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Die
Erfindung betrifft ein Datenübertragungskabel
mit wenigstens einem Leiterpaar. Ein solches Datenübertragungskabel
ist beispielsweise in
US 4,873,393 beschrieben.
Innerhalb eines Kabelaußenmantels
sind mehrere Aderpaare angeordnet. Die Aderpaare sind aus zwei miteinander
verseilten Einzeladern gebildet. Problematisch bei Datenübertragungskabeln
sind über
die Kabellänge
verteilte Kapazitätsunsymmetrien
der Aderpaare, die Impedanzschwankungen, Signalenergieverluste und
Nebensprecheffekte verursachen, die also die Übertragungseigenschaften eines
Datenübertragungskabels insbesondere
in den von der einschlägigen
Norm EN 50173 geforderten hohen Frequenzen von bis zu 600 MHz verschlechtern.
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Die
Ursache der Kapazitätsunsymmetrien sind
schwankende Abstände
zwischen den Leitern eines Aderpaares und insbesondere sich verändernde
Durchmesser der Aderumhüllungen.
Bei der Herstellung von Datenübertragungskabeln
ist daher eine aufwendige Fertigungsüberwachung und Qualitätskontrolle
erforderlich. Bei herkömmlichen
Datenübertragungskabeln
werden zunächst
Einzeladern durch Extrusion hergestellt. Dabei wird ein elektrischer
Leiter durch eine kreisrunde Extrusionsdüse eines Extruders hindurchgeführt und
dabei mit einem Isolationsmaterial aus einem thermoplastischen Kunststoff ummantelt.
Trotz Überwachung
der Extrusionsparameter wie Temperatur, Extrusionsdruck, Extrusionsgeschwindigkeit,
etc., lassen sich Schwankungen des Aderdurchmessers und der Materialkonsistenz des
Umhüllungsmaterials
nicht ganz vermeiden. So bewirken beispielsweise Druckänderungen
bei der Extrusion unterschiedliche Extrusionsmengen und damit unterschiedlich
Aderdurchmesser. Es ist daher noch eine aufwendige Qualitätskontrolle
erforderlich, um nicht tolerierbare Adern auszusortieren. Die geeigneten
Adern werden dann zu Aderpaaren verseilt. Dabei werden auf Durchmesser
oder Materialschwankungen zurückzuführende Störstellen
der Einzeladern zufallsmäßig nebeneinander
angeordnet, was die Kapazitätsunsym metrie
eines Aderpaares noch fördert.
Bisherige Datenübertragungskabel der
in Rede stehenden Art sind daher für Frequenzen nur bis etwa 600
MHz geeignet.
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Aufgabe
der Erfindung ist, ein Datenübertragungskabel
vorzuschlagen, das, ohne die in der Norm
EP 50731 genannten Toleranzbereiche
zu verlassen, Übertragungsfrequenzen
von mehr als 600 MHz zuläßt.
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Diese
Aufgabe wird für
ein Datenkabel durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Dazu
sind bei einem Datenübertragungskabel
mit wenigstens einem Aderpaar (1) aus zwei parallel nebeneinanderliegenden
Adern mit einem elektrischen Leiter (2) und einer Umhüllung (3)
aus Isoliermaterial die Umhüllungen
einstückig
miteinander verbunden und vorteilhafterweise durch eine gemeinsame
Extrusion auf ein Leiterpaar aufgebracht.
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Ein
erfindungsgemäßes Datenübertragungskabel
enthält
wenigstens ein Aderpaar, das einstückig miteinander verbundene,
durch eine gemeinsame Extrusion auf ein Leiterpaar aufgebrachte
Umhüllungen
aufweist. Diese Vorgehensweise hat zunächst den Vorteil, dass der
Abstand zwischen den Leitern eines Paares exakt eingehalten werden
kann. Vorteilhaft ist weiterhin, dass sich Schwankungen der Extrusionsparameter
stets gleichzeitig auf beide Adern eines Aderpaares auswirken. Inhomogenitäten in der
Materialkonsistenz sowie Duchmesserschwankungen liegen sich also
symmetrisch gegenüber.
Die Folge ist, dass extrusionsbedingte Kapazitätsschwankungen über die
Länge des
Leitungspaares gesehen, quasi synchron verlaufen. Sich gegenüberliegende
Bereiche der Einzeladern weisen also stets vergleichbare Kapazitäten auf.
