DE2523925B2 - Strahlendes uhf-koaxialkabel - Google Patents

Description

2 cos ~_irc-

wobei bedeuten:

ρ den Abstand zwischen den Haupt- und den Hilfsschlitzen in mm;

ao das Verhältnis zwischen der Energie der aus dem Hauptschlitz abgestrahlten elektrischen Wellen und der Energie der elektrischen Wellen, die sich in dem Bereich des Kabels mit dem Hauptschlitz fortpflanzen;

a\ das Verhältnis zwischen der Energie der elektrischen Wellen, die aus dem Hilfsschlitz abgestrahlt werden, und der Energie der elektrischen Wellen, die sich in dem Bereich des Kabels mit dem Hilfsschlitz fortpflanzen, und

Ai der Abstand zwischen zwei Hauptschlitzen in mm, die jeweils die gleiche Neigung in bezug auf die Längsrichtung des Kabels haben.

Die Erfindung betrifft ein strahlendes UHF-Koaxial-.abel der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen lattung.

Aus der DT-AS 10 44 199 ist ein Kabel mit Durchtrittsöffnungen für elektromagnetische Felder bekannt bei dem der äußere Leiter einen sich in I ausrichtung erstreckenden Schlitz aufweist; diese große Ausdehnung in Richtung der Kabellängsachse ist wesentlich, da sich dabei die Wirkung einer Art elektrischer Schiene ergibt. Dabei ist der äußere Leiter nk e nem verlustarmen, dielektrischen Mantel bedeckt, der bei der Verlegung im Freien gegen das Eindringen von Feuchtigkeit schützen soll. Ein solches Kabel kann Soch offensichtlich nur im UKW-Bereich eingesetzt werden Es werden jedoch auch strahlende Koaxialkabel gebraucht, die im UHF-Bereich eingesetzt werden können Bei den herkömmlichen Koaxialkabeln tritt iedoch 'im UHF-Band eine wesentliche Erhöhung der Übertragungsverluste auf, so daß es nicht mehr , wirtschaftlich arbeiten kann. Außerdem sollte ein solches strahlendes Koaxialkabel mit einem breiten Frequenzband arbeiten, also beispielsweise sowohl bei 400 als auch bei 800 MHz. .

Aus der US-PS 37 95 915 ist ein strahlendes

■ UHF- Koaxialkabel der angegebenen Gattung bekannt,

' bei dem das Verhältnis zwischen der Energie der

abgestrahlten elektrischen Wellen und der Energie der

sich in diesem Bereich des Kabels fortpflanzenden

elektrischen Wellen sinusförmig geändert wird. Dieses

„ Koaxialkabel arbeitet zwar in einem sehr breiten

Frequenzband, hat jedoch beim Einsatz fur das

UHF-Band relativ starke Ubertragungsverluste, die

seine Verwendung unwirtschaftlich machen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, - ein strahlendes UHF-Koaxialkabel der angegebenen ' Gattung zu schaffen, das bei großer Bandbreite geringe Übertragungsverluste im UHF-Band hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen i„ Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere auf einer wesentlichen Vereinfachung der Hersteilung eines solchen strahlenden UHF-Koaxialkabels im Vergleich mit bekannten Kabeln. Denn das ν-, Laminatband wird aus einem elektrisch leitenden Band mit einer Vielzahl von Schlitzen und einem Streifen aus einem dielektrischen Material mit niedrigem elektrischem Verlustfaktor hergestellt, und dieses Laminatband wird so um den Innenleiter aufgebracht, daß der _b„ Streifen aus dem dielektrischen Material außen liegt und das elektrisch leitende Band als äußerer Leiter des Koaxialkabels dient. Das dielektrische Material bedeckt also das leitende Band mit den Schlitzen, so daß sich das Laminatband ebenso einfach wie ein herkömmliches „-, Band ohne Schlitze handhaben läßt. Insbesondere besteht keine Gefahr, daß sich die Kanten der Schlitze bei der Anbringung des I.amintbandes in Längsrichtung aufrichter, bzw. sich ablösen oder die Schlitze sich

I .

aufweiten, so daß der äußere Leiter eine glatte Oberfläche beibehält, die zu einer Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Koaxialkabels führt. Außerdem wird das elektrisch leitende Band mit den Schlitzen durch das dielektrische Material verstärkt, so daß sich eine größere mechanische Festigkeit ergibt. Dies bedeute» wiederum, daß die Länge des elektrisch leitenden Bandes bei der Aufbringung praktisch gleich bleibt, d. h., auch die Neigung der Schlitze wird bei der Aufbringung nicht geändert, so daß sie ihre bei der Herstellung vorgesehenen, auf theoretischen Überlegungen beruhende Form und Lage nicht ändern; dies bedeutet wiederum, daß die Abstrahlung eines solchen Koaxialkabels äußerst stabil erfolgt. Weiterhin ist sehr unwahrscheinlich, daß das elektrisch leitende Band beim Aufbringen des Laminatbandes an den Schlitzen bricht, wodurch sich ebenfalls die Strahlungseigenschaften ändern wurden.

