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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Datenkabel mit einem zentralen Signalkontakt oder -leiter sowie
mit einer dielektrischen Eigenschaften aufweisenden Materialschicht
und mit einer Abschirmung. Unter Datenkabel wird hierbei insbesondere
ein Kabel mit einem geeigneten Wellenwiderstand (Impedanz) für Audio-,
Video- und/oder
Telematik-Anwendungen sowie für
analoge oder digitale Datenübertragung
und für
Antennenleitungen verstanden.
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Üblicherweise
ist ein solches, auch als Koaxialkabel bezeichnetes Datenkabel in
kreisrunder Bauform mit entsprechend kreisrundem Querschnitt ausgeführt und
umfasst einen Innenleiter und ein diesen umgebendes Dielektrikum
sowie einen elektrischen Schirm. Dieser, den Innenleiter koaxial
umgebende und nachfolgend als Abschirmung bezeichnete elektrische
Schirm dient als Massepotential oder Rückleiter, der das Dielektrikum
konzentrisch und geschlossen umgibt. Die Abschirmung in Form beispielsweise
eines Drahtgeflechtes ist seinerseits wiederum von einem Kabelaußenmantel
umgeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
hinsichtlich des Wellenwiderstandes koaxialkabelartige Eigenschaften
aufweisendes Datenkabel anzugeben, das auch für solche Anwendungszwecke einsetzbar
ist, bei denen in zumindest einer Querschnittsdimension vergleichsweise
beengte Raumverhältnisse,
wie beispielsweise im Automobilbau, vorliegen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu ist ein koaxialkabelartiges Datenkabel
in Flachleiter- oder Flachleiterband-Ausführung
vorgesehen. Dabei umfasst das Datenkabel einen Grundkörper mit
flachbandartiger Querschnittsfläche,
d. h. eine Querschnittsfläche,
deren zueinander orthogonalen Hauptachsen unterschiedlich lang sind.
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Zweckmäßigerweise weist der Grundkörper, der
einen als Flachbandleiter ausgeführten
Signalkontakt und eine diesen umgebende, dielektrische Eigenschaften
aufweisende Materialschicht sowie eine diese wiederum umgebende
Abschirmung aufweist, eine zumindest annähernd elliptische Querschnittsfläche auf.
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In vorteilhafter Ausgestaltung weist
der Grundkörper
des Datenkabels zumindest einen in Kabellängsrichtung parallel und in
Querschnittslängsrichtung
in seitlichem Abstand zum Signalkontakt verlaufenden Massekontakt
oder -leiter auf. Der Massekontakt ist wiederum vorzugsweise flachbandartig
ausgebildet.
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Sind beidseitig des zentralen Signalkontaktes
oder Signalleiters jeweils ein Massekontakt vorgesehen, so sind
diese auf gleicher Höhe
mit dem Signalkontakt und äquidistant
beabstandet zu diesem angeordnet. Diese Anordnung aus dem zentralen
Signalkontakt und den beidseitig zu diesem angeordneten Massekontakten
ist vollständig
eingebettet in die dielektrische Eigenschaften aufweisende Materialschicht.
Dabei ist die Materialschicht im Bereich des Signalkontaktes dickwandiger
ausgeführt
als im Bereich des oder jedes Massekontaktes.
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Zweckmäßigerweise ist dabei die Außenkontur
des Grundkörpers
an den einander gegenüber
liegenden Querschnittslängsseiten
jedes Signalkontaktes konvex gewölbt.
Die beidseitig des Signalkontaktes ausgebildeten konvexen Wölbungen
erstrecken sich dabei seitlich über
den Signalkontakt hinaus in die Bereiche zwischen dem Signalkontakt
und dem jeweiligen Massekontakt. Insgesamt ist somit die Querschnittsbreite
des Grundkörpers
im Bereich des Signalkontaktes größer als im Bereich jedes Massekontaktes.
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Der Grundkörper ist von einem im Querschnitt
flachbandartigen Außenmantel
umgeben. Dabei ist die Querschnittsform des Außenmantels vorzugsweise rechteckförmig. Der
Außenmantel
ist auf den Grundkörper
zweckmäßigerweise
extrudiert. Auch ist zweckmäßigerweise
die dielektrische Eigenschaften aufweisende Materialschicht des
Grundkörpers
durch Extrusion auf den Signalkontakt aufgebracht.
