DE966032C - Luftraumisoliertes koaxiales Hochfrequenzkabel, insbesondere fuer die UEbertragung von Ultrakurzwellen - Google Patents

Luftraumisoliertes koaxiales Hochfrequenzkabel, insbesondere fuer die UEbertragung von Ultrakurzwellen

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DE966032C
DE966032C DES21548A DES0021548A DE966032C DE 966032 C DE966032 C DE 966032C DE S21548 A DES21548 A DE S21548A DE S0021548 A DES0021548 A DE S0021548A DE 966032 C DE966032 C DE 966032C
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DES21548A
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Dipl-Ing Hermann Lintzel
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00Communication cables or conductors
    • H01B11/18Coaxial cables; Analogous cables having more than one inner conductor within a common outer conductor
    • H01B11/1834Construction of the insulation between the conductors
    • H01B11/1856Discontinuous insulation
    • H01B11/1865Discontinuous insulation having the shape of a bead

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  • Waveguides (AREA)

Description

(WiGBl. S. 175)
AUSGEGEBEN AM 18. JULI 1957
S 2i 548 VlIId j sie
ist als Erfinder genannt worden
Die Erfindung betrifft koaxiale Hochfrequenzkabel, insbesondere für die Übertragung von Ultrakurzwellen, d. h. von Dezimeter- und Zentimeterwellen. Bei der Konstruktion von koaxialen Hochfrequenzkabeln steigen mit zunehmender Frequenz die Schwierigkeiten, die Kabel so aufzubauen, daß sich gleichzeitig eine kleine Leitungsdämpfung und keine störenden Wellenwiderstandsschwankungen ergeben. Während die Widerstandsdämpfung nur mit der Wurzel aus der Frequenz ansteigt, nimmt die Ableitungsdämpfung proportional der Frequenz zu. Daher muß bei koaxialen Hochfrequenzkabeln für die Ultrakurzwellen-Übertragung die wirksame Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums zwischen dem Innen- und Außenleiter so niedrig wie möglich gehalten werden. Bekanntlich läßt sich mit Hilfe von in Abständen angeordneten Abstandhaltern, durch die der Innenleiter zentrisch gelagert wird, eine kleinere wirksame Dielektrizitätskonstante erzielen als durch Verwendung von um den Innenleiter gewickelten fortlaufenden Abstandhaltern. Die kleinste wirksame Dielektrizitätskonstante bzw. die materialärmste Isolierung erhält man, wenn man zur Lagerung des Innenleiters in Abständen angeordnete Distanzscheiben verwendet, die zur Erzielung einer kleinen Materialmenge mit Aussparungen versehen oder als dünne membranartige Scheiben ausgebildet sind. Die Verwendung von Distanzscheiben in Abständen hat aber den Nachteil, daß an den Stellen, an denen sich die Scheiben befinden, ein wesentlich höherer Wellenwiderstand als im Bereich zwischen den
709 592/64
Scheiben entsteht. Hinzu kommt, daß bei einer Wellenlänge im Kabel, die gleich dem doppelten Scheibenabstand ist, Resonanzerscheinungen auftreten, die zu einer starken Erhöhung der Leitungsdämpfung führen. Aber auch bei Scheibenabständen, die noch keine ausgeprägte Resonanz zur Folge haben, treten Dämpfungserhöhungen ein. Außerdem bewirken Unterschiede in der Materialmenge und dem gegenseitigen Abstand der Scheiben störende Schwankungen ι ο des Eingangsscheinwiderstandes, wenn der Unterschied zwischen der halben Wellenlänge und dem Scheibenabstand nur gering ist. Um diesen Nachteil zu vermeiden, müßte der Scheibenabstand zu etwa ein Zwölftel bis ein Zehntel der Wellenlänge im Kabel gewählt werden. Dies führt jedoch zu sehr engen Scheibenabständen und damit zu einer Vergrößerung der wirksamen Dielektrizitätskonstante.
