EP3306740A1 - Dielektrisches wellenleiterkabel - Google Patents

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EP3306740A1
EP3306740A1 EP16193115.9A EP16193115A EP3306740A1 EP 3306740 A1 EP3306740 A1 EP 3306740A1 EP 16193115 A EP16193115 A EP 16193115A EP 3306740 A1 EP3306740 A1 EP 3306740A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dielectric
waveguide cable
permittivity
dielectric waveguide
cable according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16193115.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Wollitzer
Gunnar Armbrecht
Rainer BIPPUS
Raimund Klapfenberger
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.)
Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG filed Critical Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority to EP16193115.9A priority Critical patent/EP3306740A1/de
Priority to CN201780046147.6A priority patent/CN109565100A/zh
Priority to PCT/EP2017/068148 priority patent/WO2018068914A1/de
Priority to KR1020197004585A priority patent/KR20190065239A/ko
Publication of EP3306740A1 publication Critical patent/EP3306740A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/16—Dielectric waveguides, i.e. without a longitudinal conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00—Communication cables or conductors
    • H01B11/18—Coaxial cables; Analogous cables having more than one inner conductor within a common outer conductor
    • H01B11/1804—Construction of the space inside the hollow inner conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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 present invention relates to a dielectric waveguide cable for transmitting high-frequency signals in the gigahertz range and to a transmission method for a signal.
  • Gigahertz electromagnetic wave non-dielectric waveguide cables are known.
  • Dielectric waveguide cables such as fiber or POF for the optical transmission of signals with a frequency in the terahertz range have long been known.
  • Such cables usually have quartz glass or PMMA (polymethylmethacrylate).
  • the present invention has the object, a dielectric waveguide cable, which for the transmission of signals in a frequency range between 50 GHz and 500 GHz, specify. According to the invention, this object is achieved by an assembly having the features of patent claim 1.
  • the idea underlying the present invention is to encase a dielectric core material from a dielectric sheath having a reduced permittivity. Due to the incorporation of air into the second dielectric whose permittivity can be further reduced.
  • the first dielectric layer is to be designed such that it has the highest possible permittivity, so that an electromagnetic wave remains bound in the first dielectric. This improves the signal transmission especially at a bend of the cable.
  • a lower permittivity is to be selected. In this way, the guidance of the shaft in the first dielectric is improved. In addition, the lower permittivity of the second dielectric reduces the losses.
  • the dielectric sheath is designed in such a way that it concentrates the greatest possible proportion of an electromagnetic wave to be transmitted in the core, even at frequencies in the gigahertz range.
  • a dielectric waveguide according to the invention uses only dielectric materials for signal transmission. Due to this, two ends of the dielectric waveguide are galvanically separated from each other.
  • core and “first dielectric” or “sheath” and “second dielectric” or “sheath” and “third dielectric” are used synonymously below.
  • the dielectric waveguide cable also has a third dielectric, which forms an outer protective covering for the first and the second dielectric.
  • the dielectric waveguide cable can be protected from external environmental influences, such as UV radiation or mechanical influences.
  • the stiffness of the third dielectric can be chosen such that it makes it difficult to bend the waveguide cable.
  • the dielectric waveguide cable can be achieved both low attenuation, low dispersion and high Bermmunnkeit, that is, the leadership of the wave in the cable is not affected by a hand touch , having.
  • a cable according to the invention can also be designed for contact with water or metal.
  • the third dielectric may be composed of different materials.
  • An outer layer protects the waveguide cable against non-electrical environmental influences, such as UV radiation or mechanical Influences.
  • a second inner layer is designed in terms of its material properties such that the waveguide cable is shielded from electrical environmental influences. In this way, the second inner layer of the sheath also shields the electric field in the waveguide cable to the outside.
  • the third dielectric designed as a protective sheath can be designed with regard to various functionalities.
  • a difference between the permittivity of the first dielectric and the permittivity of the second dielectric is between 0.3 and 2.0, in particular between 0.5 and 1.2, more particularly approximately 0.8.
  • Solid materials with a permittivity of less than 2.0 are currently unknown. These differences in permittivity are thus achieved by incorporating a certain amount of air into the second dielectric. Due to a large difference in the permittivity between the first dielectric and the second dielectric, the guidance of the electromagnetic wave in the first dielectric is improved. As a result, a guide of the electromagnetic wave is possible even with small bending radii.
  • the first and / or the second dielectric comprises polyethylene (PE) and / or polypropylene (PP) and / or polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • an additive for increasing the temperature resistance may be mixed.
  • a waveguide cable with the materials mentioned has, with a suitable design, a bending radius which corresponds approximately to a five-fold cable diameter.
  • the second dielectric is formed as a foam, in particular PE foam, and / or as a braid and / or as at least one band, which surrounds the first dielectric, and / or as a fleece.
  • the second dielectric may also be formed as a braid with sufficiently large spaces between the individual fibers of the braid. Further alternatively, the second dielectric may be formed as one or more ribbons that wrap around the first dielectric. Further alternatively, the second dielectric may be formed as a nonwoven. A nonwoven is understood to mean a sheet with non-oriented fibers.
  • the second dielectric is particularly advantageous to construct the second dielectric as a material mixture. Accordingly, that can second dielectric also have multiple components of foam, braid or tape. In addition, a foam may have multiple dielectric layers of different materials. It is also conceivable to weave a network of fibers of different materials or to use several bands of different materials.
  • the second dielectric can be designed particularly advantageously with respect to mechanical and electrical properties.
  • the permittivity of the second dielectric can be further adjusted.
  • the third dielectric TPE in particular TPE S.
  • TPE in particular TPE S, is a dielectric with a particularly large loss factor and advantageous mechanical properties, in particular with regard to resistance to kinking, and also high flame resistance.
  • Another advantage of a particularly large loss factor in the jacket is that higher, unwanted modes are greatly attenuated, since they have a greater electromagnetic field extension than the fundamental mode to be transmitted.
  • the first dielectric has an air-filled bore. In this way it can be achieved that the group delay of an electromagnetic wave in a certain frequency range is constant. In this way, the frequency band on which the dielectric waveguide cable is designed widened.
  • a bore reduces the cable loss, since at least a part of the energy is guided in the bore and experiences there almost no damping.
  • the bore is formed centrally in the axial direction in the first dielectric.
  • the first dielectric has a symmetrical cross section, in particular a circular or polygonal cross section.
  • the shaft is not subject to a preferred direction. This is particularly advantageous in the case of circularly polarized waves.
  • the first dielectric has a cross section with side lengths of different lengths.
  • its direction of vibration can be parallel to one of the side lengths.
  • a preferred direction of the electromagnetic wave to be transmitted in the direction of the side parallel to the vibration direction side length, ie the longer or shorter side length, depending on the supply of the wave. This leads to an increased directional stability of the electromagnetic polarization even when bending the cable.
  • the first dielectric may have a rectangular or elliptical cross section. Dielectrics with an elliptical cross section are easy to manufacture.