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Der Wellenwiderstand des Datenkabels
beträgt
(50 ± 15) Ω, zweckmäßigerweise
(50 ± 10) Ω, vorzugsweise
(50 ± 5) Ω, oder (75 ± 15) Ω, zweckmäßigerweise
(75 ± 10) Ω, vorzugsweise
(75 ± 5) Ω. Für spezielle
Anwendungen sind auch höhere
Impedanzen bis 150 Ω,
z. B. (100 ± 15) Ω oder (120 ± 15) Ω, denkbar.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile
bestehen insbesondere darin, dass bei Ausführung eines die Eigenschaften
eines Koaxialkabels aufweisenden Datenkabels in Flachbandleiter-Ausführung eine
gegenüber
einem kreisrunden Koaxialkabel besonders geringe Bauhöhe erzielt
ist. Zudem können durch
eine entsprechende flache konstruktive Ausführungen mit alternierend nebeneinander
angeordneten n Signalkontakten und n + 1 Massekontakten (mit n > 1) und damit mehreren
nebeneinander liegenden koaxialen Elementen spezielle Busleitungen, wie
z.B. Antennenbusleitungen, realisiert werden.
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Der Einsatz eines solchen Flach-
oder Flachbandleiters ermöglicht
bei vergleichbarer Leistungscharakteristik eine Reduzierung der
Bauhöhe.
Dies wiederum ist beim Einsatz in kritischen Bauräumen von
erheblicher Bedeutung. Des Weiteren ermöglicht der Einsatz derartiger
Flachleiter mit Flachdrähten
in industrietypischen Rastermaßen
die Verwendung von bestehenden Steck- oder Steckersystemen, die lediglich
an den Flach- bzw. Flachbandleiter anzupassen sind.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 schematisch
im Querschnitt ein als Flachbandleiter ausgeführtes Datenkabel mit einem zentralen
Signalkontakt,
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2 in
einer Darstellung gemäß 1 ein flachbandartiges Datenkabel
mit einem zentralen Signalkontakt und zwei Massekontakten, und
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3 ein
Datenkabel gemäß 2 in perspektivischer, teilweise
aufgeschnittener Darstellung,
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4 ein
Datenkabel in Flachbandleiter-Ausführung mit zwei nebeneinander
liegenden koaxialen Elementen gemäß 2, und
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5 in
einer Darstellung gemäß 2 das Datenkabel mit galvanischem
Kontakt zwischen den Massekontakten und einer EMV-Abschirmung.
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Einander entsprechende Teile sind
in allen Figuren mit den selben Bezugszeichen versehen.
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Das in 1 dargestellte
Datenkabel 1 umfasst einen Grundkörper 2 mit einem zentralen
Signalkontakt oder -leiter 3 in Flachbandleiter-Ausführung. Der
Grundkörper 2 umfasst
des Weiteren eine nachfolgend als Dielektrikum bezeichnete, dielektrische
Eigenschaften aufweisende Materialschicht 4. Der Grundkörper 2 weist
ferner eine Abschirmung 5 (EMV-Abschirmung) auf, die das
Dielektrikum 4 wiederum vollständig
und geschlossen umgibt.
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Die Materialschicht 4 ist
auf den zentralen Signalkontakt 3 aufextrudiert. Auch wird
durch Extrusion auf den Grundkörper 2 ein
Außenmantel 6 aufgebracht,
der im Querschnitt etwa rechteckförmig ist und den Grundkörper vollumfänglich umgibt.
Der Grundkörper 2,
der von dem Außenmantel
vollständig
umgeben ist, ist im Querschnitt zumindest annähernd elliptisch, weist also
eine entsprechend flachbandartige, elliptische Querschnittsfläche Q auf.
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Bei der in 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform
des Datenkabels 1 umfasst dessen Grundkörper 2 beidseitig
des zentralen Signalkontaktes 3 und zu diesem in Kabellängsrichtung
L (3) parallel verlaufend
sowie zum Signalkontakt 3 beidseitig äquidistant beabstandet Massekontakte 7 auf, die
wiederum als Flachbandleiter ausgeführt sind.
