DE10302962A1

DE10302962A1 - Koaxiale Hochfrequenzleitung

Info

Publication number: DE10302962A1
Application number: DE2003102962
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl.-Ing. Grögl; Thomas Mann; Joachim Dipl.-Ing. Uttinger
Original assignee: Nexans SA
Current assignee: Nexans SA
Priority date: 2003-01-25
Filing date: 2003-01-25
Publication date: 2004-08-05

Abstract

Bei einer koaxialen Hochfrequenzleitung, bestehend aus einem Innenleiter (1), einer auf dem Innenleiter (1) aufliegenden Schicht (2) aus einem Dielektrikum, einem auf der Schicht (2) aus einem Dielektrikum liegenden Außenleiter (3), sowie einem Außenmantel (4) aus Kunststoff, wobei der Außenleiter (3) aus einer verzinnten Metalldrahtlage besteht, besteht der Außenleiter (3) aus zumindest einem schraubenlinienförmig gewickelten Metalldraht, dessen einzelne Windungen Stoß auf Stoß gewickelt sind, so daß die Schlaglänge gleich dem Außendurchmesser des Metalldrahtes ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine koaxiale Hochfrequenzleitung, die aus einem Innenleiter, einer auf den Innenleiter aufliegenden Schicht aus einem Dielektrikum, einem auf dem Dielektrikum liegenden Außenleiter sowie einem Außenmantel aus Kunststoff besteht, wobei der Außenleiter aus einer verzinnten Metalldrahtlage besteht.

Eine solche Hochfrequenzleitung ist aus einer Pressemitteilung der Firma Dupont bekannt, in welcher auf eine mit dem Namen Elcurigid aus dem Hause der Anmelderin bezeichnete Hochfrequenzleitung Bezug genommen wird.

Das dort als besonders geeignet herausgestellte Dielektrikum ist ein von der Firma Dupont unter dem Handelsnamen Teflon vertriebenes Polytetrafluorethylen. Wichtig für die Auswahl dieses Werkstoffs ist dabei die hohe thermische Beständigkeit, so daß der aus einem Metallgeflecht bestehende Außenleiter in einem Zinnbad nach dem Flechtvorgang verzinnt werden kann, ohne daß die dielektrische Schicht beschädigt wird. Anwendungsgebiete für eine solche Leitung sind beispielsweise interne Verkabelungen von Antennen für Mobilfunk-Sendeanlagen sowie generelle Systemkomponenten der Meßtechnik und Elektronik, die mit hochfrequenten Signalen angesteuert werden.

Die bekannte Hochfrequenzleitung hat einige Nachteile, die darin bestehen, daß zum einen der in einem Flechtvorgang hergestellte Außenleiter auch nach dem Verzinnungsvorgang noch Poren aufweisen kann, so daß für extrem hohe Frequenzen ein solches Kabel nicht anwendbar ist, zum anderen die Herstellungskosten durch den extrem langsamen Umflechtvorgang sehr hoch liegen.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Hochfrequenzleitung dahingehend zu verbessern, daß diese wesentlich kostengünstiger herstellbar ist und zum anderen mit einem hochfrequenzdichten Außenleiter versehen wird, der auch bei Frequenzen oberhalb von 4GHz noch dicht ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 5 erfaßten Merkmal gelöst.

Durch die Umwicklung der dielektrischen Schicht mit einem Draht bzw. einem Geflechtband, dessen Windungen Stoß auf Stoß gewickelt sind, wird bereits eine metallische Schicht bereit gestellt, welche an sich schon hochfrequenzdicht ist, aber durch den Verzinnungsvorgang noch verbessert wird. Im Falle eines Geflechtes ist es sinnvoll bzw. erforderlich, eine doppelte Geflechtlage einzusetzen. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Außenleiter „dicht" wird, denn das flüssige Zinn dringt sowohl in die Zwischenräume zwischen den benachbarten Drähten des Drahtgeflechtes als auch in den Zwischenraum zwischen den übereinander gelegenen Geflechtlagen. Mit besonderem Vorteil wird ein aus einem „Geflechtrohr" hergestelltes Geflechtband verwendet, welches flachgepreßt wurde.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.