Trotz dieser Erhöhung der mechanischen Festigkeit eines solchen Koaxialkabels und der damit erreichten Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften bei einfacherer Herstellung läßt sich ein solches strahlendes UHF-Koaxialkabel in einem großen Frequenzbereich des UHF-Bandes ohne wesentliche Übertragungsverluste einsetzen, so daß es äußerst wirtschaftlich arbeitet. Dazu trägt der Streifen aus dem dielektrischen Material mit niedrigem elektrischem Verlustfaktor wesentlich bei, der die Dämpfung der Oberflächenwellen verringert, die sich in Längsrichtung des Kabels fortpflanzen.

Zweckmäßigerweise besteht die dielektrische Schicht mit niedrigem elektrischem Verlustfaktor aus einem Material, das einen höheren Schmelzpunkt als das Material des Schutzmantels hat, wobei die dielektrische Schicht fest an den Schutzmantel gebunden ist. Dadurch soll verhindert werden, daß Feuchtigkeit, die auch eine Kunststoffschicht durchdringen kann, in den Spalt zwischen dem äußeren und dem inneren Leiter durch die Schlitze eindringen kann. Wenn die Kunststoffschicht daher nicht fest an die dielektrische Schicht mit niedrigem Verlust gebunden ist, die den äußeren Leiter abdeckt, kann sich die Feuchtigkeit nach dem Durchdringen des Schutzmantels frei längs der äußeren Oberfläche der dielektrischen Schicht bewegen und in den Spalt zwischen dem inneren und dem äußeren Leiter durch die dielektrische Schicht über einen Schlitz in den äußeren Leiter eindringen. Dies ist bei fester Verbindung zwischen der dielektrischen Schicht und dem Schutzmantel nicht möglich, so daß dieses strahlende UHF-Kabel sehr gut gegen Feuchtigkeit geschützt ist und auch nach langer Zeit gleichbleibende elektrische Eigenschaften hat.

Zweckmäßigerweise besteht das elektrisch leitende Band aus Aluminium, da dieses Material billiger als das sonst häufig verwendete Kupfer ist. Als dielektrisches Material mit niedrigem elektrischem Verlustfaktor kann Polyäthylen verwendet werden, das einerseits preisgünstig ist und sich andererseits gut be- und verarbeiten läßt.

Zweckmäßigerweise wird der äußere Schutzmantel durch Extrusion hergestellt. Dann kann die bei der Extrusion entstehende Wärme zur Verbindung des Schutzmantels mit der dielektrischen Schicht herangezogen werden. Wird jedoch die dielektrische Schicht durch diese Wärme aufgeschmolzen, so kann über dem äußeren Leiter keine dielektrische Schicht mit bestimmter Dicke aufgebracht werden. Besteht jedoch die dielektrische Schicht aus einem Material, dessen SrhmelzDiinki höher ist als der Schmelzpunkt des Materials für den Schutzmantel, so wird der Streifen aus dem dielektrischen Material mit niedrigem elektrischen Verlustfaktor aufgrund der in dem extrudieren Schutzmantel gespeicherten Wärme aufgeschmolzen,

■) so daß sich eine enge Bindung zwischen diesem Streifen und dem Schutzmantel ergibt.

Selbst wenn die Schmelzpunkte jedoch nicht in dieser Weise ausgelegt werden, besteht kein Gefahr, daß die Schicht aus dem dielektrischen Material im geschmolze-

Ki nen Zustand auslaufen kann, da sie sich ja zwischen dem äußeren Leiter und dem äußeren Schutzmantel befindet. Denn die Erwärmung des Laminatbandes erfolgt erst bei der Extrusion des äußeren Schutzmantels auf die inneren Schichten, so daß zu diesem Zeitpunkt bereits

r> der äußere Schutzmantel auf der äußeren Oberfläche des Laminatbandes angeordnet ist.

Und schließlich wird bei diesem strahlenden UHF-Koaxialkabel die Größe und die Anordnung der Schlitze gemäß der Merkmale des Anspruchs 4 festgelegt, so daß

:<> der Abstand zwischen Hauptschlitz und Hilfsschlitz zur Einstellung der abgestrahlten Energie nach Wunsch ausgewählt werden kann.

