DE2439853A1

DE2439853A1 - Als uebertragungsleitungen verwendbare flexible flachkabel

Info

Publication number: DE2439853A1
Application number: DE2439853A
Authority: DE
Inventors: Ammon Nazareth Balaster; Richard John Neill
Original assignee: AMP Inc
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 1973-08-23
Filing date: 1974-08-20
Publication date: 1975-03-06
Also published as: HK19179A; ES429225A1; SE7410624L; SE7613682L; JPS5050680A; BR7406883D0; DE2439853C2; JPS5840284B2; SE427883B; ATA684574A; GB1468862A; NL7410660A; AT333868B; AR200091A1; CA1002132A; US3876964A; BE819067A; IT1019969B; FR2241854B1; SE397148B

Description

PATENTANWALTI·

Dr. phil. G. B. HAGEN

Dipl.-Phys. W. K A LK O FF

8000 MÜNCHEN 71 (Solin)

sch AMP 3389

AMP Incorporated
Eisenhower Boulevard Harrisburg, Pa. (V. St. A.)

Als Übertragungsleitungen verwendbare flexible Flachkabel

Priorität: 23. Aug. 1973; V.St.Α.; Nr. 390 813

Die Erfindung betrifft als übertragungsleitungen verwendbare flexible Flachkabel. ■

Ein als Übertragungsleitung verwendbares flexibles Flachkabel gemäß der Erfindung, mit einem Isoliersubstrat, auf dessen einer Oberfläche ein Signalleiter sich in Kabellängsrichtung erstreckt und eine Reihe Anschlußflächen größeren Bereichs hat, die entlang der Länge des Signalleiters in regelmäßigen Abständen vorgesehen sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß die andere Oberfläche des Substrats einen Erdleiter aufweist, der sich in Kabellängsrichtung erstreckt und eine entsprechende Reihe von Erdanschlußflächen größeren Bereichs aufweist, vobei jede Erdanschlußfläche in bezug auf den Signalleiter seitlich versetzt ist.

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Bayerisdie Vercinsbank München 823101 Postscheck 54782

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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel des Flachkabels vor dem Schneiden und Umfalten zur Bildung einer abgeschirmten Leitung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 nach dem Schneiden und Umfalten zur Bildung einer abgeschirmten Leitung;

Fig. 3 einen Querschnitt 3-3 nach Fig. 2;

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein viertes Ausführungsbeispiel vor dem Umfalten zur Bildung einer abgeschirmten Leitung;

Fig. 7 einen Querschnitt 7-7 nach Fig. 6, der das Flachkabel nach dem Umfalten zeigt; und

Fig. 8 einen Querschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel, wobei das Flachkabel zur Bildung abgeschirmter Ubertragungsleitungen umgefaltet ist.

ein Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat/einfaches flexibles

Jsoliersubstrat 10 einen in Längsrichtung seiner einen Ober-

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fläche verlaufenden Signalleiter 12 und einen in Längsrichtung seiner gegenüberliegenden Oberfläche verlaufenden Erdleiter 14; beide Leiter sind durch geeignete Druck— und Ätztechniken formbar. Der Signalleiter ist zur Kabellängsachse seitlich versetzt, und der Erdleiter hat einen im wesentlichen sinusartig gewundenen Verlauf, erstreckt sich dem Signalleiter gegenüber seitlich über das Substrat und bedeckt bei diesem Beispiel im wesentlichen die gesamte Substratbreite. Eine Reihe von Erd- und Signalanschlußflachen 20 und 18 größeren Bereichs sind mit sich wiederholenden gleichen Abständen entlang den Erd- und Signalleitern ausgebildet, und Signal- und Erdanschlußflachen sind seitlich voneinander beabstandet und miteinander ausgerichtet.

