DE3617899A1

DE3617899A1 - Induktives hf-antennenkabel

Info

Publication number: DE3617899A1
Application number: DE19863617899
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Okamoto
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1986-05-29
Filing date: 1986-05-28
Publication date: 1987-12-17
Also published as: DE3617899C2; FR2599560B1; FR2599560A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein indukti ves HF-Kabel, das für mobile Nachrichtenverbindungen verwendet wird, die auf der Landstraße, auf der Eisenbahn, in einem Tunnel oder dergleichen eingerichtet sind.

Fig. 1 zeigt ein bekanntes induktives HF-Kabel. In der Zeichnung erkennt man einen Kern 1 aus einem magneti schen Material oder einem Isolator, der aufeinanderfol gend von einem Innenleiter 2, einem Isolator 3, einem Außenleiter 4 und einer Umhüllung 5 bedeckt ist. Der In nenleiter und der Außenleiter 2 bzw. 4 sind wendelförmig gewundene Leiter auf den äußeren Umfang des Kerns 1 bzw. des Isolators 3, wobei der Innenleiter 2 in umgekehrter Richtung zum Außenleiter 4 gewunden ist.

Ein Strom, der zwischen dem Innen- und dem Außenleiter fließt, wird induktiv in den Raum um das induktive HF-Kabel herum abgestrahlt, so daß die Strahlung von der Antenne eines sich bewegenden Fahrzeugs empfangen werden kann.

Bei dem so beschriebenen strahlenden HF-Kabel ist jedoch der Übertragungsverlust so groß, daß daraus das Problem erwächst, daß ein vollständiges induktives Antennenka belsystem teuer wird, weil es eine große Anzahl von Verstärkern benötigt, wenn sich das strahlende Kabel über große Distanz erstreckt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine in duktive Kabelantenne mit geringen Übertragungsverlusten anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs.

Bei dem erfindungsgemäßen Kabel ist ein Leiter vorgesehen, der um den äußeren Umfang eines Kerns gewun den ist, um einen inneren Leiter zu bilden, ein Isolator ist um den inneren Leiter angeordnet, und ein weiterer Leiter, der einen Außenleiter bildet, ist um den inne ren Umfang des Isolators in derselben Windungsrichtung wie der innere Leiter gewunden mit einer Windungssteigung, die nicht kleiner als das Doppelte, aber nicht größer als das Dreifache jener des Innenlei ters ist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausfüh rungsbeispiels eines bekannten induktiven strah lenden Kabels;

Fig. 2 eine Darstellung einer Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 3 und 4 Diagramme über die Induktanzwerte in bezug auf das Windungsverhältnis von inneren und äuße ren Leitern in dem strahlenden HF-Kabel nach der vorliegenden Erfindung, wobei sich Fig. 3 auf den Induktanzwert des Außenleiters und Fig. 4 sich auf den Gesamtinduktanzwert bezieht.

Um das oben beschriebene Problem des Standes der Technik zu lösen, haben die Erfinder des vorliegenden Anmel dungsgegenstandes ein induktives, strahlendes Kabel vorgeschlagen, daß für eine Nachrichtenübertragung großer Ausdehnung geeignet ist, wobei man als Ergebnis erhält, daß die Übertragungsverluste vermindert sind und man eine hohe elektrische Feldstärke erhalten kann.

Das vorgeschlagene induktive, strahlende Kabel ist so gestaltet, daß ein Leiter spiralförmig um den Umfang ei nes Kerns gewickelt ist, um einen Innenleiter darauf auszubilden, und ein Isolator ist um den Umfang des in neren Leiters angeordnet, wobei ein weiterer Leiter spiralförmig um den äußeren Umfang des Isolators in der selben Wicklungsrichtung wie beim inneren Leiter gewun den ist, um einen Außenleiter auszubilden. Bei diesem leitfähigen HF-Kabel sind die inneren und äußeren Leiter in der gleichen Richtung zueinander gewunden, so daß ein Signal aus einer Hochfrequenzleistungsquelle einen Erdrückschlußkreis erregt, was von einer Antenne eines sich in der Nähe bewegenden Fahrzeugs aufgenommen werden kann.

Als Ergebnis weiterer Untersuchungen zur Steigerung der Intensität des äußerlich erzeugten elektromagnetischen Feldes bei dem vorgeschlagenen induktiven HF-Kabel haben die Erfinder ermittelt, daß dieses Ziel dadurch erreicht werden kann, daß man für das Verhältnis der Windungs steigung des Innenleiters zu der des Außenleiters einen spezifischen Wert angibt. Dieser Wert wird nachfolgend erläutert.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung besteht der Kern 11 aus ei nem magnetischen Material oder einem Isolator. Ein In nenleiter 12 ist durch spiralförmige Wicklung eines Kup ferdrahtes um den äußeren Umfang des Kerns 11 mit einer Steigung A ausgebildet. Ein Isolator 13 bedeckt den Innenleiter.

Ein Außenleiter 14 wird durch spiralförmige Wicklung ei nes Kupferdrahtes um den äußeren Umfang des Isolators 13 mit einer Steigung B ausgebildet. Eine Plastikumhüllung 15 bedeckt den Außenleiter.

