Die Erfindung betrifft eine HF-Vielfachleitung zur hochfrequenten
parallelen Signalübertragung, wie sie beispielsweise in der Com
putertechnik benutzt wird.
Bei der Verwendung vieladriger Leiter oder Vielfachkabel zur pa
rallelen Übertragung hochfrequenter elektrischer Signale ist die
Forderung nach geringer gegenseitiger elektromagnetischer Beein
flussung der einzelnen Signalkanäle (geringem Übersprechen) oft
besonders kritisch. Der dafür erforderliche erhöhte Materialein
satz (Schirmung) oder Fertigungsaufwand (Verdrillen) führt oft zu
Einschränkungen hinsichtlich der möglichen Kabellänge und der
Zahl der parallelen Kanäle. Bei der gegenseitigen Störung muß un
terschieden werden zwischen Übersprechen an Unstetigkeiten (Ein
und Auskoppelstellen, Abschlußnetzwerken, Steckverbindern, Ferti
gungsfehlern u. a.), das auch Reflexionen in den erregenden Kanal
selbst oder in Nachbarkanäle einschließt, und Übersprechen beim
Durchlaufen einer homogenen stetigen Kabelstrecke, hier längen
proportionales Übersprechen genannt. Die bekannten Prinzipien zur
Unterdrückung des Übersprechens haben verschiedene Wirkung auf
unterschiedliche Arten des Übersprechens. Wirksam gegen beide Ar
ten sind folgende oft angewandte Maßnahmen:
- a) Verwendung geschirmter Leiteradern (z. B. Vielfach-Koaxiallei
tung)
Nachteile: höherer Materialaufwand, komplizierte Herstellungs
und Beschaltungstechnologie
- b) Paarweises Verdrillen der Adern bei Verwendung bipolarer Sig
nale (twisted-pair-Kabel)
Nachteile: kompliziertere Herstellungstechnologie, Notwendig
keit bipolarer Aus- und Eingänge
- c) Vergrößerung der Entfernung zwischen parallelen Übertragungs
kanälen, beispielsweise durch Einbringen mehrerer Masseadern
zwischen je zwei Signaladern bei Flachbandleitungen
Nachteil: im allgemeinen geringere Übertragungskapazität, als
bei gleichem Materialeinsatz möglich wäre
- d) Umgeben des Vielfachkabels mit gemeinsamer leitfähiger Ab
schirmung bzw. mit einem zweiten Dielektrikum mit größerem
(vgl. Elekctronics 47 (1973) Juli 5, S. 89-92).
Diese ebenfalls bekannte Gruppe von Maßnahmen beruht darauf, daß
das längenproportionale Übersprechen im Idealfall eines im gesam
ten Querschnitt homogenen Dielektrikums im Grenzfall fehlender
Verluste und vollständig ausgebildeten Skineffektes verschwindet.
Mathematischer Ausdruck hierfür ist die Bedingung
definiert als Koeffizienten des Systems von 2n Telegrafenglei
chungen, die ein n-adriges Kabel unendlicher Länge beschreiben.
