten Hohlfasern 14, 15 können (konzentrische) Zwischenschichten 21 eingebracht werden, welche ebenfalls aus isolierendem Material (z.B. Kunststoff) bestehen. Die Zwischenschicht 21 kann dabei eingebracht werden durch Extrusion, Querbandierung, Längsbandierung, oder Tauchbeschichtung.

[0037] Der Durchmesser für die einzelne Hohlfaser 14, 15 (d2 in Fig. 5) liegt im Bereich von 0,01 mm bis 4 mm, insbesondere im Bereich zwischen 0,01 mm und 1 mm. Ein beispielhafter Durchmesser beträgt 650 [micro]m. Die Wandstärke der Hohlfasern 14, 15 liegt im Bereich zwischen 0,001 mm und 2 mm, insbesondere zwischen 0,001 mm und 0,05 mm. Eine beispielhafte Wandstärke beträgt 27 [micro]m, Die einzelnen Hohlfasern 14, 15 können untereinander verfestigt oder nicht verfestigt sein. Dies hat Einfluss auf die Beweglichkeit der gesamten Kabelkonstruktion und kann in einigen Anwendungen nach Installation des Kabels von Vorteil sein. Der Aussendurchmesser des Dielektrikums liegt im Bereich zwischen 0,03 mm und 12 mm. Der Aussendurchmesser des Koaxialkabels 10 ergibt sich durch den Aufbau des Aussenleiters 12 und liegt zwischen 0,05 mm und 16 mm.

[0038] Bei den Materialien, aus denen die Hohlfasern 14, 15 hergestellt sein könnten, handelt es sich um isolierende, nichtleitende Materialien. Zwar können auch Kunststoffe (Fluorpolymere, Polyethylen, Polypropylen, COC, TPX, COP, PVC) als Hohlfasermaterialien eingesetzt werden. Grundsätzlich bestehen jedoch die Hohlfasern aus einem Glas, insbesondere Quarzglas bzw. Siliziumdioxid, aber auch Rubin oder andere Edelsteingläser bzw. -materialien. Denkbar sind aber auch Kombinationen aller dieser Materialien. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, die Hohlfasern 14, 15 - wie dies in Fig. 5 gezeigt ist - aus mehreren konzentrischen Schichten 18, 19 der beiden o.g. Materialklassen herzustellen, also beispielsweise eine hohle Quarzglasfaser bzw.

Hohlfaser 19, die aussen mit einer dünnen (z.B. 10 [micro]m dicken), schützenden Abdeckschicht 18, z.B. aus einem Fluorpolymer (insbesondere FEP), versehen ist. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von porösen Hohlfasern oder mikrostrukturierten Fasern oder Hohlfasern mit nicht-runden Querschnitten bzw. speziellen Querschnittskonturen.

[0039] Wichtig im Rahmen der Erfindung ist auch die geeignete Materialwahl für Innenleiter 11 und Aussenleiter 12 mit einem im Bezug auf das Dielektrikum 13 angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Je nach Temperaturgang des durch das Dielektrikum verursachten Anteils der Phasenverschiebung werden die Ausdehnungskoeffizienten zur Kompensation beide positiv oder beide negativ, oder aber gleich bzw. ungefähr gleich Null gewählt. Hierdurch ergibt sich ein optimales Phasenverhalten über der Temperatur, weil:
<tb>1.<sep>eine Temperaturänderung zu einer Änderung der (relativen) Dielektrizitätskonstante ([epsilon]r) beim Dielektrikum 13 und somit zur Änderung der elektrische Länge führt und daraus eine Phasenverschiebung bei Temperaturveränderung resultiert, und

<tb>2.<sep>eine Temperaturänderung beim Innenleiter 11 und Aussenleiter 12 eine mit der Längenänderung verbundene entgegengesetzte Phasenverschiebung im Vergleich zum Effekt beim Dielektrikum 13 ergibt.

