DE3401137A1

DE3401137A1 - Hochfrequenzkabel

Info

Publication number: DE3401137A1
Application number: DE19843401137
Authority: DE
Inventors: Hans Leo Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Ditscheid
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1984-01-14
Filing date: 1984-01-14
Publication date: 1985-07-18
Also published as: EP0150870A2; DE3570314D1; EP0150870A3; EP0150870B1

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH PHD 84-004

Hochfrequenzkabel

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochfrequenzkabel, bei dem der durch systematische Inhomogenitäten verursachte frequenzselektive Energierückfluß und die damit verbundene Störung der Übertragungseigenschaften vermindert ist. 5

Hochfrequenzkoaxialkabel sind aus fertigungstechnischen Gründen nie völlig längshomogen aufgebaut. Der Wellenwiderstand dieser Kabel schwankt stets geringfügig infolge kleinster AbmessungsSchwankungen der Leiter und der Isolierung sowie infolge Dichteschwankungen des verwendeten Isolierstoffes. Solange diese Schwankungen klein genug und statistisch verteilt sind, bleiben die Auswirkungen auf die Übertragungseigenschaften des Kabels gering. Da diese Schwankungen aber häufig fertigungsbedingt sind, treten sie nicht statistisch verteilt, sondern gleichartig und äquidistant auf. Die dadurch verursachten systematischen Störstellen bewirken bei den Frequenzen, bei denen der Abstand der Störstellen gleich einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge ist, unter Umständen extreme Abweichungen des Eingangswiderstandes vom mittleren Wellenwiderstand sowie eine selektive Zunahme der Betriebsdämpfung. Ferner treten Phasen- und Gruopenlaufzeitverzerrunqen auf.

Je nach Größe und Lage der Inhomogenitäten auf dem Koaxialkabel, wiederholen sich die resonanzartigen Störungen der Übertragungseigenschaften über den gesamten Frequenzbereich im Abstand der ersten Resonanzfrequenz mit unter Umständen stark schwankender absoluter Größe.

Die Ursachen für die systematischen Störungen, die während des Fertigungsprozesses entstehen können, sind zahlreich und unterschiedlicher Natur. In den meisten Fällen rühren sie von drehenden Maschinenteilen her oder beruhen auf Schwingungen, die auf das Kabel während der Fertigung einwirken. Solche systematischen Störungen im Fertigungsprozeß führen zu kleinsten Durchmesserschwankungen im Isolierstoff oder zu Drahtstärkenänderungen, oder zu Änderungen im Abstand zwischen Innen- und Außenleiter.

Kleine Volumen oder Durchmesserschwankungen werden z.B. periodisch wirksam, wenn einzeln auf dem Kabelinnenleiter in gleichem Abstand angeordnete Abstandshalter rotationsspritztechnisch aufgebracht werden, denn alle durch die Werkzeugtoleranzen bedingten Schwankungen wiederholen sich entsprechend dem Fertigungszyklus des Werkzeuges, z.B. dem Werkzeugumfang.

Zur Vermeidung derartiger systematischer Inhomogenitäten wurde gemäß der DE-PS 16 40 095 bereits vorgeschlagen, beim Aufspritzen von Abstandshaltern auf einen Innenleiter unter Verwendung eines Mehrfachwerkzeuges die Anzahl der je Arbeitstakt aufgespritzten Abstandshalter je Fertigungsablauf diskontinuierlich zu ändern. Damit kann in Grenzen bei einem Hochfrequenzkabel dieser Bauart der frequenzselektive Energierückfluß eingeschränkt werden; das Verfahren läßt sich jedoch nicht auf andere Kabelbauformen anwenden und hat den Nachteil, daß wegen der diskontinuierlichen Arbeitsweise die ohnehin schon eingeschränkte Wirtschaftlichkeit durch die dann im Mittel reduzierte Taktweite zusätzlich gemindert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel anzugeben, durch die bei einem Hochfrequenzkabel der durch systematische Inhomogenitäten verursachte Energierückfluß stark vermindert und die Übertragungseigenschaften verbessert werden. Die Mittel sollen auch geeignet sein,

