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Verfahren zur Übertragung von Hochfrequenz-Signalen
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung von Hochfrequenz-Signalen
entlang einer vorgegebenen Strecke unter Verwendung eines Hochfrequenz-Schlitzkabels
mit Außenfeld, das aus einem Innenleiter und einem zu diesem konzentrischen Außenleiter
mit zwischen beiden Leitern liegendem Dielektrikum besteht und bei welchem der Außenleiter
mindestens einen in axialer Richtung verlaufenden, durchgehenden Schlitz aufweist.
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Zur Übertragung von HF-Signalen von ortsfesten Sendeeinrichtungen
zu beweglichen Empfängern oder umgekehrt, insbesondere zur Funkübertragung in Tunnels
zwischen Stationen und Empfangsgeräten in Schienenfahrzeugen, werden Hochfrequenz-Kabel
benutzt, bei denen an jeder Stelle in Längsrichtung des Kabels mittels einer geeigneten
Antenne HF-Energie empfangen werden kann.
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Diese Kabel werden beispielsweise im Bereich von Schienenanlagen von
Fahrzeugen verlegt, und zwar auf den Schwellen der
Schienenanlagen
oder neben dem Gleis auf Stützen oder bei Tunnelstrecken an der Tunnelwandung.
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Durch die DT-AS 10 44 199 ist ein koaxiales Kabel bekanntgeworden,
wie es eingangs beschrieben ist. Dieses Kabel ist einfach gestaltet und daher ohne
großen Aufwand herstellbar.
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Es eignet sich für eine breitbandige Übertragung und Auskoppluig der
Signale und ist dann gut verwendbar, wenn an die Gleichmäßigkeit der empfangenen
Signale keine hohen Anforderungen gestellt werden. Auch dann ist jedoch zum Ausgleich
von Amplitudenschwankungen der Empfangsfeldstärke auf der Geräteseite ein relativ
hoher Aufwand zu treiben. Bei einem solchen Kabel ergeben sich nämlich infolge der
Überlagerung von verschiedenen Wellenmoden für das Außenfeld Feldstärkeschwankungen
im Verlauf der Kabelstrecke, die den Empfang stark stören, da auch das empfangene
Signal diesen Schwankungen unterworfen ist.
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Es sind daher in letzter Zeit viele Versuche unternommen worden, um
diese Feldstärkeschwankungen der HF-Kabel mit Außenfeld auszuschalten. Hierzu wurden
in den Außenleiter der Kabel statt eines axial durchgehenden Schlitzes, viele schräg
zur Kabelachse verlaufende Schlitze angebracht, so wie es beispielsweise in der
DT-AS 25 23 925 beschrieben ist. Ein solches Kabel ist wegen der vielen genauestens
aufeinander abzustimmenden Schlitze in der Fertigung sehr aufwendig, da der Außenleiter
wegen der vielen Schlitze mechanisch sehr empfindlich ist und bei der Aufbringung
auf das Dielektrikdm sehr sorgfältig behandelt werden muß. Außerdem ist ein solches
Kabel stets nur in einem festliegenden, relativ schmalen Frequenzband zu betreiben,
da die Periodizität der Schlitzanordnung von der mittleren Wellenlänge des zu übertragenden
Frequenzbandes abhängt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Übertragung
von Hochfrequenz unter Verwendung eines mit axial durchgehendem Schlitz im Außenleiter
versehenen Kabels anzu-
geben, bei dem mit einfachen Mitteln die
Schwankung der Empfangsfeldstärke im Verlauf des Kabels auf ein Minimum herabgesetzt
ist.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs geschilderten
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Wellenwiderstand des Schlitzkabels
an seinem fernen Ende gleich dem Wellenwiderstand eines an diesem Ende angeschlossenen
Abschlusses oder koaxialen Kabels gemacht wird.
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Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß mit diesem Verfahren
das aus fertigungstechnischen und elektrischen Gründen vorteilhafte Schlitzkabel
mit axial durchgehendem Schlitz weiter verwendet werden kann. Es bleiben somit die
Vorteile der einfachen Herstellung und der breitbandigen Übertragung erhalten. Durch
das erfindungsgemäße Verfahren ist es gelungen, bei diesem Schlitzkabel die bisher
nicht zu vermeidende Schwankung der Empfangsfeldstärke in Längsrichtung des Kabels
auf ein Minimum herabzusetzen bzw. vollkommen zu unterdrücken.
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Das Verfahren nach der Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß
an der Einspeisestelle der HF-Energie in Folge des Sprunges im Wellenwiderstand
eine vom Außenleiter des Schlitzkabels geführte Drahtwelle angeregt wird, die in
einem Übergangsbereich des Schlitzkabels, welcher in der Größenordnung von einer
Wellenlänge bis zu mehreren Wellenlängen liegt, von einer Antenne eines Empfangsgeräts
empfangen werden kann.
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Dieser Drahtwelle wird die vom Kabel geführte Koaxialwelle überlagert
und es ergeben sich bei den bisherigen Verfahren in Folge von tReflektionent bzw.