Durch geeignete Selektion dieser Parameter läßt sich insbesondere die unerwünschte Abstrahlung von WeI-

r> len höherer Ordnung verhindern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt eines strahlenden UHF-Koaxialkabels,

F i g. 2 in etwas verkleinertem Maßstab eine Seitenansicht eines freigelegten äußeren Leiters des Koaxialkabels nach Fig. 1, in Richtung des Pfeils in Fig. 1 gesehen,

π Fig. 3 einen Querschnitt des Laminatbandes, wie es bei dem Koaxialkabel nach F i g. 1 aufgebracht wird,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Kennlinie der Übertragungsverluste bei dem strahlenden UHF-Koaxialkabel,

4i) Fig.5 eine Seitenansicht des freigelegten äußeren Leiters eines strahlenden UHF-Koaxialkabels gemäß einer weiteren Ausfiihrungsform,

Fig.6 ein Diagramm zur Erläuterung der Frequenzkennlinie des Strahlungswinkels der elektromagneti-

Γ) sehen Wellen für ein strahlendes Koaxialkabel,

Fig. 7 bis 10 Vektordiagramme zur Erläuterung der Strahlungsphase jedes Schlitzes des strahlenden UHF-Koaxialkabelsund
Fig. Il ein Diagramm zur Erläuterung des Verhält-

Ίο nisses zwischen der Energie der elektrischen Wellen, die aus dem Hilfsschlitz abgestrahlt werden, und der Energie der elektrischen Wellen, die sich in dem Bereich des Kabels mit dem Hilfsschlitz fortpflanzen.

Es wird angenommen, daß der starke Anstieg der

v, Übertragungsverluste eines strahlenden UHF-Koaxialkabels auf den hohen dielektrischen Verlusten in einem den äußeren Leiter umgebenden Schutzmantel beruht. Die elektromagnetischen Wellen, die von dem äußeren Leiter abgestrahlt werden, enthalten eine Komponente.

wi die sich ähnlich einer Oberflächenwelle in der unmittelbaren Nähe der äußeren Oberfläche des äußeren Leiters ausbreitet. Die Größe der Dampfung dieser Komponente hängt von. dem Wert für tan δ des Schutzmantels auf dem äußeren Leiter ;ib. Ein

n-i üblicherweise verwendeter Werkstoff für den Schutzmantel ist mit Ruß vermischtes Polyäthylen, das gute Witterungsbeständigkeit hat und im Vergleich zu reinem Polyäthylen einen großen Wen für lan ιΊ

aufweist. Wird ein solcher Schutzmantel lest auf den äußeren Leiter aufgebracht, so führt der Anteil der Oberfläehenwellcn der von dem äußeren Leiter abgestrahlten elektromagnetischen Wellen, die sich in Übertragungsrichtung ausbreiten, infolge der Verwendung dieses Schulzmantels mit hohem Wert für tan ό zu einer starken Dämpfung, so daß sich hohe Übertragungsverluste ergeben.

Dies soll im folgenden näher erläutert werden: Die Phasenkonstante ß„ eines Hohlleiters, beispielsweise eines strahlenden Koaxialleitcrs, dessen Struktur sich periodisch ändert, kann nach dem Ansät/ von F I ο q u e t ausgedrückt werden durch:

U; α η

dabei bedeuten:

ßo die Phasenkonstanlc, wenn der äußere Leiter keinen Schlitz aufweist, d. h., wenn keine sich periodisch ändernde Struktur vorliegt;

Po die Neigung des Schlitzes;

π eine ganze Zahl.

Das elektrische Feld an einem Punkt P(Z. r)außerhalb des Koaxialkabels in Kreiszylinderkoordinaten kann ausgedrückt werden durch:

Ti)

₁ rot//»!

Dabei bedeuten:

Z die Koordinate in Achsrichtung des Koaxialkabels; r die Koordinate in radialer Richtung des Koaxialkabels;

im die Permeabilität im Vakuum;
Γ7/ΤΙ den magnetischen Hertz-Vektor.

Die Komponente von Hm in Z-Richtung kann unter der Voraussetzung, daß ξη = k- - ß„² gilt, wie folgt ausgedrückt werden (die andere Komponente, d. h. die Komponente in Richtung r. ist Null):

Dabei bedeuten:

y, j..

( _-Ί1 Π

/„:„ die Stromamplitude der Komponente mn;
//„'" die liankel-Funktion erster Art nulltcr Ordnung: ξη den Abstrahlungswinkel einer elektromagnetischen Welle n-ter Ordnung aus dem Schlitz;
A- die Phasenkonstante im freien Raum.