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bei höheren Ubertragungsfrequenzen, z.B. im Meter- und Dezimeter-Wellenlängenbereich, wirksam zu arbeiten, und bei unterschiedlichen Kabelbauformen anwendbar zu sein. Die Mittel sollen ferner die Störanfälligkeit der Fertigungslinien, z.B. Verschleiß von Werkzeugteilen, im Hinblick auf Inhomogenitäten vermindern, möglichst eine höhere Fertigungsgeschwindigkeit zulassen und vor allem den Einsatz von Rotationsspritztechniken bei der Herstellung der Abstandshalter auch bei solchen Koaxialkabeln ermöglichen, in deren Frequenzbereich mehrere Oberwellen der Fehlerfrequenz fallen.

Gemäß der Erfindung sind diese Mittel bei einem Hochfrequenzkabel dadurch gekennzeichnet, daß die relative Dielektrizitätskonstante des zwischen Innen- und Außenleiter des Kabels befindlichen Isolierstoffes über die Kabellänge mit einer gegenüber der Betriebs-Wellenlänge sehr großen Periodenlänge in den zulässigen Grenzen des Wellenwiderstandes und der Abmessungen verändert ist.

Unter einer sehr großen Periodenlänge wird dabei verstanden', daß diese ein Vielfaches der größten übertragenen Wellenlänge beträgt. In einem Ausführungsbeispiel ist dies bei einer Grundwelle von 100 MHz eine Periodenlänge von 200 m. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Resonanzen "verschmiert" und damit die Höhe der Resonanzspitzen des frequenzselektiven Energierückflusses stark vermindert werden.

Eine besonders gute Bemessung für die Änderung der Dielektrizitätskonstante ergibt sich, wenn die Periodenlänge der Dielektrizitätsänderung multipliziert mit der Kabeldämpfung bei der niedrigsten Störfrequenz etwa 5 dB beträgt. Hierbei ist die niedrigste Störfrequenz diejenige Frequenz, deren Wellenlänge auf dem Kabel doppelt so groß ist, wie der geometrische Abstand der

äquidistant, also periodisch auftretenden Fehler.

Die Veränderung der relativen Dielektrizitätskonstante zwischen Innen- und Außenleiter, also die Änderung der relativen Dielektrizitätszahl des Kabels über dessen Länge_f kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich erfolgen.

Werden spritztechnisch aufgebrachte Abstandshalter eingesetzt, so kann die Dielektrizitätszahl durch Einformungen in die Abstandshalter verändert werden. Diese Einformungen erfolgen zweckmäßig radial, weil das Spritzwerkzeug diese Veränderungen am einfachsten zuläßt. Anstelle von Änderungen an den Abstandshaltern können auch Änderungen des Dielektrikums dadurch erfolgen, daß ein die Abstandshalter konzentrisch umgebender Schlauch in seinem Querschnitt über die Kabellänge verändert wird.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele und Gestaltungsformen der Erfindung beschrieben und die Wirkungsweise erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch Teile eines Spritzwerkzeuges für das Aufbringen von Abstandshaltern auf einen Innenleiter.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein Hochfrequenzkabel, dessen Abstandshalter mit einem Werkzeug nach Fig. 1 gefertigt wurden.

Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch ein Hochfrequenzkabel, dessen Dielektrizitätszahl durch eine Dickenänderung eines die Abstandshalter umschließenden Schlauches aus Isolierstoff erfolgt.

