EP3430633B1 - Cable for transmitting electrical signals - Google Patents

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EP3430633B1
EP3430633B1 EP17711090.5A EP17711090A EP3430633B1 EP 3430633 B1 EP3430633 B1 EP 3430633B1 EP 17711090 A EP17711090 A EP 17711090A EP 3430633 B1 EP3430633 B1 EP 3430633B1
Authority
EP
European Patent Office
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cable
wires
line
dielectric
relative permittivity
Prior art date
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Active
Application number
EP17711090.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3430633A1 (en
Inventor
Gunnar Armbrecht
Thomas Schmid
Stephan Kunz
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG filed Critical Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Publication of EP3430633A1 publication Critical patent/EP3430633A1/en
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Publication of EP3430633B1 publication Critical patent/EP3430633B1/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00Communication cables or conductors
    • H01B11/005Quad constructions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00Communication cables or conductors
    • H01B11/02Cables with twisted pairs or quads
    • H01B11/06Cables with twisted pairs or quads with means for reducing effects of electromagnetic or electrostatic disturbances, e.g. screens
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00Communication cables or conductors
    • H01B11/02Cables with twisted pairs or quads
    • H01B11/06Cables with twisted pairs or quads with means for reducing effects of electromagnetic or electrostatic disturbances, e.g. screens
    • H01B11/08Screens specially adapted for reducing cross-talk
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/02Disposition of insulation
    • H01B7/0208Cables with several layers of insulating material
    • H01B7/0216Two layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/02Disposition of insulation

Definitions

  • the invention relates to a cable for transmitting electrical signals with an outer jacket made of an electrically insulating material and at least N lines n with N ⁇ 2 and N ⁇ N . which are arranged inside the outer jacket, each line n with n ⁇ [1, N ] having a total of M wires made of an electrically conductive material with M ⁇ 1 and M ⁇ N .
  • a cable for transmitting electrical signals contains wires made of a conductive material, each of which is surrounded by an electrical insulator for the purpose of mutual electrical insulation.
  • Electrical insulators have dielectric properties and essentially determine the propagation or conduction properties of the cable for electrical signals, which are essentially are electromagnetic waves.
  • An essential property of dielectric materials or a dielectric is their permittivity ⁇ .
  • the permittivity ⁇ (from lat. Permittere: allow, leave, let through), also called “dielectric conductivity” or “dielectric function”, indicates the permeability of a material to electric fields.
  • a permittivity is also assigned to the vacuum, since electric fields can also set in the vacuum or electromagnetic fields can spread.
  • star quad cable In order to reduce the crosstalk of electric signals from one line to another line within a cable, without this necessarily an additional shielding casing for each line in the cable has to be the present, the so-called star quad cable has been proposed (engl .: T Wisted / Star Q uad (TQ); German: stranded star quad cable (hereinafter also referred to as "star quad").
  • the star quad cable is like the STP cable (S hielded T Wisted P air; dt .: shielded twisted pair), and the UTP cable (U nshielded T Wisted P air; unshielded twisted pair) to the balanced copper cables.
  • star quad cable two lines, each with two wires, each made of an electrically conductive material, are combined to form one cable.
  • Each wire is surrounded by a dielectric and the four wires are stranded together in a cross shape, with opposite wires each forming a pair of wires in the cross-section of the star-quad cable, so that the star-quad cable has two wire pairs or lines.
  • the four wires stranded together are surrounded by a common protective sheath, which can include braid or foil shielding.
  • This mechanical structure determines the transmission parameters such as near and far crosstalk.
  • This type of cable is characterized above all by its small diameter and the resulting small bending radius.
  • a further advantage of star quad stranding is the higher packing density than with pair stranding.
  • the star quad cable essentially corresponds to the UTP and STP cable and can be classified accordingly: Star quad cables in unshielded design are referred to as twisted quad (UTQ).
  • UTQ twisted quad
  • one wire with a jacket made of insulating material arranged around it forms a conductor and two wires or conductors each form a line.
  • Two pairs of conductors or two lines are twisted together and then form two cross-stranded double conductors (one double conductor corresponds to one line).
  • Two in the cross section of the star quad Opposing conductors or wires form a pair, an electrical signal being transmitted on each pair.