Das Kabel wird bei 16 nahe den Endanschlußflächen 18 und 20 der Signal- und Erdleiter seitlich eingeschnitten und zu der Form nach Fig. 2 und 3 umgefaltet, in der es durch geeignete Mittel, z. B. Klebstoffe, gehalten werden kann. Dann werden an die Anschlußflächen Anschlußglieder 22 und 24 entweder von der gleichen Richtung (wie gezeigt) oder von entgegengesetzten Richtungen des Ubertragungskabels angedrückt. Beispiele geeigneter andrückbarer Anschlußglieder sind in den US-Patentschriften 3 395 381, 3 553 836, 3 663 922 und 3 69.7 925 beschrieben. Es sind auch Löt- oder andere Anschlüsse möglich, Andrückverbindungen werden jedoch bevorzugt.

Dieses Ausführungsbeispiel eines Flachkabels ist für die Verwendung bei Verdrahtungen mit hoher Dichte bestimmt, wo es erwünscht ist, einen gesteuerten Wellenwiderstand sowie ausreichende elektrische Abschirmung und Signal-

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anstiegszeiten im ns-Bereich zu erhalten. Der Wellenwiderstand der umgefalteten Übertragungsleitung wird durch die Wellenlänge oder den Abstand der Erdleitung sowie durch die Dicke und die dielektrischen Eigenschaften des Substrats bestimmt. Die umgefaltete Ausführungsform ist auch mit mehreren Leitern verwendbar, wie noch unter Bezugnahme auf das vierte und fünfte Ausführungsbeispiel erläutert wird, da das Problem einer kritischen Ausrichtung, das sich bei zu den Signalleitungen parallelen Erdleitungen ergeben würde, beseitigt ist.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 hat das flexible Isoliersubstrat 26 mehrere im wesentlichen parallele Signalleiter 28, die in Längsrichtung einer Substratoberfläche verlaufen und je mit Reihen von Anschlußflächen 30 ausgebildet sind, die in gleichen Abständen in Längsrichtung des Substrats verlaufen und in seitlicher Ausrichtung voneinander beabstandet sind. Mehrere im wesentlichen parallele Erdleiter 32 verlaufen in Längsrichtung über die andere Substratoberfläche, sind in bezug auf die Signalleiter seitlich versetzt und mit Reihen von seitlifch miteinander fluchtenden Anschlußflächen 34 ausgebildet, die in Substratlängsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet und in bezug auf benachbarte Signalleiter-Anschlußflächen 30 seitlich und in Längsrichtung versetzt und von diesen gleichmäßig beabstandet sind. Leiter 36 verbinden sämtliche Erdleiter 32 miteinander, und zwar vorzugsweise an jeder Anschlußfläche 34. Weitere Erdleiter-Anschlußflächen 38 sind an den am weitesten seitlich angeordneten Erdleitern an Stellen ausgebildet, die in bezug auf die entsprechenden Reihen von Signalleiter-Anschlußflächen seitlich beabstandet und mit diesen ausgerichtet sind. Wie beim vorher erläuterten

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Ausführungsbeispiel kann das flexible Substrat irgendein geeigneter dielektrischer Werkstoff, z. B. Mylar (Wz), sein, und die Leitungszüge sind mit Hilfe geeigneter Druck- und Ätztechniken geformt. ' '

Wie vorher ist eine die Isolation verdrängende Andrückverbindung an jeder Anschlußfläche herstellbar, ohne daß ein Leitungszug auf der gegenüberliegenden Substratseite dadurch beeinträchtigt wird. Die Herstellung eines Anschlusses an jedem Leitungszug ist in Abständen entlang dem Kabel möglich, wobei die Erdleiter-Anschlußflächen 38 es erlauben, daß übliche Anschlüßglieder (ohne angepaßten Scheinwiderstand) an die Kabelerdleitung andrückbar sind. Einzelne Erdanschlüsse sind mit Erdleiter-Anschlußflächen 34 für Verbindersysteme mit angepaßtem Scheinwiderstand herstellbar. Die viereckigen Anschlußflächen der Leitungszüge bewirken auch eine kleine Reiheninduktivität an jedem Zwischenraum, wodurch der normale Wellenwiderstand erhöht wird, ohne daß die Schlitzweite zwischen Signal- und Erdleiter vergrößert wird. Die elektrischen Kennlinien dieser Ausführungsform sind mit bereits entwickelten Parallelleiterkabeln vergleichbar. Die Impedanz wird durch Einstellen des Abstands zwischen den Signalleiter- und Erdleiter-Anschlußflächen und zwischen den Signal- und den Erdleitern gesteuert. Wie bereits erwähnt, ist das Kabel unter Verwendung irgendwelcher geeigneten Plach!eiterkabel-Anschlußglieder sowie Lötverbinder anschließbar.