Die Fig. 4 zeigt den Schnitt durch ein Hochfrequenzkabel mit einer massiven Kunststoffisolierung unterschiedlicher Stärke, bei dem außenliegende Isolationsteile unterschiedlicher Stärke aus porigem Isolierstoff bestehen. 5

Die Fig. 5 zeigt den Schnitt durch ein Hochfrequenzkabel, bei dem der Abstand zwischen dem Innen- und dem Außenleiter durch einen schraubenlinienförmig auf den Innenleiter aufgesetzten Formstrang bestimmt wird. 10

Die Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch ein Hochfrequenzkabel, dessen Dielektrikum aus einem porigen Isoliermaterial unterschiedlicher Dichte besteht.

Die Fig. 7a bis 7c zeigen unterschiedliche Aufbauformen für Abstandshalter, die wendelförmig auf den Innenleiter gewickelt werden.

Sämtliche nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele für Hochfrequenzkabel sind in schematischer Aufbauform dargestellt, wobei alle für die Beschreibung der Erfindung nicht funktionswesentlichen Teile - ebenso wie bei dem Werkzeug nach Fig. 1 - weggelassen sind.

Ein Werkzeug nach Fig. 1 besteht aus einem Körper 1, der zentrisch einen Kanal 2 zur Aufnahme eines Innenleiters ausgeformt hat. Quer zum Kanal 2 liegen Ausformungen 3, die die Form für die im Spritzverfahren herzustellenden Abstandshalter bilden. In die Ausformungen 3 können über eine geeignete Antriebsvorrichtung stiftartige Teile 4 mehr oder weniger tief in die Ausformung 3 eingefahren werden, so daß sich Abstandshalter unterschiedlicher Werte in bezug auf die Dielektrizitätskonstante zwischen Innen- und Außenleiter ergeben. Anstelle der gezeigten stiftförmigen Teile 4 können auch andere Formen mit dem Hub £± h eingefahren werden, so daß sich Schlitze oder Kerben am Umfang mehr oder weniger verteilt ergeben.

Die Fig. 2 zeigt den Schnitt durch ein Hochfrequenzkabel, das aus einem Werkzeug nach Fig. 1 hergestellt ist. Auf einem Innenleiter 5 sind die Abstandshalter 6 aufgespritzt, die mit Ausnehmungen 7 entsprechend den Stiften ausgeformt sind. Es ist ersichtlich, daß diese Ausformungen unterschiedliche Tiefen aufweisen, woraus sich entlang der Kabels bezüglich der Abstandshalter unterschiedliche Dielektrizitätszahlen ergeben. Die Steuerung der Stifte 4 und damit die Ausformung der Ausnehmungen erfolgt so, daß die Stifte bei einem umlaufenden Werkzeug nicht in der Periodenlänge des Werkzeugumfanges, sondern in einer von der Steuerung vorgegebenen wesentlich größeren Periodenlänge unterschiedliche Eintauchtiefen ergeben. Der Außenleiter des Kabels ist mit 8 und der Schutzmantel mit 9 bezeichnet.

Die Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch ein Kabel, bei dem zwischen dem Innenleiter 10 und dem Außenleiter 11 auf die Abstandshalter 12 ein schlauchförmiger Kunststoffmantel 13 aufgelegt ist, der aus der Fertigung mit unterschiedlicher Stärke oder unterschiedlichem Durchhang kommt. Auch hier ist die Periodenlänge in bezug auf die unterschiedliche Stärke wesentlich größer gewählt als die Wellenlänge der niedrigsten Öbertragungsfrequenz.

Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform für ein Hochfrequenzkabel nach der Erfindunq, bei der zwischen dem Innenleiter 10 und dem Außenleiter 11 anstelle von Abstandshaltern eine massive Kunststoffisolierung 14 unterschiedlicher Wandstärke eingesetzt ist. Auf diese Kunststoffisolierung 14 ist dann eine weitere Isolierung 15 anderer Dielektrizitätskonstante aufgebracht, die in ihrer Schichtstärke so gewählt ist, daß der Gesamtabstand zwischen dem Innen- und dem Außenleiter konstant bleibt.