  • the four conductors or wires in the cross section of the star quad are arranged at the corners of a square, the conductors or wires of a pair being arranged at diagonally opposite corners.
  • conductor pairs or wire pairs standing perpendicular to one another it is meant that, seen in the cross section of the cable, a first straight line which runs through the center points of the conductors or wires of a pair is perpendicular to a second straight line which passes through the center points of the The other pair's conductor or wires run.
  • pamphlet US 2010/307790 A1 relates to a cable with at least one pair of core conductors, each of which is formed from a conductor and a dielectric surrounding this conductor.
  • the surrounding dielectric is formed in two parts with an inner dielectric and an outer dielectric.
  • pamphlet US 2010/307790 A1 deals with the problem that the dielectrics of the two conductors should be colored differently. This is according to US 2010/307790 A1 problematic because the introduction of different color pigments into the respective dielectric results in different permittivities for the dielectrics.
  • the core conductors are all identical and differ only in the color (“ hue ") of the outer dielectric.
  • pamphlet JP H11 25765 A deals with the problem of different signal propagation times on different stranded wire pairs, if for different ones Wire pairs of different stranding lengths are formed. Runtime differences between stranded wire pairs with different stranding lengths are reduced in that the permittivity for the dielectric is chosen to be 0.1 or more greater for a wire pair with the greatest stranding length compared to a wire pair with the smallest stranding length in a cable with several stranded wire pairs becomes. This is said to improve the attenuation of the near-end crosstalk (crosstalk at the end of the cable at which the signal is fed in), since different stranding lengths can be maintained.
  • the invention has for its object a cable of the above. kind of improving the crosstalk between two lines.
  • the dielectrics of the wires of one line show a
  • ⁇ r the relative permittivity of the respective dielectric surrounding the wires.
  • the value for k (s) is different for different values for s ( k (1) ⁇ k (2) ... ⁇ k ( N - j ))
  • the values of k (s) can also be identical for several subsets of values for s in the range from 1 to (Nj), so that, for example, there are three or more identical values for k (s) within a cable (if N is greater than or equal to) 4), the values for k (s) being different for different subsets.
  • of approximately 0.3 can be achieved in a particularly simple and cost-effective manner in that the dielectric of the wires of at least one line made of polypropylene (PP; ⁇ r ⁇ 2.1) and the dielectric of the wires of at least one other line made of polyethylene (PE, ⁇ r ⁇ 2.4) is produced.
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • a value that deviates in total for the relative permittivity ⁇ r of the dielectric of the wires of a line with a targeted setting of a value for k for the deviation of the value for the relative permittivity ⁇ r of the dielectric of the wires of another line can be achieved in a simple manner in that the dielectric of the wires of at least one line is made up of a concentric layer structure of two or more dielectric materials with different values for the relative permittivity ⁇ r .
  • a particularly advantageous setting of the value for the relative permittivity ⁇ r of the dielectric of the wires of a line with high effectiveness is achieved in that with the wires of at least one line there is a space between the wires of this line and the outer jacket facing the wires of this line with a additional dielectric material is filled, which has a different value for the relative permittivity ⁇ r than the dielectric surrounding the wires of this line.
  • the filling dielectric is in the area of high field strength densities and is therefore particularly effective.
  • An alternative possibility of changing the relative permittivity ⁇ r of the wires of individual lines without having to change the mechanical structure of the individual wires for this purpose is achieved by coating on an inside of the outer jacket which faces the wires of a line an additional dielectric is provided, which has a value for the relative permittivity ⁇ r that differs from the dielectric surrounding the wires of this line.
  • a particularly strong influence on the resulting relative permittivity ⁇ r for individual cores is achieved in that the additional dielectric is constructed as a layer sequence of dielectric materials with different values for the relative permittivity ⁇ r .
  • a high effect of the dielectric is achieved in that the dielectric of at least one wire is arranged in a space between the wire and the outer sheath in such a way that the cross section of the cable is parabolically delimited from the adjacent wires. As a result, the dielectric fills a room with a high field line density.
  • k (s) k ( s ) ⁇ [ -u, -w ] and k ( s ) ⁇ [ w, u ]
  • w 0.01, 0.03, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5 , 0.7, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4 or 1.6
  • u 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6 or 1.8
  • Additional electromagnetic shielding is achieved by additionally providing a shield jacket made of an electrically conductive material, within which the lines are arranged.
