DE3625631A1 - Elektromagnetische abschirmung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Abschirmung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Insbesondere bei Anwendungen im Hochfrequenzbereich ist es häufig erforderlich, einen oder mehrere Signalleiter eines elektrischen Kabels mit einer elektromagnetischen Abschirmung zu umgeben. Damit soll einerseits eine störende elektro­ magnetische Einstrahlung von außen auf das zu übertragende Signal und andererseits ein Abstrahlen des Signals nach außen verhindert werden.

Für Hochfrequenzanwendungen insbesondere im unteren MHz-Bereich sind Kabel, deren Abschirmung aus einem einfach geflochtenen Schirm besteht, häufig nicht ausreichend. Eine bessere Abschirm­ wirkung erreicht man mit zwei aufeinander geflochtenen Schirmen. Bei sehr hohen Anforderungen an die Abschirm­ wirkung, wie sie beispielsweise im Bereich der Raumfahrt, Luftfahrt, Telekommunikation und Datenverarbeitung gefordert wird, reicht auch eine derartige Abschirmung nicht aus. Für solche Anwendungsgebiete hat man Kabel mit dreilagiger Abschirmung geschaffen, wobei die Innenlage und die Außen­ lage je durch einen Metallgeflechtschirm und die Zwischen­ lage durch einen polykristallinen Werkstoff wie beispiels­ weise µ-Metall, metallisches Glas und dergleichen gebildet sind.

Ein derartiger Abschirmungsaufbau führt jedoch zu Kabeln mit nur geringer Flexibilität und mit schwieriger Verar­ beitung beim Anschließen an die Kontaktelemente von Steck­ verbindern. Außerdem erreicht man hiermit im wesentlichen nur eine Abschirmung elektrischer Felder, nicht aber mag­ netischer Felder. Desweiteren wirkt sich nachteilig aus, daß die elektrisch leitende Zwischenlage den Innenschirm und den Außenschirm elektrisch verbindet und daher die dreilagige Abschirmung im Grunde nur wie eine dickschich­ tige Abschirmung wirkt.

Für Anwendungsgebiete der beispielsweise genannten Art sollte die Abschirmdämpfung im Bereich von < 100 dB bereich, z. B. zwischen 1 MHz bis 100 MHz.

Elektromagnetische Strahlungen auf das zu übertragende Signal wirken sich vor allem bei Digitalsignalen dadurch negativ aus/daß die Impulsflanken abgeflacht werden, was zu Signalverfälschungen und zu einer Verringerung der möglichen Impulsfolgefrequenz führt.

In vielen Bereichen der Technik ist auch ein Abstrahlen der zu übertragenden Impulse von dem Kabel auf andere elektronische Komponenten oder Signalleiter anderer Kabel unerwünscht. Auf den Gebieten der Telekommunikation und der Datenverarbeitung kann es zu unerwünschtem Nebensprechen kommen und wird durch die Abstrahlung unbefugte Datenan­ zapfung möglich.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektro­ magnetische Abschirmung verfügbar zu machen, die einer­ seits zu einer hohen Abschirmdämpfung sowohl elektrischer als auch magnetischer Felder und andererseits zu einem hochflexiblen Kabelaufbau führt.

Eine Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben und kann den weiteren Ansprüchen gemäß vorteilhaft weiterge­ bildet werden.

Da die eine Lage der Abschirmung aus metalldotiertem Kunststoff besteht und hochflexible Kunststoffe zur Ver­ fügung stehen, braucht ein mit der erfindungsgemäßen Ab­ schirmung versehenes Kabel keinerlei Einbuße an Flexibilität zu erleiden. Die außerordentlich guten elektromagnetischen Schirmdämpfungseigenschaften werden dadurch erreicht, daß das ein- bzw. abstrahlende magnetische Feld in der Abschirm­ lage aus metallgefülltem Kunststoff gebündelt wird.

Abschirmungen gegen elektrische Felder, die aus elektrischen Leitern bestehen, wirken dadurch, daß diese elektrischen Leiter eine Äquipotentialfläche bilden, die durch Außen­ anschluß beispielsweise auf das Potential 0 gelegt wird. Ladungsträger, die durch lokale elektrische Felder ver­ ursacht werden, fließen sofort ab, was die elektrische Abschirmwirkung hervorbringt. Je höher die elektrische Leitfähigkeit umso besser die elektrische Abschirmwirkung.

Derartige elektrische Leiter bewirken jedoch keine oder nur eine sehr schwache Abschirmung gegenüber Magnetfeldern, wenn man einmal von sehr hohen Frequenzen im GHz-Bereich absieht. Insbesondere in relativ niedrigen Frequenzbe­ reichen, beispielsweise im unteren MHz- oder gar kHz- Bereich, tritt jedoch praktisch keine magnetische Ab­ schirmung auf.

Dadurch, daß man bei der erfindungsgemäßen Abschirmung für die eine Abschirmlage Kunststoff verwendet, in dem metallische Teilchen so eingebettet sind, daß der Kunst­ stoff nicht zum elektrischen Leiter wird, nach Art be­ kannter "elektrisch leitender Kunststoffe", sondern ein elektrischer Isolator bleibt, erreicht man die gute Ab­ schirmwirkung gegenüber magnetischen Feldern. Bettet man beispielsweise Ferritpulver oder Pulver aus einem mag­ netischen Metallglas in den Kunststoff ein, kommt es zur Bündelung der Magnetfeldlinien des störenden elektro­ magnetischen Feldes an den Stellen dieser Teilchen. Die einzelnen Teilchen wirken als magnetische Gegenpole, in denen die Magnetfeldlinien enden. Die Umgebung der Metallteilchen wird dadurch magnetfeldfrei.