Es sind bereits Luftraumisolierungen für koaxiale Hochfrequenzkabel aus aneinandergereihten Abstandhaltern bzw. Isolierkörpern in Form von Glocken bzw. Fingerhüten bekannt, wobei die Kuppe des glockenförmigen Abstandhalters in das offene Ende des benachbarten bzw. nächstfolgenden Abstandhalters eingreift. Eine derartige Luftraumisolierung kann man als ein kombiniertes diskontinuierliches und kontinuierliches Dielektrikum ansehen, wobei die Kuppe des Abstandhalters den diskontinuierlichen Teil und die annähernd zylindrische Wandung des Abstandhalters den kontinuierlichen Teil des Dielektrikums darstellt. Bei diesen Anordnungen ist aber die wirksame Dielektrizitätskonstante des Kuppenteiles wesentlich größer als die des hohlzylindrischen Teiles der Abstandhalter. Ferner ist es bekannt, auf den Innenleiter von koaxialen Hochfrequenzkabeln Abstandhalter in Form von Hohlkugeln aufzureihen, um einerseits möglichst kleine dielektrische Verluste und andererseits eine möglichst große Biegsamkeit zu erreichen. Die Hohlkugeln sind so ausgeführt, daß deren Wandstärke von der Mitte nach den Enden zu abnimmt, so daß sich ein mondsichelförmiger Querschnitt ergibt. Aber auch bei dieser bekannten Ausführung erreicht man in Längsrichtung gesehen noch nicht an allen Stellen eine gleiche dielektrisch wirksame Isolierstoffmenge, abgesehen davon, daß dies bei der bekannten Anordnung nicht bezweckt wurde.
Gemäß der Erfindung erhalten bei luftraumisolierten Hochfrequenzkabeln mit auf dem Innenleiter dicht aneinandergereihten Abstandhaltern die Abstandhalter eine trichterförmige Gestalt, die derart geformt und bemessen sind, daß sich außen zumindest annähernd eine fortlaufende Auflagefläche für den Außenleiter ergibt und an allen Stellen die gleiche bzw. annähernd gleiche dielektrisch wirksame Isolierstoffmenge vorhanden ist.
Um bei möglichst dünnwandiger Ausführung der trichterförmigen Abstandhalter die erforderliche Druckfestigkeit der Luftraumisolierung zu gewährleisten, werden bevorzugt hohlzylindrische Isolierkörper vorgesehen, in die der trichterförmige Abstandhalter hineinragt. Der trichterförmige Abstandhalter und der hohlzylindrische Körper bestehen vorteilhaft aus einem Stück. Die Wandung des trichterförmigen Abstandhalters kann konisch oder schwach gekrümmt oder auch treppenförmig verlaufen. Die Neigung der Wandung des trichterförmigen Teiles des Abstandhalters gegen den Innenleiter wird zweckmäßig kleiner als 450 gemacht. Die Materialmenge der Wandung kann von außen nach innen herabgesetzt werden, entweder durch eine Verminderung der Wandstärke und/oder durch Aussparungen.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Kabelstück, das zwei gemäß der Erfindung ausgebildete Abstandhalter umfaßt. Der Innenleiter ist mit 10, der Außenleiter mit 11 bezeichnet. Der einzelne Abstandhalter besteht aus dem äußeren druckfesten hohlzylindrischen Körper 12 und dem trichterförmigen Teil 13, der konisch gestaltet ist und mit dem zylindrischen Teil 14 auf dem Innenleiter aufliegt. Die Wanddicke des trichterförmigen Abstandhalters 13 nimmt von außen nach innen annähernd proportional dem Durchmesser ab, um an jeder Stelle die gleiche Kapazität zu erhalten. Die Endflächen 15 und 16 sind so abgerundet und ausgehöhlt, daß die dicht aneinandergereihten Abstandhalter kugelgelenkartig ineinandergreifen und die Abstandhalter sich beim Biegen des Kabels kugelgelenkartig gegeneinander verdrehen können. Der Durchmesser der Kugelflächen ist gleich oder angenähert gleich dem Kabeldurchmesser. Die erforderlichen gegenseitigen Drehungen der Abstandhalter betragen bei den praktisch in Betracht kommenden Biegeradien nur etwa 1 bis 30.
Der in der Fig. 2 dargestellte Abstandhalter unterscheidet sich von der Ausführung gemäß Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß die Wandung 13 des trichterförmigen Abstandhalters schwach gekrümmt verläuft. Hier ist ebenso wie bei den weiteren Figuren 3 bis 7 nur die eine Hälfte des Abstandhalters gezeigt. Ferner ist auch der Außenleiter 11 weggelassen.