Unsymmetrien wie herkömmlichen
Datenübertragungskabeln
sind dadurch vermieden. Dementsprechend weisen die vorgeschlagenen
Datenübertragungskabel
geringere Impedanzschwankungen und geringere Nebensprecheffekte
auf wie herkömmliche
Kabel und sind für Übertragungsfrequenzen
bis mindestens 2000 MHz geeignet. Darüber hinaus sind sie einfacher,
nämlich mit
geringerem Aufwand für
die Qualitätsüberwachung
herstellbar.
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Die
Farm der Extrusionsdüse
ist so gewählt, dass
die zylindrischen Umhüllungen
sich linienförmig berühren. Die
beiden Umhüllungen
sind somit einstückig
mitein ander verbunden und der gegenseitige Abstand der elektrischen
Leiter exakt festgelegt und praktisch unveränderbar.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Umhüllungen
eines Aderpaares über
einen Steg miteinander verbunden. Ein solches Aderpaar lässt sich
auf einfache Weise auftrennen, um etwa die Einzeladern an Steckverbindern
zu fixieren. Als besonders vorteilhaft für das Isoliermaterial der Umhüllungen
haben sich die Kunststoffe Polypropylen, Polyethylen und Copolymere
aus Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen bewiesen. Bei einer
weiteren Vorteilhaften Ausgestaltung ist an einem Kabelende ein Steckverbinder
mit Kontaktelementen zur Fixierung der elektrischen Leiter eines
Aderpaares angeordnet, wobei das Rastermaß der Kontaktelemente dem Abstand
der elektrischen Leiter im Aderpaar entspricht. Ein Auftrennen der
Aderpaare kann dadurch entfallen. Somit bleibt die Geometrie des
Aderpaares bis an die Übergabepunkte
erhalten. Übertragungsverluste
durch Reflexion werden dadurch minimiert.
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Die
Erfindung wird nun anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 bis 7 verschiedene
Bauarten eines erfindungsgemäßen Datenübertragungskabels,
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8 ein
Diagramm, das die Impedanz eines erfindungsgemäßen Datenübertragungskabels in Abhängigkeit
von der Signalfrequenz wiedergibt, und
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9 ein
Diagramm, das das Dämpfungs- und
Nebensprechverhalten in Abhängigkeit
von der Signalfrequenz zeigt.
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Die 1 bis 7 zeigen
Datenübertragungskabel
in Querschnittdarstellung. Alle Datenübertragungskabel enthalten
wenigstens ein aus zwei Adern bestehendes Aderpaar 1. Eine
Ader umfasst einen elektrischen Leiter 2 vorzugsweise aus
Kupfer, gegebenenfalls mit Zinn oder Silber beschichtet, und eine
Umhüllung 3 aus
einem Isolationsmaterial, etwa aus Polyethylen. Die Umhüllung kann
auch mehrschichtig aufgebaut sein (z. B. skin-foam-skin). Bei dem
Leiter kann es sich um einen Draht oder um eine Litze handeln. Die
beiden Umhüllungen 3 sind
durch einen gemeinsamen Extrusionsvorgang einstückig ausgebildet und sind über einen
Steg 4 miteinander verbunden. Der Steg 4 erstreckt
sich über
die gesamte Länge
der Adern und verläuft
in Querrichtung des Aderpaares gesehen auf der gedachten Verbindungslinie
zwischen den Mittelpunkten der Leiter 2. Bei den gezeigten
Ausführungsbeispielen
sind die Einzeladern miteinander verseilt, weisen also einen Drall
auf. Bei den Datenübertragungskabeln
gemäß 1,2,3 und
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6 sind
die Aderpaare von einer Abschirmung 5, etwa einer Aluminiumkaschierten
Folie umfasst. Das Datenübertragungskabel
nach 1 enthält
zwei Aderpaare, die übrigen
Datenübertragungskabel
enthalten jeweils vier Aderpaare. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 4,5 und 7 sind
die Aderpaare nicht abgeschirmt. Sowohl im Falle von abgeschirmten
als auch nicht abgeschirmten Aderpaaren kann eine Gesamtabschirmung 6 vorhanden
sein. Diese kann beispielsweise aus einer Metallfolie 6a gebildet
sein. Es kann aber auch ein Schirmgeflecht 6b verwendet
werden. Ein solches Schirmgeflecht verbessert zum einen den mechanischen
Zusammenhalt der von ihm umfassten Aderpaare und verbessert außerdem die
EMV der Abschirmung. Denkbar ist auch, dass die Abschirmung von
einer Metallfolie 6a und von einem Schirmgeflecht 6b gebildet
wird (4). Das abgeschirmte oder nicht abgeschirmte Paket
aus mehreren Aderpaaren ist schließlich von einem Kabelmantel 7 beispielsweise
aus PVC umfasst. Falls erforderlich, kann für den Außenmantel auch ein FRNC-Material (Flame-Retardent, Non-Corrosive)
oder LSZH-Material (Low Smoke, Zero Halogen) verwendet werden. Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 sind
zwei Kabel über
einen deren Kabelmantel 7a miteinander verbindenden Steg 8 zusammengehalten.
