DE2811904A1

DE2811904A1 - Verfahren zur uebertragung von hochfrequenz-signalen

Info

Publication number: DE2811904A1
Application number: DE19782811904
Authority: DE
Inventors: Udo Dipl Ing Bode; Guenter Dipl Ing Moehring; Paul Dipl Ing Thiele
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1978-03-18
Filing date: 1978-03-18
Publication date: 1979-09-27
Also published as: IT7947854A0; IT1114054B; FR2420221A1

Description

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

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15. März 1978

Verfahren zur Übertragung von Hochfrequenz-Signalen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung von Hochfrequenz-Signalen entlang einer vorgegebenen Strecke, unter Verwendung eines koaxialen Hochfrequenz-Kabels, das aus einem Innenleiter und einem zu diesem konzentrischen Außenleiter mit zwischen beiden Leitern liegendem Dielektrikum besteht.

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 Kabel· mittels einer geeigneten Antenne HF-Energie empfangen werden kann. Diese Kabel werden beispielsweise im Bereich von Schienenanlagen von Fahrzeugen verlegt, und zwar auf den Schwellen der Schienenanlagen oder neben dem Gleis auf

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Stützen oder bei Tunnelstrecken an der Tunnelwandung.

Durch die DE-AS 10 kk 199 ist ein koaxiales Kabel bekanntgeworden, bei dem der Außenleiter einen in axialer Richtung verlaufenden, durchgehenden Schlitz aufweist. Ein solches Kabel hat ein Außenfeld und ist daher für das eingangs erwähnte Verfahren verwendbar. Es ist außerdem einfach gestaltet und daher ohne großen Aufwand herstellbar. Dieses sogenannte Schlitzkabel eignet sich für eine breitbandige Übertragung und Auskopplung 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.

Es sind daher in letzter Zeit viele Versuche unternommen worden, um diese Feldstärkeschwankungen der HF-Kabel mit Außenfeld auszuschalten. Hierzu werden beispielsweise in dem Außenleiter eines Koaxialkabels statt eines axial durchgehenden Schlitzes, viele schräg zur Kabelachse verlaufende Schlitze angebracht, so wie es grundsätzlich in der DE-AS 25 23 925 beschrieben ist. Ein solches Kabel ist wegen der vielen genauestens aufeinander abzustimmenden Schlitze in der Fertigung aufwendig, da der Außenleiter wegen dieser Schlitze mechanisch empfindlich ü und bei der Aufbringung auf das Dielektrikum 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 koaxialen Hochfrequenz-Kabels anzugeben, bei dem mit einfachen Mitteln die Schwankung der Empfangsfeldstärke im Verlauf des Kabels auf ein Minimum herabgesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Hochfrequenz-Kabel ein koaxiales Kabel mit geschlossenem Außenleiter verwendet wird, und daß zwischen dem koaxialen 1Ö Ausgang des Senders bzw. der Verstärker und dem Kabel ein axial kurzer Abschnitt eines Koaxialkabels eingeschaltet wird, dessen Wellenwiderstand an der Verbindungsstelle zum koaxialen Kabel gleich dem Wellenwiderstand dieses Kabels ist, bei dem der Außenleiter an einer Stelle eine Öffnung aufweist.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß an der Stelle, wo ein koaxiales Kabel mit "offenem" Außenleiter an ein koaxiales Kabel mit geschlossenem Außenleiter angeschlossen wird, infolge des Sprunges im Wellenwiderstand eine vom Außenleiter geführte Drahtwelle angeregt wird. Diese Drahtwelle wird bei dem Verfahren nach der Erfindung durch die Öffnung im Außenleiter des koaxialen Abschnitts erzeugt und vom Außenleiter des angeschlossenen koaxialen Kabels, der selbst keine Öffnung aufweist, geführt. Sie kann in einem Übergangsbereich, welcher in der Größenordnung von einer Wellenlänge bis zu mehreren Wellenlängen der mittleren zu übertragenden Hochfrequenz liegt, von einer Antenne eines Empfangsgeräts empfangen werden. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren mit koaxialen Kabeln, deren Außenleiter mit Offnungen zum Austritt der Hochfrequenz versehen sind, können bei dem Verfahren nach der Erfindung übliche, einfach herzustellende Koaxialkabel verwendet werden, deren Außenleiter über die gesamte Kabellänge geschlossen sind. Zur Erzielung einer entlang des Kabels zu empfangenden Drahtwelle mit ausreichender Feldstärke braucht am Kabelanfang nur ein Abschnitt eines Koaxialkabeis zwischengeschaltet zu werden, dessen Außenleiter eine