  • Cores with cross sections of different side lengths are particularly advantageous for linearly polarized waves.
  • the polarization of the wave follows the direction of the semi-axes. With a feed on the short side, there is less damping.
  • the second dielectric has a plurality of spokes, in particular two, three, four, five, six, seven or eight spokes.
  • a spoke is meant a spacer between the first dielectric and the third dielectric, which extends in a plane perpendicular, ie radially, to the transmission direction and only partially fills the gap between the first and the third dielectric.
  • the second dielectric has a plurality of support disks in the axial direction.
  • a plurality of successive support disks are formed in the transmission direction of the cable.
  • the distance between the support disks has to be dimensioned depending on the wavelength. In this way, the permittivity of the second dielectric can be further adjusted.
  • the second dielectric has at least one filler filament, in particular two filler filaments, which spirally wrap the first dielectric.
  • the filler filament may comprise one or more fibers or one or more foam strands and provides for further air entrapment in the vicinity of the first dielectric. It is particularly advantageous to use a core with the above-mentioned filament filaments to wrap around to round off the outer contour of the first dielectric.
  • the second dielectric has a foam mass which surrounds the at least one fiber. In this case, air is trapped between the fiber and the foam mass. In this way, the permittivity of the second dielectric can be further adjusted.
  • the FIG. 1 shows a dielectric waveguide cable 10 according to a first embodiment of the invention.
  • the waveguide cable 10 includes a dielectric core 12 for transmitting an electromagnetic wave, a dielectric sheath 14 for shielding the wave to be transmitted, and a dielectric sheath 16 for protecting the dielectric waveguide cable 10.
  • the core 12 made of PE has a round cross-section.
  • a shell 14 Surrounding the core concentrically, a shell 14 is formed of PE foam.
  • the foam is designed such that it is suitable to store as much air in the shell 14 with sufficient mechanical stability.
  • the shell 14 concentrically surrounding a shell 16 is formed of TPE-S.
  • the jacket 16 protects the cable 10 from UV radiation and mechanical influences. It also protects the cable 10 from being touched by a user.
  • FIG. 2 shows a dielectric waveguide cable 20 according to a second embodiment of the invention. Similar to FIG. 1, the cable 20 has a core 22, a sleeve 24 and a jacket 26. The cable 20 in FIG. 2 differs from the cable 10 in FIG. 1 through the core 22, which has a bore 21.
  • the bore 21 is formed centrally in the core 22. However, it is also conceivable not to arrange the bore 21 symmetrically to the core 22. Furthermore, it is conceivable to form a plurality of bores 21 in the core 22.
  • FIG. 3 shows another dielectric waveguide cable 30 according to another embodiment of the invention.
  • the Dielectric waveguide cable 30 in FIG. 3 is similar to the cable 20 from FIG. 2 constructed and has a core 32 with a bore 31, a sheath 34 and a sheath 36.
  • the cable 30 differs from the cable 20 in FIG. 2 by the rectangular cross-sectional shape of the core 32.
  • the rectangular cross-sectional shape of the core 32 causes a preferred direction of a wave to be transmitted in the direction of the longer or shorter side of the core, depending on the supply of the shaft.
  • FIG. 4 shows another waveguide cable 40 according to the invention, which is constructed similar to the cable 30 and causes a similar technical effect as the cable 30.
  • Analogous to the cable 30 and the dielectric waveguide cable 40 includes a core 42 having a bore 41, a PE foam, which surrounds the core 42 and a sheath 46 of TPE-S.
  • the cable 40 in FIG. 4 differs from the cable 30 by the elliptical cross-sectional shape of the core 42. Similar to the core 32 also has the core 42 in FIG. 4 different side lengths, ie half-axes, on, whereby a wave to be transmitted is also a preferred direction in the direction of the longer or shorter half-axis is forced. According to current knowledge, however, results in manufacturing advantages in an elliptical cross-section.
  • FIG. 5 shows another inventive dielectric waveguide cable 50 with a core 52 which is penetrated by a bore 51, a sheath 54 and a sheath 56th
  • the dielectric waveguide cable 50 differs from the previous cables by the polygonal cross-sectional area of the core 52 FIG. 5
  • the polygonal cross-section also has different maximum side lengths 57 and 58. It is understood that a polygonal cross-section with identical maximum side lengths 57, 58 is conceivable, if no preferred direction of the shaft is desired.
  • the maximum side lengths 57, 58 of the polygon are the same as the side lengths of the rectangle in FIG FIG. 3 or the ellipse in FIG. 4 freely variable.
  • dielectric waveguide cables 20, 30, 40 and 50 in the Figures 2-5 are each shown with a bore, it is understood that the cables 20, 30, 40, 50 are executable without the bore in the core.
  • the sheath of the dielectric waveguide cables 10, 20, 30, 40 and 50 are each formed as a PE foam. It is understood that, alternatively, according to an alternative embodiment of the invention, such as PTFE tapes or braid, are conceivable.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a dielectric waveguide cable 60 according to the invention. Similar to the preceding cables, the cable 60 also has a core 62 and a jacket 66.
  • the cable 60 differs from the previous cables by its sheath, which has spokes 64.
  • the spokes 64 form an air trap 63 between the spokes 64.
  • the spokes 64 are mechanical in nature, especially stability requirements. Thus, it is conceivable to design the spokes 64 continuously in the transmission direction of the cable 60 or to arrange several layers of spokes 64 in the manner of a support disk along the transmission direction, their spacing being oriented to one another at the wavelength of the shaft to be transmitted.
  • FIG. 7 shows a dielectric waveguide cable 70 according to another embodiment of the invention.
  • the dielectric waveguide cable 70 has a core 72 and a second dielectric 74 with an air inclusion 73.
  • a jacket 76 surrounds the second dielectric 74 with the air entrapment 73
  • FIG. 7 is the second dielectric 74 and the shell formed as a so-called Beilauffilament, which surrounds the core 72 spirally and thus the sheath 76 to the core 72 spaced.
  • the filler filament 74 may comprise a plurality of smaller spun filaments. In this way, the permittivity of the filler filaments 74 can be adjusted in an application-specific manner.
  • the cores 62 and 72 of the cables 60 and 72 have no holes. It is understood that the cables 60 and 70 are also executable with a bore in the cores 62 and 72, respectively.
  • FIG. 8 shows a dielectric waveguide cable 80 according to another embodiment of the invention. Similar to the cable 20 in FIG. 2 also, the cable 80 includes a TPE jacket 86, a core 82 having a bore 81, and a dielectric sheath 83, 84.
  • the cable 80 differs from the previous cables in the structure of its dielectric sheath having two layers 83 and 84.
  • the permittivity can be adjusted application specific.
  • FIG. 8 Only two layers are shown as examples, a construction of more than two layers is conceivable.
  • the layer structure of the sheath 83, 84 can be combined as desired with one of the preceding dielectric waveguide cables 10, 20, 30, 40 or 50.
