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Koaxiales Hochfrequenzkabel mit einem mit kleiner Steigung gewickelten
Innenleiter Die Erfindung betrifft koaxiale Hochfrequenzkabel, deren Innenleiter
als Wicklung mit kleiner Steigung ausgebildet ist. Vorzugsweise wird der Innenleiter
zur Erzielung eines gleichmäßigen Durchmessers um einen Träger gewickelt. Derartige
Kabel mit einem wendelförmigen Innenleiter werden z. B. in Längen von 1/4 der übertragenen
Wellenlänge als Anpassungskabel zur gegenseitigen Anpassung zweier Leitungskreise
mit verschiedenem Wellenwiderstand verwendet. Ferner sind diese Kabel wegen der
vergrößerten Laufzeit als sogenannte Laufzeitkabel verwendbar, insbesondere als
Meß- und Eichkabel zur Ausführung von Hochfrequenzmessungen.
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Bei den Anpassungs- und Laufzeitkabeln mit wendelförmigem Innenleiter
wurde nach bisher bekannten Vorschlägen der Außenleiter so ausgebildet, daß er die
Eigenschaft eines homogenen Rohres hat (s. Telegraphen- und Fernsprechtechnik, Bd.
32, Heft 9, 1943, S. 195 bis 2o2). Ein homogener Außenleiter hat zwar den Vorteil,
daß das gesamte magnetische Feld, und zwar sowohl das zirkulare als auch das axiale
Feld, nach außen abgeschirmt wird, weist aber nicht für alle Anwendungsfälle die
erforderliche Biegsamkeit auf. Wird der Außenleiter aus zwei längs verlaufenden
halbschalenförmigen Bändern mit in Abständen vorgesehenen Querrillen hergestellt,
treten zusätzliche Verluste dadurch auf, daß die zirkulare Komponente des Leitungsstromes
die Stoßfugen zwischen den Bändern überbrücken muß, wobei die Übergangswiderstände
die Verluste verursachen.
Würde man an Stelle des Innenleiters den
Außenleiter als Wicklung mit kleiner Steigung ausbilden, so wäre ein solches Kabel
ein starker Störer und selbst außerordentlich störanfällig gegen äußere Wechselfelder.
Eine zusätzliche Abschirmung eines solchen Kabels durch einen Bleimantel kommt nicht
in Frage, weil er das axiale Feld schwächt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein koaxiales Hochfrequenzkabel mit
einem mit kleiner Steigung gewickelten Innenleiter, insbesondere Anpassungs- und
Laufzeitkabel, zu schaffen, dessen Außenleiter die Eigenschaften eines homogenen
Leiters besitzt, d. h. einerseits kleine Verluste aufweist und andererseits keine
Störwellen aussendet bzw. aufnimmt und gleichzeitig in hohem Maße biegsam ist. Diese
Aufgabe wird durch ein Kabel gelöst, bei dem sowohl der Innenleiter als auch der
Außenleiter mit kleiner Steigung gewickelt ist und dabei die Wicklungsrichtung und
der Steigungswinkel des Außenleiters so gewählt sind, daß der im Außenleiter entstehende
Strom keine Stoßfugen zu überbrücken hat. Der günstigste Steigungswinkel für den
Außenleiter ist gegeben durch die von den Abmessungen des Kabels abhängigen Größen
des radial und axial gerichteten Feldes. Bezeichnet man mit Ho das radial und mit
Hz das axial gerichtete Feld, so ist
wobei J der im Innenleiter fließende Strom, r" der Innenradius der Außenleiterwicklüng,
v das Verhältnis zwischen dem Innenradius r" der Außenleiterwicklung und dem Außenradius
r2 der Innenleiterwicklung und d die Drallänge des Innenleiters ist. Erfindungsgemäß
wird nun der Außenleiter im gleichen Schraubensinn wie der Innenleiter mit einem
Steigungswinkel a. gewickelt, der in Abhängigkeit vom Steigungswinkel a2 des Innenleiters,
dem Innenradius rd der Außenleiterwicklung und dem Außenradius r2 der Innenleiterwicklung
zumindest angenähert nach der Beziehung