Drahtwellenanregungen am fernen Ende weitere Überlagerungen, welche die Feldstärkeschwankungen
hervorrufen. Dadurch, daß das Schlitzkabel an seinem fernen Ende im Wellenwiderstand
so angepaßt wird, daß er dem Wellenwiderstand des Abschlusses entspricht, wird am
fernen Ende keine Drahtwelle erzeugt, die der am Kabelanfang
erzeugten
Drahtwelle entgegen läuft, so daß die bisher auftretenden Schwankungen der Empfangsfeldstärke
auf ein Minimum reduziert sind. Diese Schwankungen können dann gemäß einem weiteren
Gedanken der Erfindung noch weiter verringert werden, wenn am fernen Ende des Schlitzkabels
neben der Anpassung des Wellenwiderstandes noch ein Absorber angebracht wird, durch
welchen auch eine Reflektion der Drahtwelle selbst ausgeschlossen werden kann.
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Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen
beispielsweise erläutert.
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In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung eine komplette Kabelstrecke
dargestellt. Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Schlitzkabels mit abschnittsweise entfernten
Schichten und Fig. 3 gibt einen Schnitt durch Fig. 2 längs der Linie III - III wieder.
Die Fig.
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4 und 5 zeigen zwei unterschiedliche Gestaltungen des fernen Endes
des Schlitzkabels.
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Mit 1 ist ein Sender bezeichnet, welcher Hochfrequenz-Energie in ein
Schlitzkabel 2 einspeist, die über eine Antenne 3 an jeder Stelle des Kabels empfangen
werden soll. Die HF-Energie wird am Anfang A des Schlitzkabels 2 in dieses eingespeist.
Am fernen Ende E ist das Kabel mit einem Abschluß 4 abgeschlossen.
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An diesem Ende kann auch ein koaxiales Kabel mit geschlossenem Außenleiter
angeschlossen sein, das zur Verbindung mit einem anderen Schlitzkabel oder zum Anschluß
an ein Gerät dienen kann.
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Das Schlitzkabel 2 besteht gemäß den Fig. 2 und 3 aus einem Innenleiter
5 und einem darüber liegenden Dielektrikum 6, das aus massivem oder geschäumtem
Kunststoff oder auch aus im Abstand angebrachten Scheiben bzw. einer Wendel bestehen
kann.
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Über dem Dielektrikum 6 ist konzentrisch zum Innenleiter 5 ein Außenleiter
7 angebracht, der über die gesamte Kabellänge mindestens einen durchgehenden Schlitz
8 aufweist. Falls es gewünscht wird, können auch zwei oder mehr parallele durch-
gehende
Schlitze vorgesehen werden. Über dem Außenleiter liegt ein äußerer Schutzmantel
9 aus Isoliermaterial, welcher vorzugsweise aus einem Material mit geringen dielektrischen
Verlusten bestehen sollte.
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Das Schlitzkabel 2 wird an den koaxialen Ausgang des Senders 1 direkt
angeschlossen. Durch den dabei an der Stelle A auftretenden Sprung im Wellenwiderstand
wird - wie bereits erwähnt - eine Drahtwelle angeregt, die vom Außenleiter 7 geführt
wird. Damit nicht auch am fernen Ende E eine gegenlaufende Drahtwelle angeregt wird,
ist der Wellenwiderstand des Schlitzkabels 2 am fernen Ende E dem Wellenwiderstand
des Abschlusses angepaßt. Hierzu kann beispielsweise gemäß Fig. 4 ein Blech 10 aus
einem elektrisch gut leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer, so über dem
Außenleiter 7 angeordnet werden, daß der Schlitz 8 im Außenleiter nach und nach
verschlossen wird, bis er direkt am Ende vollständig zu ist. Dieser Übergang kann
entsprechend der Darstellung in Fig. 4 kontinuierlich erfolgen, es ist jedoch auch
möglich, diesen Übergang absatzweise auszuführen. Das Blech 10 kann dabei auch so
ausgebildet sein, daß der Schlitz entsprechend der Darstellung in Fig. 5 von beiden
Seiten her nach und nach geschlossen wird.
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Statt des Blechs 10 aus dem elektrisch gut leitenden Material kann
gemäß Fig. 5 auch ein Absorber 11 aus ferromagnetischem Material verwendet werden,
durch welchen neben der Anpassung des Wellenwiderstandes am fernen Ende 5 des Schlitzkabels
gleichzeitig eine Reflektion der vom Außenleiter 7 geführten Drahtwelle vermieden
wird, so daß die Schwankungen der Empfangsfeldstärke auf ein Minimum herabgesetzt
werden. Der Absorber 11 ist mit einem Schlitz 12 ausgerüstet, der zum Kabelende
hin spitz zuläuft und an diesem Ende vollkommen verschlossen ist.
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Das Blech 10 nach Fig. 4 und der Absorber 11 nach Fig. 5 können auf
dem Kabel ende beispielsweise durch einen Schrumpfschlauch aus Isoliermaterial,
der mittels Wärmezufuhr auf das Kabelende
aufgeschrumpft wird, festgelegt
werden Vor der Aufbringung des äußeren Mantels 9 kann über dem Außenleiter 7 auch
eine Schicht aus einem Material mit niedrigen dielektrischen Verlusten angebracht
werden. Für das Material des Mantels 9 kann dann auch ein üblicher Kunststoff eingesetzt
werden, der elektrisch nicht so hochwertig sein muß.