Während bei an Luft grenzendem Dielektrikum die Homogenitätsbe
dingung und damit die genannte Bedingung verletzt ist, bewirken
Maßnahmen dieser Art eine Annäherung an den oben genannten Ideal
fall ohne längenproportionales Übersprechen. Nachteilig ist, daß
die unter Punkt d) genannten Maßnahmen einhergehen mit einer Ver
größerung der Beiträge der Kapazitätsbelege, im Falle leitfähiger
Abschirmung auch zugleich einer Verkleinerung der Induktivitäts
belege. Beides führt im allgemeinen zu einem stärkeren Überspre
chen an Diskontinuitäten, letzteres bedingt durch das Anwachsen
der Beträge von Nebendiagonalgliedern der Leitwertmatrix des dem
Vielfachleiter äquivalenten Netzwerks. Es ist weiterhin bekannt,
daß mit einer Veränderung des Verhältnisses von induktiver zu ka
pazitiver Last im obigen Sinne der Leistungsbedarf der Signal
übertragung wächst bzw. die Dämpfung zunimmt. Ebenfalls bekannt
sind Maßnahmen zur Verringerung des Leistungsbedarfs und der
Dämpfung von beliebigen Kabeln durch zusätzliche Erhöhung der In
duktivitätsbelege. Dazu wird gleichmäßig und unabhängig von der
Betriebsart des Kabels für die Adern eine Einbettung in Dielek
trika erhöhter magnetischer Permeabilität vorgenommen, beispiels
weise nach DE-OS 29 17 156. Dies hat jedoch keine Auswirkung auf
das erfindungsgemäß angestrebte Vermindern des Übersprechens.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Übersprechen an Un
stetigkeitsstellen, das längenproportionale Übersprechen sowie
den induktiven Störpegel in der Umgebung wesentlich zu senken.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ausgehend
von einer bestimmten festzulegenden Betriebsart der Vielfachlei
tung, d. h. einer Aufteilung der Leiter in Signaladern und Mas
seadern, die Signalleiter in ein Dielektrikum mit hoher magneti
scher Permeabilität und die Masseleiter in ein Dielektrikum mit
geringer magnetischer Permeabilität eingebettet sind, wobei das
Dielektrikum der Signalleiter weichmagnetische Ferromagnetika,
die eine hohe magnetische Permeabilität aufweisen und deren Fre
quenzverhalten dem Frequenzbereich der zu übertragenen elektri
schen Signale entspricht, enthält. Dadurch erfolgt eine kontrol
lierte Vergrößerung der Verhältnisse der Induktivitätsbelege der
Signaladern in bezug auf benachbarte Masseadern einerseits und in
bezug auf entsprechende Signaladern sowie entferntere Masseadern
andererseits. Dies ergibt die Möglichkeit, die vorgenannte Bedin
gung zu erfüllen, wobei unter µ ε jetzt ein effektiver Mittelwert
über den Leitungsquerschnitt zu verstehen ist. Die mit der Erfin
dung erzielten Vorteile bestehen darin, daß das längenproportio
nale Übersprechen verhindert oder wesentlich gemindert wird. Die
Wirkung auf die Koeffizienten Lÿ , Cÿ ist dabei jedoch so, daß
die Induktivitätsbelege (ungleichmäßig) anwachsen, während die
Kapazitätsbelege vom Prinzip her unverändert bleiben (soweit sich
ε nicht verändert). Das bedeutet, daß die unter Punkt d) genann
ten Nachteile des bekannten Standes der Technik entfallen und
sich im Gegenteil erstens auch das Übersprechen an Diskontinuitä
ten verringert, da in der Leitwertmatrix des dem Vielfachleiter
äquivalenten Netzwerkes entsprechende Nebendiagonalglieder sich
relativ verkleinern; und zweitens der Leistungsbedarf für die
Signalübertragung und die Dämpfung sinken. Als weiterer Vorteil
entsteht eine Verringerung des induktiven Störpegels in der Um
gebung. Zum anderen wird der gegenüber dem Stand der Technik bei
Vielfachleitungen zur Senkung sowohl des längenproportionalen
Übersprechens als auch des Übersprechens an Unstetigkeitsstellen
nötige erhöhte Material- und Fertigungsaufwand vermieden.
Die Erfindung soll an einem Beispiel näher erläutert werden. Zur
Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung werden die Signalleiter
in ein Material hoher magnetischer Permeabilität und die Masse
leiter in ein unverändertes Dielektrikum eingebettet. Danach er
folgt die Verbindung zum endgültigen Leitungsverbund. Die Her
stellung des genannten Materials hoher magnetischer Permeabilität
erfolgt nach an sich bekannten Verfahren durch Zumischen weicher
ferromagnetischer Stoffe zum Dielektrikum. Dabei werden solche
Zuschlagstoffe ausgewählt, deren Frequenzverhalten den Frequenzen
der zu übertragenden elektrischen Signale entspricht. Zur nähe
rungsweisen Erfüllung der genannten Bedingung in der Darstellung
des bekannten Standes der Technik werden die relevanten Leiter
parameter (Lÿ, Cÿ) berechnet oder am Modell und gegebenenfalls
durch Verändern des Dielektrikums (Abmessungen und Werte von ε,
µ) sowie der Leiterabmessungen und -abstände verändert. Zweckmä
ßigerweise erfolgt eine farbliche Kennzeichnung der Signaladern,
um den richtigen Einsatz der Vielfachleitung zu erleichtern.