[0040] Die Summe von beiden Effekten ergibt die gesamte (optimale) Phasenänderung bei kleinsten Dämpfungswerten (wegen der hohen Porosität). Trägt das Dielektrikum 13 nur wenig zur temperaturbedingten Phasenänderung [Delta]p bei, wie dies bei Hohlfasern aus Glas der Fall ist und in den Fig. 6und 7durch die Kurve al charakterisiert ist, ist eine Kompensation durch Innen- und Aussenleiter nicht nötig. Vielmehr muss dann vor allem der Innenleiter 11, aber auch der Aussenleiter 12, einen möglichst geringen bzw. verschwindenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben (Kurve b2 in Fig. 7), also beispielsweise aus Invar, Kovar oder bzgl. der thermischen Ausdehnung ähnlichen Materialien aufgebaut sein.

Um dabei die erforderliche hohe elektrische Leitfähigkeit zu erreichen, besteht der Innenleiter 11 gemäss Fig. 4aus einem Kern 16 dieses Materials und ist mit einer Hüllschicht 17 aus Ag oder dgl. versehen. Durch Überlagerung beider Kurven a1 und b2 ergibt sich dann als Nettoeffekt die Kurve c, die praktisch eine temperaturunabhängige Phasenverschiebung symbolisiert. Wird dagegen anstelle des FeNi36Ag (Invar) als Material für den Innenleiter 11 ein silberplattierter Cu-Leiter (CuAg) eingesetzt, ergibt sich - wie dies in Fig. 6 gezeigt ist - ein Anteil der temperaturbedingten Phasenänderung, der gemäss der dortigen Kurve b1 vergleichweise gross ist und zu einem entsprechend starken Temperaturgang insgesamt führt. In beiden Fällen wird jedoch - anders als beim PTFE als Dielektrikum - zumindest ein linearer Temperaturgang erzielt.

[0041] Der Aussenleiter 12 kann aus einem quergewickelten Metallband oder einem metallisierten Band bzw. einer metallisierten Folie bestehen. Er kann auch als Längsfolie ausgebildet sein, bestehend aus Metall oder metallisiertem Band/Folie, einem Geflecht aus Draht, Litzen oder metallisierten Fasern aus isolierendem Material. Er kann aber auch eine Kombination all dieser Arten von Aussenleitern umfassen.

[0042] Der Mantel 22 kann aus einer Schicht aus isolierendem Material bzw. Kunststoff, einem quergewickelten Band bzw. einer Folie aus isolierendem Material, aus einer Längsfolie aus isolierendem Band bzw. Folie, aus Geflecht von Fasern aus isolierendem Material, oder Kombinationen dieser Arten von Mänteln bestehen.

Beispiel

[0043] Es wurde ein in Fig. 3gezeigter Prototyp (20) des Koaxialkabels nach der Erfindung hergestellt, der die folgenden Daten hat:
<tb>Innenleiter:<sep>Ag-beschichteter Kupferleiter (Durchmesser d1 = 1,7 mm)

<tb>Hohlfaser:<sep>Quarzglas, 27 * 650 [micro]m; 25 Fasern in zwei Lagen

<tb>Aussenleiter:<sep>gewickeltes GuAg-Band

<tb>DK ([epsilon]r):<sep>1,22

<tb>Dämpfung@18GHz:<sep>3,1

<tb>Dämpfung@26,5GHz:<sep>4,5

<tb>Phasenänderung:<sep>3600 ppm (linear) im Temperaturbereich -55[deg.]G bis +125[deg.]C

[0044] Die beim diesem Prototyp vergleichsweise hohe temperaturbedingte Phasenänderung lässt sich jedoch drastisch (auf 90 ppm) reduzieren, wenn der Innenleiter 11 aus versilbertem Fe-Ni36Ag (Invar) besteht und damit praktisch eine verschwindende thermische Ausdehnung aufweist.

