DE2103559B2 - Geschlitztes koaxialkabel - Google Patents

Description

Die IZiTmdung betrifft ein geschlitztes Koaxialkabel mit einem Außenleiter, in dem sich in festen Abständen voneinander Sehlitze belinden.

Im Zusammenhang mil der Übertraining von Nachrichtensignalen zwischen ortsfesten Stationc.i und beweglichen Stationen ist es bereits bekannt (»IFFF Transactions on Vehicular Technoloxy<\ Band JS, Nr. 2. August 1969. S. 66 bis 69). an die ortsfesten Stationen geschlitzte Koaxialkabel anzuschließen und diese geschlitzten Koaxialkabel läng= einer Strecke zu verlegen, entlang der sich die bewegliche,1 Stationen bewegen. Die geschlitzten Koaxialkabel weisen in ihrem Außenleiter jeweils in gleichbleibenden Abfänden aufeinanderfolgende Schlitze auf. die jeweils \on gleicher Form und "Größe sind und die alle in gleicher Lage, bezogen auf die Längsachse des Koaxialkabels, angeordnet sind. Mit Hilfe dieser bekannten Koaxialkabel sind zwar Nachrichtenverbindungen zwischen den ortsfesten Stationen und den beweglichen Stationen H¹OcUCh. es hai sirh jednr.h n.e'/eiV'. daß Hie bt?k;.!nnten Koaxialkabel in der Nähe ihrer Außenleiter in Richtung des Koaxialkabels kein gleichförmiges elektromagnetisches Feld liefern und daß ein für ei ie Naclirichtensignalübertragung zur Verfügung stehende-. Frequenzband relativ schmal ist, .-.o daß lireitband-Naciirichtenverbindungen nicht hergestellt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geschlitztes Koaxialkabel der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es in der Nähe seines Aiißenlei'.ers ein in Richtung des Koaxialkabels gleichförmiges· elektromagnetisches Feld erzeugt und daß dieses Koaxialkabel für eine Nachriehtensignalübertriiguig cmc Breitbandcharakteristik aufweist.

Fin erfmdungsgemäi.ies geschlitztes Koaxialkabel löst die vorstehend aufgezeigte Aufgabe dadurch, daß die Schlitze so bemessen und oder angeordnet sind, daß die Amplitude ihrer Strahlungsfaktoren entlang der .Achse des Kabels einer sinusförmigen Verteilung folgt.

Die Erfindung hat gegenüber den bekannten Koaxialkabeln den Vorteil, daß das geschlitzte Koaxialkabel auf relativ einfache Weise in eic. Nähe des Außenleiter¹; des Koaxialkabels ein in Richtung des Koaxialkabels gleichförmiges elektromagnetisches Feld erzeugt tind daß das für die Nachrichtensig'iaiübertragung zur Verfugung stehende Frequenzband relativ breit ist.

Die Erfindung wird im folgenden in Ausführungsbeispielen an Hand von Zeichnungen beschrieben.

F i g. 1 zeigt ein geschlitztes Koaxialkabel bekannter Art:

F i g. 2 zeigt Zylinderkoordinaten, die bei der Beschreibung verwendet werden:

F i g. 3 zeigt ein Diagramm, das zur Erläuterung der Erfindung herangezogen wird:

F" i g. 4 bis 9 zeigen Ausführungsformen der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein geschlitztes Koaxialkabel bekannter Art dargestellt. Die einzelnen Schlitze sind einfach periodisch aufeinanderfolgend vorgesehen. In F i g. 1 ist ein Innenleiter des Koaxialkabels mit 1 und ein Außenleiter mil 2 bezeichnet. Mit 3,. 3.. ... sind die einzelnen Schlitze bezeichnet. Die Schlitze 3,. 3₂, . . . sind derart aufeinanderfolgend angeordnet, daß ein elektromagnetisches Feld im Außenraum durch die nachstehende Gleichung (1) gegeben ist.

■ cos in if

■ sin imp)

Hierin bedeuten /·. ψ und ζ die zylindrischen Koordi- 155 konstante einer /j-ten reilvvcllc. cxp die Exponcntial-

n:\tcn, wie sie in F i g. 2 festgelegt sind, wobei r parallel funktion. // ein feststehendes Wicdcrholungsintervall

zur /\chse des Kabels liegt. //,„(-) (■-'„ · /) die in-tc zwischen benachbarten Schlitzen gemäß F i g. 1 und

Haiikcl-Funktion zweiter Art. ;/„ eine Ausbreitungs- .·!„,„. /?,„„ gewisse Konstanten.

