EP2828862B1 - Signalkabel zur hochfrequenten signalübertragung - Google Patents

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EP2828862B1
EP2828862B1 EP13713082.9A EP13713082A EP2828862B1 EP 2828862 B1 EP2828862 B1 EP 2828862B1 EP 13713082 A EP13713082 A EP 13713082A EP 2828862 B1 EP2828862 B1 EP 2828862B1
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EP
European Patent Office
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signal
stranded
lay length
cable
length
Prior art date
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Active
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EP13713082.9A
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English (en)
French (fr)
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EP2828862A1 (de
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Erwin Köppendörfer
Wolfgang STEUFF
Matthias WICKENHÖFER
Bernd Janssen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leoni Kabel GmbH
Original Assignee
Leoni Kabel Holding GmbH
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Publication date
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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
    • H—ELECTRICITY
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    • H01B11/18—Coaxial cables; Analogous cables having more than one inner conductor within a common outer conductor
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    • H01B11/18—Coaxial cables; Analogous cables having more than one inner conductor within a common outer conductor
    • H01B11/1808—Construction of the conductors
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/0009—Details relating to the conductive cores

Definitions

  • the invention relates to a signal cable, namely a coaxial cable or a balanced signal cable having the features of the preamble of claim 1, or 2, and 3.
  • the invention further relates to the use of such a signal cable for high-frequency signal transmission.
  • Coaxial cables are often used as signal cables for transmitting high-frequency signals, for example in the GHz range. Due to their special construction with a central inner conductor designed as a signal conductor, with the dielectric as well as with a hollow-cylindrical outer conductor formed by one or more shield layers, the interference-free transmission is also made possible by high-frequency, broadband signals. In the case of external interference fields, these are shielded from the shielding layer and do not affect the signal transmission at the inner conductor.
  • symmetrical signal cable are used for signal transmission. These consist of at least one pair of stranded, insulated signal conductors that form a stranded composite. This is surrounded by a shield (Paartubung).
  • the two signal conductors of the pair are driven symmetrically with the signal to be transmitted, in which one signal conductor the original signal and in the other signal conductor an inverted (phase-shifted by 180 °) signal is fed.
  • the level difference between the two signal conductors is evaluated. In the case of an external noise level, this likewise affects the two signal levels in the signal conductors, so that the difference signal remains unaffected.
  • cables are used in which several paired twisted, unshielded wire pairs are side by side in a common cable sheath out.
  • Typical such data cables have, for example, four or more in common guided wire pairs on.
  • Such cables are used, for example, in computer networks as Cat 5 or Cat 6 cables.
  • the so-called crosstalk is known as a disturbing effect, in which the signal transmission in the one pair of wires affects the signal transmission in the other pair of wires.
  • Another approach to avoid or curb the crosstalk behavior provides for individual shielding of a particular adapter pair so that no disturbing influences from the neighbor pair can occur.
  • the present invention seeks to provide a signal cable, namely a coaxial cable or a balanced cable with improved properties, especially in the transmission of high-frequency data signals.
  • the signal cable is designed and intended as a high-frequency signal cable for transmitting signals with a frequency in the gigahertz range, in particular up to about 100 gigahertz.
  • the signal cable is designed either as a coaxial cable or as a balanced signal cable.
  • the coaxial cable generally has a signal conductor designed as an inner conductor, which is surrounded by a dielectric and then by an outer conductor, which is usually formed as a braided shield, which in turn is surrounded by a cable sheath.
  • the symmetrical signal cable has at least one stranded pair of wires, which is formed from two insulated signal conductors and which is surrounded by a shield.
  • the shield surrounds exactly one pair of wires, each pair of wires of the cable is therefore surrounded directly by a Paartransportung.
  • the so-called quad stranding in the case of a symmetrical signal cable is known, in which two pairs of wires forming a signal pair are stranded together.
  • This four-strand composite is also directly surrounded by a shield.
  • the four individual signal conductors are in a square arranged, wherein the diagonally opposite signal conductors each form a signal pair for transmitting a respective data signal.
  • the signal conductor is formed as a stranded conductor consisting of a number of individual stranded wires and the stranded wires are stranded together under a varying lay length.
  • the signal conductors are stranded together at a varying pitch length in a symmetrical signal cable.
  • This embodiment is based on the recognition that even the strictly homogeneous constructed signal cables, as they are already used today for the transmission of signals, for example up to 100 megahertz, for higher frequency signals, for example, greater than 500 megahertz, and especially in the single-digit gigahertz range only conditionally are suitable. Investigations have shown that, despite an exactly homogeneous design of the coaxial cable without form errors, as they are for example in the DE 19 43 229 described, a return loss occurs at defined frequencies.
  • these disturbances are caused by the basic stranding periodicity of the stranded components, that is, either the stranded individual stranded wires of the signal conductor embodied as a stranded conductor or by the signal conductors stranded together in a symmetrical cable.
  • the varying lay length is selected, whereby the return loss occurring at a defined frequency range is reduced or distributed over a larger frequency band.
  • This embodiment with the varying lay length is thus based on the knowledge that periodic structures are introduced directly due to the stranding or Verlitzreaes, despite the homogeneous, trouble-free design of the signal cable without form error in a surprising manner for a high-frequency data transmission, a periodically recurring, regular disturbance represents.
  • These disturbances lead to an increase in the return loss, ie at least one frequency-fixed signal component is increasingly reflected and reflected and thus reduces the transmitted signal power.
  • Return loss is generally understood to mean the ratio of transmitted to reflected power or of injected energy to backscattered energy. The return loss is therefore a measure of backscatter effects in signal propagation in the signal cable. The backscatter effects occur at impurities in the transmission path.
  • the periodic structure introduced by the lay length therefore leads selectively within the signal to a high, peak-like return loss at a defined frequency (wavelength). Due to the varying lay length, this peak is reduced at a defined frequency, so that overall the return loss is reduced at this critical frequency. Due to the variation of the lay length, the return loss as a whole is distributed over a wider frequency range as a result of the disturbances introduced by the stranding. This gives the possibility, for the individual frequencies, the maximum allowable return loss even with high frequency data signals.
  • lay length of a stranded conductor is generally understood to mean the length that a single stranded wire requires due to stranding to complete full wrap (360 degrees) in the longitudinal direction about a strand center. Under varying lay length is therefore understood that the length of distance, which requires a respective individual stranded wire for a 360 degree rotation over the length of the stranded conductor changes. Accordingly, the lay length of the stranded composite also means the length which the individual insulated signal conductor requires for complete wrapping.
  • stranded conductors are preferably referred to as so-called concentric stranded conductors, in which the individual stranded wires have a precisely defined position, so that a regular structure is ensured.
  • one or more layers of individual stranded wires are generally stranded around a strand center.
  • the Litzen scholar itself is usually also a Litzendraht.
  • the central stranded wire is surrounded by six further stranded wires.
  • the stranded conductors can alternatively also be designed as so-called bundle strands. In these multiple individual wires or bundles of wires are ver chandeliergt. In contrast to concentric strands, the individual wires do not assume a precisely defined position within the strand, and there is no fixed order in the position of the individual strands relative to one another.
  • symmetric signal cables are meant cables with at least one conductor pair of isolated signal conductors, which are jointly provided for the transmission of a signal by feeding an original signal and an inverted signal thereto.
  • the conductor pair forms the stranded compound which is surrounded by the shielding.
  • the pair stranding is also a so-called quad stranding, especially the star quad in which two cores (insulated signal conductors), in the star quad the diagonally opposite signal conductors, form the respective conductor pair.
  • the four stranded together in the quad stranding signal conductors form the Verseilverbund, which is surrounded by the shield.
  • the signal cable has a plurality of stranded connections surrounded by a shield, for example a plurality of shielded pairs or star quads or combinations thereof, which are usually surrounded by a further overall shielding.
  • the lay length varies with a predetermined difference value by an average lay length.
  • the beat length therefore varies within a bandwidth formed by the difference value about an average value up and down.
  • the mean stroke length plus the difference value therefore gives a maximum stroke length and the mean stroke length minus the difference value indicates the minimum stroke length. Intermediate values are taken between the maximum and the minimum lay length.
  • the difference value is in the range of 5 to 25 percent and in particular in the range of 10 to 20 percent of the average lay length.
  • the resulting stroke length therefore varies between 80 and 90 percent of the mean stroke length as minimum stroke length up to 110 to 120 percent of the mean stroke length as maximum stroke length.
  • the lay length oscillates about the average lay length, thus increasing alternately continuously up to a maximum lay length and up to a minimum lay length.
  • the change of the lay length is preferably continuous and continuous.
  • the increase and decrease follows in particular a, for example, sinusoidal wave motion.