  • This shielding jacket is arranged, for example, radially outside or inside the outer jacket or integrated in the outer jacket.
  • signal transmission with differential pairs of lines or differential conductor pairs is preferably used for fast data transmission.
  • a typical cable for such an application is the star quad cable.
  • a cable for electrical signal transmission has a tubular outer jacket made of an electrically insulating material. Furthermore, for example, a shield jacket made of an electrically conductive material is provided, which is coaxially surrounded by the outer jacket. Alternatively, the shield jacket is integrated in the outer jacket. Radially inside the shield jacket are N lines with N ⁇ 2 and N ⁇ N arranged, each line n with n ⁇ [1 , N ] a total of M wires made of an electrically conductive material with M ⁇ 1 and M ⁇ N . having.
  • n ⁇ N is of a dielectric with a predetermined value for the relative permittivity ⁇ r (m, n)> 1 surrounded. It is preferred here that the dielectrics of the different wires are designed with different colors, so that the wires can be uniquely identified at each end of the cable.
  • the value for the relative permittivity ⁇ r of the dielectrics of the total M cores of a line j deviates by a value k (s) from a value for the relative permittivity ⁇ r of the dielectrics of the M cores of at least one other line (j + s), for example the line (j + 1).
  • ⁇ r (m, j) ⁇ r (m, j + s) - k (s) with m ⁇ [1 , M ] , m ⁇ N . j ⁇ [1, N - 1] , j ⁇ N .
  • the value k (1) is a number whose amount
  • the value of k (s) for two other lines can be different or identical.
  • are, for example, 0.01, 0.03, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0.
  • the wires 16, 18 thus form a first pair of conductors or the first line and the wires 20, 22 form a second pair of conductors or the second line.
  • a first straight line 32 runs through the centers of the wires 16 and 18 of the first line and a second straight line 34 runs through the centers of the wires 20, 22 of the second line.
  • the two straight lines 32, 34 are at each location in a sectional plane parallel to the representation or the drawing plane in FIG Fig. 1 perpendicular to each other.
  • Each wire 16, 18, 20, 22 forms a conductor with the associated dielectric 24, 26, 28, 30.
  • the conductors 16/24, 18/26, 20/28, 22/30 are twisted or twisted together in a cross shape in the axial direction in such a way that the known star-quad arrangement results.
  • the conductors 16/24, 18/26, 20/28, 22/30 are stranded together around a central core 36.
  • Fig. 2 shows the star quad cable as a 4-port with a first end 38 and a second end 40.
  • the first line with the wires 16, 18 and the dielectrics 24, 26 ( Fig. 1 ) forms a first differential gate 42 at the first end 38 and a third differential gate 46 at the second end.
  • the second line with the wires 20, 22 and the dielectrics 28, 30 ( Fig. 1 ) forms a second differential gate 44 at the first end 38 and a fourth differential gate 48 at the second end.
  • the wave component measurable at the third gate 46 is a transmission.
  • the part of the wave measurable at the second gate 44 is a so-called "crosstalk" at the near end 38 "NEXT” (Near End Crosstalk) i.e. it is a crosstalk from the first line with the wires 16, 18 to the second line with the wires 20, 22 which is reflected back to the first end 38.
  • the shaft component that can be measured at the fourth gate is a so-called "crosstalk” at the far end 40 "FEXT” (Far End Crosstalk) i.e.
  • Fig. 3 In order to check whether the difference in the relative permittivities ⁇ r (m, n) brings an improvement with respect to the FEXT, this FEXT was calculated with a cable model for a star quad cable designed according to the invention, as described above. The result is in Fig. 3 shown.
  • Fig. 3 50 denotes a vertical axis on which the FEXT is plotted in [dB].
  • 52 denotes a horizontal axis on which a frequency f of the input signal at the first gate 42 ( Fig. 2 ) is plotted in [MHz].
  • a first graph 54 shows the course of the FEXT over the frequency with a conventional star quad cable, as it was actually measured.
  • the transmission property of the cable 10 can be improved by a difference k (s) of the relative permittivity ⁇ r (m, n) of the dielectrics 24, 26, 28, 30 without an additional shield sheath for each individual conductor pair 16, 18 and 20, 22 is necessary.
