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Koaxiales Hochfrequenz-Leistungskabel mit Hohlraumdielektrikum
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und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf
ein koaxiales Hochfrequenz-Leistungskabel mit Hohlraumdielektrikum, bestehend aus
einem rohrförmigen Innenleiter, einem dazu konzentrischen Außenleiter und einer
zwischen beiden Leitern angeordneten Abstandshalterung, bei welchem für die Abstandshalterung
aus Isoliermaterial bestehende Einzelstützen eingesetzt sind, die mit axialem Abstand
zueinander am Innenleiter mechanisch festgelegt sind.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieses
Kabels.
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Die Dämpfung von koaxialen Hochfrequenz-Kabein (HE-Kabeln) setzt sich
aus zwei Komponenten zusammen. Diese Komponenten sind die durch den Hochfrequenzwiderstand
der Leiter verursachte Widerstandsdämpfung einerseits und die durch die dielektrischen
Verluste der Abstandshalterung hervorgerufene Ableitungsdämpfung andererseitS, Die
Ableitungsdämpfung kann einen wesentlichen Anteil an der Gesamtdämpfung haben. Ihre
Höhe hängt von der Art
des für die Abstandshalterung verwendeten
dielektrischen Materials und von dessen geometrischen Abmessungen ab. Wesentlich
ist dabei auch der Feststoffanteil am Volumen der gesamten Hohlraumisolierung. Für
eine verlustarme Leistungsübertragung auf einem koaxialen HF-Kabel ist somit die
Wahl des für die Abstandshalterung verwendeten Materials von Bedeutung, bei dem
dielektrischer Verlustwinkel und Dielektrizitätskonstante möglichst klein sein sollen.
Andererseits soll aber auch der durch die Abstandshalterung gegebene Feststoffanteil
des Dielektrikums möglichst niedrig sein.
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Diese beiden aus übertragungstechnischen Gründen zu stellenden Forderungen
sind dann nicht optimal einzuhalten, wenn beispielsweise aus thermischen Gründen
oder aus Gründen der mechanischen Festigkeit für den Feststoff des Dielektrikums
Materialien mit weniger guten elektrischen Eigenschaften eingesetzt werden müssen.
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Die DE-PS 16 40 711 (1 849) zeigt ein HF-Kabel, wie es eingangs beschrieben
ist. Für die Abstandshalterung sind hier in einer Radialebene des Kabels jeweils
drei um 120° gegeneinander versetzte Stützen aus Kunststoff vorgesehen, die durch
einen federnden Netallbügel zusammengehalten sind. Wenn für die Stützen ein wärmebeständiger
Kunststoff verwendet wird, dann ist dieses bekannte HF-Kabel auch bei erhöhten Temperaturen
am Innenleiter einsatzfähig. Bei einer Erwärmung von mehr als 2000 C und auch bei
Anwendungen in Bereichen mit energiereicher Strahlung ist eine derartige, aus Kunststoffteilen
bestehende Abstandshalterung aber nicht mehr geeignet, da alle bekannten Kunststoffe
bei den geschilderten Bedingungen zerstört werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein koaxiales HF-Leistungskabel
anzugeben, dessen Abstandshalterung ohne wesentliche Dämpfungserhöhung Temperaturen
von mehr als 2000 C aushält und auch beständig gegen energiereiche Strahlung ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem HF-Kabel der eingangs geschilderten Art
gemäß der Erfindung dadurch gelöst, -7
- daß die Einzelstützen aus
Keramik bestehen und mittels einer die Wandung des Innenleiters durchdringenden
Schraubverbindung an demselben festgelegt sind, - daß pro Radialebene des Kabels
nur eine Einzelstütze vorhanden ist, - daß die Einzel stützen unterschiedlicher
Radialebenen in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, - und daß-die zur Anlage
am Innenleiter bestimmte Oberfläche jeder Einzelstütze, einschließlich einer zur
Aufnahme eines Teils der Schraubverbindung vorhandenen Vertiefung, mit einer geschlossenen,
elektrisch gut leitenaen Metallschicht versehen ist.
