DE19651196C2 - Anordnung von Kontaktpaaren von elektrischen Steckverbindern oder Doppelleitungen und von Leitungen eines mehradrigen Kabels zur Reduzierung des Übersprechens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Kontaktpaaren von elektrischen Steckverbindern oder Doppelleitungen und von Leitungen eines mehradrigen Kabels zur Reduzierung des Übersprechens.

Aufgrund einer magnetischen und elektrischen Kopplung zwischen zwei be­ nachbarten Kontaktpaaren induziert ein Kontaktpaar in benachbarten Kontakt­ paaren einen Strom bzw. influenziert elektrische Ladungen, so daß es zu ei­ nem Übersprechen kommt.

Zur Reduzierung des Übersprechens sind prinzipiell mehrere Lösungswege denkbar. So können z. B. die einzelnen Kontaktpaare gegeneinander abge­ schirmt werden. Nachteilig an dieser Lösung ist der erhöhte Fertigungsauf­ wand und die damit verbundenen Kosten. Eine andere Möglichkeit besteht darin die Kontaktpaare im großen Abstand zueinander anzuordnen und gleich­ zeitig die Abstände zwischen den Kontakten eines Paares sehr klein zu wäh­ len, da die Beträge der Feldstärken sich mit zunehmenden Abstand verringern. Nachteilig an solchen Anordnungen ist, daß diese sehr voluminös sind und Forderungen nach einer kompakten Bauweise zuwiderlaufen. Weiter ist es bekannt, daß vorhandene Übersprechen zu kompensieren, was allerdings technisch sehr aufwendig ist und auf physikalische Grenzen stößt.

Eine weitere Möglichkeit ist die Anordnung der Kontaktpaare derart, daß auf­ grund der Feldbedingungen ein Übersprechen reduziert wird. Dazu wurde vorgeschlagen, die Kontaktpaare von Doppelleitungen derart zueinander an­ zuordnen, daß die durch die Kontaktpaare einer jeweiligen Doppelleitung auf­ gespannten Flächen senkrecht zueinander stehen. Werden dabei gewisse Symmetriebedingungen durch die Feldverteilung beachtet, kann ein Kontakt­ paar auf den elektrischen Äquipotentialflächen seines benachbarten Kontakt­ paares angeordnet werden, so daß die Kontaktpaare elektrisch und magne­ tisch entkoppelt sind. Die Kontaktpaare können dabei so angeordnet werden, daß sich die durch die Kontaktpaare aufgespannten Flächen schneiden. Dies führt dazu, daß die Leitungen im Anschlußbereich zu den Übertragungen inein­ ander verschachtelt sind, was ein zusätzliches Übersprechen verursacht. Da­ her werden Anordnungen bevorzugt, bei denen sich die aufgespannten Flä­ chen der Kontaktpaare nicht schneiden. Nachteilig an den bekannten Anord­ nungen mit sich nicht schneidenden Flächen ist der große Platzbedarf und die sich ändernden Anschlußebenen. Prinzipiell ähnliche Probleme durch Über­ sprechen treten auch bei mehradrigen Kabeln auf.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Anordnung von Kontakt­ paaren von elektrischen Steckverbindern oder Doppelleitungen und von Leitun­ gen eines mehradrigen Kabels zu schaffen, die bei einem minimalen Über­ sprechen kompakt und leicht zugänglich angeordnet sind.

Die Lösung des Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4. Durch die Anordnung der Kontaktpaare derart, daß die von ihnen auf­ gespannten Flächen parallel sind und die beiden Kontakte eines jeden Kon­ taktpaares auf ein und derselben elektrischen Äquipotentiallinie bzw. -fläche ihrer benachbarten Kontaktpaare angeordnet sind, die sich bei alleiniger Erre­ gung der jeweils benachbarten Kontaktpaare ohne weitere Kontaktpaare oder quellen ausbilden würden, ist eine kompakte, leicht zugängliche Anordnung der Kontaktpaare zueinander möglich, bei der die benachbarten Kontaktpaare elektrisch und magnetisch entkoppelt sind, so daß ein Übersprechen vermie­ den wird. Gleiches gilt für das mehradrige Kabel, bei dem die jeweils benach­ barten Leitungspaare auf einer elektrischen Äquipotentialfläche eines benach­ barten Leitungspaares angeordnet sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Ausbildung der Kontaktpaare mit jeweils gleichem Abstand ist eine vereinfachte maschinelle Anschließung der Kontaktpaare an nachfolgende Kabel oder Steckverbinder möglich. In einer weiteren bevorzugten Ausführungs­ form sind alle Hin- und alle Rückleiter in einer Ebene angeordnet.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispie­ les näher erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Feldbild einer Doppelleitung,

