DE1922455A1

DE1922455A1 - Line simulation for coaxial cable

Info

Publication number: DE1922455A1
Application number: DE19691922455
Authority: DE
Inventors: Siegfried Brueggendieck
Original assignee: Felten and Guilleaume Kabelwerke GmbH
Current assignee: Felten and Guilleaume Kabelwerke GmbH
Priority date: 1969-05-02
Filing date: 1969-05-02
Publication date: 1970-11-05
Also published as: DE1922455B2; DE1922455C3

Description

Leitungsnachbildung für Kuaxialkabel Die Erfindung betrifft eine Leitungsnachbildung für Koaxialkabel, insbesondere für Frequenzen von etwa 500 kffz an aurwärts. Eine sole @@ Leitungsnachbildung stellt ein zweipoliges Netzwerk dar, welchen den Wellenwiderstand einer Koaxialleitung in einem möglichst breiten Frequenzband nachbilden soll.Line simulation for Kuaxialkabel The invention relates to a line simulation for coaxial cables, especially for frequencies of around 500 kffz onwards. One sole @@ Line simulation represents a two-pole network, which the wave resistance to simulate a coaxial line in as broad a frequency band as possible.

Die Leitungsnachbildungen werden vor allem bei der Messung mit Impulsechogeräten an Koaxialkabeln verwendet. Dort dienen sie sowohl als Abschlußwiderstand des Koaxialkabels als auch in einer Brückenschaltung als Bezugsnormal für den theoretischen idealen Wellenwlderstandsverlauf des Koaxialkabels.The line simulations are mainly used when measuring with pulse echo devices used on coaxial cables. There they serve both as a terminating resistor for the coaxial cable as well as in a bridge circuit as a reference standard for the theoretical ideal Wave resistance curve of the coaxial cable.

Für den Wellenwiderstand 3 einer Koaxialleitung gilt im Frequenzbereich in dem der Skineffekt wirksam ist mit guter Näherung die Hierbei bedeuten t die Frequenz den den Wellenwiderstand bel der Frequenz @@@@ die Kabelkonstante, welche durch den geometrischen Aufhau und die elektrischen Daten der Leitung gegeben ist.For the characteristic impedance 3 of a coaxial line, the following applies to a good approximation in the frequency range in which the skin effect is effective Here t mean the frequency, the wave resistance bel the frequency @@@@ the cable constant, which is given by the geometric structure and the electrical data of the line.

Eine Leitungsnachbildung kann demnach aus zwei Teilen aufgebaut werden. Der eine Teil besteht aus einem frequenzunabhängigen Hochfrequenz-Widerstand Z@@@, der zur exakten Anpassung an den tatsächlichen Wellenwiderstand des Kabels in geringen Orenzen (ca. 2#) veränderbar ausgeführt wird. Den anderen Teil bildet eine RC-Kette mit dem Eingangswiderstand Es ist bekannt, den komplexen Widerstand vermittels konzentrierter Elemente, und zwar Kondensatoren und Widerständen, aufzubauen. Allerdings handelt es sich dabei durchwegs um Näherungsverfahren, da es nicht möglich ist, eine Schaltung aus konzentrierten Elementen aufzubauen, welche den exakten Verlauf der Funktion des komplexen Wellenwiderstandes wiedergibt. Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten RC-Kettenschaltung aus konzentrierten Elementen besteht darin, daß unvermeidliche Schaltinduktivitäten und Schaltkapazitäten zu Abweichungen vom vorausberechneten Scheinwiderstandsverlauf führen. Dies ist insbesondere bei höheren Frequenzen der Fall, so daß zusätzliche aufwendige Abgleichsarbeiten an der C-Kette notwendig werden.A line simulation can therefore be built up from two parts. One part consists of a frequency-independent high-frequency resistor Z @@@, which can be changed in small orences (approx. 2 #) for exact adaptation to the actual wave resistance of the cable. The other part is an RC chain with the input resistance It is known the complex resistance by means of concentrated elements, namely capacitors and resistors. However, these are all approximation methods, since it is not possible to build a circuit from concentrated elements that reproduces the exact course of the function of the complex wave impedance. Another disadvantage of the previously known RC chain circuit made up of concentrated elements is that unavoidable switching inductances and switching capacitances lead to deviations from the precalculated impedance curve. This is especially the case at higher frequencies, so that additional, complex adjustment work on the C-chain is necessary.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Leltungsnachbildung für Koaxialkabel, welche aus einem veränderbaren Hochfrequenzwiderstand und einer dazu in Reihe geschalteten RC-Kette besteht, anzugeben, welche die obengenannten Nachteile nicht besitzt.The object of the invention is to provide a line simulation for coaxial cables, which consist of a variable high-frequency resistor and a to do this, there is a series-connected RC chain, indicating which of the above Does not have disadvantages.