  • Fig. 4 shows a second preferred embodiment of a cable 10 according to the invention, parts having the same function having the same reference numerals as in FIG Fig. 1 , are referred to, so that to explain them refer to the above description of the Fig. 1 is referred.
  • Fig. 4 show different hatching or fillings of the dielectrics 24, 26, 28, 30 different values for the relative permittivity ⁇ r (m, n).
  • An outer jacket is in Fig. 4 not shown. It can thus be seen that the dielectrics 24, 26, 28, 30 are basically designed with the same value for the relative permittivity ⁇ r (m, n), but the dielectrics 24 and 26 are in two parts, each with two materials with different relative permittivity ⁇ r built up.
  • a first material with the same relative permittivity ⁇ r as the dielectrics 28 and 30 encases the wire 16, 18, but in addition there is a second material 70 with a different value for the relative permittivity ⁇ r radially between the wire 16, 18 and the first material, so that the dielectrics 24, 26 effectively have a different value for the relative permittivity ⁇ r than the dielectrics 28 and 30.
  • the first and second dielectric materials are arranged concentrically to one another and to the respective wires 16, 18.
  • Fig. 5 shows a third preferred embodiment of a cable 10 according to the invention, parts having the same function having the same reference numerals as in FIG Fig. 1 and 4 , are referred to, so that to explain them refer to the above description of the Fig. 1 and 4 is referred.
  • different hatches or fillings show different values for the relative permittivity ⁇ r .
  • An outer jacket is in Fig. 5 not shown.
  • the wires 16, 18, 20, 22 are surrounded by an identical dielectric, so that their relative permittivity ⁇ r is essentially identical.
  • a respective intermediate space between the conductors 16/24, 18/26, 20/28 and 22/30 and the shield jacket 14 is additionally filled with a further first dielectric 72 and a further second dielectric 74, each of which is provided by the dielectrics 24, 26 , 28, 30 and other values for the relative permittivity ⁇ r .
  • the effective value for the relative permittivity ⁇ r (m, n) of the line with wires 16, 18 differs from that for the relative permittivity ⁇ r (m, n) of the line with wires 20, 22.
  • the filling with the further first and second dielectrics 72 and 74 is such that in cross-section they fill an area which is parabolic from the respectively adjacent conductors 16/24, 18/26, 20/28 and 22/30 is delimited. In this way, the other dielectrics 72 and 74 are located precisely in areas with an increased field line density and thus have a great effect.
  • Fig. 6 shows a fourth preferred embodiment of a cable 10 according to the invention, parts with the same function having the same reference numerals as in FIG Fig. 1 . 4 and 5 , are referred to, so that to explain them refer to the above description of the Fig. 1 . 4 and 5 is referred.
  • different hatches or fillings show different values for the relative permittivity ⁇ r .
  • An outer jacket is in Fig. 6 not shown.
  • the wires 16, 18, 20, 22 are surrounded by an identical dielectric 24, 26, 28, 30, so that their relative permittivity ⁇ r is essentially identical.
  • the additional dielectrics 72 and 74 are arranged on the inside of the shielding jacket 14 and in each case in such a way that they are each located between a dielectric 24, 26, 28, 30 of the wires 16, 18, 20, 22 and the shielding jacket 14. In this way, the effective value for the relative permittivity ⁇ r (m, n) of the line with wires 16, 18 differs from that for the relative permittivity ⁇ r (m, n) of the line with wires 20, 22.
  • Fig. 7 shows a fifth preferred embodiment of a cable 10 according to the invention, parts having the same function having the same reference numerals as in FIG Fig. 1 . 4 . 5 and 6 , are referred to, so that to explain them refer to the above description of the Fig. 1 . 4 . 5 and 6 is referred.
  • different hatches or fillings show different values for the relative permittivity ⁇ r .
  • An outer jacket is in Fig. 7 not shown.
  • the wires 16, 18, 20, 22 are surrounded by an identical dielectric 24, 26, 28, 30, so that their relative permittivity ⁇ r is essentially identical.