  • the variation of the lay length can be particularly easy to realize in terms of manufacturing technology.
  • electronically controlled Verlitz- or stranding machines this is done, for example, by a variation of the rotational speed of the so-called Strike when stranding and / or a variation of the take-off speed in the longitudinal direction.
  • a varying lay length can be realized via eccentrically mounted wheels within a drive gear.
  • the lay length therefore changes in particular arbitrarily, preferably randomly. This is achieved, in particular in the case of electronically controlled stranding machines, preferably by a corresponding uneven activation of the stranding machine.
  • the lay length is specified via a random number generator.
  • the average lay length is preferably in the range of 1 to 40 mm, in particular in the range of 5 to 40 mm. Conveniently, the average lay length is generally about 3 to 50 times the diameter of the signal conductor. Due to this selected bandwidth of the average lay length in combination with the selected average lay lengths, a stranded conductor with good return loss properties is achieved, even at high frequencies, starting from the current conventional stranded conductors with the usual lay lengths.
  • the varying stroke length can be characterized by an envelope, which thus indicates the increase or decrease of the stroke length.
  • the envelope itself has a length in the range of a few meters.
  • the envelope may have a maximum length of up to 50 meters but preferably has a significantly shorter length, for example, of only 0.3 meters. In principle, therefore, there is the possibility that, following this length or periodicity of the envelope, a respective lay length is repeated, that is to say repeated with a periodicity which corresponds to the periodicity of the envelope.
  • the selected length of the envelope in the range of a few meters is achieved that at typical cable lengths for which the signal cables are usually used, at most only a few lay lengths repeat identically. Overall, this effectively avoids a high return loss peak.
  • Such signal cables are used, for example, as so-called patch cables in networks. In general, the cable lengths are in the range of a few meters, for example, at a maximum of 30 m and in particular at a maximum of about 15 m.
  • the length of the envelope is characterized by the distance between two zero crossings through the average lay length with increasing lay length.
  • the length of the envelope in a wave-shaped envelope therefore corresponds to the length of the overall wave, for example a sinusoidal wave.
  • the envelope is preferably in each case a symmetrical, for example sinusoidal or serrated wave. This is therefore preferably only stretched. Your maximum and minimum values remain the same.
  • the variation of the length of the envelope is comparatively small and is for example only 5 to 10 percent of an average length of the envelope.
  • Such a varying adjustment of both the lay lengths and the envelope of the lay lengths can be achieved in a particularly simple manner by means of an electronically controlled stranding machine, in particular the take-off speed. Overall, therefore, such a Verseilverbund process technology comparatively easy to produce.
  • the variation of the envelopes can be described by a total envelope.
  • This is preferably likewise defined, for example, by a shaft.
  • the length of the envelope varies continuously around an average value.
  • the length of the total envelope is preferably in the range of several 10 meters and in particular in the range of, for example, 20 to 30 meters. This measure ensures that within the usual cable lengths, for which the present signal cables are used, a repetition of a lay length with the same periodicity is excluded.
  • a uniform variation of the lay length is set by the varying envelopes as well as by the total envelope, which is technically easy to handle.
  • the resulting envelope, in particular the total envelope preferably has no periodicity.
  • the maximum or minimum beat length within two successive envelopes i. the maxima or minima of the envelopes assume different values.
  • the slope of successive envelopes varies. It may also be provided that the degree of increase is different from the degree of decrease within one envelope. The increase or decrease of the lay length between two maxima or minima thus varies.
  • the stranding concept described here with the varying lay length for avoiding or at least reducing the return loss is used according to a first embodiment in coaxial conductors, which have a stranded conductor as a signal conductor.
  • a stranded conductor preferably a single-layer stranded conductor is used, in which therefore only one layer of stranded wires are used, which are stranded for example around a central stranded wire.
  • the stranding of the stranded conductor takes place in a one-step stranding process, since this is particularly cost-effective.
  • the individual layers preferably each have the same direction of impact and lay length.
  • the stranded conductor is conveniently prepared in a single-stage stranding process for cost reasons.
  • the individual stranded wires therefore generally run parallel to one another and therefore each have the same lay length.
  • a stranded conductor is not limited to the application of coaxial cables, but is preferably also used in other high-frequency signal cables with stranded conductors, especially in symmetrical signal cables.
  • the stranding concept described here with the varying lay length is used according to the second embodiment in the stranding of symmetrical signal cables.
  • Such symmetrical signal cables each have a signal pair or a star quad surrounded by a shield. By shielding a reliable protection against disturbing external effects such as the crosstalk is already ensured.
  • Such pairs of wires surrounded by a pair shield are used, for example, in network cables according to Cat 7, Cat 7a and higher.
  • the signal conductors are also correspondingly variable Lay length twisted, as stated above.
  • the individual signal conductors of the stranded composite consist of stranded conductors and both the signal conductors and the individual stranded wires are formed with varying lay length. To reduce the return loss therefore a double stranding optimization is provided.
  • a symmetrical signal cable in the assembled state, it is connected in each case to a feed device and to an evaluation device, wherein an origin signal to be transmitted is fed via the feed device into one signal conductor and an inverted signal into the other signal conductor.
  • the evaluation device is designed to evaluate the level difference between these two signals. This also eliminates additional interfering influences from the outside, since they typically act simultaneously on both signal parts and thus leave the level difference uninfluenced.
  • the shielding in both a coaxial cable and a balanced signal cable is usually formed as a shielding braid.
  • the braid is generally a longitudinally extending hollow body formed by the regular meshing of a plurality of braid strands.
  • the mesh strands themselves consist of a plurality of individual fine strands. Usually, the individual mesh strands are also intertwined under a fixed lay length.
  • the braid or the shield is generally designed such that a particularly uniform shielding takes place to the outside or to the inside. Accordingly, the shield is formed homogeneously and has a constant screen attenuation.
  • double shielded shields which are typically formed of two shielding layers, wherein the one layer is formed for example from the shielding braid and the other layer of a metal foil.
  • the lay length of the individual mesh strands of such a shielding braid varies over the length of the Ablegeflechts.
  • an uneven variation is also preferably provided here.
  • the design of the shielding braid with varying lay length is also possible and provided irrespective of the configuration of the stranded conductor and / or the stranded composite with varying lay length.
  • the signal cable is therefore designed in an expedient embodiment as a high-frequency cable for the transmission of data with a frequency in the gigahertz range, in particular up to about 100 gigahertz.
  • the coaxial cable 2a according to Fig. 1 has a central designed as a stranded conductor 4a inner and signal conductor, which is surrounded concentrically by a dielectric 6 and then by an outer conductor, which is formed by a shield 8 formed by a shielding braid. This is in turn surrounded by a cable sheath 9.
  • the stranded conductor 4 a has a plurality of individual stranded stranded wires 10 stranded together.
  • the individual stranded wires 10 are stranded together so that they each extend along a helix in the longitudinal direction 12 of the stranded conductor 4a.
  • a lay length s is defined by the length in the longitudinal direction 12 that a litz wire 10 requires for a full 360 degree turn.
  • Fig. 2 schematically different lay lengths s of the stranded conductor 4a are shown. Emphasized here is a maximum lay length s max and a minimum lay length s min . As seen from the side view of Fig. 2 can be seen, the lay length s changes over the length of the stranded conductor 4a away.
  • a pair of conductors consists of two insulated signal conductors 4b.
  • the signal conductors 4b are formed by a conductor core 14 and an insulation 16 surrounding it.
  • the conductor core 14 is preferably a full conductor designed as a wire, alternatively a stranded conductor optionally with a constant or variable lay length.
  • the conductor pair is surrounded by a shield 8 and this in turn by a cable sheath 9.
  • the conductor pair forms a stranded composite.
  • auxiliary wire 18 is arranged, which is not absolutely necessary.
  • the signal cable 2b consists in the embodiment of the shielded and surrounded by the cable sheath 9 Verseilverbund. In alternative embodiments, several such units are combined to form a total cable and in particular surrounded by a total shield and a total cable sheath.
  • the signal conductors 4b of the stranding composite are stranded together with a varying lay length s. In the Fig. 2 Therefore, the same situation applies equally to the stranded network.
  • an originating signal D is fed into the one signal conductor 4b and an inverted signal D ', ie phase-shifted by 180 °, is fed into the other signal conductor.
  • the evaluation device the level difference between the signal levels of these signals D, D 'is evaluated.
  • Fig. 5 schematically a side view of the shield 8 formed by a shielding braid is shown.
  • the shield 8 in this case consists of a plurality of intertwined braid strands 24. These are also in turn entangled with a lay length s, as shown schematically in FIG Fig. 3 is shown.