Die Erfindung ist anhand der in den 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die 1 zeigt einen Schnitt durch eine koaxiale Hochfrequenzleitung, welche einen Innenleiter 1 beispielsweise einen Kupferdraht oder eine Kupferlitze, eine Schicht 2 aus einem Dielektrikum insbesondere aus Polytetrafluorethylen entweder massiv oder aufgeschäumt, einem Außenleiter 3 sowie einen Außenmantel 4 aufweist.
Der Außenmantel besteht entweder ebenfalls aus Polytetrafluorethylen (Einsatz bis 250°C) oder aus den bekannten extrudierbaren Fluorpolymeren wie:
Fluorethylenpropylen -FEP (bis 200°C), Ethylentetrafluorethylen -ETFE (bis 135 °C) oder Polyvinylidenfluorid-PVDF bis 120 °C. Darüber hinaus sind TPE-Mantelmaterialien wie z.B selbstvernetztendes TPE-Compound (bis 120°C), unvernetzes TPE-O (Handelsnahme Santoprene) kurzzeitig bis 100°C , sowie Polyurethan- TPE-U (bis 90°C) anwendbar.
Auch diverse in EN-Normen beschriebene Elastomer-Mantelcompounds (2G, 3G , 4G, 5G) die z.B allesamt im Salzbad (druckarm) vernetzt werden, sind denkbar, zumal das Isoliermaterial PTFE bis 250°C temperaturbeständig ist. Je nach den thermischen Einsatzbedingungen sind als mögliche Mantelmaterialien auch alle bekannten thermoplatischen Mantelwerkstoffe (wie z.B PE, PP, PA, PVC sowie auch halogenfreie Mantelcompounds) denkbar.
Der Außenleiter 3 besteht gemäß der Lehre der Erfindung aus einem Metalldraht, vorzugsweise einem Kupferdraht, welcher verzinnt oder versilbert sein kann, und Stoß auf Stoß, d. h. ohne nennenswerte Abstände zwischen den einzelnen Drahtwindungen auf die Schicht 2 aufgewickelt ist. An Stelle eines einzelnen Drahtes kann auch ein Element Stoß auf Stoß aufgewickelt werden, welches aus mehreren parallel zueinander angeordneten Einzeldrähten besteht, welche miteinander z. B. durch eine Zinnschicht miteinander verbunden sind. Alternativ ist es auch möglich, mehrere Drähte gleichzeitig aufzuwickeln. Eine weitere Alternative besteht darin, ein Element aufzuwickeln, welches aus einem rohrförmigen Metalldrahtgeflecht, welches plattgedrückt wurde, besteht.
Die Wickellage aus Metalldraht, Metalldrähten bzw. Metallgeflecht ist mit einer nicht dargestellten Zinnschicht versehen, welche die zwischen den Windungen bzw. zwischen den Drähten vorhandenen engen Spalte ausfüllt und somit eine gegen Höchstfrequenzen dichte metallische Schicht bereitstellt.
Wegen der hohen Temperaturbeständigkeit des Polytetrafluorethylens (ca. 260 °C) ist eine Beschädigung der dielektrischen Schicht 2 beim Durchzug durch ein Zinnbad (≅ 240 °C) nicht zu befürchten.
Die dielektrische Schicht 2 wird entweder in der bekannten PTFE-Pastenextrusion (Rammextrusion) mit anschließender Sinterung hergestellt. Sie kann aber auch aus gewickelten ungesinterten PTFE-Bändern bestehen die anschließend gesintert werden und so eine kompakte gleichmässige Isolierschicht bilden. Auch kombinierte Isolierschichten, nach den zuvor genannten beiden Techniken hergestellt, sind denkbar.
Der Außenmantel 4 wird bei höchster Temperaturbeanspruchung der Leitung (bis 250°C) ebenso mit gewickelten PTFE- Bändern ausgeführt, die anschließend gesintert werden. Eine weitere hochtemperaturbeständige Ausführungsform des Mantels 4 wäre mit gewickelten Glasgewebebändern in Kombination mit gewickelten und gesinterten PTFE-Folien bzw. auch gewickelten kleberbeschichteten und gesinterten Polyimidfolien zur Minimierung der Halogene denkbar.
Bei allen übrigen denkbaren Mantel-Ausführungen für niedrigere Betriebstemperaturbereiche (80 bis 200 °C) wird der Außenmantel üblicherweise in Extrusionstechnik aufgebracht. Mögliche Mantelmaterialalternativen wurden zuvor bereits genannt.
2 zeigt eine seitliche Ansicht der Hochfrequenzleitung nach 1, in welcher die einzelnen Aufbauelemente der Hochfrequenzleitung abgesetzt sind.
In der 3 ist eine seitliche Ansicht einer Produktionslinie schematisch dargestellt, anhand welcher das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hochfrequenzleitung verdeutlicht werden soll.
Von einer Vorratsspule 5 wird der mit der dielektrischen Schicht 2 versehene Innenleiter 1 abgezogen und einem verzinnten Kupferdraht 6 umwickelt, welcher von einer den isolierten Innenleiter umlaufenden Spule 7 abgezogen wird. Durch eine nicht dargestellte Führung wird der Draht 6 Stoß auf Stoß auf den isolierten Innenleiter gewickelt, so daß sich eine nahezu geschlossene metallische Lage ergibt.
Das so vorbereitete Leitungselement wird einem Verzinnungsbad 8 zugeführt und durch dieses hindurchgeführt. Das Zinnbad weist in etwa eine Temperatur von 240 °C auf. In dem Zinnbad werden die engen Spalte zwischen den einzelnen Drahtwindungen ausgefüllt, so daß sich nach dem Verlassen des Verzinnungsbades 8 eine geschlossene metallische Lage für den Außenleiter ergibt. Die aus Innenleiter, elektrischer Schicht und Außenleiter bestehende Leitung wird dann mit einem oder mehreren Bändern 9 aus Polytetrafluorethylen umwickelt, welche von einer die Leitung umlaufenden Spule 10 abgezogen werden.
In einer Sinteranlage 11 werden die einzelnen Polytetrafluorethylenbänder zu einer kompakten Kunststoffschicht vereinigt, welche den Außenmantel der erfindungsgemäßen Hochfrequenzleitung bildet. Die fertige Leitung wird abschließend auf eine Spule 12 aufgewickelt.
Für die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Hochfrquenzleitung ist ein Einsatz in den unterschiedlichsten Ausführungsformen sowohl im Kommunikationsbereich (z.B in Mobilfunk- Sendeanlagen oder als Mikro-Antennenleitung im Handy), im KFZ-, militärischen und Luftfahrtbereich als Mini/Mikro-Koaxleitung in Sende-und Empfangsanlagen, des weiteren in Mobilfunksende- und Empfangsanlagen auf Marine und Handelsschiffen sowie für eine hochfrequente Daten/ Signalübertragung im gesamten Industriebereich zu sehen.

