EP0848390A2 - Anordnung von Kontaktpaaren von Doppelleitungen und von Leitungen eines mehradrigen Kabels zur Reduzierung des Übersprechens - Google Patents

Anordnung von Kontaktpaaren von Doppelleitungen und von Leitungen eines mehradrigen Kabels zur Reduzierung des Übersprechens Download PDF

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EP0848390A2 EP97118902A EP97118902A EP0848390A2 EP 0848390 A2 EP0848390 A2 EP 0848390A2 EP 97118902 A EP97118902 A EP 97118902A EP 97118902 A EP97118902 A EP 97118902A EP 0848390 A2 EP0848390 A2 EP 0848390A2
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00—Communication cables or conductors
    • H01B11/02—Cables with twisted pairs or quads
    • H01B11/04—Cables with twisted pairs or quads with pairs or quads mutually positioned to reduce cross-talk

Definitions

  • the invention relates to an arrangement of contact pairs of double lines and lines of a multi-core cable to reduce crosstalk.
  • the invention is therefore based on the problem of an arrangement of contact pairs of double lines and lines of a multi-core cable create that compact and easily accessible with minimal crosstalk are arranged.
  • the magnetic crosstalk from the first double line 1, 2 to a second double line 3, 4 is directly proportional to the mutual inductance M of this arrangement.
  • the surface integral represents the magnetic flux that passes between the two conductors 3, 4.
  • the vectorial electric field E can also be described by the scalar potential, the potential lines being perpendicular to the electric field lines E.
  • the two conductors 3, 4 must then be arranged on an equipotential surface of the electrical potential. Since the electrical and magnetic field lines E and H are perpendicular to one another, the course of the potential lines is identical to the course of the magnetic field lines H. This in turn means that with line conductors, an arrangement with magnetic decoupling also has electrical decoupling. Due to the finite extension of the lines, the electric field E is distorted near the line, since the surface represents an equipotential surface. However, these deviations are negligible for larger distances.
  • the magnetic field H of the double line 1, 2 is shown, the contact distance of the lines 1, 2 a. 2 shows possible arrangements of the second double line 3, 4, in which the contact distance is also a. There are therefore an infinite number of possible arrangements of the double lines 3, 4, in which the area F 3, 4 spanned by the lines 3, 4 is parallel to the area F 1, 2 and the distance between the contact pairs 1, 2 and 3, 4 is the same size in each case, since the double line 3, 4 is located on a magnetic field line H, the two double lines 1, 2 and 3, 4 are both electrically and magnetically decoupled.
  • FIG. 3 shows a contact arrangement for a 4 x 2 connector.
  • the distance of the lines of each double line 1, 2 or 3, 4 or 5, 6 or 7, 8 is a.
  • the outgoing conductors 1, 3, 5, 7 and the return conductors 2, 4, 6, 8 each in one plane, the distance between a return conductor 2, 4, 6 to the neighboring outgoing conductor 3, 5, 7 is also a.
  • the resulting one Angle ⁇ can be calculated using a calculation with the aid of FIG. 4 calculate as follows:
  • the angle ⁇ can be calculated from the X coordinate of the conductor 3:
  • a multi-core cable can be constructed, for example, as a ribbon cable. in which the adjacent line pairs are arranged on an electrical equipotential line of a line pair.