  • the term impact length s is understood to be the length which a respective braid strand 24 requires in order to perform a complete winding (360 °).
  • Fig. 6 to 8 different courses of the varying stroke length s are shown. These apply equally to the stranding of the stranded conductor 4a, the stranded composite and the Ablegeflechts.
  • Fig. 6 First, a uniform variation of the stroke length s is illustrated. This shows on the X-axis the lay length s, which is plotted against the propagation in the x direction and thus in the direction of the longitudinal direction 12. As can be seen, the stroke length s oscillates by an average stroke length s 0 , in each case by a difference value ⁇ s.
  • the stroke length s decreases continuously up to the minimum stroke length s min , in order subsequently to increase again up to the maximum stroke length s max .
  • the lay length s therefore oscillates around the mean lay length s 0, in particular uniformly and in a wave-like manner, as exemplified in US Pat Fig. 4 is shown.
  • the frequency of this oscillating variation is preferably not a multiple of the stranding speed.
  • stranding speed is understood in particular to be the number of revolutions per unit time of the wire or conductor to be stranded during the stranding process.
  • the varying stroke length s is characterized by an envelope E, which is shown in the embodiment in the manner of a sine curve.
  • the envelope E preferably increases in a straight line or falls off in a straight line, is therefore formed approximately zigzag-shaped. Because of in the Fig. 6 shown uniform variation of the stroke length s, the envelope has a fixed periodicity.
  • the envelope E itself varies so that identical lay lengths within different envelopes E are not arranged one below the other at the same periodicity.
  • the length L of the envelope E preferably varies continuously.
  • two envelopes with two different lengths L 1 , L 2 are shown.
  • the variation of the envelope itself also has a period again, so that after a total length L ges again the first envelope starts with the length L 1 .
  • the variation of the individual lengths L, L 2 of the envelope E can in turn be represented by a total envelope not shown here. Their total length corresponds to the illustrated total length L tot .
  • This total length L tot is preferably in the range of 0.3 to 50 meters, whereas the length L of the envelope E is typically in the range of a few meters, for example about 3 meters.
  • the variation of the envelope E is in the range of preferably 5 to 10 percent of the length L of the envelope.
  • non-uniform variation of the lay length s is provided in alternative embodiments, as shown by way of example in FIG Fig. 8 is shown.
  • the lay length s preferably varies randomly or chaotically.
  • the degree of increase or decrease of the lay length s changes over the length x of the signal conductor 2 in the longitudinal direction 12, the degree of increase or decrease of the lay length s. In the illustration according to Fig. 8 this corresponds to the slope of the curve representing the lay length s.
  • Per defined length unit of the signal conductor 2 thus varies the increases or decreases of the lay length s, and in particular in each case based on a predetermined defined absolute value of the lay length s. Therefore, the increasing or decreasing areas between two turning points are always compared.
  • the intensity of the course of the stroke length s shown varies, that is to say the respective maximum values s max and minimum values s min .
  • the dashed lines envelope of the maximum values is therefore not a straight line but a curve, which follows in particular no predetermined function.
  • the stranded conductor 4a has a diameter d.
  • the mean lay length s 0 is typically approximately in the range of 3 to 50 times the strand diameter d. For typical strand diameters d, therefore, the lay length is in the range of about 1 mm to 40 mm.
  • the same characteristic numbers preferably also apply to the stranded composite in the case of the symmetrical signal cable 2b.
  • the middle Shock length s 0 is therefore also preferably approximately in the range of 3 to 50 times the diameter of the respective signal conductor 4b.
  • Fig. 9A shows the situation by way of example with a stranded conductor 4a (or stranded composite) with a constant, uniform lay length s.
  • the profile of the return loss at a frequency f 0 shows a peak which exceeds an allowable value for the return loss.
  • the signal cable 4a, 4b is particularly suitable for high-frequency data transmissions, in particular also in the gigahertz range and preferably up to about 100 gigahertz.

Landscapes

  • Communication Cables (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Signalkabel, nämlich ein Koaxialkabel oder ein symmetrisches Signalkabel mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, bzw. 2, bzw. 3. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines solchen Signalkabels zur hochfrequenten Signalübertragung.
  • Als Signalkabel zur Übertragung von hochfrequenten Signalen, beispielsweise im GHz-Bereich werden häufig Koaxialkabel eingesetzt. Durch deren speziellen Aufbau mit einem zentralen als Signalleiter ausgebildeten Innenleiter, mit dem Dielektrikum sowie mit einem durch eine oder mehrere Schirmlagen gebildeten hohlzylindrischen Außenleiter ist die störungsfreie Übertragung auch von hochfrequenten, breitbandigen Signalen ermöglicht. Im Falle von äußeren Störfeldern werden diese von der Schirmlage abgeschirmt und beeinflussen die Signalübertragung beim Innenleiter nicht.
  • Neben Koaxialkabel werden zur Signalübertragung auch sogenannte symmetrische Signalkabel eingesetzt. Diese bestehen aus zumindest einem Paar von miteinander verseilten, isolierten Signalleitern, die einen Verseilverbund bilden. Dieser ist von einer Abschirmung (Paarschirmung) umgeben. Die beiden Signalleiter des Paares werden symmetrisch mit dem zu übertragenden Signal angesteuert, wobei in den einen Signalleiter das Ursprungssignal und in den anderen Signalleiter ein invertiertes (um 180° phasenverschoben) Signal eingespeist wird. Ausgewertet wird die Pegeldifferenz zwischen den beiden Signalleitern. Im Falle eines äußeren Störpegels wirkt dieser gleichermaßen auf die beiden Signalpegel in den Signalleitern ein, so dass das Differenzsignal unberührt bleibt.
  • Bei der Übertragung von Signalen insbesondere in Computernetzwerken werden Kabel eingesetzt, bei denen mehre paarweise miteinander verdrallte, ungeschirmte Adernpaare nebeneinander in einem gemeinsamen Kabelmantel geführt werden. Typische derartige Datenkabel weisen beispielsweise vier oder auch mehr gemeinsam geführte Adernpaare auf. Derartige Kabel werden beispielsweise in Computernetzwerken als Cat 5- oder Cat 6-Kabel eingesetzt. Bei derartigen Computerkabeln oder auch Telefonkabeln ist als störender Effekt das sogenannte Nebensprechen bekannt, bei dem die Signalübertragung in dem einen Adernpaar die Signalübertragung in dem anderen Adernpaar beeinflusst.
  • Um dieses Nebensprechen zu vermeiden oder zumindest zu verringern sind unterschiedliche Maßnahmen bekannt. So ist beispielsweise aus der US 7,109,424 B2 oder auch der US 6,959,533 B2 eine Variation der Schlaglänge der Adernpaare zu entnehmen. Ein weiterer, beispielsweise in der WO 2005/041 219 A1 beschriebener Ansatz sieht für Cat 5 oder Cat 6-Kabel vor, die einzelnen Adernpaare mit unterschiedlichen Schlaglängen zu verseilen.
  • Aus der US 6,318,062 B1 ist beispielsweise eine Verseilmaschine zu entnehmen, mit der eine Variation der Schlaglänge eines Adernpaares vorgenommen werden kann.
  • Ein anderer Ansatz zur Vermeidung oder Eindämmung des Nebensprechverhaltens sieht eine individuelle Abschirmung eines jeweiligen Adempaares vor, so dass also keine störenden Einflüsse von dem Nachbarpaar auftreten können.
  • In der DE 19 43 229 wird ein weiterer, zu dem Problem des Nebensprechens unabhängiger Aspekt beschrieben, nämlich die sogenannte Rückflussdämpfung. Diese entsteht beispielsweise bei koaxialen Leitungen aufgrund von Impedanzänderungen in der Übertragungsstrecke, wodurch an einer durch die Impedanzänderung hervorgerufenen Impedanzstoßstelle das Signal reflektiert wird, so dass insgesamt eine Signaldämpfung auftritt (Rückflussdämpfung).
  • Aus der DE 19 43 229 ist zu entnehmen, dass eine periodische Verformung eines Kabels mit einer Vielzahl von miteinander verseilten Koaxialleitern zu einer hohen Rückflussdämpfung bei bestimmten Überträgungsfrequenzen führt. Gemäß der DE 19 43 229 sind derartige Verformungen der Koaxialleiter durch die mechanische Belastung des jeweiligen Koaxialleiters bei dem Verseilprozess bedingt.