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In allen Ausführungen ist die Querschnittslänge 1 des
Grundkörpers 2 – und damit
des gesamten Datenkabels 1 – größer als die Querschnittsbreite oder
höhe h
(I/h > 1). Der Wellenwiderstand
des Datenkabels 1 kann auf 50 Ω bis 150 Ω, insbesondere auf 50 Ω oder 75 Ω, aber auch
auf 100 Ω oder
120 Ω, ausgelegt
sein.
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Das Toleranzband liegt hierbei zweckmäßigerweise
im Bereich von ± 15 Ω, vorzugsweise ± 5 Ω. Dabei
ist der Wellenwiderstand bestimmt durch den Abstand a des zentralen
Signalkontaktes 3 zur Abschirmung 5, d.h. zum äußeren elektrischen
Schirm, durch die Geometrie des Signalkontaktes oder Zentralleiters 3 selbst
in dessen Querschnittshöhe-
oder Kontaktdicke d sowie dessen Querschnittslänge der Kontaktbreite b und
den Abstand c zwischen dem Signalkontakt 3 und den seitlich
neben diesem verlaufenden Massekontakten 7. Vorteilhafterweise
sind dabei die beiden seitlichen Abstände c gleich groß.
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Durch Variation oder Abgleich der
verschiedenen Parameter, wie insbesondere der Leiter- oder Kontaktbreite
b, der Leiter- bzw. Kontaktdicke d sowie den Abständen a und
c, kann der erforderliche Wellenwiderstand entsprechend den gewünschten Anforderungen
eingestellt werden.
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Wie anhand der 3 vergleichsweise deutlich ersichtlich
ist, kann die Kontaktierung der beidseitig des zentralen Signalkontaktes 3 verlaufenden Massekontakte 7 in
Durchdringungstechnik von außen
durch den Außenmantel 6 und
durch die Abschirmung 5 sowie durch das Dielektrikum 4 hindurch
zum jeweiligen Massekontakt 7 erfolgen. Dies ist vorzugsweise
im Bereich eines (nicht dargestellten) Steckers erreicht, wobei
die Massekontakte 7 einen effizienten Schirmanschluß an die
Steckerkomponenten ermöglichen.
Dies wiederum trägt
dem Anspruch auf eine automatische Konfektionierbarkeit Rechnung.
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Die Abschirmung 5, die insbesondere
als EMV-Abschirmung dient, ist vorzugsweise eine leitende Folie.
Diese koppelt bei hohen Frequenzen, d. h. im jeweiligen, anwendungsspezifischen
Frequenzbereich, kapazitiv zu den mitgeführten Massekontakten 7.
Mit anderen Worten: Die elektrische Verkopplung der umgebenden Abschirmung 5 mit
den Massekontakten 7 wird im Arbeitsfrequenzbereich durch kapazitive
Kopplung erreicht. Vorzugsweise kann unterstützend zur kapazitiven Kopplung
im Steckerbereich eine galvanische Verbindung zwischen den Massekontakten 7 und
der Abschirmung 5 hergestellt werden.
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4 zeigt
ein Datenkabel 1 wiederum in Flachleiterbandkabel-Ausführung, dass
insbesondere als Busleitung, z.B. als Antennenbusleitung, geeignet
ist. Dazu umfasst das Datenkabel 1z. B. zwei Signalkontakte 3 und
drei Massekontakte 7, die mit den Signalkontakten 3 alternierend
in Kabellängsrichtung
L verlaufen. Ansonsten entspricht dieser Aufbau des Datenkabels 1,
der nachfolgend als Masse-Signal-Masse-.....-Konzept
bezeichnet wird, dem Datenkabel 1 gemäß 2.
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Durch Anwendung dieses Masse-Signal-Masse-.....-Konzeptes
können
mehrere Signal- oder Datenströme – getrennt
durch die Massekontakte 7 – nebeneinander übertragen
werden. Der erforderliche Wellenwiderstand wird bei diesem Konzept in
jedem Parallelzweig (Masse-Signal-Masse) separat angepasst gehalten,
so dass diese Konstellation als Antennenbus bezeichnet werden kann.