Aus Gleichung (3) erhält man eine Oberflächenwelle, wenn ß„ > k ist.

Das bedeutet, daß beim Aultreten von Oberflachenwellen ξη imaginär wird. Die Lnergiekomponente in Z-Richtung ist real, während die Komponente in /■Richtung imaginär ist.

iiercehnet man aus Gleichung (S) die Lnergiekon/eutration der Oberflächenwelle, so ergibt sich, daß mehr als l't'V,, dei von der Oberflächenwelle übertragenen F.iicigie Mih in einem Abstand von 0,2 mm von der Oberll.u'ln· de- außen η '< '·ι;·.-ιλ konzentriert; dies gilt selbst dann ·λ ,;■■:; .■■ ■ "' ''i iliest'in Fall also die Verbreiterung -.'.ι'■ ' in-iw^!i·. i ··'■■·!■ .-■■ am ;·η>βκ·η im Wenn η = 2, 3,4 ... wu ^ '.:■-■ win; . :ν \ cm- ; ^u·; μπ:¹ des Energiebereiches schnell ab, d. h., die Fnergiekon zentration der Obcrflächenwellen nimmt noch weiter zu. LJm die Dämpfung der Oberflächenwelle so gering wie möglich zu machen, muß das dielektrische Material, das sich in Berührung mit der äußeren Oberfläche des äußeren Leiters befindet, einen niedrigen elektrischen Verlustfaktor haben.

Deshalb wird bei dem strahlenden UHF-Koaxialkabel, wie sie in den Ansprüchen im einzelnen beschrieben sind, zwischen dem äußeren Leiter und dem Schutzmantel eine Schicht aus einem dielektrischen Material mit niedrigem elektrischem Verlustfaktor angeordnet.

Die F i g. 1 und 2 zeigen ein strahlendes UHF-Koaxialkabel 11. Das UHF-Koaxialkabel weist einen Innenleitcr 12, einen Isolierstreifen 13a aus Polyäthylen oder einem ähnlichen Material, der schraubenlinienförmig auf den Umfang des Innenleiters 12 gewickelt ist, eine zylindrische Isolierschicht 136, die durch Extrusion auf den Umfang des Isolierstreifens 13a aufgebracht ist. sowie einen äußeren Leiter 14 auf, der koaxial zu dem Innenleiter 12 angeordnet ist. In dem äußeren Leiter 14 sind Schlitze 15 mit einer bestimmten Neigung P-< vorgesehen, durch die elektromagnetische Wellen nach außen abgestrahlt werden können. Die Schlitze 15 sind so angeordnet, daß sich ihre Richtung in axialer Richtung des Koaxialkabels im Abstand von jeweils einer halben Steigung umkehrt. Auf den Umfang des äußeren Leiters 14 ist eine dielektrische Schicht 16 mn niedrigem elektrischem Verlustfaktor aufgebracht. Die dielektrische Schicht 16 besteht beispielsweise aus Polyäthylen.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die dielektrische Schicht 16 eine Dicke von mehr als 0.1 mm hat. Ein äußerer Schutzmantel 17 bedeckt den Umfang der dielektrischen Schicht 16. Als Material für den Schutzmantel 17 wird Polyäthylen oder ein ähnliches Material verwendet, das mit Ruß und einem Alterungsschutzmittel vermischt ist, so daß sich eine gute Witterungsbeständigkeit ergibt. Zwischen dem äußeren ι Leiter 14 und der dielektrischen Schicht 16 sowie zwischen der dielektrischen Schicht 16 und dem Schutzmantel 17 besteht eine enge Rindung, so daß sich eine Feuchtigkeitsbarriere ergibt.

Ein aus mehreren Schichten bestehendes Laminat-, band 18, wie es in F i g. 3 dargestellt ist, wird bei einem solchen strahlenden UHF-Koaxialkabel verwendet.