  • the additional dielectrics 72 and 74 are arranged on the inside of the shielding jacket 14 and in each case in such a way that they are each located between a dielectric 24, 26, 28, 30 of the wires 16, 18, 20, 22 and the shielding jacket 14. In contrast to the fourth embodiment according to Fig. 6 the additional dielectrics 72 and 74 are built up in layers with the further dielectric 70. In this way, the effective value for the relative permittivity ⁇ r (m, n) of the line with wires 16, 18 differs from that for the relative permittivity ⁇ r (m, n) of the line with wires 20, 22.
  • Fig. 8 shows a sixth preferred embodiment of a cable 10 according to the invention, parts having the same function having the same reference numerals as in FIG Fig. 1 . 4 . 5 . 6 and 7 , are referred to, so that to explain them refer to the above description of the Fig. 1 . 4 . 5 . 6 and 7 is referred.
  • different hatches or fillings show different values for the relative permittivity ⁇ r .
  • An outer jacket is in Fig. 8 not shown.
  • the wires 16, 18, 20, 22 are exclusively surrounded by the further dielectric 72 to 74 and the dielectric 72, 74 extends in each case analogously to the second embodiment in accordance with Fig.
  • the effective values for the relative permittivity ⁇ r (m, n) of the line with wires 16, 18 differ from that for the relative permittivity ⁇ r (m, n) of the line with wires 20, 22 and the dielectrics 72, 74 fill exactly that space within the shield jacket 14 in which the highest field line density occurs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kabel zum Übertragen von elektrischen Signalen mit einem Außenmantel aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff und mindestens N Leitungen n mit N ≥ 2 und N ,

Figure imgb0001
welche innerhalb des Außenmantels angeordnet sind, wobei jede Leitung n mit n ∈ [1,N] insgesamt M Adern aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff mit M ≥ 1 und M ,
Figure imgb0002
aufweist, wobei die Ader m mit m ∈ [1,M], m
Figure imgb0003
der Leitung n mit n ∈ [1,N] , n
Figure imgb0004
von einem Dielektrikum mit einem vorbestimmten Wert für die relative Permittivität εr(m,n) > 1 umgeben ist, wobei für jede Leitung n der Wert der relativen Permittivität der Dielektrikas der Adern dieser Leitung n bis auf herstellungsbedingte Abweichungen identisch ist, so dass gilt εr(p,n) = εr(p+q,n), wobei q ∈ [1,M - p], q ,
Figure imgb0005
p ∈ [1,M - 1], p ,
Figure imgb0006
wobei für mindestens zwei verschiedene Leitungen n = j und n = (j+s) gilt εr(m,j) = εr(m,j+s) - k(s) mit m ∈ [1,M], m ,
Figure imgb0007
j ∈ [1, N - 1], j ,
Figure imgb0008
s ∈ [1,N - j], s ,
Figure imgb0009
wobei k s
Figure imgb0010
und k(s) [-2.0,-0,01] und k(s) ∈ [0.01,2.0], gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a cable for transmitting electrical signals with an outer jacket made of an electrically insulating material and at least N lines n with N ≥ 2 and N .
Figure imgb0001
which are arranged inside the outer jacket, each line n with n ∈ [1, N ] having a total of M wires made of an electrically conductive material with M ≥ 1 and M .
Figure imgb0002
has, the vein m with m ∈ [1, M ], m
Figure imgb0003
the line n with n ∈ [1, N ], n
Figure imgb0004
is surrounded by a dielectric with a predetermined value for the relative permittivity ε r (m, n)> 1, the value of the relative permittivity of the dielectrics of the wires of this line n being identical for each line n except for manufacturing-related deviations, so that applies ε r (p, n) = ε r (p + q, n), where q ∈ [1 , M - p ] , q .
Figure imgb0005
p ∈ [1 , M - 1], p .
Figure imgb0006
where for at least two different lines n = j and n = (j + s), ε r (m, j) = ε r (m, j + s) - k (s) with m ∈ [1, M ], m .
Figure imgb0007
j ∈ [1, N - 1], j .
Figure imgb0008
s ∈ [1, N - j ] , s .
Figure imgb0009
in which k s
Figure imgb0010
and k (s) [-2.0, -0.01] and k ( s ) ∈ [0.01.2.0], according to the preamble of claim 1.