  • Gemäß diesem Dokument ist zur Vermeidung der Rückflussdämpfung vorgesehen, die durch die Verseilung hervorgerufene Periodizität der mechanischen Verformungen durch eine Veränderung des Verseilprozesses zu verändern. Die durch die Verformung hervorgerufene Impedanzstörstelle tritt daher nicht mehr an sich periodisch wiederholenden Stellen auf, so dass die an den einzelnen Impedanzstoßstellen reflektierten Signalanteile sich nicht aufaddieren.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Signalkabel, nämlich ein Koaxialkabel oder ein symmetrisches Kabel mit verbesserten Eigenschaften insbesondere bei der Übertragung von hochfrequenten Datensignalen anzugeben.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Signalkabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Das Signalkabel ist als Hochfrequenz-Signalkabel zur Übertragung von Signalen mit einer Frequenz im Gigahertz-Bereich insbesondere bis zu etwa 100 Gigahertz ausgelegt und vorgesehen. Das Signalkabel ist dabei wahlweise als Koaxialkabel oder als symmetrisches Signalkabel ausgebildet. Das Koaxialkabel weist allgemein einen als Innenleiter ausgebildeten Signalleiter auf, welcher von einem Dielektrikum und anschließend von einem üblicherweise als Geflechtschirm ausgebildeten Außenleiter umgeben ist, welcher wiederum von einem Kabelmantel umgeben ist. Das symmetrische Signalkabel weist zumindest ein miteinander verseiltes Adernpaar auf, das aus zwei isolierten Signalleitern gebildet ist und das von einer Abschirmung umgeben ist. Gemäß einer ersten Ausführungsvariante umgibt dabei die Abschirmung exakt ein Adernpaar, jedes Adernpaar des Kabels ist daher unmittelbar von einer Paarschirmung umgeben. Neben diesen mit einer Paarschirmung versehenen individuellen Adernpaaren ist auch die sogenannte Viererverseilung bei einem symmetrischen Signalkabel bekannt, bei dem zwei ein Signalpaar bildende Adernpaare gemeinsam miteinander verseilt sind. Dieser Vierer-Verseilverbund ist ebenfalls von einer Abschirmung unmittelbar umgeben. Bei einem derartigen Sternvierer sind die vier einzelnen Signalleiter in einem Quadrat angeordnet, wobei die diagonal gegenüberliegenden Signalleiter jeweils ein Signalpaar zur Übertragung eines jeweiligen Datensignals bilden.
  • Bei derartigen Signalkabeln ist nunmehr erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Signalleiter als ein Litzenleiter bestehend aus einer Anzahl von einzelnen Litzendrähten ausgebildet ist und die Litzendrähte miteinander unter einer variierenden Schlaglänge verseilt sind. Alternativ oder in Kombination hierzu sind bei einem symmetrischen Signalkabel die Signalleiter miteinander unter einer variierenden Schlaglänge verseilt.
  • Diese Ausgestaltung geht von der Erkenntnis aus, dass selbst die streng homogen aufgebauten Signalkabeln, wie sie heutzutage bereits für die Übertragung von Signalen beispielsweise bis 100 Megahertz eingesetzt werden, für höherfrequenten Signale beispielsweise größer 500 Megahertz, und insbesondere im einstelligen Gigahertz-Bereich nur noch bedingt geeignet sind. Untersuchungen haben gezeigt, dass trotz einer exakt homogenen Ausgestaltung der Koaxialkabel ohne Formfehler, wie sie beispielsweise in der DE 19 43 229 beschrieben sind, eine Rückflussdämpfung bei definierten Frequenzen auftritt. Es wurde weiterhin erkannt, dass diese Störungen durch die grundsätzliche Verseil-Periodizität der verseilten Komponenten, also entweder der miteinander verseilten einzelnen Litzendrähte des als Litzenleiter ausgebildeten Signalleiters oder durch die miteinander verseilten Signalleiter bei einem symmetrischen Kabel hervorgerufen sind. Ausgehend von diesen Erkenntnissen ist die variierende Schlaglänge gewählt, wodurch die bei einem definierten Frequenzbereich auftretende Rückflussdämpfung verringert wird bzw. über ein größeres Frequenzband verteilt wird.
  • Diese Ausgestaltung mit der variierenden Schlaglänge geht also von der Erkenntnis aus, dass unmittelbar aufgrund des Verseil- oder Verlitzprozesses periodische Strukturen eingebracht werden, die trotz der homogenen, störungsfreien Ausbildung des Signalkabels ohne Formfehler in überraschender Weise für eine hochfrequente Datenübertragung eine periodisch wiederkehrende, regelmäßige Störung darstellt. Diese Störungen führen zu einer Erhöhung der Rückflussdämpfung, d. h. zumindest ein frequenzfester Signalanteil wird vermehrt reflektiert und zurückgeworfen und mindert somit die übertragene Signalleistung. Unter Rückflussdämpfung wird allgemein das Verhältnis von gesendeter zu reflektierter Leistung bzw. von eingespeiste Energie zu rückgestreuter Energie verstanden. Die Rückflussdämpfung ist daher ein Maß für Rückstreueffekte bei der Signalausbreitung im Signalkabel. Die Rückstreueffekte treten dabei an Störstellen in der Übertragungsstrecke auf.
  • Aufgrund der periodischen durch eine feste Schlaglänge eingebrachten Störungen wirken sich diese selektiv auf bestimmte Wellenlängen aus. Insbesondere sind derartige Signalanteile betroffen, deren Wellenlängen im Bereich der halben Schlaglänge oder einem ganzzahligen Vielfachen der halben Schlaglänge liegen. Die Rückflussdämpfung zeigt daher Störpeaks, wenn n*λ/2 = s, wobei n eine ganze Zahl ist, λ die Wellenlänge des Datensignals und s die Schlaglänge. Bei Doppelverseilmaschinen ist der die Störung bedingende periodische Abstand die doppelte Schlaglänge, so dass bei mit einer Doppelschlagmaschine hergestellten Kabel bzw. Litzen die Störpeaks auftreten wenn n*λ/2 = 2s. Dieses Problem der Störpeaks in der Rückflussdämpfung tritt insbesondere bei hochfrequenten Signalen im oberen Megahertz und im Gigahertz Bereich auf, da in diesem Fall die typischen Schlaglängen von Litzenleitern im Bereich eines Vielfaches von λ/2 bzw. λ/4 liegt. Bei einer Einfachschlagverseilmaschine und einer Schlaglänge s von 10mm entstehen die Störpeaks bei 10GHz (λ/2=s), 20GHz (2* λ/2=s), 30GHz (3* λ/2=s) usw.. Bei einer Doppelschlagverseilmaschine entstehen die Störpeaks bei 5GHz (λ/2=2s), 10GHz (2*λ/2=2s), 15GHz (3*λ/2=2s) usw.
  • Die durch die Schlaglänge eingebrachte periodische Struktur führt daher innerhalb des Signals selektiv zu einer hohen, peakartigen Rückflussdämpfung bei einer definierten Frequenz (Wellenlänge). Durch die variierende Schlaglänge wird dieser Peak bei einer definierten Frequenz reduziert, so dass insgesamt bei dieser kritischen Frequenz die Rückflussdämpfung verringert wird. Durch die Variation der Schlaglänge wird insgesamt die Rückflussdämpfung infolge der durch die Verseilung eingebrachten Störungen auf ein breiteres Frequenzbanz verteilt. Damit besteht die Möglichkeit, insgesamt für die einzelnen Frequenzen die maximal zulässige Rückflussdämpfung selbst bei hochfrequenten Datensignalen einzuhalten.
  • Unter Schlaglänge eines Litzenleiters wird allgemein die Länge verstanden, die ein einzelner Litzendraht aufgrund der Verseilung benötigt, um eine vollständige Umwicklung (360 Grad) in longitudinaler Richtung um ein Litzenzentrum auszuführen. Unter variierende Schlaglänge wird daher verstanden, dass der Längenabstand, den ein jeweiliger einzelner Litzendraht für eine 360 Grad-Umdrehung benötigt über die Länge des Litzenleiters sich verändert. Entsprechend wird unter Schlaglänge des Verseilverbunds auch die Länge verstanden, die der einzelne isolierte Signalleiter für eine vollständige Umwicklung benötigt.
  • Unter Litzenleiter werden vorliegend bevorzugt sogenannte konzentrische Litzenleiter verstanden, bei denen die einzelnen Litzendrähte eine genau definierte Lage aufweisen, so dass ein regelmäßiger Aufbau gewährleistet ist. Bei diesen sind allgemein ein oder mehrere Lagen von einzelnen Litzendrähten um ein Litzenzentrum herum verseilt. Das Litzenzentrum selbst ist üblicherweise auch ein Litzendraht. Bei einem einlagigen Litzenleiter ist der zentrale Litzendraht von sechs weiteren Litzendrähte umgeben. Bei einem zweilagigen Litzenleiter sind diese wiederum von 12 Einzeldrähten in der zweiten Lage, bei einem dreilagigen Litzenleiter sind diese wiederum von 18 Einzeldrähten in der dritten Lage umgeben. Daneben können die Litzenleiter alternativ auch als sogenannte Bündellitzen ausgebildet sein. Bei diesen werden mehrere Einzeldrähte oder Drahtbündel verwürgt. Im Unterschied zu konzentrischen Litzen nehmen die Einzeldrähte keine genau definierte Lage innerhalb der Litze ein und es gibt keine feste Ordnung in der Stellung der Einzeldrähte zueinander.