Gemäß der Erfindung besteht die RC-Kette der Leitungsnachbildung aus einem zylindrischen Isolierrohr hoher Dielektrizitätskonstante, dessen Innen- und Außenseite mit Je einer Widerstandsschicht belegt ist.According to the invention, the RC chain consists of the line simulation a cylindrical insulating tube of high dielectric constant, its inner and The outside is covered with a resistive layer.

Der komplexe Widerstand wird durch eine koaxiale, homogene Ausführung der Leitung verwirklicht, wobei durch geeignete Wahl der Dielektrizitätskonstante bzw. der Dicke des Isolierrohres erreicht werden kann, daß der Wellenwiderstand Z@@ dieser Leitung gegen Null strebt. Dies ist ersichtlich aus der Beziehung zwischen Z@@, der relativen Dielektrizitätskonstante E , dem Innen-Radius @@ des Außenleiters und dem Außen-Radius @ des Innenleiters: Gemäß der weiteren Erfindung ist die Dicke der Widerstandsschicht größer als deren äquivalente Leitschichtdicke für die bekanntlich die Beziehung gilt (f = Frequenz, µ; = Permesbilität, α , = spez. Leitfähigkeit der Widerstandsschicht i ). In diesem Fall lassen sich nämlich beliebige Kabelkonstanten A durch entsprechende Wahl der relativen Dielektrizitätskonstante # und relativen Permeabilität µ des Inolierrohres, der spaxifischen Leitfähigkeit #1, der Permeabilität µ, und des auf die Längeneinheit bezogenen Widerstandes R1 der Widerstandsschicht auf der Innenseite des Isolierrohres und der entsprechenden Werte α und R2 der Widerstandsschicht auf der Außenseite des Isolierrohres verwirklichen.The complex resistance is realized by a coaxial, homogeneous execution of the line, whereby by suitable choice of the dielectric constant or the thickness of the insulating tube it can be achieved that the wave resistance Z @@ of this line tends to zero. This can be seen from the relationship between Z @@, the relative dielectric constant E, the inner radius @@ of the outer conductor and the outer radius @ of the inner conductor: According to the further invention, the thickness of the resistance layer is greater than its equivalent conductive layer thickness for which the relationship is known to apply (f = frequency, µ; = permesibility, α, = specific conductivity of the resistance layer i). In this case, any cable constants A can be determined by appropriate selection of the relative dielectric constant # and relative permeability µ of the insulating tube, the spatial conductivity # 1, the permeability µ, and the resistance R1, based on the length unit, of the resistance layer on the inside of the insulating tube and the realize the corresponding values α and R2 of the resistance layer on the outside of the insulating tube.

Es ist vorteilhaft, als Material fUr das Isolierrohr ein solches mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 2000 zu wählen. Hierdurch lassen sich die Abmessungen des die Leitungsnachbildung darstellenden Rohrkondensators für einen großen Teil gebräuchlicher Koaxialkabel räumlich genügend klein halten.It is advantageous to use such a material as the material for the insulating tube to choose a dielectric constant of about 2000. This allows the Dimensions of the pipe condenser representing the line simulation for a Keep a large part of common coaxial cables spatially small enough.