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Durch die aus Keramik bestehenden Einzel stützen ist die Forderung
nach Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und energiereiche Strahlung für die Abstandshalterung
erfüllt. Die Gefahr, daß die in sich starren und mechanisch empfindlichen Einzel
stützen beim Aufbringen des Außenleiters zerstört werden, ist vermieden, da pro
Radialebene nur eine Einzelstütze vorhanden ist. Diese kann einer auf sie in radialer
Richtung einwirkenden Kraft durch elastische Ausbiegung des Innenleiters ausweichen.
Auch der Feststoffanteil des Dielektrikums ist dadurch, daß pro Radialebene nur
eine Einzelstütze vorhanden ist, gering gehalten. Trotz des dielektrisch nicht besonders
geeigneten Materials "Keramik" ergibt sich damit keine wesentliche Erhöhung der
Verluste bzw. der Dämpfung. Der axiale Abstand der in Umfangsrichtung vorzugsweise
um 1200 gegeneinander versetzten Einzelstützen ist so bemessen, daß der Innenleiter
seine konzentrische Lage zum Außenleiter beibehält und auch nicht im Bereich der
Einzel stützen aus derselben verlagert wird.
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Durch die sich bis in die Vertiefung für das Teil der Schraubverbindung
erstreckende Metallisierung der am Innenleiter anliegenden Oberfläche der Einzel
stützen werden Glimmentladungen in Hohlräumen zwischen dem Innenleiter und den Einzelstützen
sowie innerhalb der Einzelstützen vermieden, die zu einer Zerstörung der Einzel
stützen führen könnten. Bei eindeutiger Kontaktierung des Innenleiters, die beispielsweise
mit zwei getrennten,
schneidenartigen Vorsprüngen erzielbar ist,
geht der vom Innenleiter geführte HF-Strom im Bereich der Einzel stützen im wesentlichen
auf die parallel zum Innenleiter verlaufende Metallisierung über, insbesondere dann,
wenn diese aus elektrisch sehr qut leitendem Material besteht. Geeignet sind hier
besonders Kupfer oder Silber.
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Die Einzelstützen werden am zweckmäßigsten so am Innenleiter befestigt,
daß sie mit einem im Keramikkörper verankerten Gewindebolzen durch ein in den Innenleiter
gedrücktes Loch gesteckt werden. Auf den Gewindebolzen wird durch ein dem ersten
Loch diametral gegenüberliegendes zweites Loch eine Mutter aufgeschraubt.
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Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen
dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein HF-Kabel nach der Erfindung.
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Fig. 2 einen Längsschnitt durch dieses Kabel.
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Fig. 3 und 4 zwei unterschiedliche Ausführungsformen einer Einzelstütze.
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Fig. 5 eine Draufsicht auf die Oberfläche einer Einzelstütze, welche
zur Anlage am Innenleiter des HF-Kabels bestimmt ist.
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Das in Fig. 1 dargestellte koaxiale HF-Kabel besteht aus einem rohrförmigen
Innenleiter 1, einem denselben umgebenden Auf3enleiter 2 und einer zwischen den
beiden Leitern angeordneten Abstandshalterung 3, die im vorliegenden Fall aus Einzelstützen
4 besteht. Innenleiter 1 und Außenleiter 2 können quer zu ihrer Achsrichtung gewellt
sein. Das HF-Kabel erhält dadurch eine ausreichende Biegbarkeit, damit es auf eine
Spule aufgewickelt werden kann.