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Öffnung hat. Dieser Abschnitt wird auch bei größeren Kabellängen, in denen Verstärker vorhanden sind, jeweils zwischen den Verstärker und das abgehende Koaxialkabel eingeschaltet, so daß auf dem einem Verstärker folgenden Kabelabschnitt wieder eine vom Außenleiter geführte Drahtwelle angeregt wird. Der jeweils einzuschaltende koaxiale Abschnitt kann als vorgefertigtes Bauteil in Werkstätten hergestellt werden, wodurch die erforderliche Anpassung des Veilenwiderstandes leicht möglich ist. Um eine möglichst gleichmäßige Anregung der Drahtwelle zu erhalten, ist es zweckmäßig, die Öffnung im Außenleiter des Abschnitts als aus vielen an einer Stelle über den Umfang verteilten Schlitzen bestehenden Spalt auszubilden.

Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Übertragungsstrecke mit einen HF-Kabel. In Fig. 2 ist ein Ausschnitt dieser Übertragungsstrecke in vergrößertem Maßstab dargestellt und Fig. 3 zeigt eine Einzelheit der Übertragungsstrecke in einem abermals vergrößerten Maßstab.

Mit 1 ist ein Sender bezeichnet, von welchem Hochfrequenz-Signale ausgehen, die entlang einer vorgegebenen Strecke an jeder Stelle empfangen werden sollen. An den Ausgang 2 des Senders ist ein koaxiales Hochfrequenzkabel 3 angeschlossen, das entlang der gesamten Strecke verlegt ist, auf der die HF-Signale empfangen werden sollen. Das Kabel 3 kann mit einem Abschluß k reflexionsfrei abgeschlossen sein. Entlang der Strecke wird ein Fahrzeug mit einem Empfangsgerät bewegt, das eine schematisch angedeutete Antenne 5 aufweist. Bei einer größeren Länge der Übertragungsstrecke werden in das Kabel übliche Verstärker eingebaut, welche der Einfachheit halber nicht mit dargestellt sind.

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Das koaxiale HF-Kabel 3 besteht aus einem Innenleiter 6, einem den Innenleiter umgebenden Dielektrikum 7 und einem zum Innenleiter konzentrischen Außenleiter 8. Das Dielektrikum 7 kann aus massivem oder geschäumtem Kunststoff bestehen und dabei den Zwischenraum zwischen Inneieiter 6 und Außenleiter 8 vollständig ausfüllen. Es ist jedoch auch möglich, hier in axialem Abstand zueinander Scheiben auf dem Innenleiter anzuordnen oder um denselben herum eine Wendel zu wickeln. Auf jeden Fall handelt es sich bei dem Kabel 3 um ein koaxiales HF-Kabel, bei dem der Außenleiter über seine gesamte Länge vollständig geschlossen ist.

Das Kabel 3 ist unter Zwischenschaltung eines koaxialen Abschnitts 9 an den koaxialen Ausgang 2 des Senders angeschlossen. Dieser Abschnitt 9 soll an der Anschlußstelle den gleichen Wellenwiderstand wie das Kabel 3 haben, wozu er vorzugsweise die gleichen Abmessungen wie das Kabel hat. Der Abschnitt 9 besteht aus einem Innenleiter 10, der mit dem Innenleiter 6 des Kabels verbunden wird, einem Dielektrikum 11 und einem konzentrischen Außenleiter 12, der mit dem Außenleiter des Kabels 3 ^Z1* verbinden ist. Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 weist der Außenleiter 12 eine Öffnung 13 auf, so daß also der Außenleiter 12 des Abschnitts 9 nicht vollständig geschlossen ist.