Das Laminatband 18 wird, in folgender Weise hergestellt: Auf einen in bestimmten Abständen mit Schlitzen versehenen Aluininiumstreil'en 14a. der als ι äußerer Leiter dient, wird eine Polyäthylenschielit 16/: mit hoher Dichte mittels einer zwischen diesen Schichten angeordneten Klebemittelschicht 16a, die beispielsweise aus einem Isonomcrcn usw. bestehen kann, laminiert; außerdem wird eine weitere dünne , Klebemittelschicht eines Polyäthylens mit niedrige! Dichte auf den Polyiilhylenslreifen 16/; mit hoher Dichte laminiert. Das l.aminaiband 18 wird der Länge nach si auf die zylindrische Isolierschicht lift aufgebracht, dal. sich das Aluminiumhand 14a auf der Innenseite befindet ι anschließend wird der äußere Schutzmantel 17 auf da: 1 ,aminalbaiul IH extrudiert. Dabei wird der Polyäthylen streuen Hu¹ niedriger Dichte des Lammatbandcs I) durch die in den c\tnidieiten Schutzmantel j'cspeicher te Wärme aufgeschmolzen, so daß eine enge Hindun) /wischendem Polyäihylensweifen 16/» hoher Pichte um dem Schutzmantel 17 entstellt. Da das Pnlyätliylei hoher Pichle einen höheren Schmelzpunkt hat al¹· da ' ''■·'·■ al h-,!. ii ; ι led i'ij.'i¹! F> ich ic u lid nicht durch die bei de

Extrusion entstehende Wärme aufgeschmolzen wird, wird direkt auf dem äußeren Leiter 14 eine dielektrische Polyäthylenschicht 16 mit gleichmäßiger Dicke ausgebildet.

Durch die Verwendung des Streifens aus dielektrischein Material mit niedrigem elektrischem Verlustfaktor wird die Dämpfung des Anteils an Oberflächenwellen der elektromagnetischen Wellen, die von dem äußeren Leiter abgestrahlt werden und sich in Übertragungsrichtung fortpflanzen, stark verringert, so daß sich insgesamt eine wesentliche Reduzierung der Übertragungsverluste ergibt.

Im folgenden sollen die Eigenschaften des strahlenden UHF-Koaxialkabels, bei dem die zu niedrigen Verlusten führende dielektrische Schicht verwendet wird, mit den Eigenschaften eines strahlenden UHF-Koaxialkabels ohne diese dielektrische Schicht verglichen werden.

1. Bei dem strahlenden UHF-Koaxialkabel wurde das Laminatband gemäß F i g. 3 verwendet, wobei die einzelnen Schichten die folgenden Dicken hatten:

Kabel A

Kabel B

Kabel C

Aluminiumstreifen 0,2 mm 0,2 mm 0,2 mm
14 a

Klebemittelschicht 0,03 mm 0,03 mm 0,03 mm (lonomeres)

Polyüthylenschicht 0,10 mm 0,15 mm 0,20 mm 16 b hoher Dichte

Klebemittelschicht 0,02 mm 0,02 mm 0,2 mm

(i'olyathylenschicht

niedriger Dichte) J3

2. Bei dem Vergleichskabel wurde ein Band verwendet, bei dem eine 0,03 mm dicke Klebemittelschicht (lonomeres) als Klebemittel auf einen 0,2 mm dicken Aluminiumstreifen, der als äußerer Leiter diente, laminiert worden war.

Bei beiden Kabeln betrugen der Außendurchmesser, des Innenleiters 17,3 mm und der Innendurchmesser des äußeren Leiters 43 mm; außerdem hatten sie gleiche Abmessungen, gleiche Neigungswinkel bezüglich der Kabelachse sowie gleiche Steigungen der Schlitze, und auch die Bedingungen für das Aufbringen des Bandes der Länge nach und für die Extrusion des Schutzmantels waren gleich.

Die Übertragungsverluste der beiden Kabel 1) und 2), -,o die für die gleiche Kopplungsdämpfung bei einer Frequenz von 400 MHz ausgelegt waren, wurden dann in der Praxis gemessen; die Ergebnisse sind in Fig. 4 dargestellt. Aus der Kurve in F i g. 4 geht hervor, daß bei gleicher Kopplungsdämpfung das erfindungsgemäßc ·-,■■> strahlende UHF-Koaxialkabel in bezug auf Übertragungsverluste sehr viel bessere Ergebnisse hat als das Vergleichskabel 2).

Bei dem strahlenden UHF-Koaxialkabel, wie es in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, haben alle Schlitze _w> gleiche Abmessungen und gleiche Neigungswinkel, so daß für jeden Schlitz das Verhältnis zwischen der Energie der elektrischen Wellen, die aus ihm abgestrahlt werden, und der Energie der elektrischen Wellen, die sich in dem Bereich des Kabels mit dem Schlitz _h ^r> fortpflanzen, gleich ist. Dies hat zur Folge, daß ein solches Koaxialkabel nur in einem engen Bandbereich verwendet werden kann. Wenn es in einem breiten Bandbereich eingesetzt werden soll, strahlt es auch unerwünschte höhere Schwingungsordnungen ab, so daß es unbrauchbar ist.