  • FIG. 9 shows another inventive dielectric waveguide cable 90 according to another embodiment.
  • the cable 90 has a core 92 with a bore 91, a sheath 94 and a jacket 95, 96.
  • the cable 90 differs from the cable 20 by the multilayer construction of the jacket 95, 96 with a first layer 96 and a second layer 95.
  • the first layer 96 comprises TPE-S.
  • the second layer 95 has PE. In this way, the outer jacket 96 protects the cable from mechanical impact or UV radiation, whereas the inner jacket 95 electrically protects the cable.
  • FIG. 10 shows another dielectric waveguide cable 100 according to another embodiment of the invention. Similar to the preceding cables, the cable 100 also has a jacket 107, a shell 106 and a core 102 with a bore 101. The cable 100 differs from the preceding cables by two catenary filaments 103 and 104, which impart a desired, for example round or elliptical, contour to the rectangular core 102 in that the catenary filaments 103 and 104 wrap the core 102.
  • FIG. 11 shows four permittivity profiles in the radial direction of different conductors.
  • the permittivity profiles 17, 18, 19 of a monomode fiber conductor, a multimode fiber conductor and a POF conductor (polymeric optical fibers) according to the prior art are each based on a wavelength of 1550 nm for single mode and multimode and 650 nm for POF.
  • the permittivity profile 11 of the dielectric waveguide according to the invention is based on a wavelength of 2.14 mm.
  • ⁇ 0 denotes the free space wavelength
  • x the radial distance to the center of the conductor
  • ⁇ r the permittivity
  • a first discontinuity of ⁇ r at x / ⁇ is 0 ⁇ 0.5 recognizable. This discontinuity occurs at the transition between the first dielectric 12 and the second dielectric 14. It turns out that the diameter of the first dielectric, that is the core, corresponds approximately to the wavelength of the signal.
  • the ratio of the diameter of the first dielectric 10 to free space wavelength for frequencies in the gigahertz range for dielectric waveguides is typically between 0.25 and 1.0, in particular between 0.35 and 0.75, more particularly approximately 0.5. Because of this low ratio, a fundamental mode in the first dielectric is strongly guided.
  • ⁇ r Another discontinuity of ⁇ r can be seen at x / ⁇ 0 ⁇ 1.25. This discontinuity occurs at the transition between the second dielectric 14 and the third dielectric 16.
  • the dielectric permittivity profile 11 for a dielectric waveguide 10 terminates at x / ⁇ 0 ⁇ 1.4 at the outer edge of the dielectric waveguide.
  • the permittivity of air is shown below. After it is not excluded that a wave to be transmitted partially propagates outside the cable, the permittivity is indicated by 1.
  • the overall diameter of the dielectric waveguide is approximately three times a free space wavelength of a signal to be transmitted.
  • the permittivity profiles of the monomode fiber conductor 17, the multimode fiber conductor 18 and the POF conductor 19 are only partially illustrated as shown in FIG. 11 is indicated.
  • the named conductors are not yet completed at x / ⁇ 0 ⁇ 1350 and further jumps follow through further material transitions.
  • FIG. 12 shows a comparison between the permittivity profiles 11, 37 of a boreless dielectric waveguide cable 10 according to the invention and a dielectric waveguide cable 30 according to the invention with a bore 31.
  • the permittivity profile 37 has a first discontinuity of ⁇ r at x / ⁇ 0 ⁇ 0.1. At this point, the transition from the bore to the first dielectric 32. In the air-filled bore, the permittivity is approximately 1. A further discontinuity of ⁇ r can be seen at x / ⁇ 0 ⁇ 0.6. This discontinuity occurs at the transition between the first dielectric 32 and the second dielectric 34. A another discontinuity of ⁇ r can be seen at x / ⁇ 0 ⁇ 1.27. This discontinuity occurs at the transition between the second dielectric 34 and the third dielectric 36. At a last jump, the permittivity drops to 1. This is the location of the cable termination.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein dielektrisches Wellenleiterkabel, insbesondere zur Verwendung im Automobilbereich, zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen im Gigahertzbereich mit einem ersten Dielektrikum und mit einem zweiten Dielektrikum, in welches Luft eingelagert ist, wobei das erste Dielektrikum zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist und eine erste Permittivität aufweist, wobei das zweite Dielektrikum das erste Dielektrikum wenigstens teilweise umgibt und zur räumlichen Begrenzung der elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist und eine zweite Permittivität aufweist, welche kleiner ist als die erste Permittivität. Die Erfindung betrifft ferner ein Übertragungsverfahren für ein Signal.

Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein dielektrisches Wellenleiterkabel zur Übertragung von hochfrequenten Signalen im Gigahertzbereich sowie ein Übertragungsverfahren für ein Signal.
    • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Nicht-dielektrische Wellenleiterkabel für elektromagnetische Wellen im Gigahertzbereich sind bekannt. Beispielsweise zeigt die US 2014/0368301 A1 einen Wellenleiter mit einem dielektrischen Kern und einer dielektrischen Hülle, welche von einer metallischen Berandung umgeben sind.
  • Dielektrische Wellenleiterkabel wie LWL oder POF zur optischen Übertragung von Signalen mit einer Frequenz im Terrahertzbereich sind seit längerem bekannt. Derartige Kabel weisen in der Regel Quarzglas oder PMMA (Polymethylmethacrylat) auf.
  • Diese Kabel sind aufgrund der verwendeten Materialien und einem ungeeigneten Durchmesserverhältnis von Kern, Hülle und Mantel zur Signalübertragung im Gigahertzbereich nicht geeignet.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein dielektrisches Wellenleiterkabel, welches zur Übertragung von Signalen in einem Frequenzbereich zwischen 50 GHz und 500 GHz geeignet ist, anzugeben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Baugruppe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Demgemäß ist vorgesehen:
    • ein dielektrisches Wellenleiterkabel, insbesondere zur Verwendung im Automobilbereich, zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen im Gigahertzbereich mit einem ersten Dielektrikum und mit einem zweiten Dielektrikum, in welches Luft eingelagert ist, wobei das erste Dielektrikum zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist und eine erste Permittivität aufweist, wobei das zweite Dielektrikum das erste Dielektrikum wenigstens teilweise umgibt und zur räumlichen Begrenzung der elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist und eine zweite Permittivität aufweist, welche kleiner ist als die erste Permittivität; sowie
    • ein Übertragungsverfahren für ein Signal mit einer Frequenz zwischen 50 und 500 GHz und einer Wellenlänge zwischen 0,6 mm und 6 mm mittels einem dielektrischen Wellenleiter, wobei ein Verhältnis eines Durchmessers eines ersten Dielektrikums in dem dielektrischen Wellenleiter zu einer Freiraumwellenlänge des zu übertragenden Signals zwischen 0,5 und 2, insbesondere zwischen 0,7 und 1,5, weiter insbesondere in etwa 1,0. beträgt.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein dielektrisches Kernmaterial von einer dielektrischen Hülle mit einer reduzierten Permittivität zu ummanteln. Aufgrund der Einlagerung von Luft in das zweite Dielektrikum kann dessen Permittivität weiter reduziert werden.