Liste der Bezugszeichen

[0045]
<tb>10, 20<sep>Koaxialkabel

<tb>11<sep>Innenleiter

<tb>12<sep>Aussenleiter

<tb>13<sep>Dielektrikum (z.B. SiO2-Hohlfasern)

<tb>14, 15<sep>Hohlfaser (z.B. SiO2)

<tb>16<sep>Kern

<tb>17<sep>Hüllschicht

<tb>18<sep>Abdeckschicht

<tb>19<sep>Hohlfaser

<tb>21<sep>Zwischenschicht

<tb>22<sep>Mantel

<tb>a1<sep>Kurve (Phasenänderung durch Dielektrikum aus Glas-Hohlfasern)

<tb>b1<sep>Kurve (Phasenänderung durch Innenleiter aus CuAg)

<tb>b2<sep>Kurve (Phasenänderung durch Innenleiter aus FeNi36Ag)

<tb>c<sep>Kurve (Überlagerung aus a1 und b2)

<tb>d1<sep>Durchmesser (Innenleiter)

<tb>d2<sep>Durchmesser (Hohlfaser)

<tb>H1, H2<sep>Hohlraum

Claims

1. Koaxialkabel (10, 20) mit einem zentralen Innenleiter (11), der mit einem vorgegebenen Abstand von einem Aussenleiter (12) konzentrisch umgeben ist, wobei der Zwischenraum zwischen Innenleiter (11) und Aussenleiter (12) mit einem Dielektrikum (13) ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum (13) aus einer Mehrzahl von aus einem Glas bestehenden, in Kabellängsrichtung verlaufenden Hohlfasern (14, 15, 19) aufgebaut ist, und dass zumindest der Innenleiter (11) einen Wärmeausdehnungskoeffizenten aufweist, welcher dem Dielektrikum (13) im Hinblick auf eine möglichst geringe temperaturbedingte Phasenänderung im Koaxialkabel (10, 20) angepasst ist.

2. Koaxialkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das Dielektrikums (13) verursachte Anteil der Phasenänderung (Kurve a1) einen annähernd verschwindenden Temperaturgang aufweist, und dass der Wärmeausdehnungskoeffizent des Innenleiters (11) entsprechend näherungsweise Null ist (Kurve b2).

3. Koaxialkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Wärmeausdehnungskoeffizent des Aussenleiters (12) näherungsweise Null ist.

4. Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern (14, 15, 19) in mehreren konzentrischen Lagen angeordnet sind.

5. Koaxialkabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den konzentrischen Lagen der Hohlfasern (14, 15) jeweils eine Zwischenschicht (21), insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise einem Kunststoff, angebracht ist.

6. Koaxialkabel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern (14, 15, 19) der einzelnen konzentrischen Lagen jeweils verseilt sind.

7. Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern (14, 15) verschiedener konzentrischer Lagen in ihrem Aufbau und/oder Material und/oder ihren Abmessungen unterschiedlich ausgelegt sind.

8. Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern (14, 15, 19) im Wesentlichen aus Quarzglas bzw. SiO2, bestehen.

9. Koaxialkabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern (14, 15, 19) einen kreisrunden Querschnitt und einen Aussendurchmesser zwischen 0,01 mm und 4 mm, insbesondere zwischen 0,01 mm und 1 mm, aufweisen.

10. Koaxialkabel nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern (14, 15, 19) eine Wandstärke zwischen 0,001 mm und 2 mm, insbesondere zwischen 0,001 mm und 0,05 mm, aufweisen.

11. Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern (14, 15, 19) aussen mit einer schützenden Abdeckschicht (18) versehen sind.

12. Koaxialkabel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckschicht (18) aus einem Acrylat oder Silikon oder einer Keramik oder einem Fluorethylen-Propylen (FEP) oder Polyethylene (PE) besteht und eine Schichtdicke im Bereich von 10 [micro]m aufweist.

13. Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenleiter (11) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von kleiner gleich 5 ppm/K aufweist.

14. Koaxialkabel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenleiter (11) aus FeNi36Ag oder Kovar oder Glas besteht und aussen mit einer elektrisch gut leitenden Hüllschicht (17), insbesondere aus Ag, versehen ist, und dass der Innenleiter (11) einen Aussendurchmesser kleiner 2 mm aufweist.

15. Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenleiter (12) aus einem gewickelten GuAg-Band besteht.