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  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)
  • Communication Cables (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Multi-Conductor Connections (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Kontaktpaaren von Doppelleitungen (1,2; 3,4; 5,6; 7,8) und von Leitungen eines mehradrigen Kabels zur Reduzierung des Übersprechens, bei der die Kontaktpaare der Doppelleitung ( 1,2; 3,4; 5,6; 7,8) bzw. die Leitungspaare zueinander parallele, sich nicht deckende Flächen F1, 2 ; F3, 4 ; F5, 6; F7, 8 aufspannen und die Doppelleitungen (1,2; 3,4; 5,6; 7,8) bzw. Leitungspaare auf elektrischen Äquipotentiallienen ihrer benachbarten Doppelleitungen (1,2; 3,4; 5,6; 7,8) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Kontaktpaaren von Doppelleitungen und von Leitungen eines mehradrigen Kabels zur Reduzierung des Übersprechens.
Aufgrund einer magnetischen und elektrischen Kopplung zwischen zwei benachbarten Kontaktpaaren induziert ein Kontaktpaar in benachbarten Kontaktpaaren einen Strom bzw. influenziert elektrische Ladungen, so daß es zu einem Übersprechen kommt.
Zur Reduzierung des Übersprechens sind prinzipiell mehrere Lösungswege denkbar. So können z.B. die einzelnen Kontaktpaare gegeneinander abgeschirmt werden. Nachteilig an dieser Lösung ist der erhöhte Fertigungsaufwand und die damit verbundenen Kosten. Eine andere Möglichkeit besteht darin die Kontaktpaare im großen Abstand zueinander anzuordnen und gleichzeitig die Abstände zwischen den Kontakten eines Paares sehr klein zu wählen, da die Beträge der Feldstärken sich mit zunehmenden Abstand verringem. Nachteilig an solchen Anordnungen ist, daß diese sehr voluminös sind und Forderungen nach einer kompakten Bauweise zuwiderlaufen. Weiter ist es bekannt, daß vorhandene Übersprechen zu kompensieren, was allerdings technisch sehr aufwendig ist und auf physikalische Grenzen stößt.
Eine weitere Möglichkeit ist die Anordnung der Kontaktpaare derart, daß aufgrund der Feldbedingungen ein Übersprechen reduziert wird. Dazu wurde vorgeschlagen, die Kontaktpaare von Doppelleitungen derart zueinander anzuordnen, daß die durch die Kontaktpaare einer jeweiligen Doppelleitung aufgespannten Flächen senkrecht zueinander stehen. Werden dabei gewisse Symmetriebedingungen durch die Feldverteilung beachtet, kann ein Kontaktpaar auf den elektrischen Äquipotentialflächen seines benachbarten Kontaktpaares angeordnet werden, so daß die Kontaktpaare elektrisch und magnetisch entkoppelt sind. Die Kontaktpaare können dabei so angeordnet werden, daß sich die durch die Kontaktpaare aufgespannten Flächen schneiden. Dies führt dazu, daß die Leitungen im Anschlußbereich zu den Übertragungen ineinander verschachtelt sind, was ein zusätzliches Übersprechen verursacht. Daher werden Anordnungen bevorzugt, bei denen sich die aufgespannten Flächen der Kontaktpaare nicht schneiden. Nachteilig an den bekannten Anordnungen mit sich nicht schneidenden Flächen ist der große Platzbedart und die sich ändernden Anschlußebenen. Prinzipiell ähnliche Probleme durch Übersprechen treten auch bei mehradrigen Kabeln auf.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Anordnung von Kontaktpaaren von Doppelleitungen und von Leitungen eines mehradrigen Kabels zu schaffen, die bei einem minimalen Übersprechen kompakt und leicht zugänglich angeordnet sind.
Die Lösung des Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4. Durch die Anordnung der Kontaktpaare derart, daß die von ihnen aufgespannten Flächen parallel sind und die Kontaktpaare auf elektrischen Äquipotentiallinien ihrer benachbarten Kontaktpaare angeordnet sind, ist eine kompakte, leicht zugängliche Anordnung der Kontaktpaare zueinander möglich, bei der die benachbarten Kontaktpaare elektrisch und magnetisch entkoppelt sind, so daß ein Übersprechen vermieden wird. Gleiches gilt für das mehradrige Kabel, bei dem die jeweils benachbarten Leitungspaare auf einer elektrischen Äquipotentialfläche eines Leitungspaares angeordnet sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die Ausbildung der Kontaktpaare mit jeweils gleichem Abstand a ist eine vereinfachte maschinelle Anschließung der Doppelleitungen an nachfolgende Kabel möglich. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind alle Hin- und alle Rückleiter in einer Ebene angeordnet.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1
ein Feldbild einer Doppelleitung,
Fig. 2
eine Kontaktanordnung einer zweiten parallelen Doppelleitung im Feldbild der ersten Doppelleitung,
Fig. 3
eine Kontaktanordnung eines 4 x 2-Steckers und
Fig. 4
eine schematische Darstellung zur Berechnung des optimalen Winkels.
