DE2418780C2

DE2418780C2 - Flachkabel

Info

Publication number: DE2418780C2
Application number: DE19742418780
Authority: DE
Inventors: Jerry Hench Harrisburg Pa. Bogar; Emerson Marshall Reyner Ii
Original assignee: AMP Inc
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 1970-12-17
Filing date: 1974-04-18
Publication date: 1984-06-20
Also published as: DE2418780A1; GB1453019A; FR2226731B2; NL7405251A; BE813984R; AT325128B; NL176316C; FR2226731A2; NL176316B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flachbandkabel gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere auf eine Verbesserung des in dem Hauptpatent gemäß der DE-PS 21 62 511 beschriebenen Flachbandkabels.

Eine Besonderheit des Flachbandkabels gemäß Hauptpatent besteht darin, daß sich jeder Schlitz ununterbrochen über die Gesamtlänge des ihm gegenüberliegenden Signalleiters erstreckt. Die Schlitze setzen den Signalleiter auf Abschirmungskapazität herab und ändern dadurch die Impedanzkennlinien des Kabels. Durch wahlweises Ändern des Verhältnisses zwischen der Breite der Signalleiter und der Schlitzweite ist die erforderliche Impedanz entlang einem Leiterabschnitt zu erhalten.

Es wurde jedoch festgestellt, daß bei der Fertigung derartiger Flachbandkabel ein Problem auftritt: aufgrund der bei der Herstellung zum Einsatz gelangenden fotografischen Fertigungsmethoden ist es schwierig, beim Fotoätzen der Signalleiter eine parallele Ausrichtung der Signalleiter und der Schlitze sicherzustellen. Infolgedessen ergibt sich ein Schieflauf der Signalleiter in bezug auf ihre zugehörigen Schlitze. Dieser Schieflauf erzeugt eine Signaldämpfung entlang dem Signalleiter. Wenn ein bestimmter Signalleiter in bezug auf den ihm zugeordneten Schlitz einen Schieflauf in Form einer Schlangenlinie hat, so ist der Schieflauf periodisch, und es wird Energie in die Abschirmung eingekoppelt, die bei der Periodizität des Schieflaufs entsprechende Wellenlängen eine hohe Dämpfung bewirkt.

Aus der US-PS 35 76 723 ist ein Flachbandkabel der eingangs genannten Gattung bekannt. Bei diesem hs bekannten Flachbandkabel sind die Schlitze speziell als kreisrunde Löcher ausgebildet, deren Durchmesser in etwa ihrem gegenseitigen Abstand entspricht. Diese kreisförmigen Schlitze haben bei dem bekannten Flachbandkabel die Aufgabe, die Flexibilität des Kabels zu erhöhen und das Gewicht des Kabels zu verringern. Außerdem sollen die Schlitze das Entweichen von Gas erleichtern, welches bei der Herstellung des Kabels, insbesondere bei Warmbehandlungen entsteht. Derart ausgebildete Schütze ändern die Impedanzkennlinien des Kabels jedoch nachteilig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flachbandkabel der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß zwar der nach dem Hauptpatent erreichte Vorteil, nämlich eine leichte Einstellbarkeit des Wellenwiderstandes, erhalten bleibt, eine Einkopplung von Energie in die Abschirmung und eine damit einhergehende hohe Dämpfung jedoch vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die in erfindungsgemäßer Weise angeordneten und ausgebildeten Nebenschlußleiter wird eine Signalkopplung zwischen den einzelnen Signalleitern und der Abschirmung verhindert und dementsprechend jegliche übermäßige Dämpfung aufgrund des Schieflaufs des Signalleiters bezüglich der Schlitze kompensiert.

Die erfindungsgemäße Bemessung der Schlitze unterscheidet sich wesentlich von der Bemessung der Schlitze nach der erwähnten US-PS 35 76 723; denn bei letzterer ist das Verhältnis zwischen der Breite der Nebenschlußleiter und dem Abstand zweier benachbarter Nebenschlußleiter etwa 1.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Endabschnitt eines flexiblen Flachbandkabels;

F i g. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch einen Teil des Kabels von Fig. 1;

F i g. 3 eine Ansicht der Unterseite des Kabels von Fig. 1;

F i g. 4 den Hochfrequenz-Signaldämpfungsverlauf des Kabels;

F i g. 5 den frequenzabhängigen Hochfrequenz-Dämpfungsverlauf des Kabels;

F i g. 6 Hochfrequenz-Signaldämpfungsverläufe des Kabels, wobei die aufgrund von Schieflauf auftretende Dämpfung eine Funktion der Kabellänge ist; und

F i g. 7 Zeitbereich-Refiexmessungsveriäufe der Impedanzkennlinien des Kabels.