Nach der Fig. 3 besteht zum Unterschied von der Fig. ι der gesamte Abstandhalter aus zwei getrennten Teilen, und zwar aus dem trichterförmigen Teil 13' und dem hohlzylindrischen Körper 12'. Der trichterförmige Teil besitzt außen einen Ansatz 17, der zwischen die aneinandergereihten hohlzylindrischen Körper eingreift, wodurch der trichterförmige Abstandhalter 13' in der vorgeschriebenen Lage festgehalten wird. Die Ansätze 17 sind so geformt, daß die kugelgelenkartige Verbindung der aufeinanderfolgenden Teile erhalten bleibt. Der auf dem Innenleiter 10 aufliegende zylindrische Teil des trichterförmigen Abstandhalters ist mit 14' bezeichnet.
Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Wandung des trichterförmigen Abstandhalters treppenförmig verläuft, so daß sich die zylindrischen Teile 18,18' und 18" und die Ringscheibenteile 19, 19' und 19" ergeben. Es ist angenommen, daß die Ringscheibenteile 19, 19' und 19" die gleiche Wandstärke haben. Damit die Ringscheibenteile die gleiche bzw. annähernd gleiche Kapazitätserhöhung bewirken, wird hier das Durchmesserverhältnis von jeweils zwei aufeinanderfolgenden zylindrischen Teilen gleich bzw. angenähert gleich der w-ten Wurzel aus dem Verhältnis Außendurchmesser/Innendurchmesser des trichter-
förmigen Abstandhalterteiles gemacht, wobei η die Anzahl der Treppenstufen bedeutet. Im Falle der Fig. 3 ist also
" dijdz = ds/d2 =
Durch eine derartige Ausbildung des trichterförmigen Abstandhalters mit drei Treppenstufen wird der wirksame Abstand zweier benachbarter Abstandhalter
ίο auf ein Drittel herabgesetzt. Der zylindrische Teil i8" kann, wie dargestellt, dazu ausgenutzt werden, um die im Innenleiter io in Abständen vorgesehenen Querrillen 20 zu überbrücken und die durch die Querrillen bewirkte Kapazitätsherabsetzung an dieser Stelle auszugleichen. Zweckmäßig wird dabei der gegenseitige Abstand der Abstandhalter mit dem gegenseitigen Abstand der Querrillen in Übereinstimmung gebracht, um den Einfluß der Querrillen durch die restliche überschüssige Kapazitätserhöhung der Abstandhalter zu kompensieren.
Nach der Fig. 5 ist der zylindrische Teil 18" kürzer ausgeführt als in der Fig. 4 und zwecks Kapazitätsausgleich am äußeren hohlzylindrischen Körper 12 eine Verstärkung 21 vorgesehen. Die Verkürzung des zylindrischen Teiles 18" kann aber auch durch eine Verdickung dieses Teiles ausgeglichen werden. Bei dieser Ausführung wird von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, die Dicke der Ringscheibenteile 19, 19' und 19" von außen nach innen herabzusetzen, um auch bei anderen Durchmesserverhältnissen an jeder Stelle die gleiche Kapazität zu erhalten. Für die zylindrischen Teile 18, 18' und 18" werden Wandstärken gewählt, die proportional dem Durchmesser der zylindrischen Teile sind, d. h. der zylindrische Teil 18 erhält die größte und der zylindrische Teil 18" die kleinste Wandstärke, so daß die zylindrischen Teile die gleiche Wirkung auf die Kapazitätserhöhung ausüben.
Die Fig. 6 unterscheidet sich von der Fig. 4 im wesentlichen nur dadurch, daß der Rand 15 nach innen eingezogen ist, so daß der nach innen vorstehende Rand 22 eine ähnliche Wirkung wie die Verstärkung 21 ausübt.
Bei der Ausführung nach der Fig. 7 fehlt der zylindrische Teil 18", so daß der trichterförmige Abstandhalter außen und innen in die Ringscheibenteile 19 und 19' endet. Zum Kapazitätsausgleich ist außen die Verstärkung 23 angebracht, wodurch der äußere hohlzylindrische Körper 12 gleichzeitig mechanisch ver- stärkt wird.