Ein Kabel zum Übertragen von elektrischen Signalen beinhaltet Adern aus einem leitfähigen Werkstoff, die zum Zwecke der gegenseitigen elektrischen Isolation jeweils von einem elektrischen Isolator umgeben sind. Elektrische Isolatoren haben dielektrische Eigenschaften und bestimmen maßgeblich die Ausbreitungs- bzw. Leitungseigenschaften des Kabels für elektrische Signale, die im Wesentlichen elektromagnetische Wellen sind. Eine wesentliche Eigenschaft von dielektrischen Werkstoffen bzw. eines Dielektrikums ist deren Permittivität ε.A cable for transmitting electrical signals contains wires made of a conductive material, each of which is surrounded by an electrical insulator for the purpose of mutual electrical insulation. Electrical insulators have dielectric properties and essentially determine the propagation or conduction properties of the cable for electrical signals, which are essentially are electromagnetic waves. An essential property of dielectric materials or a dielectric is their permittivity ε.

Die Permittivität ε (von lat. permittere: erlauben, überlassen, durchlassen), auch "dielektrische Leitfähigkeit" oder "dielektrische Funktion" genannt, gibt die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder an. Auch dem Vakuum ist eine Permittivität zugewiesen, da sich auch im Vakuum elektrische Felder einstellen oder elektromagnetische Felder ausbreiten können.The permittivity ε (from lat. Permittere: allow, leave, let through), also called "dielectric conductivity" or "dielectric function", indicates the permeability of a material to electric fields. A permittivity is also assigned to the vacuum, since electric fields can also set in the vacuum or electromagnetic fields can spread.

Die relative Permittivität εr eines Mediums, auch Permittivitäts- oder Dielektrizitätszahl genannt, ist das Verhältnis seiner Permittivität ε zu der des Vakuums (elektrische Feldkonstante ε0): ε r = ε ε 0

Figure imgb0011
The relative permittivity ε r of a medium, also called the permittivity or dielectric number, is the ratio of its permittivity ε to that of the vacuum (electric field constant ε 0 ): ε r = ε ε 0
Figure imgb0011

Sie ist ein Maß für die feldschwächenden Effekte der dielektrischen Polarisation des Mediums und hängt eng mit der elektrischen Suszeptibilität χe = εr - 1 zusammen. In der englischsprachigen Literatur und in der Halbleitertechnik wird die relative Permittivität auch mit κ (kappa) oder - wie etwa bei den Low-k-Dielektrika - mit k bezeichnet. Als Synonym für die relative Permittivität ist auch noch die frühere Bezeichnung "Dielektrizitätszahl" gebräuchlich.It is a measure of the field-weakening effects of the dielectric polarization of the medium and is closely related to the electrical susceptibility χ e = ε r - 1. In English-language literature and in semiconductor technology, the relative permittivity is also denoted by κ (kappa) or - as with the low-k dielectrics - by k. The earlier term "dielectric constant" is also used as a synonym for relative permittivity.

Zur elektromagnetischen Abschirmung eines Kabels zum Übertragen von elektrischen Signalen ist es üblich, das Kabel mit einem Schirmmantel aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff zu umgeben. Dies reduziert ein ungehindertes Austreten von elektrischen bzw. elektromagnetischen Signalen, die über das Kabel übertragen werden, aus dem Kabel heraus und gleichzeitig wird auch ein Eintreten von elektromagnetischen Signalen von außen in die Leitungen des Kabels hinein reduziert. Beim Übertragen von mehreren elektrischen Signalen über verschiedene Leitungen eines Kabels ergibt sich neben steigendem Durchmesser und Gewicht des Kabels zusätzlich das Problem, dass in unerwünschter Weise elektrische Signale von einer Leitung des Kabels in eine andere Leitung des Kabels übersprechen. Um dies zu verhindern ist es bekannt, auch die einzelnen Leitungen des Kabels mit einem Schirmmantel aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff zu versehen. Dies macht die Kabel jedoch teuer sowie unflexibel in der Verlegung, da das Kabel insgesamt sehr starr wird und gewisse Biegeradien nicht unterschritten werden dürfen, um die Schirmmäntel der Leitungen nicht zu beschädigen.For electromagnetic shielding of a cable for the transmission of electrical signals, it is customary to surround the cable with a shielding jacket made of an electrically conductive material. This reduces an unhindered emergence of electrical or electromagnetic signals, which are transmitted via the cable, out of the cable and, at the same time, the entry of electromagnetic signals from outside into the lines of the cable is also reduced. When several electrical signals are transmitted via different lines of a cable, in addition to the increasing diameter and weight of the cable, there is also the problem that electrical signals crosstalk from one line of the cable into another line of the cable. To prevent this, it is known to also provide the individual lines of the cable with a shielding jacket made of an electrically conductive material. However, this makes the cable expensive and inflexible to lay because the cable overall is very rigid and certain bending radii must not be undercut, so as not to damage the shield sheaths of the cables.

