DE3200117A1

DE3200117A1 - Koaxialkabel

Info

Publication number: DE3200117A1
Application number: DE19823200117
Authority: DE
Inventors: Robert H. Perkasie Pa. Schafer
Original assignee: UTI Corp
Current assignee: UTI Corp
Priority date: 1981-01-05
Filing date: 1982-01-05
Publication date: 1982-09-23
Also published as: SE453029B; CH654960A5; US4329667A; GB2091977A; CA1174304A; GB2091977B; JPS57150202A; DE3200117C2; JPH0116042B2; SE8200021L; FR2497597A1

Description

DIPL-ING. HELMUT KOEPSELL ^ 5 KÖLN 1, 04.01.82

PATENTANWALT Mittelstrasse 7

Ii.lnl'in (0?21l 21 <)4 51

üi/401

Rng. Nr biMi» angehen

UTI Corporation

Collegeville, Pennsylvania 19426, V.St.A.

Koaxialkabel

Die Erfindung betrifft ein Koaxialkabel der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Die Erfindung ist eine Verbesserung gegenüber den in der ÜS-PS 4 161 704 beschriebenen Koaxialkabeln. Die Erfindung befaßt sich mit der Lösung des Problems, wie der Frequenzbereich des Bandpaßfiltors gesenkt werden kann, so daß er bei im wesentlichen vollständiger Hochfrequenzsperrung unter 8 GHz liegt und trotzdem das Filter Miniaturgröße aufweist. Die bekannten Filter haben den Nachteil, daß bei niedriger Frequenz die Einheiten unpraktisch lang sind, wodurch sie für die fortschrittliche Technologie der Gehäuseminiaturisierung ungeeignet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufbau und das Zusammenbauverfahren eines Niederfrequenzbandpaöfliters für die Verwendung in Koaxialkabeln zu verbessern.

Das Niederfrequenzbandpaßfilter soll bei im wesentlichen vollständiger Hochfrequenzsperrung bis zu etwa 8 GHz einen sehr kleinen, kompakten Aufbau haben.

Außerdem soll eine bestimmte Niederfrequenzbandpaßfilterleistungsfähigkeit in einem Miniaturgehäuse bei Frequenzen

32001 Ί7

erreicht werden, bei denen die Technik des Halbwellenresonators aufgrund von dessen extremer Länge nicht anwendbar ist.

Die Erfindung schafft ein Koaxialkabel, welches wenigstens ein Bandpaßfilterkopplungselement in Form eines Laminats aus dielektrischem Material mit einer leitenden Schicht auf entgegengesetzten Seiten hat. An diesen leitenden Schichten i.st jeweils eine Masse befestigt, die das elektrische Äquivalent eines Parallelkondensators ist und als ein konzentriertes Schaltungselement wirkt. Es sind wenigstens zwei Innenleiter vorgesehen. Jeder Innenleiter hat ein Ende, das mit einer der Massen metallurgisch verbunden ist. Eine Hülse aus dielektrischem Material umgibt jeden Innenleiter, ausgenommen in dem Bereich zwischen den Enden des Filters.

Ein nahtloses Rohr aus dielektrischem Material umgibt und berührt den äußeren Umfang der Hülse und des Laminats. Ein monolithischer Mantel aus elektrisch leitendem Material umgibt das nahtlose Rohr und übt eine radial nach innen gerichtete Druckkraft auf den gesamten Umfang des nahtlosen Rohres aus, um jedweden Luftspalt zwischen denselben zu eliminieren .

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Darlegungen.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines

Koaxialkabels nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt n?cL der Linie 2-2

in Fig. 1, aber in größerem Maßstab,

die Fig. 3-6 Diagramme, die die Hochfrequenz

sperrung bei verschiedenen Bandbreiten zeigen, und

Fig. 7 in Draufsicht einen Teil eines modi

fizierten Leiters.

In den Zeichnungen, in denen gleiche Teile gleiche Bezugszahlen tragen, zeigt Fig. 1 ein Koaxialkabel mit einem vierstufigen Bandpassfilter nach der Erfindung, das insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Das Filter 10 enthält mehrere Mittenoder Innenleiter. Der Innenleiter 12 ist von einer dielektrischen Hülse 14 umgeben und hat ein Ende, das mit einer Hauptfläche eines Parallelendkopplungskondensators 15 verbunden . Die andere Fläche des Kondensators 15 ist auf gleiche Weise mit einem Ende eines mitschwingenden Leiters 17 verbunden. Das andere Ende des Leiters 17 ist auf gleiche Weise mit einem Filterkopplungselement 16 verbunden. Die entgegengesetzte Fläche des Elements 16 ist metallurgisch mit einem Ende eines mitschwingenden Leiters 18 verbunden.

