DE4106890A1 - Strahlendes hochfrequenzkabel - Google Patents
Strahlendes hochfrequenzkabelInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein strahlendes Hochfrequenzkabel nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein strahlendes Kabel oder
Leckkabel ist ein Wellenleiter, welcher aus einem Koaxialkabel
dadurch hergestellt wird, daß dessen Außenleiter eine periodi
sche Folge von Schlitzen aufweist. Aus diesen Schlitzen dringen
elektromagnetische Felder in den Außenraum des Kabels. Die abzu
strahlende Leistung wird an einem Ende des Kabels zugeführt.
Längs des Kabels ergibt sich aufgrund der natürlichen Kabeldämp
fung und der Abstrahlung eine Intensitätsabnahme der abgestrahl
ten Leistung. In der Praxis bedeutet dies, daß die Kopplungs
dämpfung zwischen einem Fahrzeug und dem strahlenden Wellenlei
ter mit dem Abstand des Fahrzeugs vom Einspeisepunkt der Hoch
frequenzenergie zunimmt. Es wäre also erwünscht, die Energieaus
kopplung längs des Wellenleiters oder Kabels so zu variieren,
daß die Empfangsfeldstärke beim mobilen Teilnehmer konstant ge
halten wird.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 88 347 ist ein Leckka
bel bekannt, bei dem der Außenleiter des Koaxialkabels aus Bän
dern besteht, welche den zentralen Leiter wendelförmig umgeben
und sich so überlappen, daß rautenförmige Lücken entstehen.
Diese Lücken werden am Ende des Kabels, d. h. mit wachsender
Entfernung vom Einspeisepunkt immer größer, so daß auch mehr
Energie abgestrahlt werden kann.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht neben hohem Aufwand bei
der Produktion darin, daß eine Vergrößerung der Öffnungen oder
Löcher nur eine relativ geringe Erhöhung der Abstrahlung zur
Folge hat. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
strahlendes Hochfrequenzkabel anzugeben, bei dem die längs des
Kabels auftretenden Verluste in möglichst einfacher Weise ausge
glichen werden, so daß die Empfangsfeldstärke längs des Kabels
in erster Näherung konstant bleibt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in Kennzeichen
des Anspruchs 1 erwähnten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausge
staltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Einsatzgebiete der Erfindung sind vor allem längere Tunnel, die
mit Hilfe eines strahlenden Kabels mit hochfrequenter Strahlung
versorgt werden sollen, um Nachrichten übermitteln zu können.
Weitere Anwendungsfälle sind Straßen und Autobahnen, für welche
eine Verkehrsleittechnik vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße
Lösung bezieht sich auf relativ schmalbandige Nachrichtenüber
tragung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der
Zeichnung näher erläutert; dabei zeigt
Fig. 1 den Dämpfungsverlauf längs des Kabels,
Fig. 2 die Anordnung der Schlitze in den ersten Abschnitten
und ein weiteres Beispiel einer Schlitzanordnung im
Periodizitätsintervall.
Im sogenannten D-Netz werden Frequenzen von 925 ± 35 MHz be
nutzt. Ein einfaches strahlendes Kabel zur Übertragung dieses
Bereiches besteht aus einem Koaxialkabel, in dessen Außenleiter
alle fünfundzwanzig Zentimeter ein Schlitz angebracht ist. Man
bekommt so eine nutzbare Bandbreite von 600-1100 MHz.
Da besondere Maßnahmen zur Unterdrückung von Oberwellen nicht
notwendig sind, erhält man für die Anordnung der Schlitze Frei
heiten in der Anordnung der Öffnungen pro Periodenlänge, welche
hier zur Kompensation der Dämpfung ausgenutzt werden können. Ein
handelsübliches Koaxialkabel (7/8 Zoll) hat zwischen 890 und
960 MHz eine Wellendämpfung von ca. 3.7 bis 3,9 dB/100 m. Man er
hält aus diesem Koaxialkabel ein strahlendes Kabel oder Leckka
bel, indem man beispielsweise gleichgroße Schlitze im gleichen
gegenseitigen Abstand von 25 cm anbringt. Die Abstrahlung eines
derartigen Kabels kann anschließend gemessen werden. Sie nimmt
vom Einspeisepunkt der Hf aus gesehen längs des Kabels ab.
Bei einem ungeschlitzten Koaxialkabel wäre die Koppeldämpfung
"unendlich" groß, (da die Antenne nichts empfangen kann) die
Wellendämpfung beträgt dabei ca. 3,7 dB/100 m. Bei einem Leckka
bel mit einem Schlitz von 20·3 mm2 pro Periodenlänge von ca.