  • Bei der Auslegung des zweiten Dielektrikums ist ein Kompromiss zwischen mechanischer Stabilität und einem möglichst hohen Luftanteil in dem zweiten Dielektrikum zu erzielen.
  • Dabei ist die erste dielektrische Schicht derart auszulegen, dass diese eine möglichst hohe Permittivität aufweist, sodass eine elektromagnetische Welle im ersten Dielektrikum gebunden bleibt. Dies verbessert die Signalübertragung besonders bei einer Biegung des Kabels.
  • Für das zweite Dielektrikum ist eine geringere Permittivität zu wählen. Auf diese Weise wird die Führung der Welle im ersten Dielektrikum verbessert. Zudem reduziert die geringere Permittivität des zweiten Dielektrikums die Verluste.
  • Die dielektrische Hülle ist derart ausgebildet, dass sie auch bei Frequenzen im Gigahertzbereich einen möglichst großen Anteil einer zu übertragenden elektromagnetischen Welle im Kern konzentriert.
  • Ein erfindungsgemäßer dielektrischer Wellenleiter verwendet zur Signalübertragung ausschließlich dielektrische Materialien. Aufgrund dessen sind zwei Enden des dielektrischen Wellenleiters galvanisch voneinander getrennt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Im Folgenden werden die Begriffe "Kern" und "erstes Dielektrikum" bzw. "Hülle" und "zweites Dielektrikum" bzw. "Mantel" und "drittes Dielektrikum" synonym verwendet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das dielektrische Wellenleiterkabel zudem ein drittes Dielektrikum, welches eine äußere Schutzhülle für das erste und das zweite Dielektrikum bildet, auf. Auf diese Weise kann das dielektrische Wellenleiterkabel vor äußeren Umwelteinflüssen, wie etwa UV-Strahlung oder mechanischen Einflüssen geschützt werden. Des Weiteren kann die Steifigkeit des dritten Dielektrikums derart gewählt werden, dass es ein Abknicken des Wellenleiterkabels erschwert.
  • Durch eine richtige Material- und Durchmesserkombination aus erstem, zweitem und drittem Dielektrikum kann erreicht werden, dass das dielektrische Wellenleiterkabel sowohl eine geringe Dämpfung, niedrige Dispersion und hohe Berührunempfindlichkeit, das heißt, dass die Führung der Welle in dem Kabel von einer Handberührung nicht beeinflusst wird, aufweist. Ferner kann ein erfindungsgemäßes Kabel auch auf einen Kontakt mit Wasser oder Metall ausgelegt sein.
  • Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass das dritte Dielektrikum aus verschiedenen Materialien aufgebaut ist. Dabei schützt eine äußere Schicht das Wellenleiterkabel vor nicht elektrischen Umwelteinflüssen, etwa UV-Strahlung oder mechanischen Einflüssen. Eine zweite innere Schicht ist hinsichtlich seiner Materialeigenschaften derart ausgelegt, dass das Wellenleiterkabel vor elektrischen Umwelteinflüssen geschirmt ist. Auf diese Weise schirmt die zweite innere Schicht des Mantels das elektrische Feld in dem Wellenleiterkabel auch nach außen ab. Auf diese Weise kann das als Schutzmantel ausgebildete dritte Dielektrikum hinsichtlich verschiedener Funktionalitäten ausgelegt werden.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt eine Differenz zwischen der Permittivität des ersten Dielektrikums und der Permittivität des zweiten Dielektrikums zwischen 0,3 und 2,0, insbesondere zwischen 0,5 und 1,2, weiter insbesondere in etwa 0,8.
  • Vollmaterialien mit einer Permittivität von weniger als 2,0 sind derzeit nicht bekannt. Diese Unterschiede in der Permittivität werden folglich erreicht, indem in das zweite Dielektrikum eine bestimmte Menge Luft eingelagert ist. Durch einen großen Unterschied der Permittivität zwischen dem ersten Dielektrikum und dem zweiten Dielektrikum wird die Führung der elektromagnetischen Welle im ersten Dielektrikum verbessert. Dadurch ist eine Führung der elektromagnetischen Welle auch bei kleinen Biegeradien möglich.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das erste und/oder das zweite Dielektrikum Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen (PP) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) auf.
  • Obgleich PE, PP bzw. PTFE bislang nicht zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen für dielektrische Wellenleiter zum Einsatz kommen, haben umfangreiche Versuche ergeben, dass die genannten Materialien im Gigahertzbereich eine geringe Dämpfung und ein besonders vorteilhaftes Verhältnis zwischen der Permittivität und des Verlustfaktors des dielektrischen Wellenleiterkabels aufweisen.
  • Bei einer Verwendung der genannten Materialien im Automobilbereich kann ein Additiv zur Steigerung der Temperaturbeständigkeit beigemischt werden.
  • Die genannten Materialien sind zudem besonders vorteilhaft aufgrund ihrer Flexibilität. Ein Wellenleiterkabel mit den genannten Materialien weist bei geeigneter Auslegung einen Biegeradius auf, der in etwa einem fünffachen Kabeldurchmesser entspricht.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Dielektrikum als Schaum, insbesondere PE-Schaum, und/oder als Geflecht und/oder als wenigstens ein Band, welches das erste Dielektrikum umwickelt, und/oder als Vlies ausgebildet.
  • Kunststoffschäume eignen sich zur Einlagerung von Luft bei gleichzeitig ausreichender mechanischer Stabilität. Alternativ kann das zweite Dielektrikum auch als Geflecht mit ausreichend großen Zwischenräumen zwischen den einzelnen Fasern des Geflechts ausgebildet sein. Weiter alternativ kann das zweite Dielektrikum als ein oder mehrere Bänder, welche das erste Dielektrikum umwickeln, ausgebildet sein. Weiter alternativ kann das zweite Dielektrikum als Vlies ausgebildet sein. Unter einem Vlies versteht man ein Flächengebilde mit nicht orientierten Fasern.
  • Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, das zweite Dielektrikum als Materialgemisch aufzubauen. Dementsprechend kann das zweite Dielektrikum auch mehrere Komponenten aus Schaum, Geflecht oder Band aufweisen. Zudem kann ein Schaum mehrere dielektrische Schichten aus verschiedenen Materialien aufweisen. Weiter denkbar ist es, ein Geflecht aus Fasern von verschiedenen Materialien zu weben oder mehrere Bänder aus verschiedenen Materialien zu verwenden.
  • Auf diese Weise kann das zweite Dielektrikum besonders vorteilhaft hinsichtlich mechanischer und die elektrischer Eigenschaften ausgelegt werden. Zudem kann die Permittivität des zweiten Dielektrikums weiter eingestellt werden.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das dritte Dielektrikum TPE, insbesondere TPE S auf. TPE, insbesondere TPE S, ist ein Dielektrikum mit besonders großen Verlustfaktor sowie vorteilhaften mechanischen Eigenschaften, besonders hinsichtlich der Festigkeit gegen Abknicken, sowie eine hohe Flammbeständigkeit.