Beim dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist auf dem flexiblen Isoliersubstrat 40 auf einer Oberfläche ein Signalleiter 42 mit einer Reihe von in regelmäßig wiederkehrenden Abständen vorgesehenen Anschlußflächen 44 ausgebildet, wobei aufeinanderfolgende Anschlußflächen auf gegenüberliegenden Seiten des Signalleiters seitlich versetzt angeordnet sind.

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Ein auf der anderen Substratoberfläche ausgebildeter Erdleiter hat ein Paar in Längsrichtung verlaufende parallele Züge. 46, die seitlich vom Signalleiter im Abstand davon verlaufen und je Anschlußflächen 48 und 50 aufweisen, die in bezug auf die Erdleiterzüge im gleichen Sinn wie die Si'gnalleiter-Anschlußflächen versetzt angeordnet sind; die Erdleiterzüge sind durch seitliche Züge 52 leiterartig miteinander verbunden.

Dieses Ausführungsbeispiel hat über seine Gesamtlänge einschließlich der Anschlußflächen gesteuerte elektrische Ubertragungseigenschaften. Es ist auch für Anschlußglieder mit Impedanzanpassung geeignet und entweder gefaltet oder als ebenes Vielleiterkabel verwendbar.

Das vierte Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und 7 unterscheidet sich von den vorhergehenden insofern, als das Substrat 54 auf einer Oberfläche mit mehreren parallelen Signalleitern 56 ausgebildet ist, die von der Längsmittenlinie des Substrats seitlich versetzt sind; auf der gegenüberliegenden Substratoberfläche sind zwei voneinander getrennte Erdleiter 58 und 60 ausgebildet. Die Erdleiter verlaufen auf gegenüberliegenden Seiten der Längsmittenlinie und sind seitlich dazu versetzt; jeder Erdleiter verläuft sinusartig, wobei der eine Erdleiter spiegelbildlich zum anderen verläuft. Das Kabel ist faltbar und in ähnlicher Weise wie das Kabel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendbar. Die Erdleiter sind mittels nicht gezeigter Anschlußglieder miteinander verbindbar. Bei diesem Beispiel sind die Erdleiter phasengleich, wenn das Substrat umgefaltet ist, es können jedoch auch andere Muster verwendet werden, bei denen sich andere Phasenbeziehungen ergeben.

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Beim fünften Ausführungsbeispiel (Fig. 8) hat ein umgefaltetes flexibles Isoliersubstrat 62 mehrere Signalleiter 64 auf einer Oberfläche und zwei Erdleiter 66 und 68 auf der anderen Oberfläche (in ungefaltetem Zustand). Abwechselnd aufeinanderfolgende Signalleiter sind mit beiden Erdleitern über' elektrische Leiter 70 verbunden zur Bildung einer Reihe von Übertragungsleitungen, die in vieler Hinsicht einem Koaxialkabel ähnlich sind. Die Verbindung der Leiter kann durch Punktverbinden, Zusammenklammern, Heften mit Metalldraht od. dgl. hergestellt werden.

Versuche mit erfindungsgemäß hergestellten Kabeln haben ergeben, daß die Kabel wesentlich verbesserte elektrische Übertragungskennlinien haben. Die Kabel haben bessere übersprech-Kennlinien, und zwar sowohl in bezug auf übersprechen von Kabel zu Kabel als auch von Kanal zu Kanal, während sich gleichzeitig eine verminderte Hochfrequenzdäm£fung und ein stabiler Wellenwiderstand ergeben. Die Kabel sind relativ einfach herstellbar, da verhältnismäßig wenig Druckvorlagen benötigt werden und eine spezielle Kabelverarbeitung für einzelne Verwendungszwecke nicht erforderlich ist.