Das andere Ende des Leiters 18 ist mit einer Fläche eines Filterkopplungselements 20 metallurgisch verbunden. Die entgegengesetzte Fläche des Elements 20 ist metallurgisch mit einem Ende eines mitschwingenden Leiters 22 verbunden. Das andere Ende des Leiters 22 ist mit einer Fläche eines Filterkopplungselements 24 metallurgisch verbunden. Die entgegengesetzte Fläche des Elements 24 ist auf gleiche Weise mit einem Ende eines mitschwingenden Innenleiters 25 verbunden. Das andere Ende des Leiters 25 ist auf gleiche Weise mit einer Hauptfläche eines Parallelendkopplungskondensators 27

■{■

verbunden. Die andere Hauptfläche des Kondensators 27 ist auf gleiche Weise mit einem Ende eines Innenleiters 26 verbunden. Der Durchmesser der Leiter 12 und 26 ist größer als der Durchmesser der Leiter 17, 18, 22 und 25. Der Leiter 26 ist von einer dielektrischen Hülse 28 umgeben.

Die Innenleiter 12 und 26 sind zu den mitschwingenden Leitern 17, 18, 22 und 25 koaxial und vorzugsweise aus einer versilberten Kupferlegierung hergestellt, die eine höhere Zugfestigkeit als Kupfer hat, wie beispielsweise ein unter dem Warenzeichen TENSILFLEX vertriebenes Produkt. Die mitschwingenden Leiter 17, 18, 22 und 25 sind vorzugsweise aus einem ähnlichen Material hergestellt, beispielsweise aus einer versilberten Kupferlegierung, die unter dem Warenzeichen COPPERWELD vertrieben wird. Die Hülsen 14 und 28 bestehen aus demselben dielektrischen Material, wie beispielsweise einem unter dem Warenzeichen TEFLON vertriebenen Material.

Ein nahtloses Rohr 30 aus dielektrischem Material umgibt jeweils die Hülsen 14 und 28, die Kondensatoren 15 und 27 sowie die Filterkopplungselemente 16, 20 und 24. Das Rohr 30 besteht vorzugsweise aus dem gleichen dielektrischen Material wie die Hülsen 14 und 28. Ein Mantel 32 umgibt das Rohr 30. Der Mantel 32 ist vorzugsweise ein monolithischer Mantel aus elektrisch leitendem Material, wie beispielsweise Kupfer mit einer Dicke von etwa 0,254 mm. Wenn eine größere Festigkeit erforderlich ist, kann der Mantel 32 aus rostfreiem Stahl bestehen und eine Kupferschicht auf seinem Innenumfang tragen. Der Mantel 32 wird vorzugsweise auf die in der US-PS 4 161 704 beschriebene Weise aufgebracht, so daß der Mantel eine radial nach innen gerichtete Druckkraft auf den gesamten Umfang des nahtlosen Rohres 30 ausübt, um jedweden Luftspalt zwischen ihnen zu beseitigen. Ein Luftspalt ist zwischen dem Rohr 30 und den Leitern 17, 18, 22 und 25 vorhanden .

Die Kondensatoren 15 und 2 7 sind gleiche Kupferscheiben, die die Filterelemente mit den Innenleitern 12 und 26 koppeln. Die Filterkopplungselemente -16 und 24 sind gleich, wobei das eine das Spiegelbild des anderen ist. Es werden deshalb nur die Elemente 16 und 20 ausführlich beschrieben. Gemäß Fig. 2 enthält das Filterkopplungselement 16 ein Laminat mit einer zentralen dielektrischen Schicht 34, die auf einer Fläche mit einer dünnen leitenden Schicht 36 und auf ihrer entgegengesetzten Fläche mit einer dünnen leitenden Schicht 38 überzogen ist. Die Schichten 34, 36 und 38 bilden einen Reihenkondensator. Die Schichten 36 und 38 bestehen vorzugsweise aus Kupfer mit einer Dicke von 0,025 bis 0,05 mm. Eine Masse 40 ist metallurgisch mit der Schicht 38 und dem Leiter 17 verbunden. Die Masse 40 ist vorzugsweise mit einem mittigen Loch versehen, in das sich ein Ende des Leiters 17 erstreckt. Eine Masse 42 ist metallurgisch mit der Schicht 36 und dem Leiter 18 verbunden. Die Masse 42 ist vorzugsweise mit einem mittigen Loch versehen, in das sich ein Ende des Leiters 18 erstreckt.