Innerhalb der Gesamtabschirmung 6 ist ein Beilaufdraht 9 angeordnet.
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Bei
einer weiteren, nicht dargestellten Bauart sind die Aderpaare ohne
Drall ausgebildet, wobei jeweils zwei Aderpaare parallel aneinander
liegen.
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Die
in 8 und 9 graphisch dargestellten Messwerte
wurden an Aderpaaren mit einer Breite von 4,2 mm, einer Höhe von 2,0
mm und einer Steg-Breite von 0,2 mm erhalten. Der Durchmesser der
Leiter betrug 0,64 mm. Als Material für die Umhüllungen 3 wurde massives
PE verwendet. Als Abschirmung für
die Aderpaare wurde ein mit Aluminium kaschierter Folienstreifen
von 20 0,065 mm eingesetzt.
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Das
Diagramm gemäß 8 gibt
das Impedanzverhalten in Abhängigkeit
von der Signalfrequenz wieder. Die Linien A begrenzen den von der Norm
EN 50731 festgelegten Toleranzbereich für die Impedanz. Die zwischen
den Linien A eingetragene Messkurve B gibt die gemessenen Werte
wieder. Erkennbar ist, dass in einem Bereich von 1 bis 300 MHz der
normgerechte Toleranzbereich weit unterschritten wird. Die Impedanzschwankungen
liegen hier bei Werten unterhalb ± 2 Ω. Im Frequenzbereich von 300 bis
600 MHz sind die Impedanzschwankungen kleiner ± 6 Ω. Der normgemäße Toleranzbereich
sieht dagegen eine Schwankungsbreite von ± 25 Ω vor. Dem Diagramm ist weiterhin
zu entnehmen, dass bei einem erfindungsgemäßen Datenübertragungskabel noch bis zu
einem Frequenzwert von 2000 MHz eine zulässige Impedanzschwankungsbreite
vorhanden ist.
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In
dem Diagramm nach 9 ist das Nebensprechverhalten
und die Dämpfung
des oben angegebenen Kabels in Abhängigkeit von der Frequenz dargestellt.
Die für
das Nebensprechverhalten ermittelten Werte zeigt die Messkurve C.
Sämtliche
Werte liegen oberhalb der von der Norm prEN 50288-4-1, Kategorie
7 festgelegten Grenzwerte (Referenzkurve D). Im unteren Teil des
Diagramms sind die von der genannten Norm vorgeschriebenen Grenzwerte
für die
Dämpfung
durch die Referenzkurve E wiedergegeben. Die Werte für die an
dem oben beschriebenen Kabel gemessene Dämpfung sind durch die Messkurve
F repräsentiert.
Diese Werte liegen jedenfalls bis zu der von der Norm vorgeschriebenen
Maximalfrequenz von 600 MHz im zulässigen Bereich. Dem Diagramm
ist weiterhin der Störabstand,
also die Differenz zwischen dem dB-Wert des Nutzsignales (Kurve
E bzw. F) und dem dB-Wert des Störsignals (Kurve
D bzw. C) zu entnehmen. Bei dem in der Norm festgelegten Maximalwert
von 600 MHz ist ein Störabstand
von 10 dB zulässig,
während
bei dem untersuchten Datenübertragungskabel
ein Stör abstand
von etwa 50 dB vorhanden ist. Bei einer Frequenz von 1600 MHz (gestrichelte
vertikale Linie in 9) ist noch ein Störabstand
von etwa 20 dB vorhanden.
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- 1
- Aderpaar
- 2
- Leiter
- 3
- Umhüllung
- 4
- Steg
- 5
- Abschirmung
- 6
- Gesamtabschirmung
- 6a
- Teilfolie
- 6b
- Schirmgeflecht
- 7
- Kabelmantel
- 8
- Steg
- 9
- Beilaufdraht
- A
- Linie
- B
- Messkurve
- C
- Messkurve
- D
- Referenzkurve
- E
- Referenzkurve
- F
- Messkurve