Die Abstandhalter können entweder vom Ende her auf den Innenleiter aufgeschoben oder in geteilter Form auf den Innenleiter aufgebracht werden. Ferner ist es möglich, die Abstandhalter mit einem Rädialschlitz zu versehen und sie seitlich auf den Innenleiter aufzustecken.
Die Fig. 8 und 9 zeigen in Endansicht und im Längsschnitt einen Abstandhalter mit dem Radialschlitz 24. Die aufeinanderfolgenden Abstandhalter werden vorteilhaft mit gegenseitig versetztem Radialschlitz angeordnet. In diametraler Lage zum Radialschlitz ist zum Materialausgleich eine zusätzliche Rippe 25 vorgesehen, die sich, wie aus der Fig. 8 hervorgeht, über den hohlzylindrischen Körper 12 und den trichterförmigen Abstandhalter 13 erstreckt. 6S
In den Fig. 10 und 11 ist in Endansicht und im Längsschnitt ein Abstandhalter dargestellt, bei dem der Radialschlitz 26 federnd aufbiegbar ist, so daß der von der Seite her aufgesteckte Abstandhalter selbstsperrend auf dem Innenleiter festgehalten wird. Um eine möglichst gleichmäßige Materialbeanspruchung bei dem Aufbiegen des Radialschlitzes zu erreichen, sind auf dem Umfang des Abstandhalters verteilt noch die Aussparungen 27 vorgesehen, wodurch die Stege 13" entstehen. Die Stege 13" sind innen so abgebogen, daß die axial gerichteten Teile 14" entstehen, die auf dem Innenleiter aufliegen. Um die durch die Aussparungen bedingte andere Materialverteilung in Längsrichtung zu kompensieren, wird vorteilhaft der dem Radialschlitz 26 diametral gegenüberliegende Steg mit größerer Wanddicke ausgeführt, die, wie dies aus der Fig. 11 ersichtlich ist, von innen nach außen zunimmt.
Bei der Bemessung der Abstandhalter kann man davon ausgehen, daß ein koaxiales Hochfrequenzkabel mit einem Innendurchmesser des Außenleiters von D erfahrungsgemäß nur für die Übertragung von Wellen mit einer Wellenlänge größer als 2 D geeignet ist. Es sei angenommen, daß der Abstand der punktförmigen Homogenitäten kleiner als ein Zwölftel bis ein Zehntel der kürzesten übertragenen Wellenlänge sein soll, d. h. 2 D/τζ bis 2 £>/io bzw. D/6 bis D/5. Bei dreifacher Abstufung eines trichterförmigen Abstandhalters mit treppenförmigem Profil gemäß der Fig. 4 ergibt sich damit ein gegenseitiger Abstand der Abstandhalter bzw. eine Länge der Abstandhalter von 0,5 D bis 0,6 D und bei vierfacher Abstufung eine Länge der Abstandhalter von 0,66 D bis 0,8 D. Es besteht also weitgehende Anpassungsmöglichkeit auch an die mechanischen bzw. konstruktiven Anforderungen.
Vergleicht man die angegebenen Ausführungsformen mit den bekannten glockenförmigen Abstandhaltern, die eng aneinandergereiht werden, so ergibt sich in mechanischer Hinsicht der Vorteil, daß der Auflagepunkt des Abstandhalters auf dem Innenleiter etwa in seiner Mitte liegt, d. h. möglichst über dem Drehpunkt des Abstandhalters. Hierdurch wird erreicht, daß der Innenleiter beim Biegen des Kabels seine zentrische Lage innerhalb des Außenleiters beibehält. In elektrischer Hinsicht hat die erfindungsgemäß vorgesehene Ausbildung der Abstandhalter, insbesondere in der Weise, daß die Kapazitätserhöhung kontinuierlich erfolgt, noch den besonderen Vorteil, daß die Feldstärkeverzerrungen wesentlich kleiner als bei den üblichen Distanzscheiben sind, wodurch die Glimm- und Spannungsfestigkeit des Kabels wesentlich erhöht wird. Die Glimm- und Spannungsfestigkeit liegt auch wesentlich höher als bei den bekannten Kabeln mit glockenförmigen Abstandhaltern, da auch die glockenförmigen Abstandhalter infolge ihrer Querschnittsgestaltung größere Feldstärkeverzerrungen hervorrufen. Diese Vorteile können auch dazu ausgenutzt werden, um auf die bei Hochfrequenzkabeln für höhere Spannungen sonst übliche Metallisierung der dem Innen- und Außenleiter
zugekehrten Flächen der Abstandhalter zu verzichten.