Gemäß F i g. 1 bis 3 hat ein flexibles Flachbandkabel 10 mehrere beabstandete parallele bandförmige Signalleiter 12, die in einer einzigen Ebene liegen und je in einer Kontaktfläche 11 enden.

Eine Erdungsfläche oder flache Abschirmung 16 aus elektrisch leitfähigem Werkstoff liegt in einer zur Ebene der Signalleiter 12 parallelen, jedoch von dieser beabstandeten Ebene. Die Signalleiter 12 sind von der Abschirmung 16 durch ein Dielektrikum 13 aus Isolierstoff, z. B. Polyäthylenterephthalat, getrennt. Das Dielektrikum ist durchsichtig und nur im Querschnitt von F i g. 2 zu erkennen. Zwei Mäntel 14 und 15 aus gleichem Isolierstoff schließen die Signalleiter 12, die Abschirmung 16 und das Dielektrikum 13 ein.

Die Abschirmung 16 hat längliche Schlitze 18, die keinen elektrisch leitfähigen Werkstoff enthalten. Die Schlitze 18 sind in Reihen und Spalten angeordnet; jede Reihe ist so ausgebildet, daß sie parallel zur Länge eines Signalleiters 12 verläuft. Durch wahlweises Ändern der Weite der Schlitze 18 ist die Betriebskapazität zwischen den Signalleitern 12 und der Abschirmung 16 änderbar

ohne Änderung der Dicke des Dielektrikums 13 oder · öi?r Dieelektrizitätskonstante dieses Werkstoffs.

Außerdem ist die Abschirmung 16 an jedem Ende des Kabels 10 mit einer in Querrichtung verlaufenden Öffnung 24 ausgebildet, die keinen leitfahigen Werkstoff enthält Die Öffnung 24 liegt den Kontaktflächen 11 gegenüber zur Erleichterung der Montage des Kabels 10 mit einem Verbinder (nicht dargestellt).

Entlang der Länge des Kabels 10 verlaufen die Reihen von Schlitzen 18 parallel zueinander und sind durch dünne parallele Streifen elektrisch leitfahigen Abschirmungswerkstoffs getrennt, die im folgenden als Erdleiter 20 bezeichnet sind. Diese Erdleiter 20 sind zu den Signalleitern 12 parallel, jedoch in bezug auf diese versetzt angeordnet. Die Signalleiter 12 und die Erdleiter 20 erstrecken sich über die gesamte Länge des Kabels 10.

Über die Kabelbreite sind die Spalten von Schlitzen 18 durch mehrere Nebenschlußleiter 22 aus elektrisch leitfähigem Abschirmwerkstoff getrennt. Die Nebenschlußleiter 22 verlaufen im wesentlichen senkrecht zu den Erdleitern 20. Die Weite W jedes Nebenschlußleiters 22 ist so gewählt, daß der Widerstandswert relativ niedrig gehalten wird, z. B. niedriger als 0,01 Ω, und daß die Betriebskapazität der Leiter nicht wesentlich beeinträchtigt und die Impedanz zu niedrig gemacht wird. Wenn z. B. L gleich dem Abstand von Mitte zu Mitte zwischen den Nebenschlußleitern 22 entlang der Länge des Kabels 10 ist, ist ein bevorzugtes Verhältnis W/L kleiner als oder etwa gleich 0,1.

Die obere Frequenzgrenze ist auch als eine Funktion des Abstands L zwischen den Nebenschlußleitern 22 bestimmbar. Wenn der Abstand derart ist, daß L gleich einer halben Wellenlänge ist, dann ist die obere Frequenzgrenze wie folgt zu bestimmen:

^f" ⁼ T ⁼ Tl

mit ν = Geschwindigkeit der elektromagnetischen Wellenfortpflanzung.