  • Ein weiterer Vorteil eines besonders großen Verlustfaktors im Mantel ist, dass dadurch höhere, unerwünschte Moden stark gedämpft werden, da diese eine größere elektromagnetische Feldausdehnung besitzen als die zu übertragende Grundmode.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist das erste Dielektrikum eine mit Luft gefüllte Bohrung auf. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Gruppenlaufzeit einer elektromagnetischen Welle in einem bestimmten Frequenzbereich konstant ist. Auf diese Weise wird das Frequenzband, auf welches das dielektrische Wellenleiterkabel ausgelegt ist, verbreitert.
  • Zudem verringert eine Bohrung die Kabeldämpfung, da zumindest ein Teil der Energie in der Bohrung geführt wird und dort nahezu keine Dämpfung erfährt.
  • Besonders vorteilhaft ist die Bohrung in axialer Richtung mittig in dem ersten Dielektrikum ausgebildet.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste Dielektrikum einen symmetrischen Querschnitt, insbesondere kreisförmigen oder polygonförmigen Querschnitt auf. Bei einem symmetrischen Querschnitt des Kerns unterliegt die Welle keiner Vorzugsrichtung. Dies ist besonders bei zirkular polarisierten Wellen vorteilhaft.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste Dielektrikum einen Querschnitt mit unterschiedlich langen Seitenlängen auf. Bei einer linear polarisierten Welle kann deren Schwingungsrichtung parallel zu einer der Seitenlängen gelegt werden. Auf diese Weise entsteht eine Vorzugsrichtung der zu übertragenden elektromagnetischen Welle in Richtung der zu der Schwingungsrichtung parallelen Seitenlänge, also der längeren oder kürzeren Seitenlänge, je nach Einspeisung der Welle. Dies führt zu einer gesteigerten Richtungsstabilität der elektromagnetischen Polarisation auch bei Verbiegen des Kabels.
  • Insbesondere ist es zweckmäßig eine Querschnittsfläche mit endlich vielen, weiter insbesondere mit zwei Symmetrieachsen zu wählen. Beispielhaft kann das erste Dielektrikum einen rechteckförmigen oder einen elliptischen Querschnitt aufweisen. Dielektrika mit einem elliptischen Querschnitt sind einfach zu fertigen.
  • Kerne mit Querschnitten mit verschiedenen Seitenlängen sind besonders vorteilhaft für linear polarisierte Wellen. Die Polarisation der Welle folgt der Richtung der Halbachsen. Bei einer Einspeisung auf der kurzen Seite kommt es zu einer geringeren Dämpfung.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das zweite Dielektrikum mehrere Speichen, insbesondere zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht Speichen auf. Auf diese Weise kann die Permittivität des zweiten Dielektrikums weiter eingestellt werden. Unter einer Speiche wird ein Abstandshalter zwischen dem erste Dielektrikum und dem dritte Dielektrikum verstanden, welcher sich in einer Ebene senkrecht, also radial, zur Übertragungsrichtung erstreckt und den Zwischenraum zwischen dem ersten und dem dritten Dielektrikum nur teilweise ausfüllt.
  • Alternativ ist es auch denkbar, dass das zweite Dielektrikum in axialer Richtung mehrere Stützscheiben aufweist. Dabei sind in Übertragungsrichtung des Kabels mehrere aufeinanderfolgenden Stützscheiben ausgebildet. Der Abstand der Stützscheiben ist in Abhängigkeit der Wellenlänge zu dimensionieren. Auf diese Weise kann die Permittivität des zweiten Dielektrikums weiter eingestellt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das zweite Dielektrikum wenigstens ein Beilauffilament, insbesondere zwei Beilauffilamente auf, welche das erste Dielektrikum spiralförmig umwickeln. Das Beilauffilament kann eine oder mehrere Fasern bzw. einen oder mehrere Schaumstränge aufweisen und sorgt für einen weiteren Lufteinschluss in der Umgebung des ersten Dielektrikums. Besonders vorteilhaft ist es, einen Kern mit den genannten Beilauffilamenten zu umwickeln, um die äußere Kontur des ersten Dielektrikums abzurunden.
  • Weiter vorteilhaft ist es, wenn das zweite Dielektrikum eine Schaummasse aufweist, welche die wenigstens eine Faser umgibt. Dabei ist zwischen der Faser und der Schaummasse Luft eingeschlossen. Auf diese Weise kann die Permittivität des zweiten Dielektrikums weiter eingestellt werden.
  • Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
    • INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
    • Fig. 1
    zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer Ausführungsform;
    Fig. 2
    zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 3
    zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 4
    zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 5
    zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 6
    zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 7
    zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 8
    zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 9
    zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 10
    zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 11
    zeigt Permittivitätsprofile von Lichtwellenleitern und von einem erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabel;
    Fig. 12
    zeigt einen Vergleich zweier Permittivitätsprofile erfindungsgemäßer dielektrischen Wellenleiterkabel.
  • Die beiliegenden Figuren der Zeichnung sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
  • In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Im Folgenden werden die Figuren zusammenhängend und übergreifend beschrieben.
    • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Die folgenden Figuren 1-10 zeigen jeweils ein erfindungsgemäßes Dielektrisches Wellenleiterkabel gemäß einer Ausführungsform. Die Modifikationen gemäß den Figuren 1-10 sind, sofern nicht anders angegeben, beliebig austauschbar und kombinierbar.
  • Die Figur 1 zeigt ein dielektrisches Wellenleiterkabel 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Wellenleiterkabel 10 umfasst einen dielektrischen Kern 12 zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle, eine dielektrische Hülle 14 zur Schirmung der zu übertragenden Welle und einen dielektrische Mantel 16 zum Schutz des dielektrischen Wellenleiterkabels 10.
  • In Figur 1 weist der Kern 12 aus PE einen runden Querschnitt auf. Den Kern konzentrisch umgebend ist eine Hülle 14 aus PE-Schaum ausgebildet. Der Schaum ist derart ausgelegt, dass dieser geeignet ist, bei ausreichender mechanischer Stabilität möglichst viel Luft in der Hülle 14 einzulagern.
  • Die Hülle 14 konzentrisch umgebend ist ein Mantel 16 aus TPE-S ausgebildet. Der Mantel 16 schützt das Kabel 10 vor UV-Strahlung und mechanischen Einflüssen. Zudem schützt er das Kabel 10 auch vor einer Berührung durch einen Benutzer.
  • Figur 2 zeigt ein dielektrisches Wellenleiterkabel 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Ähnlich zu Figur 1 weist das Kabel 20 einen Kern 22, eine Hülle 24 sowie einen Mantel 26 auf. Das Kabel 20 in Figur 2 unterscheidet sich von dem Kabel 10 in Figur 1 durch den Kern 22, welcher eine Bohrung 21 aufweist.