Die Schichtdickenänderung der Isolierteile 14 und 15 erfolgt wieder periodisch mit großer Periodenlänge. Der

Isolierstoff 15 kann auch aus verschäumtem (verzelltem) Material bestehen.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwischen dem Innenleiter 10 und dem Außenleiter 11 als Abstandshalter ein Formstrang 16 schraubenlinienförmig angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist bei dieser Ausführungsform die Steigung des Formstranges über die Kabellänge periodisch verändert.

Die Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwischen dem Innenleiter 10 und dem Außenleiter 11 ein inhomogenes Dielektrikum, z.B. ein verschäumter Kunststoff 17 mit über die Periodenlänge unterschiedlicher Dichte, eingebracht ist.

Die Fig. 7 zeigt einen Formstrang, wie er z.B. nach Fig. eingesetzt werden kann, allerdings mit dem Unterschied, daß anstelle eines gleichmäßig dicken spiralförmigen

Teiles stegartige Stützelemente 20 auf einem durchlaufenden Träger 21 aufgeformt sind, so daß sich der spiralförmig um den Innenleiter geschlungene Träger 21 mit
seinen Stützelementen 20 gegen den später aufgelegten Außenleiter abstützen kann. Die Abbildungen 7a bis 7c zeigen, daß zur Herstellung einer periodisch sich ändernden Dielektrizitätszahl sowohl der Querschnitt des
Trägers 21 nach Fig. 7a als auch der Querschnitt der
Stützelemente 20 nach Fig. 7b und auch der Abstand der Stützelemente 20 nach Fig. 7c variiert werden kann.

Patentansprüche!

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Hochfrequenzkabel, bei dem der durch systematische Inhomogenitäten verursachte frequenzselektive Energierückfluß und die damit verbundene Störung der Übertragungseigenschaften vermindert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Dielektrizitätskonstante des zwischen Innen- und Außenleiter des Kabels befindlichen Isolierstoffes über die Kabellänge mit einer gegenüber der Betriebs-Wellenlänge sehr großen Periodenlänge in den zulässigen Grenzen des Wellenwiderstandes und der Abmessungen verändert ist.
2. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodenlänqe der Dielektrizitätsänderung multipliziert mit der Kabeldämpfung bei der niedrigsten Störfrequenz etwa 5 dB beträgt.
3. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Dielektrizitätszahl des Kabels über dessen Länge kontinuierlich verändert ist.
4. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Dielektrizitätszahl des Kabels über dessen Länge diskontinuierlich verändert ist.
5. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 bis 4, mit einer Isolierung aus einzelnen äquidistant auf dem Innenleiter spritztechnisch aufgebrachten Abstandshaltern, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Dielektrizitätszahl durch Einformungen verändert ist.

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6. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 bis 4, mit einer Isolierung aus einzelnen äquidistant auf dem Innenleiter spritztechnisch aufgebrachten Abstandshaltern und einem diese Abstandshalter konzentrisch umgebenden Schlauch, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Schlauches über die Kabellänge verändert ist.
7. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 bis 4, dessen Isolierung teilweise oder ganz aus porigem Material besteht, dadurch gekennzeichet, daß der Anteil des porigen Materials und/oder die Porigkeit des Materials selbst im Sinne einer elektrisch wirksamen Veränderung der Dielektrizitätszahl über die Kabellänge verändert ist.
8. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 bis 4, dessen Isolierung aus einem schraubenlinienförmig den Innenleiter umgebenden Formstrang besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des Formstranges über die Kabellänge verändert ist.
9. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 bis 4, dessen Isolierung aus einem schraubenlinienförmig den Innenleiter umgebenden Formstrang besteht, wobei die zwischen den Innen- und Außenleiter angeordneten, den Formstrang bildenden Stützelemente Aussparungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand und/oder die Querschnittsfläche der Stützelemente über die Länge des Kabels verändert ist.
10. Formwerkzeug zur Herstellung eines Kabels nach

Anspruch 5, gekennzeichnet durch steuerbare Elemente, die

als Verdränger in die Spritzform für die Abstandshalter greifen.