Claims (15)

  1. PATENTANSPRÜCHE:
    i. Luftraumisoliertes koaxiales Hochfrequenzkabel mit auf dem Innenleiter dicht aneinandergereihten Abstandhaltern, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter eine trichterförmige Gestalt haben und derart geformt und bemessen sind, daß
    ίο sich außen zumindest annähernd eine fortlaufende Auflagefläche für den Außenleiter ergibt und an allen Stellen die gleiche bzw. annähernd gleiche dielektrisch wirksame Isolierstoffmenge vorhanden ist.
  2. 2. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der trichterförmige Abstandhalter in einen ihn umgebenden hohlzylindrischen Körper (12) hineinragt.
  3. 3. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des trichterförmigen Abstandhalters mit der Länge des hohlzylindrischen Körpers zumindest angenähert übereinstimmt.
  4. 4. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der trichterförmige Abstandhalter und der hohlzylindrische Körper aus einem Stück bestehen.
  5. 5. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der trichterförmige Abstandhalter (13') mit einem äußeren den Enden der hohlzylindrischen Körper angepaßten Ansatz zwischen zwei aneinandergereihten hohlzylindrischen Körpern (12') eingreift und auf diese Weise festgehalten wird.
  6. 6. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der aufeinanderfolgenden hohlzylindrischen Körper kugelgelenkartig ineinandergreifen.
  7. 7. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des trichterförmigen Abstandhalters konisch oder schwach gekrümmt verläuft.
  8. 8. Hochfrequenzkabel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des trichterförmigen Abstandhalters treppenförmig verläuft, so daß axial gerichtete hohlzylindrische Teile (18, 18', 18") und Ringscheibenteile (19, 19', 19") aufeinanderfolgen.
  9. 9. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleicher Wanddicke der Ringscheibenteile das Durchmesserverhältnis von jeweils zwei aufeinanderfolgenden zylindrischen Teilen gleich bzw. angenähert gleich der κ-ten Wurzel aus dem Verhältnis Außendurchmesser/ Innendurchmesser des trichterförmigen Abstandhalterteiles ist, wobei η die Anzahl der Treppenstufen bedeutet.
  10. 10. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke der axial verlaufenden hohlzylindrischen Teile proportional dem Durchmesser dieser zylindrischen Teile ist.
  11. 11. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der trichterförmige Abstandhalter außen und innen in Ringscheibenteile (19, 19" in Fig. 7) endet.
  12. 12. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlzylindrische Körper an der Stelle, wo der trichterförmige Abstandhalter ansetzt, nach innen verstärkt ist.
  13. 13. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlzylindrische Körper einschließlich des trichterförmigen Abstandhalters mit einem radialen Schlitz versehen und in diametraler Lage zum Schlitz eine Rippe (25) zum Materialausgleich vorgesehen ist.
  14. 14. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der trichterförmige Abstandhalter in axialer Richtung mehrere auf dem Umfang möglichst gleichmäßig verteilte Einschnitte (27) aufweist, so daß speichenartige Teile (13") entstehen, die sich auf dem Innenleiter abstützen.
  15. 15. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die dem radialen Schlitz diametral gegenüberliegenden Speichen zum Materialausgleich eine andere Wandstärke als die anderen Speichen aufweisen.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 397 462; Aufsatz von Müller in der TFT, Bd. 32/1943, S. 9.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    © 70i 592/64 7.57
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1101552B (de) * 1956-11-07 1961-03-09 Vickers Electrical Co Ltd Koaxiale UEbertragungsleitung
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DE1131287B (de) * 1957-10-02 1962-06-14 Kabelwerk Vacha Veb Perlenisolierung fuer Hochfrequenzkabel

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB397462A (en) * 1930-11-21 1933-08-24 Telefunken Gmbh Improvements in or relating to cables for use on high (radio) frequencies

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