  • Unter symmetrische Signalkabel werden Kabel mit zumindest einem Leiterpaar aus isolierten Signalleitern verstanden, die gemeinsam zur Übertragung eines Signals durch Einspeisen eines Ursprungssignals und eines hierzu invertierten Signals vorgesehen sind. Bei einer sogenannten Paarverseilung bildet das Leiterpaar den Verseilverbund, der von der Abschirmung umgeben ist. Neben der Paarverseilung ist auch eine sogenannte Viererverseilung, insbesondere der Sternvierer bekannt, bei dem jeweils zwei Adern (isolierte Signalleiter), beim Sternvierer die diagonal gegenüberliegenden Signalleiter, das jeweilige Leiterpaar bilden. Die bei der Viererverseilung vier miteinander verseilten Signalleiter bilden den Verseilverbund, der von der Abschirmung umgeben ist. Das Signalkabel weist in einer bevorzugten Variante mehrere von einer Abschirmung umgebene Verseilverbunde, also beispielsweise mehrere abgeschirmte Paare oder Sternvierer oder Kombinationen hiervon auf, die üblicherweise von einer weiteren Gesamtabschirmung umgeben sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung variiert dabei die Schlaglänge mit einem vorgegebenen Differenzwert um eine mittlere Schlaglänge. Die Schlaglänge variiert daher innerhalb einer durch den Differenzwert gebildeten Bandbreite um einen mittleren Wert nach oben und nach unten. Die mittlere Schlaglänge zuzüglich des Differenzwertes gibt daher eine maximale Schlaglänge und die mittlere Schlaglänge abzüglich des Differenzwertes gibt die minimale Schlaglänge an. Zwischen der maximalen und der minimalen Schlaglänge werden Zwischenwerte eingenommen.
  • Vorzugsweise liegt der Differenzwert dabei im Bereich von 5 bis 25 Prozent und insbesondere im Bereich von 10 bis 20 Prozent der mittleren Schlaglänge. Die sich einstellende Schlaglänge variiert daher zwischen 80 und 90 Prozent der mittleren Schlaglänge als minimale Schlaglänge bis hin zu 110 bis 120 Prozent der mittleren Schlaglänge als maximale Schlaglänge.
  • In zweckdienlicher Ausgestaltung oszilliert dabei die Schlaglänge um die mittlere Schlaglänge, nimmt also abwechselnd kontinuierlich bis zu einer maximalen Schlaglänge zu und bis zu einer minimalen Schlaglänge ab. Die Änderung der Schlaglänge ist dabei vorzugsweise kontinuierlich und stetig. Die Zu- und Abnahme folgt dabei insbesondere einer beispielsweise sinusförmigen Wellenbewegung.
  • Die Variation der Schlaglänge lässt sich herstellungstechnisch besonders einfach verwirklichen. Bei elektronisch gesteuerten Verlitz- oder Verseilmaschinen erfolgt dies bspw. durch eine Variation der Drehgeschwindigkeit des sogenannten Schlagbügels bei der Verseilung und/oder eine Variation der Abzugsgeschwindigkeit in Längsrichtung. Bei mechanisch verkoppelten Verseil- oder Verlitzmaschinen kann eine variierende Schlaglänge über exzentrisch gelagerte Räder innerhalb eines Antriebsgetriebes realisiert werden.
  • Alternativ zu einer gleichmäßigen beispielsweise sinusförmigen Veränderung der Schlaglänge ist in bevorzugter Ausgestaltung eine ungleichmäßige Variation vorgesehen. Die Schlaglänge verändert sich daher insbesondere willkürlich, vorzugsweise zufällig. Dies wird insbesondere bei elektronisch geregelten Verseilmaschinen vorzugsweise durch eine entsprechende ungleichmäßige Ansteuerung der Verseilmaschine erreicht. Insbesondere wird beispielsweise die Schlaglänge über einen Zufallsgenerator vorgegeben.
  • Für typische Anwendungen liegt die mittlere Schlaglänge bevorzugt im Bereich von 1 bis 40 mm, insbesondere im Bereich von 5 bis 40 mm. Zweckdienlicherweise beträgt die mittlere Schlaglänge allgemein etwa das 3 bis 50-fache des Durchmessers des Signalleiters. Durch diese gewählte Bandbreite der mittleren Schlaglänge in Kombination mit den gewählten mittleren Schlaglängen ist ausgehend von den gegenwärtig üblichen Litzenleitern mit den üblichen Schlaglängen ein Litzenleiter mit guten Rückflussdämpfungseigenschaften auch bei hohen Frequenzen erzielt.
  • Die variierende Schlaglänge lässt sich durch eine Einhüllende charakterisieren, die also die Zu- bzw. Abnahme der Schlaglänge angibt. Gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung weist die Einhüllende selbst eine Länge im Bereich von wenigen Metern auf. Die Einhüllende kann dabei eine Länge von maximal bis zu 50 Metern aufweisen hat vorzugsweise jedoch eine deutlich geringere Länge beispielsweise von lediglich 0,3 Metern. Grundsätzlich besteht daher die Möglichkeit, dass nach dieser Länge oder Periodizität der Einhüllenden eine jeweilige Schlaglänge sich wiederholt, also mit einer Periodizität wiederholt, die der Periodizität der Einhüllenden entspricht. Durch die gewählte Länge der Einhüllenden im Bereich von einigen Metern wird erreicht, dass bei typischen Kabellängen, für die die Signalkabel üblicherweise eingesetzt werden, allenfalls nur wenige Schlaglängen sich identisch wiederholen. Insgesamt ist dadurch effektiv ein hoher Rückflussdämpfungs-Peak vermieden. Derartige Signalkabel werden beispielsweise als sogenannte Patch-Kabel bei Netzwerken eingesetzt. Allgemein liegen die Kabellängen im Bereich von wenigen Metern, maximal beispielsweise bei 30 m und insbesondere bei maximal etwa 15 m.
  • Um ergänzend auch den Effekt einer Periodizität der Einhüllenden zu verringern ist in zweckdienlicher Weiterbildung ergänzend eine Variation der Länge der Einhüllenden vorgesehen. Die Länge der Einhüllenden ist dabei charakterisiert durch den Abstand zweier Nulldurchgänge durch die mittlere Schlaglänge bei ansteigender Schlaglänge. Die Länge der Einhüllenden bei einer wellenförmigen Einhüllenden entspricht daher der Länge der Gesamtwelle, beispielsweise einer sinusartigen Welle. Vorzugsweise handelt es sich bei der Einhüllenden jeweils um eine symmetrische, beispielsweise sinusartige oder zackenförmige Welle. Diese wird daher vorzugsweise lediglich gestreckt. Ihre Maximal- und Minimalwerte bleiben gleich. Durch die Variation der Länge wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Abstand zwischen zwei identischen Schlaglängen von Einhüllender zu Einhüllender variiert, d.h. dass identische Schlaglängen zueinander keine feste Periodizität aufweisen.
  • Zweckdienlicherweise ist dabei die Variation der Länge der Einhüllenden vergleichsweise gering und beträgt beispielsweise nur 5 bis 10 Prozent einer mittleren Länge der Einhüllenden. Eine derartige variierende Einstellung sowohl der Schlaglängen als auch der Einhüllenden der Schlaglängen lässt sich herstellungstechnisch mit elektronisch gesteuerten Verseilmaschinen in besonders einfacher Weise durch eine entsprechende Ansteuerung insbesondere der Abzugsgeschwindigkeit erreichen. Insgesamt lässt sich daher ein derartiger Verseilverbund prozesstechnisch vergleichsweise einfach herstellen.
  • Die Variation der Einhüllenden lässt sich grundsätzlich wiederum durch eine Gesamteinhüllende beschreiben. Diese ist vorzugsweise ebenfalls beispielsweise durch eine Welle definiert. Innerhalb der Länge der Gesamteinhüllenden variiert daher die Länge der Einhüllenden jeweils kontinuierlich um einen Mittelwert. Die Länge der Gesamteinhüllenden liegt dabei vorzugsweise im Bereich von mehreren 10 Metern und insbesondere im Bereich von beispielsweise 20 bis 30 Meter. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass innerhalb der üblichen Kabellängen, für die die vorliegenden Signalkabel eingesetzt werden, eine Wiederholung einer Schlaglänge mit gleicher Periodizität ausgeschlossen ist.