Fig. 5 zeigt ein strahlendes UHF-Koaxialkabel 21 gemäß einer weiteren Ausführungsforrn; dabei ist nur der äußere Leiter dargestellt. Das UHF-Koaxialkabel 21 weist Hauptschlitze 25A, 255 sowie Hilfsschlitze 25a, 25b, 25c und 25c/auf, wobei sich jeweils ein Hilfsschlitz auf jeder Seite eines Hauptschlil.zes befindet. Die Reihenfolge ist also Hauptschlitz, Hilfsschlitz, Hilfsschlitz, Hauptschlitz, Hilfsschlitz usw. Die Hauptschlitze sind so angeordnet, daß sich ihre Richtung in Abständen von jeweils der Hälfte des Abstandes Po zwischen zwei Hauptschlitzen mit gleicher Neigung in bezug auf die Längsrichtung des Kabels umkehrt. Die Hilfsschlitze verhindern die Abstrahlung unerwünschter Schwingungsordnungen, so daß ein solches UHF-Koaxialkabel einen breiten Bandbereich hat. Dazu muß die folgende Bedingung für den Abstand ρ zwischen den Haupt- und den Hilfsschlitzen, dem Verhältnis a₀ zwischen der Energie der aus dem Hauptschlitz abgestrahlten elektrischen Wellen und der Energie der elektrischen Wellen, die sich in dem Bereich des Kabels mit dem Hauptschlitz fortpflanzen, und dem Verhältnis a, zwischen der Energie der elektrischen Wellen, die aus dem Hilfsschlitz abgestrahlt werden, und der Energie der elektrischen Wellen, die sich in dem Bereich des Kabels mit dem Hilfsschlitz fortpflanzen, erfüllt werden:

2 cos

6 et ρ

Bei Erfüllung dieser Bedingung ergibt sich ein strahlendes UHF-Koaxialkabel mit breitem Bandbereich, wie im folgenden näher erläutert werden soll.

Die Phasenkonstante eines Hohlleiters, beispielsweise eines strahlenden Koaxialkabels, das einen sich periodisch ändernden Aufbau hat, kann aus der Floquet-Beziehung abgeleitet werden, wie sich aus der obigen Gleichung (1) ergibt, in Gleichung (1) kann η viele Werte annähern, so daß die Phasenkonstante des Hohlleiters durch η bestimmt wird, jedes ß„ entspricht einer Wellenart bzw. einem Wellentyp, wobei sich bei η < 0 eine abstrahlende Welle ergibt. Durch Einführung von Es, also der äquivalenten spezifischen dielektrischen Konstanten, kann der Abstrahlungswinkel ξ der elektromagnetischen Wellen aus der Gleichung

sin ; - I 1 _s + 11 /./P₁₁.

bestimmt werden; der Abstrahlungswinkel jedes WcI-lentyps ist für mehrere Werte von η in Fig. f dargestellt.

Aus den in Fig. 6 angegebenen Kurven geht hervor daß sich der Abstrahlungswinkel in Abhängigkeit vor der Frequenz ändert. In der Praxis wird ein solche strahlendes UHF-Koaxialkabel vorzugsweise in einen Bereich des Abstrahlungswinkels verwendet, der zwi sehen —45" < ξ < 45° liegt, wie dies in Fig. 6 durcl zwei horizontaie, gestrichelte Linien angedeutet is Dies ist der für die Praxis im allgemeinen wesentlich Bereich.

Die vertikale gestrichelte Linie in Fig. b stellt ein untere Grenze für λ/Pn dar und wird durch de Abstrahlungswinkelbereich für den Wcllentyp vo η — — 1 bestimmt. 1st der Abstrahlungswinkel in dieser Bereich festgelegt, so werden außerdem Schwingung!

typen für η = — 2, η = —3 und π = — 4 zusätzlich zu dem Schwingungstyp η = — 1 erzeugt. Mit »Bandverbreiterung« ist gemeint, daß die Schwingungstypen für π = -2, η = -3 und π = -4 eliminiert werden und nur der Schwingungstyp π = - I übrigbleibt. Innerhalb einer Steigung des Hauptschlitzes muß also ein Hilfsschlitz so ausgebildet sein, daß er die unerwünschten Schwingungstypen von π = — 2 bis η — — 4 eliminiert. Bezeichnet man entsprechend jedem η mit A_n die Amplitude eines abgestrahlten elektrischen Feldes, so kann diese Amplitude ausgedrückt werden durch:

An = K Σ "_ke"' />„ V₁ ■ · · (5)

Dabei bedeuten:

K eine Konstante;

N die Anzahl der Schlitze in einer Steigung;

3k das Verhältnis zwischen der Energie der aus dem Schlitz abgestrahlten elektrischen Wellen und der Energie der elektrischen Wellen, die sich in dem Bereich des Kabels mit dem Schlitz fortpflanzen, für den Schlitz k:

Xk den Abstand zwischen dem /i-ten Schlitz und dem nullten Schlitz.