  • Die Bohrung 21 ist mittig in dem Kern 22 ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, die Bohrung 21 nicht symmetrisch zu dem Kern 22 anzuordnen. Weiterhin ist es denkbar, mehrere Bohrungen 21 in dem Kern 22 auszubilden.
  • Figur 3 zeigt ein weiteres dielektrisches Wellenleiterkabel 30 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das dielektrische Wellenleiterkabel 30 in Figur 3 ist ähnlich zu dem Kabel 20 aus Figur 2 aufgebaut und weist einen Kern 32 mit einer Bohrung 31, einer Hülle 34 sowie einen Mantel 36 auf.
  • Das Kabel 30 unterscheidet sich von dem Kabel 20 in Figur 2 durch die rechteckige Querschnittsform des Kerns 32. Die rechteckige Querschnittsform des Kerns 32 bewirkt eine Vorzugsrichtung einer zu übertragenden Welle in Richtung der längeren oder kürzeren Seite des Kerns, je nach Einspeisung der Welle.
  • Figur 4 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Wellenleiterkabel 40, welches ähnlich zu dem Kabel 30 aufgebaut ist und einen ähnlichen technischen Effekt bewirkt wie das Kabel 30. Analog zu dem Kabel 30 umfasst auch das dielektrische Wellenleiterkabel 40 einen Kern 42 mit einer Bohrung 41, einen PE-Schaum, welcher den Kern 42 umgibt, und einen Mantel 46 aus TPE-S.
  • Das Kabel 40 in Figur 4 unterscheidet sich von dem Kabel 30 durch die elliptische Querschnittsform des Kerns 42. Ähnlich zu dem Kern 32 weist auch der Kern 42 in Figur 4 verschiedene Seitenlängen, also Halbachsen, auf, wodurch einer zu übertragenden Welle ebenfalls eine Vorzugsrichtung in Richtung der längeren oder kürzeren Halbachse aufgezwängt wird. Nach derzeitigen Erkenntnissen ergeben sich jedoch Vorteile in der Fertigung bei einem elliptischen Querschnitt.
  • Figur 5 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes dielektrisches Wellenleiterkabel 50 mit einem Kern 52, welcher von einer Bohrung 51 durchsetzt ist, eine Hülle 54 und einem Mantel 56.
  • Das dielektrische Wellenleiterkabel 50 unterscheidet sich von den vorhergehenden Kabeln durch die polygonförmige Querschnittsfläche des Kernes 52. In Figur 5 weist der polygonförmige Querschnitt ebenfalls unterschiedliche maximale Seitenlängen 57 und 58 auf. Es versteht sich, dass auch ein polygonförmiger Querschnitt mit identischen maximalen Seitenlängen 57, 58 denkbar ist, sofern keine Vorzugsrichtung der Welle erwünscht ist. Darüber hinaus sind die maximalen Seitenlängen 57, 58 des Polygons genauso wie die Seitenlängen des Rechtecks in Figur 3 oder der Ellipse in Figur 4 beliebig variierbar.
  • Obgleich die dielektrischen Wellenleiterkabel 20, 30, 40 und 50 in den Figuren 2-5 jeweils mit einer Bohrung dargestellt sind, versteht es sich, dass die Kabel 20, 30, 40, 50 auch ohne die Bohrung im Kern ausführbar sind.
  • Ferner ist die Hülle der dielektrischen Wellenleiterkabel 10, 20, 30, 40 und 50 jeweils als PE-Schaum ausgebildet. Es versteht sich, dass alternativ auch eine gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, etwa PTFE-Bänder oder ein Geflecht, denkbar sind.
  • Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels 60. Ähnlich zu den vorhergehenden Kabeln weist auch das Kabel 60 einen Kern 62 sowie einen Mantel 66 auf.
  • Das Kabel 60 unterscheidet sich von den vorhergehenden Kabeln durch seine Hülle, welche Speichen 64 aufweist. Die Speichen 64 bilden zwischen den Speichen 64 einen Lufteinschluss 63. Die Speichen 64 sind nach mechanischen Gesichtspunkten, besonders Stabilitätserfordernissen, auszulegen. So ist es denkbar, die Speichen 64 in Übertragungsrichtung des Kabels 60 durchgehend auszubilden oder mehrere Lagen Speichen 64 stützscheibenartig entlang der Übertragungsrichtung anzuordnen, wobei sich deren Abstand zueinander an der Wellenlänge der zu übertragenden Welle orientiert.
  • Figur 7 zeigt ein dielektrisches Wellenleiterkabel 70 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das dielektrische Wellenleiterkabel 70 weist einen Kern 72 sowie ein zweites Dielektrikum 74 mit einem Lufteinschluss 73 auf. Ein Mantel 76 umgibt das zweite Dielektrikum 74 mit dem Lufteinschluss 73. In Figur 7 ist das zweite Dielektrikum 74 bzw. die Hülle als sogenanntes Beilauffilament ausgebildet, welches den Kern 72 spiralförmig umgibt und somit den Mantel 76 zum Kern 72 beabstandet. Das Beilauffilament 74 kann mehrere kleinere versponnene Filamente aufweisen. Auf diese Weise lässt sich die Permittivität der Beilauffilamente 74 anwendungsspezifisch einstellen.
  • Die Kerne 62 und 72 der Kabel 60 und 72 weisen keine Bohrungen auf. Es versteht sich, dass die Kabel 60 und 70 auch mit einer Bohrung in den Kernen 62 bzw. 72 ausführbar sind.
  • Figur 8 zeigt ein dielektrisches Wellenleiterkabel 80 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Ähnlich zu dem Kabel 20 in Figur 2 weist auch das Kabel 80 einen TPE-Mantel 86, einen Kern 82 mit einer Bohrung 81 und einer dielektrischen Hülle 83, 84 auf.
  • Das Kabel 80 unterscheidet sich von den vorangehenden Kabeln durch den Aufbau seiner dielektrischen Hülle, welche zwei Schichten 83 und 84 aufweist. Durch die Wahl verschiedener Kunststoffe in der Hülle 83, 84 sowie durch die jeweiligen Schichtdicken in der Hülle 83, 84 lässt sich die Permittivität anwendungsspezifisch einstellen. Obgleich in Figur 8 lediglich zwei Schichten exemplarisch dargestellt sind, ist auch ein Aufbau aus mehr als zwei Schichten denkbar.
  • Es versteht sich, dass der Schichtaufbau der Hülle 83, 84 beliebig mit einer der vorangehenden dielektrische Wellenleiterkabel 10, 20, 30, 40 oder 50 kombinierbar ist.
  • Figur 9 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes dielektrisches Wellenleiterkabel 90 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • Ähnlich zu dem dielektrischen Wellenleiterkabel 20 aus Figur 2 weist das Kabel 90 einen Kern 92 mit einer Bohrung 91, einer Hülle 94 sowie einen Mantel 95, 96 auf.