Das Filterkopplungselement 20 hat den gleichen Aufbau wie das Filterkopplungselement 16, mit Ausnahme der Dicken. Das Element 20 hat eine zentrale dielektrische Schicht 44, die auf einer Fläche mit einer leitenden Schicht 46 und auf ihrer entgegengesetzten Fläche mit einer leitenden Schicht 48 überzogen ist. Die Schicht 46 ist mit einer Masse 50 metallurgisch verbunden. Die Schicht 48 ist mit einer Masse 52 metallurgisch verbunden. Die Masse 50 ist vorzugsweise mit einem mittigen Loch versehen, das mit dem anderen Ende des Leiters 18 metallurgisch verbunden ist. Die Masse 52 ist vorzugsweise mit einem mittigen Loch versehen, das mit einem Ende des Leite'rs 22 metallurgisch verbunden ist. Die Massen 40, 42, 50 und 52 bestehen jeweils vorzugsweise aus ■ Kupfer.

Die Massen 40, 42, 50 und 52 haben jeweils ein mittiges Loch zur Aufnahme eines der innenleiter zur Erleichterung der Fertigung. Das heißt, auf diese Weise ist das Zusammenbauen und konzentrische Verbinden der Massen mit ihrem Innenleiter einfacher. Die Konzentrizität wird gleichmäßig erzielt, in-

dem ein Kupferrohr in kurze Stücke geschnitten wird, um dadurch die Massen herzustellen. Das Kupferrohr, aus dem die Massen zugeschnitten werden, hat einen Innendurchmesser, der etwas größer ist als der Durchmesser der Innenleiter. Die Massen könnten bei Bedarf auch ein Sackloch haben oder massiv sein und überhaupt kein mittiges Loch aufweisen.

Die folgende Tabelle gibt zwei spezifische Beispiele der Erfindung an, wobei der Außendurchmesser des Mantels 32

3,58 mm + 0,05 mm beträgt. In den Beispielen sind die Längen und Dicken in Millimetern und in Klammern in Zoll angegeben.

Beispiel 1

Frequenzband
Länge Spalt 58, Dicke Masse 40 Dicke Schicht Dicke Masse 42 Länge Spalt 60 Dicke Masse 50 Dicke Schicht Dicke Masse 52 Länge Spalt 62 Durchmesser der Leiter 12, 26
Durchmesser der Resonatoren 17, 18, 22, Durchmesser der. Massen 40, 42, 50, 52 Durchmesser Mantel Länge A-A

5,8 bis 6,4 GHz

3,162 (0.1245)

0,8738 (0.0344)

0,7874 (0.031)

0,6325 (0.0249)

4,983 (0.1962)

0,8484 (0.0334)

0,7874 (0.031)

0,8484 (0.0334)

4,983 (0.1962)

0,9144 (0.036)

0,3556 (0.014)

Beispiel 2

5,73 bis 6,08 GHz

2,708 (0.1066)

1,079 (0.0425)

0,5080 (0.020)

2,934 (0.1155)

2,007 (0.079)

2,756 (0.1085)

0,3810 (0.015)

2,756 (0.1085)

2,007 (0.079)

0,9144 (0.036)

0,3556 (0.014)

2	,337	(0	.092	2	,337	(0	.092)
3	,581	(0	.141)	3	,581	(0	.141)
29	,46	(1	.16)	32	,77	(1	.29)

Fig. 3 ist ein Diagramm der Signalsperrung cder -unterdrükkung in Dezibel,aufgetragen über der Signalfrequenz in GHz, für das Beispiel 2 in obiger Tabelle. Es ist zu erkennen, daß es eine fast vollständige Übertragung in dem Primärdurchlaßbereich ohne einen Sekundärdurchlaßbereich gibt. Fig. 4 ist ein ähnliches Diagramm, das einen Primärdurchlaßbereich bei der halben Wellenlänge und eine Sekundärfilterkurve bei einer vollen Wellenlänge zeigt. Das Diagramm von Fig. 4 zeigt die Filterkurve, die mit der in der oben erwähnten Patentschrift beschriebenen Vorrichtung erzielt wird. Wenn eine Sekundärfilterkurve nachteilig ist, löst die Erfindung dieses Problem.

Fig. 5 ist ein ähnliches Diagramm, das einen Primärdurchlaßbereich ohne eine Sekundärfilterkurve zeigt. Das durch Fig. 5 veranschaulichte Filter ist ein Diagramm einer dritten Ausführungsform, die mit einem Primärdurchlaßbereich von 4,1 bis 4,5 GHz versehen und ansonsten gemäß den Angaben in den obigen Beispielen 1 und 2 aufgebaut ist.

Fig. 6 ist ein ähnliches Diagramm, das den Primärdurchlaßbereich ohne eine Sekundärfilterkurve zeigt und das oben beschriebene Beispiel 1 veranschaulicht. Es ist zu erkennen, daß in den Fig. 5 und 6 die Sperrung oder Unterdrückung im wesentlichen vollständig ist.