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Die Einzelstützen 4 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel um 1200
in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt. Sie können aber auch um einen anderen
Winkel versetzt sein, beispielsweise um 90° . Pro Radialebene des HF-Kabels ist
nur eine Einzelstütze 4 vorgesehen. Die Einzelstützen 4 haben einen axialen Ab-
stand
voneinander, der nur so groß sein darf, daß die zentrische Lage des Innenleiters
1 im Außenleiter 2 gewährleistet werden kann. Der Abstand muß dabei aber auch so
gewählt werden, daß der Innenleiter 1 bei einer Druckbelastung der Einzel stützen
4 in radialer Richtung elastisch ausweichen kann. Eine solche Druckbelastung tritt
beispielsweise dann auf, wenn eine Wellung in dem Außenleiter 2 eingebracht wird.
Eine weitere Vorgabe für die Bemessung des axialen Abstandes der Einzel stützen
4 voneinander ist durch die Wellenlänge der zu übertragenden Hochfrequenz gegeben.
Damit keine zu hohen Reflexionen auftreten können, soll der Abstand kleiner als
die halbe Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Frequenz sein.
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Die Einzelstützen 4 bestehen aus Keramik. Sie sollen mit dem Innenleiter
1 mittels einer Schraubverbindung fest verbunden werden. Hierzu kann in der Einzelstütze
4 entsprechend Fig. 3 beispielsweise eine Gewindebuchse 5 befestigt sein, in welche
eine Kopfschraube 6 eingedreht wird. Es ist jedoch auch möglich, in der Einzelstütze
4 gemäß Fig. 4 einen Gewindebolzen 7 festzulegen, auf den eine Mutter 8 aufgeschraubt
wird. In beiden Fällen müssen an der Stelle, an welcher die Einzelstützen 4 angebracht
werden sollen zwei Löcher in den Innenleiter 1 eingedrückt werden, die einander
bezüglich des Innenleiters diametral gegenüberliegen. In das eine Loch wird beispielsweise
der Gewindebolzen 7 eingesteckt und durch das gegenüberliegende Loch wird mit einem
geeigneten Werkzeug die Mutter 8 hindurchgeführt und auf den Gewindebolzen 7 aufgeschraubt.
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Die Löcher zur Festlegung der Einzelstützen 4 sollen nach Möglichkeit
in den Innenleiter 1 eingedrückt werden, damit dessen Material ohne Spanbildung
nach innen ragt und damit das elektrische Feld nicht stört.
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Zur Vermeidung von Glimmentladungen im Bereich des Innenleiters ist
die zur Anlage an dem Innenleiter bestimmte Oberfläche der Einzelstützen 4 mit einer
Metallschicht 9 überzogen. Diese Metallschicht ragt auch in eine Vertiefung 10 hinein,
in welcher die Gewindebuchse 5 bzw. der Gewindebolzen 7 verankert sind. Die
Metallschicht
9 besteht aus elektrisch gut leitendem Material, wie beispielsweise Kupfer oder
Silber.
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Damit eine einwandfreie Kontaktierung zwischen der Metallschicht 9
und dem Innenleiter 1 möglich ist, sind auf der entsprechenden Oberfläche der Einzelstützen
4 mindestens zwei Vorsprünge 11 angebracht, die räumlich voneinander getrennt sind
und eine kleine Oberfläche haben. Auch die Vorsprünge 11 sind von der Metallschicht
9 überzogen. Mittels der durch die Vorsprünge definierten Kontaktstellen ist sichergestellt,
daß der vom Innenleiter 1 geführte Hochfrequenzstrom über die parallel zum Innenleiter
1 verlaufende Metallschicht 9 geführt wird. Da auf diese Weise keine Potentialdifferenz
zwischen Metallschicht 9 und Innenleiter 1 auftritt, sind Glimmentladungen mit Sicherheit
vermieden.
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Die Befestigungsart der Einzelstützen 4 ist im Vorangehenden in bevorzugten
Ausführungsbeispielen geschildert worden. Selbstverständlich ist es auch möglich,
in der Einzelstütze 4 ein Durchgangsloch anzubringen und dieseibe dann mittels einer
Art Kippdübelverschraubung am Innenleiter 1 festzulegen. Bei dieser Ausführungsform
wird nur jeweils ein Loch pro Einzelstütze 4 im Innenleiter 1 benötigt.
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