  • Das Kabel 90 unterscheidet sich von dem Kabel 20 durch den mehrschichtigen Aufbau des Mantels 95, 96 mit einer ersten Schicht 96 und einer zweiten Schicht 95. Die erste Schicht 96 weist TPE-S auf. Die zweite Schicht 95 weist PE auf. Auf diese Weise schützt der äußere Mantel 96 das Kabel vor mechanischen Einflüssen bzw. UV-Strahlung, wohingegen der innere Mantel 95 das Kabel elektrisch schützt bzw. schirmt.
  • Obgleich in Figur 9 ein zweischichtiger der Mantel 95, 96 dargestellt ist, sind auch Mäntel mit mehr als zwei Schichten denkbar.
  • Es versteht sich, dass sich die vorangehenden dielektrischen Wellenleiterkabel 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 und 80 beliebig mit dem mehrschichtigen Mantel 95, 96 des Kabels 90 kombinieren lassen. Figur 10 zeigt einen weiteres Dielektrisches Wellenleiterkabel 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Ähnlich wie die vorangehenden Kabel weist auch das Kabel 100 einen Mantel 107, eine Hülle 106 und einen Kern 102 mit einer Bohrung 101 auf. Das Kabel 100 unterscheidet sich von den vorangehenden Kabeln durch zwei Beilauffilamente 103 und 104, welche dem rechteckigen Kern 102 eine gewünschte, beispielsweise runde oder elliptische, Kontur verleihen, indem die Beilauffilamente 103 und 104 den Kern 102 umwickeln. Es versteht sich, dass eine Umwicklung durch die Beilauffilamente 103 und 104 für Kerne mit beliebiger Querschnittsfläche denkbar sind. Allerdings ergibt sich bei Kernen mit einer eckigen, also rechteckigen oder polygonförmigen, Querschnittsfläche eine besondere Notwendigkeit, da eckige Kerne schwierig zu fertigen sind.
  • Figur 11 zeigt vier Permittivitätsprofile in radialer Richtung verschiedener Leiter. Den Permittivitätsprofilen 17, 18, 19 eines Monomodenfaser-Leiters, eines Multimodenfaser-Leiters und eines POF-Leiters (polymeren optische Fasern) gemäß dem Stand der Technik liegt jeweils eine Wellenlänge von 1550 nm für Monomode und Multimode und 650nm für POF zugrunde. Dem Permittivitätsprofil 11 des erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiters liegt eine Wellenlänge von 2,14 mm zugrunde.
  • In Figur 11 bezeichnet λ0 die Freiraumwellenlänge, x der radiale Abstand zum Mittelpunkt des Leiters und εr die Permittivität.
  • Bei dem Permittivitätsprofil 11 des dielektrischen Wellenleiters 10 ist eine erste Sprungstelle von εr bei x/ λ0 ≈ 0,5 erkennbar. Diese Sprungstelle tritt am Übergang zwischen dem ersten Dielektrikum 12 und dem zweiten Dielektrikum 14 auf. Es ergibt sich, dass der Durchmesser des ersten Dielektrikums, also des Kernes, in etwa der Wellenlänge des Signals entspricht.
  • Das Verhältnis des Durchmessers des ersten Dielektrikums 10 zur Freiraumwellenlänge für Frequenzen im Gigahertzbereich für dielektrische Wellenleiter beträgt typischerweise zwischen 0,25 und 1,0, insbesondere zwischen 0,35 und 0,75, weiter insbesondere in etwa 0,5. Aufgrund dieses niedrigen Verhältnisses ist eine Grundmode im ersten Dielektrikum stark geführt.
  • Eine weitere Sprungstelle von εr ist bei x/ λ0 ≈ 1,25 erkennbar. Diese Sprungstelle tritt am Übergang zwischen dem zweiten Dielektrikum 14 und dem dritten Dielektrikum 16 auf.
  • Das Permittivitätsprofil 11 für einen dielektrischen Wellenleiter 10 endet bei x/ λ0 ≈ 1,4 am äußeren Rand des dielektrischen Wellenleiters. Nachfolgend ist die Permittivität von Luft dargestellt. Nachdem nicht ausgeschlossen ist, dass sich eine zu übertragende Welle teilweise außerhalb des Kabels ausbreitet ist die Permittivität mit 1 angegeben.
  • Folglich beträgt der Gesamtdurchmesser des dielektrischen Wellenleiters in etwa das dreifache einer Freiraumwellenlänge eines zu übertragenden Signals.
  • Bei dem Permittivitätsprofil des Monomodenfaser-Leiters 17 ist eine erste kleine Sprungstelle von εr bei x/ λ0 ≈ 3,3 erkennbar. Diese Sprungstelle tritt am Übergang zwischen einem Kern und einer Ummantelung auf und beträgt Δεr ≤ 0,1. Somit ist das Verhältnis aus Kerndurchmesser zu Freiraumwellenlänge deutlich größer als in einem erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiter. Die Grundmode eines Signals ist somit in der Monomodenfaser deutlich schlechter geführt als in einem dielektrischen Wellenleiter.
  • Bei dem Permittivitätsprofil des Multimodenfaser-Leiters 18 und bei dem POF-Leiter 19 ist jeweils eine erste Sprungstelle von εr bei x/ λ0 ≈ 16 bzw. bei x/ λ0 ≈ 750 erkennbar. Diese Sprungstelle tritt am Übergang zwischen einem Kern und einer Ummantelung auf. Folglich ist die Grundmode eines Signals auch in der Multimodenfaser und im POF-Leiter deutlich schlechter geführt als in einem dielektrischen Wellenleiter.
  • Die Permittivitätsprofile des Monomodenfaser-Leiters 17, des Multimodenfaser-Leiters 18 und des POF-Leiters 19 sind nur teilweise dargestellt wie dies in der Figur 11 angedeutet ist. Die genannten Leiter sind bei x/ λ0 ≈ 1350 noch nicht abgeschlossen und es folgen weitere Sprungstellen durch weitere Materialübergänge.
  • Figur 12 zeigt einen Vergleich zwischen den Permittivitätsprofilen 11, 37 eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels 10 ohne Bohrung und eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels 30 mit einer Bohrung 31.