Zum Teil steht der Wellenwiderstand des erfi«dungsgemäßen Kabels unmittelbar mit der Dicke des dielektrischen Werkstoffs zwischen den Signal- und den Erdleitern in Beziehung. Das Ermöglichen eines hohen Wellenwiderstands innerhalb der Konstruktionsgrenzen ist somit insbesondere in bezug auf die gefalteten Ausführungsbeispiele ein anzustrebendes Hauptziel. Eine größere Schlitzweite in der Erdungsebene, die den Wellenwiderstand erhöht, erhöht auch das übersprechen von Kabel zu Kabel. Eine geringere Signalleiterbreite und -dicke erhöhen den Widerstand, während eine Verringerung der Dickenabmessung

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die Hochfrequenzdämpfung verstärkt. Irgendwelche Unstetigkeiten oder Diskontinuitäten im Verlauf der Signal- oder Erdleiter für Anschlußzwecke ergibt geänderte elektrische Eigenschaften, wodurch im allgemeinen die Leistungsfähigkeit des Kabels verschlechtert wird.

Die Konstruktionsanforderungen für das Kabel bestimmen die geometrischen Muster der Signal- und Erdleiter, die einen hohen Wellenwiderstand, verbunden mit minimaler Dicke des dielektrischen Werkstoffs zwischen den Signal- und den Erdleiterschichten ergeben. Übersprechen und Hochfrequenzdämpfung müssen ebenfalls innerhalb zulässiger Grenzen gehalten werden. Die Leitungszugverläufe gemäß den Figuren sind so ausgelegt, daß sich in den Leitungszügen als eine Möglichkeit zum Erhöhen des typischen Wellenwiderstands eine Reiheninduktivität ergibt. Die in regelmäßigen Abständen angeordneten viereckigen Anschlußflächen in jeder Leitung wirken als kleine Reiheninduktivitäten. Somit wird der Widerstand dadurch erhöht, daß der induktive Blindwiderstand erhöht anstatt, wie üblich, der kapazitive Blindwiderstand verringert wird. Durch dieses Verfahren werden die übersprechwerte auf etwa dem gleichen Pegel gehalten, während gleichzeitig höhere Wellenwiderstandswerte erzielbar sind. Der Kabelaufbau ergibt ferner eine verminderte Hochfrequenzdämpfung des Signalleiters durch Vergrößern der gesamtwirksamen Oberfläche der Leitungszüge. Die Anschlußflächen sind so ausgelegt, daß jede Länge des Kabels abgeschnitten und in einem ununterbrochenen Streifen angeschlossen werden kann.

Um zu erreichen, daß die Leistungsfähigkeit des flexiblen Flachleiterkabels derjenigen eines Koaxialkabels angenähert wird, sollten die umgefalteten Ausführungsbeispiele verwendet werden.

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Beim ersten, dritten, vielten und fünften Ausführungsbeispiel wird das Problem der Ausrichtung von Brd- und Signalleitern durch den Erdleiterverlauf beseitigt, wodurch sich bessere Übersprechkennlinien von Kabel zu Kabel ergeben, als dies bei bisher üblichen einzelnen Erd- und Signalleiterkabeln der Fall ist. Der Wellenwiderstand der Übertragungsleitungen wird durch Einstellen des Abstands der Erdleiter gesteuert und ist auch innerhalb des Erdleiterverlaufs allein bestimmbar, so daß die Ausrichtung zwischen den Erdleiter-und Signalleitermustern nicht mehr von kritischer Bedeutung ist. Ferner ergibt sich hierdurch ein größerer Abschirmungsabschnitt unmittelbar über und unter den Signalleitern, wo dies am meisten erforderlich ist, und nicht an den Seiten der Signalleiter, wo die Abstrahlung relativ gering ist.