25 cm beträgt die Koppeldämpfung im Mittel etwa 95 dB, die Wel
lendämpfung 4.0 dB/100 m. Durch die lineare Zunahme der Wellen
dämpfung mit der Kabellänge bei konstanter Betriebsfrequenz er
gibt sich, daß das Signal am Leckkabelende um die Wellendämpfung
der Kabellänge abgeschwächt ist. Dies bezieht sich auf das Si
gnal nahe dem Einspeisepunkt, wo noch fast keine Wellendämpfung
auftritt.
Diese Abnahme der Abstrahlleistung soll nun so ausgeglichen wer
den, daß die Dämpfung als Summe aus Kopplungs- und Wellendämp
fung über der Leckkabellänge möglichst konstant ist. Dies kann
mit zunehmender Kabellänge durch sukzessive Erhöhung der Ab
strahlung erreicht werden. Diese Erhöhung der Abstrahlung erhöht
ihrerseits wieder die Wellendämpfung, so daß die Maßnahmen zur
Kompensation gegen Ende des Kabels immer aufwendiger werden,
d. h. daß hier die Zahl der Schlitze sehr stark zunimmt.
Um die günstigsten Anordnungen der Schlitze zu erhalten, geht
man von einem Schlitz pro Periodenlänge aus und erhöht die An
zahl der Schlitze auf das Doppelte, sobald die Leitungsdämpfung
um einen aus Messungen ermittelten Wert, beispielsweise 5,6 dB
zugenommen hat. Aus der Theorie und den anschließenden Messungen
wurde ermittelt, daß die Zunahme der Abstrahlung bei Verdopplung
der Zahl der Öffnungen pro Längeneinheit nicht ganz den Faktor 2
bzw. 6 dB erreicht, sondern nur ca. 5,6 dB. Dieser Wert ist ein
Mittelwert aus Meßdaten im D-Netz bei einer Frequenz von 890
bis 960 MHz. Diese Verhältnisse sind in der Fig. 1 an einem
560 m langen Koaxialkabel dargestellt. Die Gerade A stellt die
Leitungsdämpfung des Kabels ohne Schlitze dar, während die Kurve
B die Leitungsdämpfung (theoretisch) mit Schlitzen zeigt, je
weils in Abhängigkeit von der Entfernung vom Einspeisepunkt des
Signals im Kabelanfang aufgetragen. Im unteren Teil der Fig. 1
ist dann die Summe aus Kopplungs- und Leitungsdämpfung darge
stellt. Die Kurve B fällt durch die zusätzlichen Abstrahlungs
verluste stärker ab. Der Wert von 3,7 dB/100 m bei 900 MHz Be
triebsfrequenz erhöht sich durch die Abstrahlung etwa um 0,35
dB/100m, bei einer Schlitzanordnung von einem Schlitz pro 25 cm.
Die Leitungsdämpfung beträgt somit 4,05 dB/100 m.
Wenn man also die Leitungsdämpfung durch eine Verdoppelung der
Zahl der Schlitze kompensieren will, benötigt man diese Kombina
tion erst ab einer Kabellänge von mehr als 130 m. Diese Erhöhung
der Zahl der Schlitze hebt die Summe aus Kopplungs- und Lei
tungsdämpfung auf den alten Wert von 90 dB an, wie aus der Kurve
C hervorgeht. Ab da fällt dann gemäß Kurve B die Lei
tungsdämpfung etwas stärker ab. Durch die doppelte Zahl von
Schlitzen vergrößert sich auch die Dämpfung durch Abstrah
lungsverluste von 0,35 dB/100 m auf 0,7 dB/100 m. Nach etwa 130 m
mißt man längs des Kabels wieder einen so starken Dämpfungsab
fall, daß bald wieder eine Verdoppelung der Zahl der Schlitze
vonnöten ist, um den alten Systemwert von 90 dB zu erhalten. Im
dritten Abschnitt hat man also 4 Schlitze pro Periodenlänge und
im vierten Abschnitt deren 8. Die Dämpfungsverluste werden da
durch immer wieder ausgeglichen, wie aus Kurve C hervorgeht. Die
Längen der Abschnitte nehmen wegen der immer stärker werdenden
Strahlungsverluste ab. Dies zeigt die Kurve B, welche sich am
Ende immer stärker nach unten neigt.
Die folgende Tabelle zeigt an einem Beispiel für etwa 900 MHz,
wie die Länge der einzelnen Abschnitte von der Zahl der Schlitze
abhängt.