Es soll nun ein strahlendes UHF-Koaxialkabel betrachtet werden, bei dem die Schlitze (N = 6) in Zickzackform angeordnet sind. Der Wert /V = 6 wird aus folgendem Grund gewählt: Wenn die Schlitze in dem äußeren Leiter ausgebildet sind, können höchstens zwei Hilfsschlitze auf jeder Seite des Hauptschlitzes angeordnet werden. Werden beispielsweise vier Hilfsschlitze, zwei auf jeder Seite des Hauptschlitzes, vorgesehen, dann ist N = 10. Werden diese zehn Schlitze innerhalb einer Steigung angeordnet, so nimmt der Abstand zwischen den Schlitzen ab, so daß sich eine verringerte mechanische Festigkeit des äußeren Leitern ergibt. Außerdem überlappt ein Schlitz den anderen, so daß sie sich gegenseitig beeinflussen, d. h., die einzelnen Schlitze nicht mehr voll zur Wirkung kommen.

Um die unerwünschten Schwingungstypen für π — —2 bis η = —4 bei N — 6 zu eliminieren, müssen nur die folgenden simultanen Gleichungen erfüllt sein, die durch Einsetzen von N = 6 in Gleichung (5) erhalten wurden:

K Σ «id»*+ 0

•I , K Σ "(Λ'²'"'¹ --■ Ο

k -■■ I

κ Σ

Wenn /um leichteren Verständnis der Abstand bzw. die Schlil/sieigiing /Ίι so gewählt wird, daß er lv/w. sie dem Winkel 2 iZ und dem Abstand /> /wischen einem lliuiptsehlii/ und einem benachbarten I lilfsschlii/ entspricht, so ergibt sich die folgende Gleichung (7):

Die durch Gleichung (7) angegebene Beziehung ist in F i g. 5 dargestellt. Auf der Basis dieser Beziehung kann die Gleichung (6) in bezug auf η = — 1 bis η = —4 wie folgt gelöst werden:

j, = -1

Nimmt man einen Hauptschlitz 25Λ als Bezug, so ergeben sich die folgenden Phasendifferenzen der anderen Schlitze 25a, 25b, 25c, 25B und 25d, gemessen von der Lage des Hauptschlitzes 25Λ aus: — Θ bzw. β bzw. π bzw. π — θ bzw. ic bzw. π+ θ. Berücksichtigt man, daß die Schlitze 25c, 25S und 25d bezüglich des Hauptschlitzes 25^4 in umgekehrter Richtung verlaufen, dann kann das Verhältnis zwischen der Energie der aus dem Schlitz abgestrahlten elektrischen Wellen und der Energie der elektrischen Wellen, die sich in dem Bereich des Kabels mit dem Schlitz fortpflanzen, für die Schlitze 25Λ bzw. 25ßbzw. 25a bzw. 25fcbzw. 25cbzw. 25ddurch Vektoren, wie in Fig. 7 gezeigt, dargestellt werden. Da die Vektorsumme nicht Null ist, ist die Grundbedingung der Gleichung(6), nämlich A-\ * 0bereits erfüllt.

/ι = -2. -4

In diesen Fällen kann das Verhältnis zwischen der Energie der aus dem Schlitz abgestrahlten elektrischen Wellen und der Energie der elektrischen Wellen, die sich im Bereich des Kabels mit dem Schlitz fortpflanzen, für jeden Schlitz durch Vektoren dargestellt werden, wie in den Fig.8 und 9 gezeigt ist. In jedem Fall wird die Vektorsumme Null, so daß die jeweiligen Grundbedingungen A_2 = 0, A_4 = Oder Gleichung (6) erfüllt sind.

— _ T₁

Das Verhältnis zwischen der Energie der aus dem Schlitz abgestrahlten elektrischen Wellen und der Energie der elektrischen Wellen, die sich in dem Bereich des Kabels mit dem Schlitz fortpflanzen, kann für jeden Schlitz durch Vektoren dargestellt werden, wie in F i g. 10 gezeigt ist. Da in diesem Fall die Vektorsumme nicht allgemein Null wird, müssen a\ und θ so ausgewählt werden, daß die Vektorsumme gegen Null geht. Das heißt also:

f (J, cos 3 (·) + (I₁ cos(—3W)I

sin 3 W + (I₁ sin(-3W)!./] - ().. . (Si

>(> Häher ist:

(I₁, I 2(1, cos }(-> -■ 0 ... I¹Jl

'J, sin 3 H I κ, sin ι -3 (■>) D. . . I H))

Gleichung (10) hat keine besondere Bedeutung, da si eine Identität darstellt. Löst man Gleichung (9), so ergit sich

Setzt man den Wert für (-)
Gleichung (I I) ein, so ergibt sich

"il

is 3 (-1 mis

Gleichung (7)

Dies stellt eine notwendige und hinreichende Bedingung für ein strahlendes Koaxialkabel dar, das in einem weiten Frequenzbereich arbeiten kann.