Wie an sieh bekannt, ist bei der in F i g. 1 dargestell- Gleichung (5) entspricht, wobei .v eine beliebig ge-

ten periodischen Schlitzstruktur auch die folgende Be- wählte ganze Zahl ist: /iL-hung bezüglich der /i-ten Ausbreitungskonstante //
erfüllt: s, [.-I ■ ras 2.7 :,< /; ■ B] ex ρ ( if!:<). (5)

'·' "' "' ^(/' --τ "V')- Hierin ist z, - s ■ p_u ./> ist die Periode der sinus-

(2:η?.)- (2.7 /. # · 2.T ;?//)'-. (2) förmigen Verteilung der Amplitude der Strahlungsfak-

toren, und /).. ist der A\hsi;iiid /wischen Sehlii/mitten

Hierin bedeuten λ und // die Ausbreitungskonstante benachbarter Schlitze. .1 und B sind Konstanten, die

im freien Raum b/.w. im Koaxialkabel. /. und /.« die io durch die Konliguralion und Anordnung der Schlitze

.■.ellenlange im freien Raum bzw. im Koaxialkabel. des geschlitzten Koaxialkabels festgelegt Mild. Nach

!si der Wen ;■'/;- in Glcictuinii (2) noMik vo strahlt Gleichung (5^l folgt die Amoli ti; de des Stralilunu-i-

.he ii-te 1 eilwelle außerordentlich gut ab. 1st im Unter- faktors entlang der Achse des Kabels einer Miiusiuimichied dazu der Wert ;.·'„- negativ, so tritt in der Nähe gen Verteilung.

iUn Kabels lediglich eine Oberflächenwelle auf. Die 15 Die/;-ie Ausbreitungskotistanie ;.·'„ IaIAl sich in der O'.vrlVächenv.eUe spielt keine bedeutende Rolle hin- nachstehend angegebenen Weise umformen. s ..hilicli der Kopplung auf eine Fahrzeugantenne. Des-

!1 ;il· ist es notwendig, dem Wert ;■'„- einen so großen (;·"»)'. (2.7Z)- (Irr ,·.._; 2.τ/ι 2.'up,.)-.

Γ ,.men Wert zu geben, daß eine'guk Kopplung /v.i- , . _}, _r ■ _ ^ . ,__,„ , ₍₍„

s.rien dem geschlitzten Koaxialkabel und der Fahrzeug- 20

antenne erzielt wird. Dabei muß nicht nur die Be/ie- ('/„)' (2rr '/.)- (2.7 ?.u 2.τ „ /»„)'·'.

\^i',v.-/„- O erfüllt sein, sondern es soll auch nur eine

1 jiIv.eile der Bedingung ■/„- · O genügen und sie (;■„)- ist das (Quadrat einer Aushreitungskonsianteii.

j :mdsät/lich erfüllen. Der Grund hierfür liegt darin. die, einsprechend Gleichung (2). die Ausbreitung der i..-.ϋ bei gleichzeitigem Auftreten zweier Teilwellen, die 25 «-ten Teilwelle für den Abstand/),, beschreibt. (;■„): und t: r Bedingung y'„'- ■ O genügen, ein Schwebungsvor- (7,,)"' sind die Quadrate zweier Ausl-reituiigkon-.ianj-.ng auftritt, da bei \erschiedenem ;/ die Phasenkon- ten, die die Ausbreitung von zwei weiteren /;-ien "leili·:.inten in r-Richtung wellen beschreiben. Die weiteren ;;-ten Teilwellen er-

1,;- ti -}-r,,n'\ neben sich aus einer gleichsinnigen und einer gegen-

30 sinnigen Überlagerung von zwei Wellen, deren Aus-

■\ ,ineinander \erschieden sind. Auf diese Weise ergeben breitungskonstantcn durch die Periode /> der sinusfört.ich grol.ic Schwankungen des Kopplungspegels, die die migen N'erteilung der Strahlungsfaktoren und den Nachrichien\erhindung stark behindern. Abstand p„ zwischen den Schliizmiiien f^nachbarter

Sind die erforderlichen Bedingungen zur Erzielung Schlitze bestimmt sind.

tiner guten Kopplung erfüllt, so muß das W'iederho- 35 Hat eine der Ausbreitungskonstanten (;.·,,) . (y„) |;;ngsinier\all p' zwischen benachbarten Schlitzen, oder γ,, bei irgendeiner Zahl // einen reellen Wert, so tinier Heranziehung der Gleichung (2). der nach- strahlt eine durch die Gleichung (5) gekennzeichnete stehend angegebenen Beschränkung genügen. Sehlitzreihe die der jeweiligen Aiisbreiiungskonsianien

entsprechende Teilwelle ab.