  • Das Permittivitätsprofil 37 weist eine erste Sprungstelle von εr bei x/ λ0 ≈ 0,1 auf. An dieser Stelle ist der Übergang von der Bohrung zum ersten Dielektrikum 32. In der luftgefüllten Bohrung beträgt die Permittivität in etwa 1. Eine weitere Sprungstelle von εr ist bei x/ λ0 ≈ 0,6 erkennbar. Diese Sprungstelle tritt am Übergang zwischen dem ersten Dielektrikum 32 und dem zweiten Dielektrikum 34 auf. Eine weitere Sprungstelle von εr ist bei x/ λ0 ≈ 1,27 erkennbar. Diese Sprungstelle tritt am Übergang zwischen dem zweiten Dielektrikum 34 und dem dritten Dielektrikum 36 auf. An einer letzten Sprungstelle fällt die Permittivität auf 1. Dies ist die Stelle des Kabelabschlusses.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
    • Bezugszeichenliste
    • 10 dielektrisches Wellenleiterkabel
    • 11 Permittivitätsprofil dielektrisches Wellenleiterkabel
    • 12 erstes Dielektrikum
    • 14 zweites Dielektrikum
    • 16 drittes Dielektrikum
    • 17 Permittivitätsprofil Monomodenfaser-Leiter
    • 18 Permittivitätsprofil Multimodenfaser-Leiter
    • 19 Permittivitätsprofil POF-Leiter
    • 20 dielektrisches Wellenleiterkabel
    • 21 Bohrung
    • 22 erstes Dielektrikum
    • 24 zweites Dielektrikum
    • 26 drittes Dielektrikum
    • 30 dielektrisches Wellenleiterkabel
    • 31 Bohrung
    • 32 erstes Dielektrikum
    • 34 zweites Dielektrikum
    • 36 drittes Dielektrikum
    • 37 Permittivitätsprofil dielektrisches Wellenleiterkabel mit Bohrung
    • 40 dielektrisches Wellenleiterkabel
    • 41 Bohrung
    • 42 erstes Dielektrikum
    • 44 zweites Dielektrikum
    • 46 drittes Dielektrikum
    • 50 dielektrisches Wellenleiterkabel
    • 51 Bohrung
    • 52 erstes Dielektrikum
    • 54 zweites Dielektrikum
    • 56 drittes Dielektrikum
    • 60 dielektrisches Wellenleiterkabel 62 erstes Dielektrikum
    • 63 Lufteinschluss
    • 64 zweites Dielektrikum
    • 66 drittes Dielektrikum
    • 70 dielektrisches Wellenleiterkabel 72 erstes Dielektrikum
    • 73 Lufteinschluss
    • 74 zweites Dielektrikum
    • 76 drittes Dielektrikum
    • 80 dielektrisches Wellenleiterkabel
    • 81 Bohrung
    • 82 erstes Dielektrikum
    • 83 innere Schicht im zweiten Dielektrikum
    • 84 äußere Schicht im zweiten Dielektrikum
    • 86 drittes Dielektrikum
    • 90 dielektrisches Wellenleiterkabel
    • 91 Bohrung
    • 92 erstes Dielektrikum
    • 94 zweites Dielektrikum
    • 95 innere Schicht im dritten Dielektrikum
    • 96 äußere Schicht im dritten Dielektrikum
    • 100 dielektrisches Wellenleiterkabel
    • 101 Bohrung
    • 102 erstes Dielektrikum
    • 103 erstes Beilauffilament
    • 104 zweites Beilauffilament
    • 105 Lufteinschluss
    • 106 PE-Schaum
    • 107 drittes Dielektrikum

Claims (15)

  1. Dielektrisches Wellenleiterkabel (10), insbesondere zur Verwendung im Automobilbereich, zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz im Gigahertzbereich mit einem ersten Dielektrikum (12; 22; 32; 42; 52; 62; 72; 82; 92; 102) und mit einem zweiten Dielektrikum (14; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 83, 84; 94; 103, 104), in welches Luft eingelagert ist,
    wobei das erste Dielektrikum zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist und eine erste Permittivität aufweist,
    wobei das zweite Dielektrikum das erste Dielektrikum wenigstens teilweise umgibt und zur räumlichen Begrenzung der elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist und eine zweite Permittivität aufweist, welche kleiner ist als die erste Permittivität.
  2. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach Anspruch 1, welches zudem ein drittes Dielektrikum (16; 26; 36; 46; 56; 66; 76; 86; 95, 96; 107), welches einen äußeren Schutzmantel für das erste und das zweite Dielektrikum bildet, aufweist.
  3. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach Anspruch 2, wobei das dritte Dielektrikum mehrere Schichten (95, 96) aus verschiedenen Materialien aufweist, wobei eine äußere Schicht (96) eingerichtet ist, das Wellenleiterkabel vor nicht-elektrischen Umwelteinflüssen zu schützen, und wobei eine innere Schicht (95) eingerichtet ist, das Wellenleiterkabel vor elektrischen Umwelteinflüssen zu schützen und das elektrische Feld in dem Wellenleiterkabel zu schirmen.
  4. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Permittivität des zweiten Dielektrikums geringer als 2 ist und/oder eine Differenz zwischen der Permittivität des ersten Dielektrikums und der Permittivität des zweiten Dielektrikums wenigstens 0,3, insbesondere wenigstens 0,5, weiter insbesondere wenigstens 0,8 beträgt.
  5. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder das zweite Dielektrikum Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen (PP) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweisen.
  6. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Dielektrikum als Schaum, insbesondere PE-Schaum, und/oder als Geflecht und/oder als wenigstens ein Band, welches das erste Dielektrikum umwickelt, und/oder als Vlies ausgebildet ist.
  7. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach Anspruch 2, weist das dritte Dielektrikum TPE, insbesondere TPE S, auf.
  8. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Dielektrikum eine Bohrung (21; 31; 41; 51; 91; 101), welche mit Luft gefüllt ist, aufweist.
  9. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Dielektrikum einen kreisförmigen oder polygonförmigen Querschnitt aufweist.
  10. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-8, wobei das erste Dielektrikum einen Querschnitt mit zwei Seitenlängen aufweist, welche unterschiedlich lang sind.
  11. Dielektrisches Wellenleiterkabel Anspruch 10, wobei das erste Dielektrikum einen rechteckförmigen oder einen elliptischen Querschnitt aufweist.
  12. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Dielektrikum mehrere zu dem ersten Dielektrikum radial angeordnete Speichen (64), insbesondere zwei, drei, vier, sechs, sieben oder acht Speichen, aufweist.
  13. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Dielektrikum mehrere zu dem ersten Dielektrikum axial angeordnete Stützscheiben aufweist.
  14. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Dielektrikum wenigstens ein Beilauffilament, insbesondere zwei Beilauffilamente, aufweist, welche das erste Dielektrikum spiralförmig umwickeln,
    wobei insbesondere das zweite Dielektrikum ferner eine Schaummasse aufweist, welche das wenigstens eine Beilauffilament umgibt, und wobei zwischen dem Beilauffilament und der Schaummasse Luft eingeschlossen ist.
  15. Übertragungsverfahren für ein Signal mit einer Frequenz zwischen 50 und 500 GHz und einer Wellenlänge zwischen 0,6 mm und 6 mm mittels einem dielektrischen Wellenleiter, wobei ein Verhältnis eines Durchmessers eines ersten Dielektrikums in dem dielektrischen Wellenleiter zu einer Freiraumwellenlänge des zu übertragenden Signals zwischen 0,5 und 2, insbesondere zwischen 0,7 und 1,5, weiter insbesondere in etwa 1,0. beträgt.
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