Verwendet man nicht-magnetische Metallteilchen, wie bei­ spielsweise Kupferpulver, entstehen in diesen Metall­ teilchen vom hochfrequenten Magnetfeld hervorgerufene, induzierte Wirbelströme, die wiederum ein Magnetfeld ver­ ursachen, das dem äußeren Magnetfeld entgegengesetzt ist. Auch hier kommt es wieder zu einer gebündelten Bindung des abzuschirmenden Magnetfeldes, was die gute magnetische Abschirmwirkung hervorruft.

Besonders gute elektromagnetische Abschirmwirkungen er­ zielt man mit einer dreilagigen Abschirmung, deren innere und deren äußere Schirmlage je durch einen elektrischen Leiter wie insbesondere ein Metallgeflecht oder eine Metall­ folie gebildet sind und deren Mittellage durch die metalldotierte Kunststoffschicht gebildet ist. Letztere führt zu einer elektrischen Isolierung zwischen innerer und äußerer elektrisch leitender Schirmlage. Dies bewirkt eine Reflexion des abzuschirmenden elektrischen Feldes an zwei elektrisch gesehen unterschiedlichen Schirmschichten. Dies führt zu einer besseren elektrischen Abschirmung als drei elektrisch leitende Schirmlagen, die miteinander in elektrischer Verbindung stehen und für die abzuschirmenden elektrischen Felder daher im wesentlichen nur wie eine einzige Schirmschicht wirken.

Gegenüber der bekannten dreilagigen Abschirmung mit einem inneren Metallgeflechtschirm, einem äußeren Metallgeflecht­ schirm und einer dazwischen befindlichen mittleren Ab­ schirmlage aus polykristallinem Metall (Metallglas) führt die erfindungsgemäße Abschirmung mit metalldotierter Kunststoffzwischenschicht daher nicht nur zu einer erheblich besseren magnetischen Abschirmung sondern auch zu einer verbesserten elektrischen Abschirmung.

Ein mit der erfindungsgemäßen elektrischomagnetischen Abschirmung versehenes Kabel kann daher sowohl hohe Flexibilität aufweisen als auch eine überragende elektro­ magnetische Abschirmung.

Die flexible, metalldotierte, elektrisch nicht-leitende Kunststoffschicht hat auch selbständig Erfindungsbedeutung. Sie kann dort, wo es auf eine Abschirmung nur magnetischer Felder ankommt, ohne elektrisch abschirmende Schirmlagen vorteilhaft eingesetzt werden, z. B. für magnetisch abzu­ schirmende Kabel, die hohe Flexibilität behalten sollen.

Die Erfindung wird nun anhand einer Ausführungsform näher erläutert.

Die einzige Zeichnung zeigt als Beispiel ein Koaxialkabel mit einem einzigen Signalleiter A, der von einem Dielektrikum B umgeben ist. Das Dielektrikum B wird von einem ersten Schirm C aus einem Metallgeflecht umspannt. Den ersten Schirm C umgibt eine metalldotierte, elektrisch nicht-leitende Kunststoff­ zwischenschicht D, die ihrerseits von einem zweiten Schirm E aus einem Metallgeflecht umgeben wird. Die äußerste Schicht des Kabels wird durch einen Kunststoffmantel F gebildet.

Als Materialien für die metalldotierte Kunststoffzwischen­ schicht D eignen sich insbesondere PTFE (Polytetrafluoräthylen), in das vorzugsweise Kupferpulver, Ferritpulver oder Metallglas­ pulver eingebettet ist.

Messungen an verschiedenen Abschirmungen haben im Frequenz­ bereich von 0,25 MHz und 110 MHz folgende Schirmdämpfungen ergeben:

- einfach geflochtener Schirmca. 60 dB - zwei aufeinander geflochtene
Schirmeca. 85 dB - zwei aufeinander geflochtene
Schirme mit einer Zwischenschicht
aus mit metallischem Pulver
dotiertem Kunststoff<100 dB

Claims (10)

1. Elektromagnetische Abschirmung mit mindestens zwei Abschirm­ lagen, von denen eine durch einen elektrischen Leiter in Form eines Metallgeflechts oder einer Metallfolie gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Abschirmlage durch eine flexible, metalldotierte, elektrisch nicht-leitende Kunststoffschicht (D) gebildet ist.

2. Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kunststoffschicht (D) metallisches Pulver eingebettet ist.

3. Abschirmung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff Polytetrafluoräthylen (PTFE) verwendet wird.

4. Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff mit Kupfer dotiert ist.

5. Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff mit Ferritpulver dotiert ist.

6. Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff mit Pulver eines metallischen Glases dotiert ist.

7. Abschirmung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung dreilagig ist und als Innenlage (C) und als Außenlage (E) je ein Metallgeflecht vorgesehen ist und die metall­ dotierte Kunststoffschicht die Zwischenlage (D) bildet.

8. Elektrisches Kabel mit mindestens einem Signalleiter, gekennzeichnet durch eine elektromagnetische Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

9. Magnetische Abschirmung gekennzeichnet durch eine flexible, metalldotierte, elektrisch nicht-leitende Kunststoffschicht.

10. Elektrisches Kabel mit mindestens einem Signalleiter, gekennzeichnet durch eine magnetische Abschirmung nach Anspruch 9.