  • Allgemein wird durch die variierenden Einhüllenden sowie durch die Gesamteinhüllende eine gleichmäßige Variation der Schlaglänge eingestellt, welche prozesstechnisch einfach handhabbar ist. Darüber hinaus besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit einer eher zufälligen und chaotischen Variation der einzelnen Parameter der Schlaglänge. Die dabei entstehenden Einhüllenden, insbesondere die Gesamteinhüllende weist vorzugsweise keine Periodizität auf.
  • So variiert beispielsweise gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung die maximale bzw. minimale Schlaglänge innerhalb zweier aufeinander folgender Einhüllender, d.h. die Maxima bzw. Minima der Einhüllenden nehmen unterschiedliche Werte ein.
  • Weiterhin ist in zweckdienlicher Weiterbildung vorgesehen, dass die Steigung von aufeinander folgenden Einhüllenden variiert. Auch kann vorgesehen sein, dass der Grad des Anstiegs vom Grad der Abnahme innerhalb einer Einhüllenden unterschiedlich ist. Die Zunahme bzw. Abnahme der Schlaglänge zwischen zwei Maxima bzw. Minima variiert also.
  • Durch diese insgesamt ungleichmäßige, zufällige oder auch chaotische Variation der Schlaglänge wird im Vergleich zu einer gleichmäßig variierenden Schlaglänge eine noch verbesserte Rückflussdämpfung erreicht, da hierbei keinerlei periodische Strukturen innerhalb des Verseilverbundes enthalten sind.
  • Insgesamt ist dadurch bei vergleichsweise geringem Fertigungsaufwand ein im Hinblick auf die Rückflussdämpfung deutlich verbessertes Signalkabel bereitgestellt.
  • Das hier beschriebene Verseilkonzept mit der variierenden Schlaglänge zur Vermeidung oder zumindest Reduzierung der Rückflussdämpfung wird gemäß einer ersten Ausführungsvariante bei Koaxialleitern eingesetzt, welche als Signalleiter einen Litzenleiter aufweisen. Als Litzenleiter wird dabei vorzugsweise ein einlagiger Litzenleiter verwendet, bei dem also lediglich eine Lage an Litzendrähten verwendet sind, die beispielsweise um einen zentralen Litzendraht verseilt sind. Die Verseilung des Litzenleiters erfolgt dabei in einem einstufigen Verseilprozess, da dies besonders kosteneffizient ist.
  • Wird ein mehrlagiger Litzenleiter eingesetzt, bei dem also mehrere Lagen von einzelnen Litzendrähten konzentrisch zueinander angeordnet sind, so weisen die einzelnen Lagen vorzugsweise jeweils die gleiche Schlagrichtung und Schlaglänge auf. Auch hier wird daher der Litzenleiter zweckdienlicherweise in einem einstufigen Verseilprozess aus Kostengründen hergestellt. Die einzelnen Litzendrähte verlaufen daher allgemein parallel zueinander und weisen daher untereinander jeweils die gleiche Schlaglänge auf.
  • Grundsätzlich ist die Verwendung eines derartigen Litzenleiters nicht auf die Anwendung bei Koaxialkabeln beschränkt, sondern wird bevorzugt auch bei anderen hochfrequenten Signalkabeln mit Litzenleitern eingesetzt insbesondere bei symmetrischen Signalkabeln.
  • Das hier beschriebene Verseilkonzept mit der variierenden Schlaglänge wird gemäß der zweiten Ausführungsvariante bei der Verseilung von symmetrischen Signalkabeln eingesetzt. Derartige symmetrische Signalkabel weisen jeweils ein von einer Abschirmung umgebenes Signalpaar oder einen Sternvierer auf. Durch die Abschirmung ist bereits ein zuverlässiger Schutz gegen störende Effekte von außen wie beispielsweise das Nebensprechverhalten sichergestellt. Derartige von einer Paarschirmung umgebene Adernpaare werden beispielsweise bei Netzwerkkabeln gemäß Cat 7, Cat 7a und höherwertige eingesetzt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch bei diesen verseilten, von einer Abschirmung umgebenen Signalleitern das Problem der Rückflussdämpfung auftritt. Um dieses Problem zumindest zu reduzieren sind entsprechend auch die Signalleiter mit einer variierenden Schlaglänge verseilt, wie oben ausgeführt ist. Bei diesen Signalkabeln werden daher unterschiedliche Störeinflüsse, nämlich Störeinflüsse von außen oder Nebensprechprobleme einerseits und das Rückflussdämpfungsproblem andererseits durch zwei unterschiedliche Maßnahmen, nämlich einerseits die Abschirmung und andererseits die variierende Schlaglänge vermieden.
  • In besonders bevorzugter Ausgestaltung bestehen die einzelnen Signalleiter des Verseilverbundes (Adernpaar bzw. Sternvierer) aus Litzenleitern und sowohl die Signalleiter als auch die einzelnen Litzendrähte sind mit variierender Schlaglänge ausgebildet. Zur Reduzierung der Rückflussdämpfung ist daher eine doppelte Verseiloptimierung vorgesehen.
  • Bei einem symmetrischen Signalkabel ist dieses im montierten Zustand jeweils an einer Einspeisevorrichtung sowie an einer Auswertevorrichtung angeschlossen, wobei über die Einspeisevorrichtung ein zu übertragendes Ursprungssignal in den einen Signalleiter und ein hierzu invertiertes Signal in den anderen Signalleiter eingespeist wird. Die Auswertevorrichtung ist zur Auswertung der Pegeldifferenz zwischen diesen beiden Signalen ausgebildet. Auch hierdurch werden ergänzend störende Einflüsse von außen eliminiert, da diese typischerweise gleichzeitig auf beide Signalteile wirken und damit die Pegeldifferenz unbeeinflusst lassen.
  • Die Abschirmung sowohl bei einem Koaxialkabel als auch bei einem symmetrischen Signalkabel ist üblicherweise als ein Abschirmgeflecht ausgebildet. Bei einem Koaxialkabel bildet dieses zugleich den Außenleiter. Bei dem Geflecht handelt es sich allgemein um einen sich in Längsrichtung erstreckenden Hohlkörper, der durch das regelmäßige Ineinanderschlingen einer Mehrzahl von Geflechtsträngen gebildet ist. Die Geflechtstränge selbst bestehen wiederrum aus einer Vielzahl von einzelnen feinen Einzeldrähten. Üblicherweise sind die einzelnen Geflechtstränge dabei ebenfalls unter einer festen Schlaglänge miteinander verflochten. Das Geflecht bzw. die Abschirmung ist allgemein derart ausgebildet, dass eine insbesondere gleichmäßige Abschirmung nach außen bzw. nach innen erfolgt. Entsprechend ist die Abschirmung homogen ausgebildet und weist eine gleichbleibende Schirmdämpfung auf. Im Hinblick auf eine effiziente Abschirmung sind dabei vorzugsweise doppelt geschirmte Abschirmungen vorgesehen, die typischerweise gebildet sind aus zwei Abschirmlagen, wobei die eine Lage beispielsweise aus dem Abschirmgeflecht und die andere Lage aus einer Metallfolie gebildet ist.
  • Zweckdienlicherweise ist in einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass nunmehr auch die Schlaglänge der einzelnen Geflechtstränge eines derartigen Abschirmgeflechts über die Länge des Abschirmgeflechts variiert. Wie bei der variierenden Schlaglänge der Einzeldrähte des Litzenleiters ist auch hier vorzugsweise eine ungleichmäßige Variation vorgesehen. Daneben besteht auch die Möglichkeit einer gleichmäßigen Variation. Grundsätzlich ist die Ausgestaltung des Abschirmgeflechts mit variierender Schlaglänge auch unabhängig von der Ausgestaltung des Litzenleiters und / oder des Verseilverbundes mit variierender Schlaglänge möglich und vorgesehen. Die Einreichung einer Teilanmeldung auf diesen Aspekt bleibt vorbehalten.