Patentansprüche:

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Claims

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P at en taasprüche

Als übertragungsleitung verwendbares flexibles Flachkabel, mit einem Isoliersubstrat, auf dessen einer Oberfläche ein Signalleiter sich in Kabellängsrichtung erstreckt und eine Reihe Ansehlußflächen größeren Bereichs hat, die entlang der Länge des Signalleiters in regelmäßigen Abständen vorgesehen sind, dad u r ch gekennzeichnet, daß die andere Oberfläche des Substrats (10, 26, 40, 54, 62) einen Erdleiter (14, 32, 46, 58, 60, 66, 68) aufveist, der sich in Kabellängsrichtung erstreckt und eine entsprechende Reihe von Erdanschlußflächen (20, 34. 48, 50) größeren Bereichs aufweist, wobei jede Erdanschlußfläche (20, 34, 48, 50) in bezug auf den Signalleiter (12, 28, 42, 56, 64) seitlich versetzt ist.
2. Flachkabel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Erdleiter (14, 58, 60, 66, 68) einen regelmäßig gewundenen Weg beschreibt, der an einer über dem Signalleiter (12, 56, 64) liegenden Stelle seitlich über das Substrat (10, 26, 40, 54, 62) verläuft.
3. Flachkabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleiter- und die Erdleiter-Anschlußflächen (18, 44; 20, 48, 50) in bezug auf die Längsmittenlinie des Substrats (10, 40, 54, 62) seitlich versetzt sind.

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4. Flachkabel nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf im wesentlichen sinusartig ist.
5. Flachkabel nach Anspruch 2,
.dadurch gekennzeichnet, daß ein dem ersten Erdleiter ähnlicher zweiter Erdleiter (60, 68) vorgesehen ist, wobei der erste und der zweite Erdleiter (58, 60, 66, 68) auf gegenüberliegenden Seiten der Längsmittenlinie des Substrats (54, 62) angeordnet und in bezug auf diese Längsmittenlinie seitlich versetzt sind und je einen im wesentlichen sinusartigen Weg beschreiben, deren einer ein Spiegelbild des anderen ist.
6. Flachkabel nach Anspruch 1,

da. durch gekennzeichnet, daß der Erdleiter (46) in Kabellärigsrichtung sich erstreckende parallele Bahnen besehreibt, die auf jeder Seite des Signalleiters (42) seitlich versetzt und durch Leitungszüge (52) miteinander verbunden sind, die sich seitlich über Stellen des Substrats erstrecken, die den Signalleitern (42) gegenüberliegen zur Bildung einer Leiteranordnung»
7. Flachkabel nach Anspruch 1, bei dem mehrere im wesentlichen parallele Signalleiter in Kabellängsrichtung verlaufen, deren jeder eine entsprechende Reihe Anschlußflächen größeren Bereichs hat, die entlang den Leiterlängen in regelmäßig sich wiederholenden Abständen angeordnet sind und seitlich in bezug auf das Kabel in Reihen miteinander ausgerichtet sind, gekennzeichnet durch

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den ersten Erdleitern (32) ähnliche zweite Erdleiter (32) auf der anderen Oberfläche des Substrats (26), die in bezug auf die Signalleiter (28) seitlich versetzt sind und Reihen von seitlich miteinander fluchtenden Anschlußflächen (34) haben, die von den Signalleiter-Anschlußflächen (30) in Längsrichtung versetzt sind, wobei jeder Signalleiter (28) zwischen zwei Erdleitern (32) angeordnet ist, so daß durch diese Anordnung über die Gesamtlänge des Kabels ein im wesentlichen konstanter spezifischer Widerstand erhaltbar ist.
8· Flachkabel nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der am weitesten seitlich angeordneten Erdleiter (32) an solchen Stellen weitere Anschlußflächen (38) ausgebildet sind, die mit den entsprechenden Reihen von Signalleiter-Anschlußflächen (30) ausgerichtet und seitlich in bezug auf diese versetzt sind.
9. Flachkabel nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Erdleiter (32) seitlich miteinander verbunden sind.
10· Flachkabel nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10, 40, 54, 62) so um eine Längsachse umgefaltet ist, daß der oder jeder Erdleiter (14, 58, 60) über beiden Flächen des Signalleiters (12, 56, 64) liegt.

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11. Flachkabel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe Signalleiter (58, 64) vorgesehen ist und daß abwechselnd aufeinanderfolgende Signalleiter (64) mit darüberlxegenden Erdleitern (66, 68) elektrisch verbunden sind.

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