In der Fig. 1 ist das Feldbild einer Doppelleitung 1, 2 mit den magnetischen Feldlinien H und den elektrischen Feldlinien E dargestellt. Das magnetische Übersprechen von der ersten Doppelleitung 1, 2 auf eine zweite Doppelleitung 3, 4 ist direkt proportional zur Gegeninduktivität M dieser Anordnung. Die Gegeninduktivität ergibt sich durch die Integration der magnetischen Feldstärke H der Doppelleitung 1, 2 über die Fläche F3, 4 , die durch die Linienleiter der Doppelleitung 3, 4 aufgespannt wird zu M=µo F 3,4 H 12 (x,y,z)dF, wobei in diesem skalaren Vektorprodukt von der magnetischen Feldstärke H nur die zur Fläche F3, 4 senkrechte Komponente einen Beitrag liefert. Das Flächenintegral stellt den magnetischen Fluß dar, der zwischen den beiden Leitern 3, 4 hindurchgeht. Dieser ist gleich Null, wenn die beiden Leiter 3, 4 auf einer gemeinsamen magnetischen Feldlinie H liegen. Durch das elektrische Feld E der Doppelleitung 1, 2 werden auf den Leitern 3, 4 Influenzladungen erzeugt, die über den Lastwiderstand abfließen können und somit ein Übersprechen erzeugen. Das elektrische Feld E der Doppelleitung 1, 2 erzeugt zwischen den beiden Leitern 3, 4 eine Potentialdifferenz von V 4-V 3= Leiter3 Leiter4 E dr .
Dies ist ein Linienintegral auf einer elektrischen Feldlinie E von Leiter 3 nach Leiter 4, wobei die Potentialdifferenz Null ist, wenn die elektrische Feldstärke E senkrecht auf die von den Leitern 3, 4 aufgespannte Fläche F3, 4 trifft. Das vektorielle elektrische Feld E läßt sich auch durch das skalare Potential beschreiben, wobei die Potentiallinien senkrecht zu den elektrischen Feldlinien E verlaufen. Für den Fall der elektrischen Entkopplung müssen dann die beiden Leiter 3, 4 auf einer Äquipotentialfläche des elektrischen Potentials angeordnet sein. Da die elektrische und magnetischen Feldlinien E und H zueinander senkrecht stehen, ist der Verlauf der Potentiallinien identisch mit dem Verlauf der magnetischen Feldlinien H. Das wiederum heißt, daß bei Linienleitem eine Anordnung mit magnetischer Entkopplung ebenfalls eine elektrische Entkopplung aufweist. Aufgrund der endlichen Ausdehnung der Leitungen wird das elektrische Feld E in Leitungsnähe verzerrt, da die Oberfläche eine Äquipotentialfläche darstellt. Diese Abweichungen sind jedoch bei größeren Abständen zu vernachlässigen.
In der Fig. 2 ist das magnetische Feld H der Doppelleitung 1, 2 dargestellt, wobei der Kontaktabstand der Leitungen 1, 2 a ist. In der Fig. 2 sind mögliche Anordnungen der zweiten Doppelleitung 3, 4 eingezeichnet, bei der der Kontaktabstand ebenfalls a beträgt. Es gibt daher eine unendliche Anzahl von möglichen Anordnungen der Doppelleitungen 3, 4, bei der die von den Leitungen 3, 4 aufgespannte Fläche F3, 4 parallel zur Fläche F1, 2 ist und der Abstand der Kontaktpaare 1, 2 bzw. 3, 4 jeweils gleich groß ist, Da sich die Doppelleitung 3, 4 auf einer magnetischen Feldlinie H befindet, sind die beiden Doppelleitungen 1, 2 bzw. 3, 4 sowohl elektrisch als auch magnetisch entkoppelt.
In der Fig. 3 ist eine Kontaktanordnung für einen 4 x 2 Stecker dargestellt. Der Abstand der Leitungen einer jeden Doppelleitung 1, 2 bzw. 3, 4 bzw. 5, 6 bzw. 7, 8 ist jeweils a. Zusätzlich liegen die Hinleiter 1, 3, 5, 7 und die Rückleiter 2, 4, 6, 8 jeweils in einer Ebene, wobei der Abstand eines Rückleiters 2, 4, 6 zu dem benachbarten Hinleiter 3, 5, 7 ebenfalls a ist. Der dadurch resultierende Winkel α läßt sich anhand einer Rechnung unter Zuhilfenahme der Fig. 4 wie folgt berechnen:
Der Hinleiter 3 beschreibt in Abhängigkeit von Winkel α = 90° + β einen Kreis um den Rückleiter 2 mit dem Radius 2 A = a und der Mittelpunktsverschiebung A. Die Kreisgleichung für diesen Kreis K 1 lautet: (X - A)2 + Y2 = (2 A)2.
Zur völligen Entkopplung müssen die Leiter 3, 4 auf einer magnetischen Feldlinie liegen, die durch einen Kreis K 2 mit dem Radius R2 = M2 - A2 und dem Mittelpunkt M beschrieben wird: (X - M)2 + Y2 = M2 - A2
Den Schnittpunkt der beiden Kreise K 1, K 2 erhält man durch Lösung des Gleichungssystems (X-A)2-(X-M)2=(2A)2-M 2+A 2⇒X=2·A 2 M-A
Aus der Fig. 4 entnimmt man für den Mittelpunkt M = X + A, so daß sich für die X-Koordinate des Leiters 3 die folgende Beziehung ergibt: x=√2*A.
Aus der X - Koordinate des Leiters 3 läßt sich der Winkel β berechnen zu:
Damit ergibt sich der gesuchte Winkel α = β + 90° zu 101,95°. sinβ= X-A 2·A =√2-12 ⇒β=11,95°
Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 sind die Doppelleitungen 5, 6 bzw. 7, 8 nicht mehr exakt auf einer magnetischen Feldlinie der Doppelleitung 1, 2 so daß ein Übersprechen induziert wird. Dieses Übersprechen ist aber aufgrund des großen Abstandes sehr gering. Nach dem gleichen Prinzip gemäß Fig. 3 läßt sich ein mehradriges Kabel z.B. als Flachbandkabel aufbauen. bei dem die benachbarten Leitungspaare auf einer elektrischen Äquipotentiallinie eines Leitungspaares angeordnet sind.
Figure 00070001