Claims

Koaxiale Hochfrequenzleitung, bestehend aus einem Innenleiter, einer auf dem Innenleiter aufliegenden Schicht aus einem Dielektrikum, einem auf der Schicht aus einem Dielektrikum liegenden Außenleiter, sowie einem Außenmantel aus Kunststoff, wobei der Außenleiter aus einer verzinnten Metalldrahtlage besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter (3) aus zumindest einem schraubenlinienförmig gewickelten Metalldraht besteht, dessen einzelne Windungen Stoß auf Stoß gewickelt sind so daß die Schlaglänge gleich dem Außendurchmesser des Metalldrahtes ist.
Koaxiale Hochfrequenzleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht ein versilbertes oderverzinnter Kupferdraht ist.
Koaxiale Hochfrequenzleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einzeldrähte nebeneinander in Form einer mehrgängigen Schraubenlinie auf die Schicht (2) aus Dielektrikum aufgewickelt sind.
Koaxiale Hochfrequenzleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere verzinnte Kupferdrähte zu einem bandförmigen Leiter verbunden sind und der bandförmige Leiter auf die Schicht (2) aus Dielektrikum aufgewickelt ist.
Koaxiale Hochfrequenzleitung, bestehend aus einem Innenleiter, einer auf dem Innenleiter aufliegenden Schicht aus einem Dielektrikum, einem auf der Schicht aus einem Dielektrikum liegenden Außenleiter, sowie einem Außenmantel aus Kunststoff, wobei der Außenleiter aus einer verzinnten Metalldrahtlage besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter (3) zumindest aus einem schraubenlinienförmig gewickelten Metalldrahtgeflecht besteht, dessen einzelne Windungen Stoß auf Stoß gewickelt sind.
Koaxiale Hochfrequenzleitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalldrahtgeflecht eine Banddicke zwischen 0,1 und 0,5 mm sowie eine Breite zwischen 1,5 und 5 mm aufweist.
Koaxiale Hochfrequenzleitung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalldrahtgeflecht aus einem rohrförmig hergestellten, flachgepreßten Metalldrahtgeflecht besteht.
Koaxiale Hochfrequenzleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Schicht aus gewickeltem Metalldraht oder Metalldrahtgeflecht eine Zinnschicht aufgebracht ist.
Koaxiale Hochfrequenzleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) aus Dielektrikum aus Polytetrafluorethylen besteht.
Koaxiale Hochfrequenzleitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) aus Dielektrikum aus geschäumtem Polytetrafluorpolyethylen besteht.
Koaxiale Hochfrequenzleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (4) aus Polytetrafluorethylen besteht, wobei zumindest eine Folie aus ungesintertem Polytetrafluorethylen auf den Außenleiter mit überlappenden Bandkanten gewickelt ist.
Koaxiale Hochfrequenzleitung nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandkanten eine Überlappung von zumindest 50 % aufweisen.
Verfahren zur Herstellung einer koaxialen Hochfrequenzleitung aus einem Innenleiter, einer Schicht aus Dielektrikum, einem Außenleiter sowie einem Außenmantel, gekennzeichnet durch die folgenden Arbeitsschritte a) kontinuierliches Aufbringen der Schicht aus Dielektrikum auf den Innenleiter, b) Aufwickeln eines oder mehrerer Metalldrähte bzw. eines Metalldrahtgeflechtes auf die Schicht aus Dielektrikum, wobei der oder die Metalldrähte bzw. das Metalldrahtgeflecht Stoß auf Stoß mit 100 % optischer Bedeckung aufgewickelt werden, c) Bewegen des mit dem oder den Metalldrähten bzw. dem Metalldrahtgeflecht bewickelten isolierten Leiters durch ein Zinnbad, d) Aufwickeln einer der mehreren Folien oder Bänder aus ungesintertem Polytetrafluorethylen auf die Zinnschicht, e) Sintern der Folien oder Bänder aus Polytetrafluorethylen.