(It .. 1)2 ■: /. p' IV- 1 4° Soll nur eine einzige Teilwelle abgestrahlt werden, so

_nlj₍ sind die Bedingungen der Gleichung (6) aus dem :n

F i g. 3 schraffiert dargestellten Bereich zu wählen.

,. . . _ (3) Für diesen Bereich gelten die nachstehenden Gleichun-

3 gen (7) und (8). denen / /) genügen muß. imi eine gute

45 Koppelung hei der durch Gleichung (5) beschriebenen

I iieriii bedeutet r das Verhältnis der Wellenlänge im Schlitzreih*:, zu erzielen, wobei sich die Schlii/.reihe Koaxialkabel zur Wellenlänge im freien Raum. Die durch eine kleinere Periodizitäl de, Abslands p_u tier Gleichung (3) Hißt die Beziehung erkennen, gemäß der Sehlitzmitten lind durch eine größere Periodiziiät der nur die Teilwelle für /; 1 zur Schlitzwclle wird. Periode /) der sinusförmigen Verteilung der Strahlung--

Da )· normalerweise sehr dicht bei I liegt, fällt der 50 faktoren auszeichnet.

Wert /. /)' in den Bereich von I bis 2. Wenn der Wert . -

;.../>'nahe bei 1 liegt, ist 7' -2 (für die auf /; - - - 1 fol- ' '' ' '■ I' ' '' '· '

gende nächste Teilwelle) ein · ast reelle Zahl, so daß die ; p^ \_r !·/./>. (S)

geforderten Bedingungen .<·._,H erfüllt werden können.

Dcnmcmäli soll /.;'// den Werl l.i bis 2 aufweisen. Mit 55 Gemäß der Bedingung (7) isi der zulässige Bereich anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß ein Nutz- von /.,/> im Vergleich zu dem der Gleichung (3) crfiequenzbereich entsprechend der Gleichung weitert. Da )· nahe an 1 ist. kann ?■ ρ einen beliebigen

Wert innerhalb eines Bereiches \on O bis 2 annehmen.

'' <' <■' ₍₄₎ Wenn />₀ im Vergleich zu ρ einen geeigneten kleinen

2p' /, 1.5// 60 Wert besitzt, ist die Bedingung (S) erfüllt. Insgesamt

läßt sich feststellen, daß die Erfindung eine breitbanbcgrcnzt ist. Hierbei ist c die Lichtgeschwindigkeit. dige Abslrahkmg erzielt.

Die vorliegende Erfindung weitet mit ihrem Grund- F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorlicgcn-

konzept die Begre ..'.ung des Nutzfrequenzbandes einer den Erfindung. Die einzelnen Schlitze sind mit 4,. 4₂ mittels eines geschlitzten Koaxialkabels hergestellten 65 usw. bezeichnet. Sämtliche Schlitze 4,. 4.. ... sind Nachrichtenverbindung. Bei Anwendung der Erlin- geradlinige Schlitze mit gleicher Schlitzlänge. Die dung hat ein .v-tcr Schlitz eine Amplitude und Phasen- Schlitze sind dabei einerseits entsprechend der kleinen laue des Strahlimgsfaktors, die der nachstehenden Perioüizitäl /;„ und andererseits entsprechend der

großen Periodizität ρ aufeinanderfolgend angeordnet. Bei einer derartigen doppelt periodischen Anordnung von Schlitzen 4,, 4₂, ... ist der Neigungswinkel des jeweiligen Schlitzes in bezug auf die Achse des Kabels von Schlitz zu Schlitz geändert, um die durch Gleichung (5) beschriebene sinusförmige Verteilung der Amplitude der Strahlungsfaktoren zu erzielen. Es ist bekannt, daß der Strahlungsfaktor eines Schlitzes mit dem Neigungswinkel des Schlitzes in bezug auf die Achse des Kabels zunimmt und daß ein parallel zur Achse des Kabels verlaufender Schlitz bezüglich der Abstrahlung unwirksam ist. Die in F i g. 4 mit A₂, A₃ und 4., bezeichneten Schlitze entsprechen einer positiven Halbwelle der sinusförmigen Verteilung der Strahlungsfaktoren, während die mit 4„, 4, und 4₈ bezeichneten Schlitze einer negativen Halbwelle der sinusförmigen Verteilung entsprechen. Die mit 4„ 4₅ und 4₉ bezeichneten Schlitze sind in Nullpunkten der sinusförmigen Verteilung angeordnet. Die einer Nullamplitude entsprechenden Schlitze 4,, 4₅ und 4;, können gegebenenfalls weggelassen vcrden, <ir\ «ic 7\\ der erforderlichen sinusförmigen Verteilung der Strahlungsfaktoren gemäß Gleichung (5) nichts beitragen.