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5 zeigt
ein Datenkabel mit besonders guten Eigenschaften hinsichtlich der
Signalübertragung.
Dabei ist das Dielektrikum 4 im Endbereich e der Massekontakte 7 derart
ausgeführt,
dass die Abschirmung 5 galvanischen Kontakt zu dem oder
jedem Massekontakt 7 erhält. Dazu werden die Massekontakte
oder -leiter 7 in einem ersten Extrusionsprozess unter Freilassung
deren Endbereiche e nicht vollständig
umschlossen. Somit erhält
die Abschirmung 5 über
die gesamte Leiter- oder
Kabellänge
L direkten Kontakt vorzugsweise zu beiden Massekontakten 7.
Dadurch wird die Schirmdämpfung
verbessert, da die Abschirmung 5 vollständig geschlossen wird. Zudem
wird eine eventuell unkontrollierte Modenausbildung verhindert.
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Um dabei das Übersprechverhalten der Antennenbusleitung
zu optimieren, kann es vorteilhaft sein, die Massekontakte 7 mit
der Abschirmung 5 auch außerhalb des Steckerbereichs
zu kontaktieren. Obwohl physikalisch die Konstruktion auch ohne Masseanschluss
funktionsfähig
bleiben würde,
ist es zweckmäßig, die
Abschirmung 5 als Rückleiter
auf Massepotential anzuschließen.
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Bei allen Ausführungen mit n zentralen Signalkontakten 3 und
n + 1 Massekontakten 7 – mit n ≥ 1 – ist der Grundkörper 2 im
Bereich des jeweiligen Signalkontaktes
3 konvex gewölbt. Dadurch
ist die Querschnittsbreite z des Grundkörpers 2 im Bereich des Signalkontaktes 3 größer als
die Querschnittsbreite z' im
Bereich jedes Massekontaktes 7. Die konvexen Wölbungen 8 an
den einander gegenüber
liegenden Längsseiten 9 des
jeweiligen Signalkontaktes 3 erstrecken sich hinsichtlich
deren in Querschnittslängsrichtung 1 verlaufenden
Ausdehnung oder Wölbungsbreite
k über
die Breite b des Signalkontaktes 3 hinaus in den Bereich
zwischen dem Signalkontakt 3 und dem jeweiligen Massekontakt 7. Der
Abstand f des zwischen dem Signalkontakt 3 und dem Massekontakt 7 liegenden
Wölbungsendes 10 und
dem entsprechenden Massekontakt 7 kann dabei kleiner als
der halbe Abstand (f < c/2)
zwischen dem Signalkontakt 3 und dem entsprechenden Massekontakt 7 sein.
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Die verwendeten Isolationsmaterialien
werden durch Extrusion aufgebracht. Das Dielektrikum 4 wird
mit einem Material mit möglichst
niedriger Dielektrizitätskonstante
und niedrigem dielektrischen Verlustfaktor realisiert. Dadurch können die
Bauhöhe z
bzw. h und die Kapazität
sowie die Signaldämpfung und
das Übersprechverhalten
optimiert dargestellt werden. Das Mantelmaterial kann dabei auch
weniger leistungsfähig
sein, da für
die Datenübertragung ausschließlich das
Dielektrikum 4 relevant ist. Die Verwendung der Extrusionstechnik
für das
Dielektrikum 4 und den Außenmantel 6 gewährleistet
ein effizientes Herstellungsverfahren. Dabei wird parallel zur Mantelextrusion
die (EMV-)Abschirmung 5 aufgebracht, so dass hierfür kein separater
Arbeitsschritt erforderlich ist.
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- 1
- Datenkabel
- 2
- Grundkörper
- 3
- Signalkontakt
- 4
- Materialschicht/Dielektrikum
- 5
- Abschirmung
- 6
- Außenmantel
- 7
- Massekontakt
- 8
- Wölbung
- 9
- Längsseite
- 10
- Wölbungsende
- a
- Abstand
- b
- Kontaktbreite
- c
- Abstand
- d
- Kontaktdicke
- e
- Endbereich
- f
- Abstand
- h
- Querschnittsbreite/ –höhe
- k
- Wölbungsbreite
- l
- Querschnittslänge
- L
- Kabellängsrichtung
- z
- Querschnittsbreite