Die Länge der Abschnitte errechnet sich in erster Näherung aus:
errechnet und durch Messungen im wesentlichen bestätigt. Die
Messungen zeigen Signalschwankungen mit einer Standardabweichung
von ±5 dB. Die Strahlungsverstärkung beträgt jeweils 5,6 dB,
die Dämpfung (3,7 + 2n-1·0,35) dB/100 m.
Bei Messungen hat sich gezeigt, daß die Längen der einzelnen Ab
schnitte auch relativ gut geschätzt waren. Der erste Abschnitt
kann bei dem hier zu übertragenden Frequenzband auch etwas län
ger sein, bevor eine Verdopplung oder anderweitige Vergrößerung
der Zahl der Schlitze notwendig ist.
Der zweite und die weiteren Schlitze, welche in jedem neuen Ab
schnitt hinzugefügt werden, dürfen nicht in der Mitte zwischen
den bereits bestehenden Löchern angebracht werden, damit nicht
die Periodenlänge halbiert und infolgedessen erst ab der dop
pelten Frequenz 2fo abgestrahlt wird. Die Lage ist ansonsten
nicht festgelegt. Man bringt jeweils soviel Schlitze mehr an,
wie zur Kompensation nötig sind.
Es können natürlich auch andere Frequenzbänder übertragen wer
den, wobei die Periodenlänge P so gewählt wird, daß sie der un
teren Grenzfrequenz fo des übertragenen Frequenzbandes angepaßt
ist. Außer der Verdopplung der Zahl der Löcher können auch an
dere Algorithmen zur Lochzahlvermehrung verwendet werden; statt
des Faktors 2 beispielsweise eine Vermehrung jeweils um den Fak
tor 1,5. Die Verdoppelung der Zahl der Schlitze ist zunächst
sehr einfach auszuführen und der damit erzielte Ausgleich der
Dämpfung für die praktische Anwendung ausreichend.
In Fig. 2 sind als ein Beispiel die Schlitzmuster verschiedener
Abschnitte einander gegenübergestellt.
In Fig. 3 sind 16 Schlitze pro Periode vorhanden. Diese relativ
unregelmäßige Anordnung von 16 Schlitzen ist für den 5. Ab
schnitt vorgesehen. Dabei ist darauf zu achten, daß eine
Schlitzfolge mit der halben Periodenlänge vermieden wird.
Claims (11)
1. Strahlendes Hochfrequenzkabel mit Gruppen von Öffnungen,
welche eine periodische Anordnung aufweisen, wobei die
Öffnungen Schlitze im Außenleiter eines Koaxialkabels
senkrecht zu dessen Achse sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzahl der Schlitze pro Periodenlänge längs des
Kabels zunimmt.
2. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß durch die Zunahme der Anzahl der
Schlitze die durch die Leitungsdämpfung hervorgerufene Ab
nahme der Abstrahlleistung mit der Entfernung des Empfän
gers vom Einspeisepunkt des Kabels annähernd ausgeglichen
ist.
3. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schlitze über
mehrere Periodenlängen zunächst konstant gehalten ist und
sich anschließend verdoppelt, so daß im n-ten Abschnitt
des Kabels die Zahl der Öffnungen 2n-1 ist, mit
n=1, 2, 3, 4, ....
4. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der n-te Abschnitt in
der Länge so bemessen ist, daß bei einem meßbaren Absinken
der Abstrahlleistung um 3 bis 6 dB durch Zunahme der An
zahl der Schlitze im n+1-ten Abschnitt die Abstrahllei
stung wieder auf den Wert am Anfang des n-ten Abschnitts
angehoben ist.
5. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß längs des Kabels die
Zahl der Schlitze zwar in jedem Abschnitt konstant ist,
jedoch um jeweils eine bestimmte Zahl k(n) von Schlitzen
pro Abschnitt n zunimmt.
6. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem ersten Ab
schnitt des Kabels mit einer Länge von mehr als 100 m bei
Abstrahlung im Bereich um 900 MHz innerhalb der Pe
riodenlänge kein weiterer Schlitz angebracht ist.
7. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übergang von einem
auf mehrere Schlitze pro Periodenlänge die pro Periode
hinzukommenden Schlitze derart zwischen den bisherigen
Schlitzen angeordnet sind, so daß keine neue Periodizität
der Schlitzanordnung entsteht.
8. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze wesentlich
höher als lang sind und senkrecht zur Kabelachse angeord
net sind.
9. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schlitze gleiche
Länge und gleiche Höhe aufweisen.
10. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schlitze eines Ab
schnitts gleiche Länge oder Breite und gleiche Höhe
aufweisen.
11. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Entfernung der
Schlitze vom Einspeisepunkt auch ihre Länge zunimmt.
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