Aus den obigen Tabellen geht hervor, daß die gerade Länge an Kabel, die zur Aufnahme der Filterkopplungselemente erforderlich ist, weniger als 38 mm beträgt. Die Länge kann weiter verringert werden, indem gewendelte Leiter statt der Leiter 18 und 22 benutzt werden. Ein typischer gewendelter Leiter besteht aus mit Silber überzogenem, geglühtem Kupfer (beispielsweise gemäß ASTM B-298)-Draht 66 mit einem Durchmesser von 0,1 mm, der um einen Kern 68 aus glasfaserverstärktem Material oder gleichwertigem Material mit einem Durchmesser

von 0,6 7 mm gewickelt ist (vgl. Fig. 7). Der bevorzugte Mindestabstand zwischen zwei benachbarten Windungen des Drahtes beträgt 0,44 mm bis 0,48 mm. Gewendeiter Draht 66 ergibt ein wesentliches Ausmaß an Induktivität über einer kurzen Länge, wodurch die Frequenz auf etwa 300 MHz reduziert werden kann.

Die Filter nach der Erfindung sind daher für den Niederfrequenzgebrauch aufgrund der Schaltung mit konzentrierten Elementen kompakt oder miniaturisiert. Die Massen 40, 42, 50, 52, usw. bilden jeweils eine Schaltungskomponente, deren Hauptersatzschaltung ein Parallelkondensator zur Hochfrequenzsperrung ohne jedwede Sekundärfilterkurve ist. Die Elemente 16, 20, 24 sind jeweils ein Reihenkondensator, an dessen entgegengesetzten Seiten ein Parallelkondensator mechanisch befestigt ist.

Claims

Collegeville, Pennsylvania 19426, V.St.A.

Ansprüche :

λJ Koaxialkabel mit wenigstens zwei Innenleitern, die in einer Linie angeordnet und mit einem Filter verbunden sind, mit einer Hülse aus dielektrischem Material, die den äusseren Umfang des Filters umgibt und berührt, und mit einem monolithischen Mantel aus elektrisch leitendem Material, der das Rohr umgibt und radial nach innen gerichtete Druckkräfte auf den gesamten Umfang des Rohres ausübt, um jedweden Luftspalt zwischen ihnen zu beseitigen, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (10) wenigstens ein Niederfrequenzbandpaßfilterkopplungselement (16, 20, 24) zwischen den Innenleitern zum Durchlassen eines Frequenzbereiches unter 8 GHz bei im wesentlichen vollständiger Sperrung von Frequenzen oberhalb des Durchlaßbereiches ist, wobei das Element ein Laminat aus dielektrischem Material ist, das eine leitende Schicht auf entgegengesetzten Flächen hat, wobei jede Schicht mit einer Masse (40, 42, 50, 52) verbunden ist, deren Hauptersatzschaltung ein Parallelkondensator ist, und wobei jeder Leiter ein Ende hat, das mit einer der Massen metallurgisch verbunden ist.
2. Koaxialkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Massen mit einer leitenden Schicht (36, 38, 46, 48) metallurgisch verbunden sind, mit der entgegengesetzte Flächen des dielektrischen Materials (34, 44) überzogen sind.
3. Koaxialkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Massen jeweils ein gerader Kreiszylinder sind, dessen Außendurchmesser kleiner als 3,27 mm ist.
4. Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der Kopplungselemente mit einem Innenleiter zwischen sich verbunden sind.
5. Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Masse ein mittiges Loch hat, in das sich ihr zugeordneter Innenleiter erstreckt.
6. Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Leiter gewendelt ist.
7. Koaxialkabel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens drei Niederfrequenzbandpaßfilterkopplungselemente mit im wesentlichen vollständiger Hochfrequenzsperrung, die in Reihe mit dem zweiten Element (20) angeordnet sind, welches das mittlere Element ist und Massen gleicher Dicke hat, während das erste und das dritte Element (16 bzw. 24) Massen mit ungleichen Dicken haben, wobei die dünnere Masse jeweils des ersten und des dribten Elements sich näher bei dem zweiten Element befindet als die ihnen zugeordnete dikkere Masse, wobei jedes Element mit einem benachbarten Element durch einen mitschwingenden Leiter gekoppelt ist, wobei die Innenleiter von einer dielektrischen Hülse umgeben sind und ein mit einer Fläche von Parallelkondensatoren metallurgisch verbundenes Ende haben, während die entgegengesetzte Fläche der Parallelkondensatoren durch einen mitschwingenden Leiter mit dem ersten oder mit dem dritten Element verbunden ist und wobei jeder mitschwingender Leiter durch einen Luftspalt von dem Innenumfang des nahtlosen Rohres (30) getrennt ist.