Fig. 2 eine Kontaktanordnung einer zweiten parallelen Doppelleitung im Feldbild des ersten Doppelleitung,

Fig. 3 eine Kontaktanordnung eines 4 × 2-Steckers und

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Berechnung des optimalen Winkels.

In der Fig. 1 ist das Feldbild einer Doppelleitung 1, 2 mit den magnetischen Feldlinien H und den elektrischen Feldlinien E dargestellt. Das magnetische Übersprechen von der ersten Doppelleitung 1, 2 auf eine zweite Doppelleitung 3, 4 ist direkt proportional zur Gegeninduktivität M dieser Anordnung. Die Ge­ geninduktivität ergibt sich durch die Integration der magnetischen Feldstärke H der Doppelleitung 1, 2 über die Fläche F_{3, 4}, die durch die Linienleiter der Dop­ pelleitung 3, 4 aufgespannt wird zu

wobei in diesem skalaren Vektorprodukt von der magnetischen Feldstärke H nur die zur Fläche F_{3, 4} senkrechte Komponente einen Beitrag liefert. Das Flä­ chenintegral stellt den magnetischen Fluß dar, der zwischen den beiden Lei­ tern 3, 4 hindurchgeht. Dieser ist gleich Null, wenn die beiden Leiter 3, 4 auf einer gemeinsamen magnetischen Feldlinie H liegen. Durch das elektrische Feld E der Doppelleitung 1, 2 werden auf den Leitern 3, 4 Influenzladungen erzeugt, die über den Lastwiderstand abfließen können und somit ein Über­ sprechen erzeugen. Das elektrische Feld E der Doppelleitung 1, 2 erzeugt zwischen den beiden Leitern 3, 4 eine Potentialdifferenz von

Dies ist ein Linienintegral auf einer elektrischen Feldlinie E von Leiter 3 nach Leiter 4, wobei die Potentialdifferenz Null ist, wenn die elektrische Feldstärke E senkrecht auf die von den Leitern 3, 4 aufgespannte Fläche F_{3, 4} trifft. Das vek­ torielle elektrische Feld E läßt sich auch durch das skalare Potential beschrei­ ben, wobei die Potentiallinien senkrecht zu den elektrischen Feldlinien E ver­ laufen. Für den Fall der elektrischen Entkopplung müssen dann die beiden Leiter 3, 4 auf einer Äquipotentialfläche des elektrischen Potentials angeordnet sein. Da die elektrische und magnetischen Feldlinien E und H zueinander senkrecht stehen, ist der Verlauf der Potentiallinien identisch mit dem Verlauf der magnetischen Feldlinien H. Das wiederum heißt, daß bei Linienleitern eine Anordnung mit magnetischer Entkopplung ebenfalls eine elektrische Entkopp­ lung aufweist. Aufgrund der endlichen Ausdehnung der Leitungen wird das elektrische Feld E in Leitungsnähe verzerrt, da die Oberfläche eine Äquipoten­ tialfläche darstellt. Diese Abweichungen sind jedoch bei größeren Abständen zu vernachlässigen.

In der Fig. 2 ist das magnetische Feld H der Doppelleitung 1, 2 dargestellt, wobei der Kontaktabstand der Leitungen 1, 2a ist. In der Fig. 2 sind mögliche Anordnungen der zweiten Doppelleitung 3, 4 eingezeichnet, bei der der Kon­ taktabstand ebenfalls a beträgt. Es gibt daher eine unendliche Anzahl von möglichen Anordnungen der Doppelleitungen 3, 4, bei der die von den Leitun­ gen 3, 4 aufgespannte Fläche F_{3, 4} parallel zur Fläche F_{1, 2} ist und der Abstand der Kontaktpaare 1, 2 bzw. 3, 4 jeweils gleich groß ist, Da sich die Doppellei­ tung 3, 4 auf einer magnetischen Feldlinie H befindet, sind die beiden Doppel­ leitungen 1, 2 bzw. 3, 4 sowohl elektrisch als auch magnetisch entkoppelt.