  • Insgesamt ist das Signalkabel in zweckdienlicher Ausgestaltung daher als Hochfrequenzkabel für die Übertragung von Daten mit einer Frequenz im Gigahertzbereich ausgelegt, insbesondere bis etwa 100 Gigahertz.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in schematischen Darstellungen:
    • Fig. 1
    eine Schnittansicht durch ein Koaxialkabel,
    Fig. 2
    eine Seitenansicht eines Litzenleiters,
    Fig. 3
    eine Schnittansicht durch ein symmetrisches Signalkabel mit einem paarverseilten Leiterpaar,
    Fig. 4
    eine stark vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung zur Datenübertragung mit einem symmetrischen Signalkabel
    Fig. 5
    eine Seitenansicht eines Abschirmgeflechts des Koaxialkabels
    Fig. 6
    einen gleichmäßig variierenden Verlauf der Schlaglänge
    Fig. 7
    eine variierende Einhüllende der Schlaglänge
    Fig. 8
    einen stark ungleichmäßig variierenden Verlauf der Schlaglänge
    Fig. 9A
    eine qualitative Darstellung des Verlaufs der Rückflussdämpfung gegenüber der Frequenz eines Signals bei einem Litzenleiter mit konstanter Schlaglänge sowie
    Fig. 9B
    den qualitativen Verlauf der Rückflussdämpfung gegenüber der Frequenz eines Signals bei einem Litzenleiter mit variabler Schlaglänge.
  • In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Das Koaxialkabel 2a gemäß Fig. 1 weist einen zentralen als Litzenleiter 4a ausgebildeten Innen- und Signalleiter auf, der konzentrisch von einem Dielektrikum 6 und anschließend von einem Außenleiter umgeben ist, der durch eine durch ein Abschirmgeflecht gebildeten Abschirmung 8 gebildet ist. Diese ist wiederum von einem Kabelmantel 9 umgeben. Der Litzenleiter 4a weist eine Vielzahl von einzelnen miteinander verseilten Litzendrähten 10 auf.
  • Die einzelnen Litzendrähte 10 sind dabei derart miteinander verseilt, dass sie jeweils entlang einer Schraubenlinie in Längsrichtung 12 des Litzenleiters 4a verlaufen. Allgemein wird eine Schlaglänge s durch die Länge in Längsrichtung 12 definiert, die ein Litzendraht 10 für eine vollständige 360 Grad Umdrehung benötigt.
  • In der Fig. 2 sind schematisch verschiedene Schlaglängen s des Litzenleiters 4a eingezeichnet. Hervorgehoben ist dabei eine maximale Schlaglänge smax sowie eine minimale Schlaglänge smin. Wie anhand der Seitenansicht der Fig. 2 zu erkennen ist, verändert sich die Schlaglänge s über die Länge des Litzenleiters 4a hinweg.
  • Das symmetrische Signalkabel 2b gemäß Fig. 3 weist im Ausführungsbeispiel ein Leiterpaar bestehend aus zwei isolierten Signalleitern 4b auf. Die Signalleiter 4b sind gebildet aus einem Leitungskern 14 und einer diesen umgebenden Isolierung 16. Der Leitungskern 14 ist bevorzugt ein als Draht ausgebildeter Vollleiter, alternativ ein Litzenleiter wahlweise mit konstanter oder variabler Schlaglänge. Das Leiterpaar ist von einer Abschirmung 8 und diese wiederum von einem Kabelmantel 9 umgeben. Das Leiterpaar bildet einen Verseilverbund aus. Im Ausführungsbeispiel ist ergänzend noch ein sogenannter Beilaufdraht 18 angeordnet, der nicht zwingend erforderlich ist. Das Signalkabel 2b besteht im Ausführungsbeispiel aus dem abgeschirmten und vom Kabelmantel 9 umgebenen Verseilverbund. In alternativen Ausgestaltungen sind mehrere derartige Einheiten zu einem Gesamtkabel zusammengefasst und insbesondere von einer Gesamtabschirmung und einem Gesamtkabelmantel umgeben.
  • Ähnlich wie die einzelnen Litzendrähte 10 beim Litzenleiter 4a, so sind die Signalleiter 4b des Verseilverbundes miteinander unter einer variierenden Schlaglänge s verseilt. Die in Fig. 2 dargestellte Situation gilt daher gleichermaßen für den Verseilverbund.
  • Bei der Signalübertragung über ein symmetrisches Kabel wird gemäß der Fig. 4 ein zu übertragendes Signal mit Hilfe einer Einspeisevorrichtung 20 in das Signalkabel 2b eingespeist und mit Hilfe einer Auswertevorrichtung 22 wieder ausgekoppelt und ausgewertet. Wie durch die gestrichelten Linien schematisch angedeutet ist, wird dabei in den einen Signalleiter 4b ein Ursprungssignal D und in den anderen Signalleiter ein invertiertes, also um 180° phasenverschobenes Signal D' eingespeist. Durch die Auswertevorrichtung wird die Pegeldifferenz zwischen den Signalpegeln dieser Signale D, D' ausgewertet.
  • In Fig. 5 ist schematisch eine Seitenansicht der durch ein Abschirmgeflecht gebildeten Abschirmung 8 dargestellt. Die Abschirmung 8 besteht hierbei aus einer Vielzahl von miteinander verflochtenen Geflechtsträngen 24. Diese sind ebenfalls wiederrum unter einer Schlaglänge s miteinander verflochten, wie dies schematisch in Fig. 3 dargestellt ist. Auch hier wird unter Schlaglänge s die Länge verstanden, die ein jeweiliger Geflechtstrang 24 benötigt, um eine vollständige Umwicklung (360°) auszuführen.
  • In den Fig. 6 bis 8 sind unterschiedliche Verläufe der variierenden Schlaglänge s dargestellt. Diese gelten gleichermaßen für die Verseilung des Litzenleiters 4a, des Verseilverbundes als auch des Abschirmgeflechts. In Fig. 6 ist zunächst eine gleichmäßige Variation der Schlaglänge s illustriert. Diese zeigt auf der X-Achse die Schlaglänge s, die gegenüber der Ausbreitung in x-Richtung und damit in Richtung der Längsrichtung 12 aufgetragen ist. Wie zu erkennen ist, oszilliert die Schlaglänge s um eine mittlere Schlaglänge s0 und zwar jeweils um einen Differenzwert Δs. Und zwar nimmt ausgehend von der maximalen Schlaglänge smax die Schlaglänge s kontinuierlich bis zur minimalen Schlaglänge smin ab, um anschließend wieder bis zur maximalen Schlaglänge smax zuzunehmen. Die Schlaglänge s oszilliert daher um die mittlere Schlaglänge s0 insbesondere gleichmäßig und wellenförmig wie dies beispielhaft in der Fig. 4 dargestellt ist. Die Frequenz dieser oszillierenden Variation ist dabei bevorzugt kein Vielfaches der Verseil-Drehzahl. Unter Verseil-Drehzahl wird hierbei insbesondere die Anzahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit des zu verseilenden Drahtes oder Leiters beim Verseilprozess verstanden.
  • Die variierende Schlaglänge s wird durch eine Einhüllende E charakterisiert, die im Ausführungsbeispiel nach Art einer Sinuskurve dargestellt ist. Alternativ hierzu steigt die Einhüllende E vorzugsweise geradlinig an bzw. fällt geradlinig ab, ist daher annähernd zickzack-förmig ausgebildet. Aufgrund der in der Fig. 6 dargestellten gleichmäßigen Variation der Schlaglänge s weist die Einhüllende eine feste Periodizität auf.
  • Vorzugsweise ist jedoch eine Ausführungsvariante vorgesehen, bei der die Einhüllende E selbst variiert, so dass identische Schlaglängen innerhalb verschiedener Einhüllender E zueinander nicht unter der gleichen Periodizität angeordnet sind. Dies wird anhand der Fig. 7 näher erläutert. Wie heraus zu entnehmen ist, variiert die Länge L der Einhüllenden E vorzugsweise kontinuierlich. Beispielhaft sind zwei Einhüllende mit zwei unterschiedlichen Längen L1, L2 dargestellt. Die Variation der Einhüllenden selbst weist ebenfalls wieder eine Periode auf, so dass nach einer Gesamtlänge Lges wieder die erste Einhüllende mit der Länge L1 beginnt.
  • Die Variation der einzelnen Längen L, L2 der Einhüllenden E lässt sich wiederum durch eine hier nicht näher dargestellte Gesamt-Einhüllende repräsentieren. Deren Gesamtlänge entspricht der dargestellten Gesamtlänge Lges. Diese Gesamtlänge Lges liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 50 Metern, wohingegen die Länge L der Einhüllenden E typischerweise im Bereich von wenigen Metern, beispielsweise bei etwa 3 Metern liegt. Die Variation der Einhüllenden E liegt im Bereich von vorzugsweise 5 bis 10 Prozent der Länge L der Einhüllenden.
  • Diese in der Fig. 7 dargestellte Variation der Schlaglänge s mit der Variation der Länge der Einhüllenden E ist insgesamt aufgrund der gleichmäßigen sukzessiven Variation der Schlaglänge prozesstechnisch einfach umzusetzend und wird daher bevorzugt.