Durch die Öffnung 13 tritt in diesem Bereich des Abschnitts 9 ein Sprung im Wellenwiderstand ein und es wird von der vom Sender 1 gelieferten koaxialen Welle eine Drahtwelle angeregt, welche vom Außenleiter 8 des Kabels 3 geführt wird. Diese Drahtwelle kann mittels der Antenne 5 empfangen werden, die entlang der Kabelstrecke bewegt wird. Die HF-Energie wird unabhängig von der Drahtwelle vom koaxialen Kabel 3 verlustarm weitergeleitet und kann bei längeren Kabelstrecken mittels üblicher Verstärker immer wieder auf einen erforderlichen Pegel angehoben werden. Jeweils hinter einem derartigen Verstärker wird ein weiterer koaxialer Abschnitt 9 eingesetzt, an den erst das koaxiale Kabel mit geschlossenem Außenleiter angeschlossen wird.

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Der koaxiale Abschnitt 9 ist vorzugsweise ein mit großer Genauigkeit in der Werkstatt herstellbares Bauteil und kann vorzugsweise entsprechend der Darstellung in Fig. 3 ausgeführt sein. Um eine möglichst gleichmäßige Anregung der vom Außenleiter zu führenden Drahtwelle zu erreichen, weist der Außenleiter 12 gemäß Fig. J eine Reihe von Schlitzen lA auf, die an seiner Stelle über den Umfang verteilt sind und so einen unterbrochenen Spalt im Außenleiter ergeben. Über dem Außenleiter 12 wird vorzugsweise ein Schutzmantel 15 angeordnet, der aus einem Material mit niedrigen dielektrischen Verlusten bestehen sollte.

Die Drahtwelle wird also vom Außenleiter 8 des Kabels 3 geführt und breitet sich vom Ausgang 2 des Senders 1 bzw. vom Ausgang eines Verstärkers ausgehend entlang der Kabelstrecke aus. Die Amplitude dieser Welle wird durch Leitungsverluste nach und nach kleiner und es muß dementsprechend bei einer längeren Kabelstrecke mindestens ein Verstärker eingeschaltet werden. Um zu vermeiden, daß die Drahtwelle am Ende eines Kabelabschnittes reflektiert wird und durch Überlagerung zu FeIdstärkeSchwankungen führt, ist es weiterhin zweckmäßig, am Ende einer jeden Kabelstrecke auf dem Außenleiter einen Absorber aus ferromagnetischem Material anzubringen, durch welchen eine Reflex—ion der Drahtwelle vermieden ist.

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Claims

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

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15- März 1978

Patentansprüche

l.j Verfahren zur Übertragung von Hochfrequenz-Signalen entlang einer vorgegebenen Strecke, unter Verwendung eines koaxialen Hochfrequenz-Kabels, das aus einem Innenleiter und einem zu diesem konzentrischen Außenleiter mit zwischen beiden Leitern liegendem Dielektrikum besteht, bei welchem die Hochfrequenz-Signale von einem Sender in das Kabel eingespeist und gegebenenfalls im Verlauf der Kabelstrecke durch in das Kabel eingeschaltete Verstärker verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Hochfrequenz-Kabel ein koaxiales Kabel (3) mit geschlossenem Außenleiter (8) verwendet wird, und daß zwischen dem koaxialen Ausgang des Senders (l) bzw. der Verstärker und dem Kabel (3) ein axial kurzer Abschnitt (9) eines Koaxialkabels eingeschaltet wird, dessen Wellenwiderstand an der Verbindungsstelle zum koaxialen Kabel gleich dem Wellenwiderstand dieses Kabels ist, bei dem der Außenleiter (fi) an einer Stelle eine Öffnung (13) aufweist.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (9) eines Koaxialkabels verwendet wird, bei dem die Öffnung im Außenleiter (12) aus vielen, an einer Stelle über den Umfang verteilten Schlitzen (l4) besteht.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (9) mit den gleichen Abmessungen wie das anzuschließende Kabel (3) verwendet wird.

k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Kabels (3) bzw. vor jedem Verstärker über dem Außenleiter (8) ein Absorber angebracht wird.

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