In F i g. 5 ist eine weitere Ausführungst'orm einer Schlitzrcihe gezeigt, wobei die Schlitze weggelassen sind, die der Nullamplitudc in der sinusförmigen Verteilung der Amplitude der Strahiungsfaktorcn entsprechen.

In F i g. 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei weisen sämtliche Schlitze 4,, 4₃ usw. den gleichen Neigungswinkel in bezug auf die Achse des Kabels auf. wobei jedoch die Schlitzlänge von Schlitz zu Schlitz geändert ist, um die sinusförmige Verteilung der Amplitude des Strahlungsfaktors gemäß Gleichung (5) zu erzielen. Es ist bekannt, daß die Amplitude des Strahlungsfaktors eines Schlitzes mit der Schlitzlänge zunimmt. Bei der in F i g. 6 dargestellten Anordnung sind die Schlitze weggelassen, die der Nullamplitude in der sinusförmigen Verteilung der Amplituden der Strahlungsfaktoren gemäß Gleichung (5) entsprechen.

In F i g. 7 ist noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei die Anordnungen der

ίο beiden zuvor betrachteten Ausführungsformen zusammengefaßt sind. Die Schlitzlänge und der Neigungswinkel fVr Schlitze ändern sich gleichzeitig unter Einhaltung der durch die Gleichung (5) vorgeschriebenen Verteilung der Amplituden der Strahiungsfaktorcn. In entsprechender Weise sind die der Nullamplitude der sinusförmigen Verteilung der Amplituden der Strahlungsfaktoren entsprechenden Schlitze weggelassen. In F i g. 8 und 9 sind noch zwei weitere Ausführungsformen gemäß der Erfindung dargestellt, die eine andere Schlilzform aufweisen. Die Schlitze der F i g. 8 und 9 sind Z-förmig gebogen, wobei ein geradliniger Teil 5 derart zur Achse des Kabels geneigt ist. daß er wirksars. abstrahlt. In F i g. 8 verlaufen abgewinkelte Teile 6 an beider. Enden d?s Teils 5 parallel zu der

as Achse des Kabels und spielen bezüglich der Abstrahlung nur eine untergeordnete Rolle. Beide Ausführungsformen verwenden das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung, nämlich eine sinusförmige Verteilung der Amplitude der Strahlungsfakl.iren bei den längs der Achse des Kabels vorgesehenen Schlitzen. Die in F i g. 9 dargestellte Anordnung realisiert das Grundkonzept durch gleichzeitiges Andern der Schlitzlängc und der Neigungswinkel der Schlitze in bezug auf die Achse des Kabels in Kabelläncsrichtuna.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Geschlitztes Koaxialkabel mit einem Außenleiter, in dem sich in festen Abständen voneinander Schlitze befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (4) so bemessen und oder angeordnet sind, daß die Amplitude ihrer Strahiungsiaktoren entlang der Achse des Kabels einer sinusförmigen Verteilung folgt. in

2. Geschlitztes Koaxialkabel nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Schlitze (4,. 4-. . . .). deren .itrahlungsfaktor die Amplitude Null zukommt, weggelassen sind.

3. Geschlitztes Koaxialkabel nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (4.J. 4;,. . . .) ir.i.ereinander gleiche Form haben, die Neigungswinkel der Schlitze in einander entsprechenden Punkten gleiche Absolutbeträge in bezug auf die Achse des Kabels haben und daß die Längen der Schlitze (4,. 4_:. . . . ) son Schlitz /u Schlitz unterschiedlich sind.

4. Geschlitztes Koaxialkabel nach .Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (4.1. 4,. . ..) untereinander gleiche Form und Länge haben und daß die Neigungswinkel der Schlitze (4.. 4_;l. ...) in einander entsprechenden Punkten in bezug auf die Achse des Kabels von Schlitz zu Schlitz unterschiedlich sind.

5. Geschütztes Koaxialkabel nach Anspruch 1 odd 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (4.. 4_:„ . . .) untereinander gleiche Form haben und daß die Neigungswinke! der Schlitze (4_L„ 4_:,. . . .) in einander entsprechenden Punkten in bezug auf die Achse des Kabels sowie die Länge der Schlitze (4... 4_;l. . . .) von Schlitz zu Schlitz unterschiedlich sind.

6. Geschlitztes Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz die Form einer ebogenen Linie hat.

7. Geschlitztes Koaxialkabel nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (4.., 4_:1. . . .) Z-förmig ausgebildet ist.

8. Geschlitztes Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß jeder ts Schlitz (4,. 4_:i. . . .) gerade ist.