  • Alternativ zu dieser gleichmäßigen Variation ist in alternativen Ausgestaltungen eine ungleichmäßige Variation der Schlaglänge s vorgesehen, wie dies beispielhaft in Fig. 8 dargestellt ist. Hieraus ist zu entnehmen, dass die Schlaglänge s vorzugsweise zufällig oder auch chaotisch variiert. Zum Einen verändert sich über die Länge x des Signalleiters 2 in Längsrichtung 12 der Grad der Zu- bzw. Abnahme der Schlaglänge s. In der Darstellung gemäß Fig. 8 entspricht dies der Steigung der die Schlaglänge s repräsentierenden Kurve. Pro definierter Längeneinheit des Signalleiters 2 variiert also die Zu- bzw. Abnahmen der Schlaglänge s und zwar insbesondere bezogen jeweils auf einen vorgegebenen definierten Absolutwert der Schlaglänge s. Verglichen werden daher immer die zunehmenden bzw. abnehmenden Bereiche zwischen zwei Wendepunkten.
  • Neben der Variation des Grads der Zu- oder Abnahme variiert auch die Intensität des dargestellten Verlaufs der Schlaglänge s, also die jeweils eingenommenen Maximalwerte smax sowie Minimalwerte smin. Im Unterschied zu der gleichmäßigen Variation wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, ist die gestrichelt dargestellte Einhüllende der Maximalwerte daher keine Gerade sondern ein Kurvenverlauf, der insbesondere keiner vorgegebenen Funktion folgt.
  • Der Litzenleiter 4a weist dabei einen Durchmesser d auf. Die mittlere Schlaglänge s0 liegt typischerweise etwa im Bereich des 3 bis 50 fachen des Litzendurchmessers d. Bei typischen Litzendurchmessern d liegt daher die Schlaglänge im Bereich von etwa 1 mm bis 40 mm. Die gleichen Kennzahlen gelten vorzugsweise auch für den Verseilverbund beim symmetrischen Signalkabel 2b. Die mittlere Schlaglänge s0 liegt daher ebenfalls bevorzugt etwa im Bereich des 3 bis 50 fachen des Durchmessers des jeweiligen Signalleiters 4b.
  • Mit einer derartigen variierenden Schlaglänge s lässt sich die sogenannte Rückflussdämpfung R verbessern. Dies wird anhand der Fig. 9A, 9B illustriert. Fig. 9A zeigt die Situation beispielhaft bei einem Litzenleiter 4a (bzw. Verseilverbund) mit konstanter, gleichmäßiger Schlaglänge s. Wie zu erkennen ist, zeigt der Verlauf der Rückflussdämpfung bei einer Frequenz f0 einen Peak, der einen erlaubten Wert für die Rückflussdämpfung überschreitet.
  • Demgegenüber ist der Peak bei der kritischen Frequenz f0 deutlich reduziert und über ein breites Frequenzband verteilt, für den Fall dass die Schlaglänge s beim Litzenleiter4a bzw. bei dem Verseilverbund variiert ist. Diese Situation ist qualitativ in Fig. 9B dargestellt.
  • Durch diese Maßnahme der variierenden Schlaglänge s eignet sich das Signalkabel 4a, 4b insbesondere für hochfrequente Datenübertragungen insbesondere auch im Gigahertzbereich und vorzugsweise bis zu etwa 100 Gigahertz. Bezugszeichenliste
    2a Koaxialkabel s Schlaglänge
    2b symmetrisches Signalkabel
    4a Litzenleiter smax maximale Schlaglänge
    4b isolierter Signalleiter
    6 Dielektrikum smin minimale Schlaglänge
    8 Schirmlage Δs Differenzwert
    9 Kabelmantel f0 Frequenz
    10 Einzeldrähte d Durchmesser
    12 Längsrichtung D Ursprungssignal
    14 Leitungskern D' invertiertes Signal
    16 Isolierung E Einhüllende
    18 Beilaufdraht L1, 2 Länge Einhüllende
    20 Einspeisevorrichtung Lges Gesamtlänge
    22 Auswertevorrichtung
    24 Geflechtstrang

Claims (15)

  1. Hochfrequenz-Signalkabel (2a, 2b) zur Übertragung von Signalen mit einer Frequenz im GHz-Bereich, nämlich ein symmetrisches Signalkabel (2b), bei dem isolierte Signalleiter (4b) paarweise miteinander verseilt sind und der Verseilverbund von einer Abschirmung (8) umgeben ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    zur Verringerung einer Rückflussdämpfung die Signalleiter (4b) miteinander unter einer variierenden Schlaglänge (s) verseilt sind, wobei bei einer paarweisen Verseilung das verseilte Adernpaar von einer Paarschirmung umgeben ist.
  2. Hochfrequenz-Signalkabel (2a, 2b) zur Übertragung von Signalen mit einer Frequenz im GHz-Bereich, nämlich ein symmetrisches Signalkabel (2b), bei dem isolierte Signalleiter (4b) als Sternvierer zu einem Verseilverbund miteinander verseilt sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Verringerung einer Rückflussdämpfung die Signalleiter (4b) miteinander unter einer variierenden Schlaglänge (s) verseilt sind.
  3. Hochfrequenz-Signalkabel (2a, 2b) zur Übertragung von Signalen mit einer Frequenz im GHz-Bereich ausgewählt aus den Kabeltypen Koaxialkabel oder symmetrisches Signalkabel, wobei das Koaxialkabel einen als Innenleiter ausgebildeten Signalleiter (4a) aufweist und beim symmetrische Signalkabel (2b) isolierte Signalleiter (4b) paarweise oder als Stemvierer zu einem Verseilverbund miteinander verseilt sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Verringerung einer Rückflussdämpfung der Signalleiter (4a) ein Litzenleiter ist bestehend aus einer Anzahl von einzelnen Litzendrähten (10) und die Litzendrähte (10) miteinander unter einer variierenden Schlaglänge (s) verseilt sind.
  4. Signalkabel (2a, 2b ) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schlaglänge (s) um eine mittlere Schlaglänge (s0) um einen Differenzwert (Δs) variiert.
  5. Signalkabel (2a, 2b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schlaglänge (s) ungleichmäßig variiert.
  6. Signalkabel (2a, 2b) nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die mittlere Schlaglänge (s0) im Bereich des 3 bis 50-fachen des Durchmessers des Signalleiters (4a, 4b) und insbesondere im Bereich von 1 bis 40mm liegt.
  7. Signalkabel (2a, 2b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Variation der Schlaglänge durch eine Einhüllende charakterisiert ist, die eine Länge im Bereich von wenigen Metern hat.
  8. Signalkabel (2a, 2b) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Länge der Einhüllenden variiert.
  9. Signalkabel (2a, 2b) nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Wert einer maximalen Schlaglänge (smax) und / oder einer minimalen Schlaglänge (smin) bei aufeinanderfolgenden Einhüllenden variiert.
  10. Signalkabel (2a, 2b) nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steigung der Einhüllenden bei aufeinanderfolgenden Einhüllenden variiert.
  11. Signalkabel (2a, 2b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Litzendrähte parallel zueinander mit jeweils gleicher Schlaglänge (s) verlaufen.
  12. Signalkabel (2a, 2b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Litzenleiter nur eine Lage an Litzendrähten aufweist.
  13. Signalkabel (2b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer daran angeschlossenen Einspeisevorrichtung (20) und einer Auswertevorrichtung (22), wobei die Einspeisevorrichtung (20) derart ausgebildet ist, dass in den einen Signalleiter (4b) ein zu übertragendes Ursprungssignal (D) und in den anderen Signalleiter (4b) ein zum Ursprungssignal (D) invertiertes Signal (D') eingespeist wird und die Auswertevorrichtung (22) zur Auswertung einer Pegeldifferenz zwischen Ursprungssignal (D) und invertiertem Signal (D') ausgebildet ist.
  14. Signalkabel (2a, 2b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abschirmung (8) als ein Geflecht ausgebildet ist mit einzelnen miteinander unter einer variierenden Schlaglänge (s) verflochtenen Geflechtsträngen (24).
  15. Verwendung eines Signalkabels (2a, 2b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur hochfrequenten Signalübertragung im Bereich oberhalb von 100 MHz, wobei zur Reduzierung einer Rückflussdämpfung
    - als Signalleiter (4a, 4b) ein Litzenleiter (4a) bestehend aus einer Anzahl von einzelnen Litzendrähten (10) verwendet wird, bei dem die Schlaglänge (s) der Litzendrähte (10) variiert ist, und/oder
    - bei einem symmetrischen Signalkabel (2b) Signalleiter (4b) verwendet werden, die miteinander unter einer variierenden Schlaglänge (s) verseilt sind.
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