Claims (4)

  1. Anordnung von Kontaktpaaren von Doppelleitungen zur Reduzierung des Übersprechens,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Kontaktpaare der Doppelleitung (1,2; 3,4; 5,6; 7,8) zueinander parallele, sich nicht deckende Flächen (F1, 2; F3, 4; F5, 6; F7, 8) aufspannen und die Doppelleitungen (1,2; 3,4; 5,6; 7,8) auf elektrischen Äquipotentiallinien ihrer benachbarten Doppelleitungen (1,2; 3,4; 5,6; 7,8) angeordnet sind.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktpaare der Doppelleitungen (1,2; 3,4; 5,6; 7,8) jeweils den gleichen Abstand a aufweisen.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich alle Hinleiter (1, 3, 5, 7) und alle Rückleiter (2, 4, 6, 8) der Anordnung jeweils in einer Ebene angeordnet sind.
  4. Mehradriges Kabel mit einer Vielzahl von Leitungen,
    dadurch gekennzeichnet daß
    die Leitungspaare zueinander parallele, sich nicht deckende Flächen aufspannen und die Leitungspaare auf elektrischen Äquipotentialflächen ihrer benachbarten Leitungspaare angeordnet sind.
EP97118902A 1996-12-10 1997-10-30 Anordnung von Kontaktpaaren von Doppelleitungen und von Leitungen eines mehradrigen Kabels zur Reduzierung des Übersprechens Expired - Lifetime EP0848390B1 (de)

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