bemessen ist. Der Steigungswinkel a ist derjenige Winkel, den die axiale Richtung
des Kabels mit einer Tangente in irgendeinem Punkt der Innen- oder Außenleiterwicklung
bildet. Um ein möglichst kurzes Kabel zu erhalten, wird vorteilhaft sowohl der Innenleiter
als auch der Außenleiter in eng aneinanderliegenden Windungen gewickelt und der
Außenleiter zur Erfüllung der erfindungsgemäß vorgesehenen Beziehung aus einer größeren
Anzahl von nebeneinander mehrgängig gewickelten isolierten Drähten als der Innenleiter
gebildet.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Figur der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hiernach ist an den Träger Zo
der Innenleiter ii mit kleiner Steigung gewickelt. Um für das Kabel möglichst kleine
Abmessungen zu erhalten, ist der Innenleiter verhältnismäßig dünn ausgeführt, etwa
mit einem Durchmesser von o,2 bis o,8 mm. Als Isolierung dient vorzugsweise eine
dünne Lackschicht. Das Dielektrikitm über dem Innenleiter wird durch geschlossene
Verseillägen 12, 13 und 14 von Isolierstoffäden und die geschlossene Isolierstoffbandwicklung
=5 gebildet. Die Fäden der Verseillagen 12, 13 und 14 und die Bandwicklung 1s bestehen
vorzugsweise aus verlustarmen Isolierstoffen, z. B. aus Polystyrol oder Polyäthylen.
Der Außenleiter i6 besteht aus drei parallel gelegten isolierten Drähten und ist
ebenfalls als Wicklung mit kleiner Steigung ausgebildet. Über dem Außenleiter befinden
sich die geschlossene Isolierstoffbandwicklung 17 und der Bleimantel 1ß. Wie in
der Figur angedeutet, ist die Drallänge d des Innenleiters gleich dem Windungsabstand
der aufeinanderfolgenden Windungen. Der Außenleiter dagegen besteht aus drei parallel
gelegten Drähten, so daß die Drallänge D des Außenleiters mit dem gegenseitigen
Abstand jeder dritten Windung übereinstimmt. In der Figur sind ferner der Innenradius
y. der Aüßenleiterwicklung und der Außenradius y1 der Innenleiterwicklung angegeben.
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Ist
- und D = v2 d, so ergibt sich für den Steigungswinkel a" auch die Beziehung
In der folgenden Tabelle sind drei Ausführungsbeispiele von nach der Erfindung bemessenen
Laufzeitkabeln mit einer Laufzeit von 3,5 1,is angegeben. Bei allen drei Kabeln
wird entsprechend der Ausführung gemäß der Figur der Innenleiter durch einen einzigen
eng gewickelten Kupferleiter und der Außenleiter durch drei parallel liegende Kupferleiter
gebildet. Die Dicke des Leiters ist mit b und die Länge des Kabels mit l bezeichnet.
| d ys |
| l g g d |
| D |
| mm mm mm m mm mm |
| o,6 4.I7 7,5 25,0 0,0229 0,0412 o;6 1,945 |
| 0,4 4,17 7,5 I6.75 00153 00276 o:4 1,295 |
| 0,4 2,8 5,25 24,8 0,0228 0,0411 0,4 1,295 |
Im allgemeinen wird es allein durch Wahl der Anzahl der beim Innenleiter und beim
Außenleiter parallel gelegten Drähte möglich sein, die erfindungsgemäß angegebene
Beziehung zu erfüllen. Zur Erzielung eines gewünschten Steigungswinkels kann man
aber auch zwischen den Windungen des Außenleiters und gegebenenfalls auch des Innenleiters
Isolierstoffäden einlegen. Beispielsweise kann bei dem Außenleiter 14 in der Figur
einer der drei Drähte durch einen Isolierstoffaden ersetzt werden. Abweichend von
dem Ausführungsbeispiel kann das Dielektrikum zwischen dem Innen- und Außenleiter
auch als Volldielektrikum ausgebildet sein, das dann vorzugsweise aus einer
verlustarmen
thermoplastischen Isolierstoffmischung besteht, z. B. aus einer Mischung von Polyisobutylen
mit Polystyrol. An Stelle des Bleimantels 16 kann ein gut leitender Metallmantel,
z. B. Aluminiummantel, treten.