Die Wicklungsrichtung des Kupferdrahtes des Innenleiters 12 ist dieselbe wie die des Außenleiters 14 und die Steigung B des Außenleiters 14 ist so gewählt, daß sie keinen Wert annimmt, der kleiner ist, als das Doppelte, jedoch nicht größer als das Dreifache der Steigung A des Innenleiters 12 ist.

Aus Fig. 2 geht auch hervor, daß die Innen- und Außenleiter 12 bzw. 14 nicht Einzelleiter zu sein brauchen, sondern aus parallelen Litzen bestehen können. In diesem Falle sind die Steigungen A und B die Steigun gen zwischen benachbarten Windungen ein und desselben Filaments, nicht jedoch zwischen benachbarten Filamenten.

Der Grund, weshalb die Steigung B so gewählt ist, daß sie einen Wert nicht kleiner als das Doppelte, jedoch nicht größer als das Dreifache der Steigung A hat, ist der folgende:
In dem Kabel nach der vorliegenden Erfindung wird ein Stromkreis zwischen Erde und dem Außenleiter durch die Induktanz des Außenleiters erregt, so daß ein Stromfluß durch den Kreis hervorgerufen wird, mit Erfolg, daß ein elektromagnetisches Feld starker Intensität im Außenraum induziert wird. Die Intensität des elektromagnetischen Feldes ist proportional zu Z _T/⌀, wobei Z _T die Koppelim pedanz des Außenleiters darstellt und ⌀ die Phasenkon stante des Koaxialkabels ist.

Das heißt, um die Intensität des äußeren elektromagneti schen Feldes zu steigern, ist es notwendig, die Koppel impedanz Z _T des Außenleiters größer zu machen und daher die Induktanz L des Außenleiters in dem Erdrückschlußkreis groß zu machen, weil Z _T=j ω L. Es ist auch notwendig, daß die Phasenkonstante ⌀ des Koaxialka bels nicht zu groß gemacht wird und daher die Gesamtin duktanz L ₀ des Koaxialkabels nicht zu groß werden zu lassen. Die Selbstinduktivität L und die Gegeninduktivität M ₁₂ der inneren und äußeren Leiter lassen sich wie folgt ausdrücken:

Innenleiter:

L₁ = π a²µ₁µ₀N₁²
M₁₂ = π a²µ₁µ₀N₁N₂
Außenleiter:
L₂ = f N₂²µ₀[a²µ₁ + (b² - a²)]
M₁₂ = π a²µ₁µ₀N₁N₂,

wobei

aden Innenradius des Kerns angibt; µ₁der Permeabilitätskoeffizient für den Kern 1 ist; µ₀die Permeabilitätskonstante für den freien Raum ist; N₁die Anzahl der Windungen der inneren Spule ist; N₂die Anzahl der Windungen der äußeren Spule ist und bder Radius der äußeren Spule ist.

Die Steigungen sind umgekehrt proportional zur Anzahl der Windungen, so daß A/B=N₂/N₁.

Daher können die Bedingungen, daß die Induktivität des Außenleiters im Erdrückschlußkreis L=M ₁₂-L ₂ maxi miert ist und die Gesamtinduktivität L ₀=₁-2M ₁₂+L ₂ minimiert ist, wie in den Fig. 3 bzw. 4 dargestellt, be rechnet werden (die Berechnungen sind ausgeführt mit b= 2a). Wie man aus den Zeichnungen ersehen kann, ist es möglich, die Induktivität L des Außenleiters auf nahe seinem Maximum einzustellen und die Gesamtinduktivität L ₀ so klein wie möglich zu machen, wenn das Windungsverhältnis N ₂/N ₁ auf den Bereich zwischen 1/3 bis 1/2, beide Grenzen eingeschlossen, beschränkt wird.

Wie oben beschrieben sind bei dem induktiven, strahlen den Kabel nach der Erfindung die Innen- und Außenleiter in derselben Richtung gewunden, wobei ihre Windungsstei gungen in spezieller Weise definiert sind. Es ist daher möglich, ein induktives, strahlendes HF-Kabel zu erhalten, das kleine Übertragungsverluste hat und eine starke elektromagnetische Feldstärke hervorbringt, was mit dem Stand der Technik nicht erzielbar ist. Dement sprechend ist das Kabel nach der vorliegenden Erfindung äußerst vorteilhaft, wenn es in einem induktiven Radio system verwendet wird, das eine Nachrichtenübertragung über große Entfernung erfordert.

Claims

1. Induktives HF-Kabel, gekennzeichnet durch einen Kern (11), einen um den Umfang des Kerns (11) spiralförmig gewundenen Leiter (12), der einen Innenleiter ausbildet, einen um den Umfang des Innenleiters (12) angeordneten Isolator (13) und einen weiteren Leiter (14), der um den Umfang des Isolators in der gleichen Wicklungsrichtung gewunden ist, wie der Innenleiter, um einen Außenleiter auszubilden, wobei die Wicklungssteigung des Außenleiters nicht kleiner als das Zweifache und nicht größer als das Dreifache der Wicklungssteigung des In nenleiters ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (11) ein magnetisches Material enthält, das ei ne magnetische Permeabilität größer als 1 aufweist.