Gleichung (12) kann graphisch wie in Fig. 11 dargestellt werden. Wie aus Fig. 11 hervorgeht, muß der Hilfsschlitz an den Stellen, die jt/6 bis jr/2 von dem Hauptschlitz entfernt sind, in der gleichen Neigungsrichtung wie der Hauptschlitz angeordnet werden. Andererseits muß an den Stellen des Hilfsschlitzes, die, gemessen von dem Hauptschlitz aus, in einem Bereich zwischen Null bis π/6 liegen, die Neigungsrichtung des Hilfsschlitzes gegenüber der des Hauptschlitzes umgekehrt werden. Wie aus F i g. 11 hervorgeht, darf sich der

Hilfsschlitz nicht an der Stelle reib befinden.

Das strahlende UHF-Koaxialkabel kann also in einem breiten Frequenzbereich verwendet werden, da das Verhältnis zwischen der Energie der elektrischen Wellen, die aus dem Hilfsschlitz abgestrahlt werden, und der Energie der elektrischen Wellen, die sich in dcir Bereich des Kabels mit dem Hilfsschlitz fortpflanzen wobei dieses Verhältnis durch den Neigungswinkel unc die Größe des Schlitzes bestimmt wird, gemäß derr Abstand zwischen den Haupt- und den Hilfssehlitzen se festgelegt wird, daß keine Schwingungstypen höhere! Ordnung entstehen können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Strahlendes UHF-Koaxialkabel, mit einem Innenleiter, einer Abstand haltenden Isolierung, einem auf der Isolierung koaxial zu dem Innenleiter angeordneten äußeren Leiter, der eine Vielzahl von zueinander geneigten Schlitzen aufweist, sowie einem äußeren Schutzmantel, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem äußeren Leiter (14) und dem Schutzmantel (17) eine dielektrische Schicht (16) mit niedrigem elektrischem Verlustfaktor angeordnet ist, daß der äußere Leiter (14) und die dielektrische Schicht (16) ein Laininatband (18) bilden, das aus einem elektrisch leitenden Band mit einer Vielzahl von Schlitzen (25 ...) und einem Streifen (166/ aus einem dielektrischen Material mit niedrigem elektrischem Verlustfaktor besteht.

2. Strahlendes UHF-Koaxialkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (16) mit niedrigem elektrischem Verlustfaktor aus einem Material besteht, das einen höheren Schmelzpunkt als das Material des Schutzmantels (17) hat, und daß die dielektrische Schicht (16) fest an den Schutzmantel (17) gebunden ist.

3. Strahlendes UHF-Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (14aJ aus Aluminium besteht und daß als dielektrisches Material mit niedrigem elektrischem Verlustfaktor Polyäthylen verwendet wird.

4. Strahlendes UHF-Koaxialkabel mit Hauptschlitzen und Hilfsschlitzen, wobei die Hauptschlitze zur Längsrichtung des Kabels geneigt sind und sich die Richtung ihrer Neigung in regelmäßigen Abständen umkehrt, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschlitze so angeordnet sind, daß sich jeweils ein Hilfsschlitz auf jeder Seite eines Hauptschlitzes befindet und daß die Hilfsschlitze die folgende Gleichung erfüllen:

Es sind strahlende Koaxialkabe entwickelt worden, deren äußerer Leiter eine Vielzahl von Schlitzen anweist die jeweils eine bestimmte Neigung zueinani' _h'L_n Durch diese Schlitze abgestrahlte elektro- - ™ÄÄn werden längs des Kabels verteilt. ' »Saß ei" solches Koaxialkabel für die Nachrichtenübertragung zwischen einer beweglichen Station. S eisweise einem Zug. und einer stationären Station, Selsweise einem Bahnhof, geeignet ist Solche Ui „Hon Koaxialkabel konnten bisher fur Frequen- ^^ahoⁿn^d maximal 150 MHz, also nur im VHF-Band. Verwendet werden, wobei in der Praxis kerne Probleme