In der Fig. 3 ist eine Kontaktanordnung für einen 4 × 2 Stecker dargestellt. Der Abstand der Leitungen einer jeden Doppelleitung 1, 2 bzw. 3, 4 bzw. 5, 6 bzw. 7, 8 ist jeweils a. Zusätzlich liegen die Hinleiter 1, 3, 5, 7 und die Rückleiter 2, 4, 6, 8 jeweils in einer Ebene, wobei der Abstand eines Rückleiters 2, 4, 6 zu dem benachbarten Hinleiter 3, 5, 7 ebenfalls a ist. Der dadurch resultierende Winkel α läßt sich anhand einer Rechnung unter Zuhilfenahme der Fig. 4 wie folgt berechnen:

Der Hinleiter 3 beschreibt in Abhängigkeit von Winkel α = 90° + β einen Kreis um den Rückleiter 2 mit dem Radius 2A = a und der Mittelpunktsverschiebung A. Die Kreisgleichung für diesen Kreis K1 lautet:

(X - A)² + Y² = (2A)².

Zur völligen Entkopplung müssen die Leiter 3, 4 auf einer magnetischen Feldli­ nie liegen, die durch einen Kreis K2 mit dem Radius R2 = M2 - A2 und dem Mittelpunkt M beschrieben wird:

(X - M)² + = M² - A²

Den Schnittpunkt der beiden Kreise K1, K2 erhält man durch Lösung des Gleichungssystems

Aus der Fig. 4 entnimmt man für den Mittelpunkt M = X + A, so daß sich für die X-Koordinate des Leiters 3 die folgende Beziehung ergibt:

Aus der X-Koordinate des Leiters 3 läßt sich der Winkel β berechnen zu:

Damit ergibt sich der gesuchte Winkel α = β + 90° zu 101,95°

Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 sind die Doppelleitungen 5, 6 bzw. 7, 8 nicht mehr exakt auf einer magnetischen Feldlinie der Doppelleitung 1, 2 so daß ein Übersprechen induziert wird. Dieses Übersprechen ist aber aufgrund des gro­ ßen Abstandes sehr gering. Nach dem gleichen Prinzip gemäß Fig. 3 läßt sich ein mehradriges Kabel z. B. als Flachbandkabel aufbauen. bei dem die benach­ barten Leitungspaare auf einer elektrischen Äquipotentiallinie eines Leitungs­ paares angeordnet sind.

Claims (4)

1. Anordnung von Kontaktpaaren von elektrischen Steckverbindern oder Doppelleitungen zur Reduzierung des Übersprechens, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktpaare (1, 2; 3, 4; 5, 6; 7, 8) zueinander parallele, sich nicht dec­ kende Flächen (F_{1, 2}; F_{3, 4}; F_{5, 6}; F_{7, 8}) aufspannen und die beiden Kontakte eines jeden Kontaktpaares (1, 2; 3, 4; 5, 6; 7, 8) auf jeweils ein und dersel­ ben elektrischen Äquipotentiallinie bzw. -fläche ihrer jeweils benachbar­ ten Kontaktpaare (1, 2; 3, 4; 5, 6; 7, 8) angeordnet sind, die sich bei alleini­ ger Erregung der jeweils benachbarten Kontaktpaare ohne weitere Kontaktpaare oder Quellen ausbilden würden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt­ paare (1, 2; 3, 4; 5, 6; 7, 8) jeweils den gleichen Ab­ stand aufweisen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich alle Hinleiter (1, 3, 5, 7) und alle Rückleiter (2, 4, 6, 8) der Anordnung je­ weils in einer Ebene angeordnet sind.

4. Mehradriges Kabel mit einer Vielzahl von Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei benachbarte Leitungen ein Leitungspaar bilden, die Lei­ stungspaare zueinander parallele, sich nicht deckende Flächen auf­ spannen und die Leitungen jedes Leitungspaares auf ein und derselben elektrischen Äquipotentiallinie bzw. -fläche ihrer benachbarten Leitungs­ paare angeordnet sind, die sich bei alleiniger Erregung der jeweils be­ nachbarten Leitungspaare ohne weitere Leitungspaare oder Quellen ausbilden würden.