Die Widerstandsschichten können auch aus einem ferromagnetischen Material bestehen. Hiermit ergeben sich weitere Möglichkeiten der Anpassung an die Kabelkonstante A.The resistance layers can also be made of a ferromagnetic material exist. This results in further options for adapting to the cable constant A.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß an die Leitungsnachbildung zusätzlich eine an sich bekannte, aus konzentrierten Schaltelementen bestehende Nachbildung angeschaltet ist. Dies bringt eine Ausweitung des Frequenzbereiches insofern, als der aus konzentrierten Schaltelementen bestehende Teil fUr die niedrigeren Frequenzen und der in koaxialer AusfUhrung ausgelegte Teil fUr die höheren Frequenzen bestimmt ist.A further development of the invention consists in the fact that the line simulation in addition, one known per se, consisting of concentrated switching elements Replica is turned on. This brings an expansion of the frequency range insofar as the part consisting of concentrated switching elements for the lower Frequencies and the coaxial part for the higher frequencies is determined.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Die Fig. 1 zeigt den in üblicher Weise aufgebauten, aus einer RC-Kette bestehenden Teil einer Leitungsnachbildung. Dieser Teil besteht aus konzentrierten Bauelementen, und zwar den Widerständen 2 (R1 - R@) und Kondensatoren 1 (C1 - C@). In der Fig. 2 mst in perspektivischer Ansicht, in Fig. 3 im Längsschnitt ein Beispiel der Erfindung dargestellt. Anstelle einer aus konzentrierten Bauelementen bestehenden RC-Kette wird eine homogene, koaxiale Leitungsnachbildung gezeigt, welche den Anteil in idealer Weise zu verwirklichen vermag. Ein zylindrisches Rohr 3 mit hoher Dielektrizitätskonstante ist auf der Innenseite mit einer Widerstandsschicht 4 mit der spezifischen Leitfähigkeit #, und der relativen Permeabilität µ werschen, sowie an der Außenseite mit einer Widerstandsschicht 5 mit der spezifischen Leitfähigkeit @ und der relativen Permeabilität *t?beschichtet.The invention is explained by way of example with the aid of the figures. 1 shows the part of a line simulation constructed in the usual way and consisting of an RC chain. This part consists of lumped components, namely resistors 2 (R1 - R @) and capacitors 1 (C1 - C @). An example of the invention is shown in FIG. 2 in a perspective view and in FIG. 3 in longitudinal section. Instead of an RC chain consisting of concentrated components, a homogeneous, coaxial line simulation is shown, which shows the proportion able to realize in an ideal way. A cylindrical tube 3 with a high dielectric constant is coated on the inside with a resistive layer 4 with the specific conductivity #, and the relative permeability µ, and on the outside with a resistive layer 5 with the specific conductivity @ and the relative permeability * t?

Die Dicken der Widerstandsschicht sollen größer sein als die entsprechenden äquivalenten Leitschichtdicken. In Fig. 4 ist die Kombination einer homogenen Leitungsnachbildung mit einer herkömmlichen aus konzentrierten Elementen bestehenden Nachbildung dargestellt. Die homogene Leitung bestimmt den in Frage kommenden Bereich für hohe Frequenzen, der andere Teil den fUr niedrige Frequenzen.The thickness of the resistance layer should be greater than the corresponding equivalent conductive layer thicknesses. In Fig. 4 is the combination of a homogeneous line simulation depicted with a conventional lumped-element replica. The homogeneous line determines the range in question for high frequencies, the other part is for low frequencies.

Claims

1. Line simulation for coaxial cables, especially for frequencies from about 500 kHz upwards, consisting of a variable high-frequency resistor and an RC chain connected in series> characterized in that the RC chain consists of a cylindrical insulating tube with a high dielectric constant, the inside and outside of which are each covered with a resistance layer.

2. Line simulation according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n indicates that the thickness of the resistive layer is greater than the equivalent conductive layer thickness is.

3. Line simulation according to claim 1 or 2, characterized in that that the dielectric constant of the insulating tube is about 2000.

4. Line simulation according to one of claims 1 to 3, d a d u R e k e k e n n n z e i n e t that the resistance layers are made of a ferromagnetic Material.

5. Line simulation according to one of claims 1 to 4, d a d u r c h g e k e n n n n e i n e t that there is also a per se known, consists of concentrated switching elements existing simulation is switched on.