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Wenn z. B. W = 0,512 mm und L = 6,4 mm, so ist die obere Frequenz etwa gleich 14,8 x 10⁹ Hz. Bei dieser Frequenz vereinigen sich sämtliche Reflexionen auf dem Signalleiter aufgrund der NebenschlußleHer 22 in solcher Weise, daß im wesentlichen ein Sperrbereich entsteht. Im Betrieb würde die vom Kabel 10 übertragene Frequenz so gewählt werden, daß sie beträchtlich >o unterhalb dieser oberen Frequenzgrenze liegt. Wenn umgekehit L so gewählt ist, daß es eine Viertel Wellenlänge beträgt, dann ist die Frequenz

_f _ ^υ

^fH~H

eine Durchlaßfrequenz, bei der die vom Kabel 10 übertragenen Signale nicht durch die Nebenschlußleiter gedämpft werden. t>o

Normalerweise sollte der Abstand zwischen den Nebenschlußleitern 22 so gewählt werden, daß er einen kleinen Bruchteil des kürzesten vom Kabel 10 zu übertragenden Wellenlängensignals beträgt. Auf derGrundlage der oben aufgerührten Gleichungen ist bei einer οϊ Ausführungsform der bevorzugte Abstand von Mitte zu Mitte zwischen den Nebenschlußleitern so gewählt, daß er wesentlich kleiner ist als

mit ν = Geschwindigkeit der elektromagnetischen

Wellenfortpflanzung im Kabel und
/ = höchste Frequenz der voraussichtlich vom Kabel zu übertragenden Signale.

In der vorstehenden Beschreibung wurde zwar angenommen, daß vom Kabel 10 im wesentlichen kontinuierliche Signale übertragen werden; das Kabel eignet sich jedoch auch zur Übertragung von Impulssignalen. In einem solchen Fall werden die äquivalenten Frequenzen (in GHz) von/und F₁₁ zum Gebrauch in den obigen Gleichungen erhalten durch Teilen des Faktors 0,35 durch die Anstiegszeit der Impulse (in ns).

F i g. 4 zeigt den HF-Dämpfungsverlauf eines erfindungsgemäß aufgebauten 50 Ω-Flachkabels. Die NebenschlußJeiter 22 hatten einen Abstand von 6,4 mm und die Kabellänge war 1,67 m. Wie aus der Figur ersichtlich ist, hat die Kurve keine Resonanzdämpfungs-Einsattelung, wie dies bei den Kurven bereits entwickelter Kabel gemäß F i g. 6 der Fall ist.

Um die Wirkung der Nebenschlußleiter 22 bei irgendeiner Frequenz zu vermindern, kann es für manche Zwecke erwünscht sein, ihren Abstand entlang der Kabellänge zu verändern.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Flachkabels sind aus F i g. 5 bis 7 im Vergleich mit bereits entwickelten Kabeln ersichtlich.

F i g. 5 zeigt die Dämpfung eines Kabels als eine Funktion der Frequenz des übertragenen Signals. Die Null-Bezugslinie ist die vom Signalgenerator erzeugte Ausgangsspannung ohne Zwischenschaltung eines Kabelabschnitts. Die Dämpfung wird somit in dB in bezug auf die Null-Bezugslinie gemessen. Bei einer Frequenz, die mit der Schieflauf-Periodizität schwingt, erhöht sich die Dämpfung, d. h. der Abstand zur Null-Bezugslinie nimmt steil zu, wie die Figur zeigt.

Die Größe der Resonanzdämpfung hängt in gewissem Maß von der Kabellänge ab. Aus F i g. 6 ist ersichtlich, daß z. B. die größte Dämpfung bei etwa 103,7 MHz in einem 2,2 m langen Kabel auftritt.

F i g. 7 zeigt Zeitbereich-Reflexmessungsverläufe, wobei die Abszisse in bezug auf die Zeit geeicht ist, die in unmittelbarer Beziehung zur Entfernung entlang dem Kabel steht, und die Ordinate der Reflexionskoeffizient ist. Normalerweise wird bei der Zeitbereich-Reflektometrie (TDR) ein Impuls mit schneller Anstiegszeit auf eine Leitung oder eine Schaltung gegeben, und die Reflexion bei seiner Rückkehr wird untersucht. Bei der Impedanzmessung wird ein Bild oder eine graphische Darstellung erzeugt, die die Impedanz der Leitung darstellt, wie sie durch die höchsten Frequenzen des Impulses entlang der Leitungslänge gemittelt wurde. Da die Horizontalachse der graphischen Darstellung die Entfernung entlang der Leitung ist, ist die Impedanz der Elemente der Leitung, z. B. Länge des Kabels, eines Verbinders und anderer elektrischer Bauteile, lokalisier- und identifizierbar. Die Vertikalachse bezeichnet die Impedanz oder den Reflexionskoeffiziente.i (γ).

Es ist bekannt, daß der Reflexionskoeffizient (γ) das Amplitudenverhältnis der reflektierten zur eingegebenen Spannung ist. Der Reflexionskoeffizient steht mit der Abschlußimpedanz (Z_L) an jedem Punkt auf der Leitung in Beziehung durch die Gleichung:

ζ, =

ι +γ

Z₀

1 -γ
mit Zo = Wellenwiderstand des Kabels.

Somit ist die Impedanz an jedem Punkt entlang der Leitung eine Funktion zweiter Ordnung des Reflexionskoeffizienten an diesem Punkt.

Die Kurven von F i g. 7 stellen also die Impedanz entlang einem Signalleiter eines bekannten flexiblen Kabels unter drei Bedingungen dar. Die Kurve R₁ ist die Impedanz zwischen dem Werkstoff der Abschirmung auf jeder Seite eines Signalleiters, in die aufgrund von Schieflauf Energie eingekoppelt wird. Die Kurve /Ji ergibt sich durch den Erhalt der Impedanz zwischen dem Werkstoff der Abschirmung auf einer Seite eines Signalleiters und dem Signalleiter. Die Kurve R₂ zeigt die sich ergebende TDR-Kurve, wenn der Werkstoff der

für die Kurve /Ji maßgeblichen Abschirmung vom Kabel entfernt ist und die wirksame Impedanz durch den Werkstoff der Abschirmung auf der anderen Seite des Signalleiters gebildet ist. Somit stellen die Kurven /Ji, /J2 und /J₃ die Impedanz als eine Funktion der Länge für das gleiche Kabel dar. Somit wird durch Schieflauf eine umgekehrte Änderung der wirksamen Impedanz erzeugt.

Durch Kombination der Kurven R\ und R₂ wird ersichtlich, daß, da die Impedanzfehlanpassung in bezug auf die beiden verschiedenen Abschnitte der Abschirmung an etwa der gleichen Stelle am Kabel auftritt, die Impedanzfehlanpassungen entgegengesetzte Größe haben und dazu neigen, einander aufzuheben. Diese Erscheinung des gegenseitigten Aufhebens hat bisher das Problem der Signalkopplung aufgrund von Schieflauf verdeckt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flachbandkabel, mit einer Vielzahl von im Abstand voneinander parallel zueinander in der gleichen Ebene liegenden Signalleitern, einer flachen. Abschirmung aus elektrisch leitendem Material, die in einer zur Ebene der Signalleiter parallelen Ebene, jedoch im Abstand von dieser liegt, und mit einem Dielektrikum im Zwischenraum zwischen den Signalleitern und der Abschirmung, in der Schlitze ausgebildet sind, die jeweils einem Signalleiter gegenüberliegen (nach Hauptpatent gemäß DE-PS 2162 511) \ind in Form von Reihen und Spalten ausgebildet sind, wobei sich jede Reihe gegenüberliegend einem Signallsiter über dessen gesamte Länge parallel zu ihm erstreckt und das Material der Abschirmung zwischen benachbarten Spalten Nebenschlußleiter bildet, die senkrecht bezüglich der Signalleiter liegen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Breite jedes Nebenschlußleiters (22) und dem Abstand zwischen zwei benachbarten Nebenschlußleitern (22) in zum Verlauf der Signalleiter (12) paralleler Richtung kleiner oder gleich 1 :10 ist.

2. Flachbandkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Abstand zwischen benachbarten Nebenschlußleitern (22) entlang der Länge des Kabels ändert.

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