Um das Übersprechen von elektrischen Signalen von einer Leitung in eine andere Leitung innerhalb eines Kabels zu reduzieren, ohne dass hierfür notwendigerweise ein zusätzlicher Schirmmantel für jede Leitung in dem Kabel vorhanden sein muss, ist das sogenannte Sternvierer-Kabel vorgeschlagen worden (engl.: Twisted/Star Quad (TQ); dt.: verseiltes Sternvierer-Kabel; nachfolgend auch kurz "Sternvierer" genannt). Das Sternvierer-Kabel gehört wie das STP-Kabel (Shielded Twisted Pair; dt.: geschirmtes verdrilltes Leitungspaar) und das UTP-Kabel (Unshielded Twisted Pair; ungeschirmtes verdrilltes Leitungspaar) zu den symmetrischen Kupferkabeln. Beim Sternvierer-Kabel sind zwei Leitungen mit je zwei Adern aus jeweils einem elektrisch leitfähigen Werkstoff zu einem Kabel zusammen gefasst. Jede Ader ist von einem Dielektrikum umgeben und die vier Adern sind miteinander kreuzförmig verseilt, wobei im Querschnitt des Sternvierer-Kabels gegenüberliegende Adern jeweils ein Adernpaar bilden, so dass das Sternvierer-Kabel zwei Adernpaare bzw. Leitungen aufweist. Die miteinander verseilten vier Adern werden von einem gemeinsamen Schutzmantel umgeben, der eine Geflecht- oder Folienschirmung umfassen kann. Dieser mechanische Aufbau bestimmt die übertragungstechnischen Parameter wie das Nah- und Fernnebensprechen. Dieser Kabeltyp zeichnet sich vor allem durch den geringen Durchmesser aus und den daraus resultierenden geringen Biegeradius. Ein weiterer Vorteil der Sternviererverseilung ist neben der mechanischen Stabilisierung der Anordnung der Leiter bzw. Adern relativ zueinander die höhere Packdichte als bei einer Paarverseilung.In order to reduce the crosstalk of electric signals from one line to another line within a cable, without this necessarily an additional shielding casing for each line in the cable has to be the present, the so-called star quad cable has been proposed (engl .: T Wisted / Star Q uad (TQ); German: stranded star quad cable (hereinafter also referred to as "star quad"). The star quad cable is like the STP cable (S hielded T Wisted P air; dt .: shielded twisted pair), and the UTP cable (U nshielded T Wisted P air; unshielded twisted pair) to the balanced copper cables. With the star quad cable, two lines, each with two wires, each made of an electrically conductive material, are combined to form one cable. Each wire is surrounded by a dielectric and the four wires are stranded together in a cross shape, with opposite wires each forming a pair of wires in the cross-section of the star-quad cable, so that the star-quad cable has two wire pairs or lines. The four wires stranded together are surrounded by a common protective sheath, which can include braid or foil shielding. This mechanical structure determines the transmission parameters such as near and far crosstalk. This type of cable is characterized above all by its small diameter and the resulting small bending radius. In addition to the mechanical stabilization of the arrangement of the conductors or wires relative to one another, a further advantage of star quad stranding is the higher packing density than with pair stranding.

Das Sternvierer-Kabel entspricht im Wesentlichen dem UTP- und STP-Kabel und kann entsprechend klassifiziert werden: Sternvierer-Kabel in nichtgeschirmter Ausführung werden als Twisted Quad (UTQ) bezeichnet.The star quad cable essentially corresponds to the UTP and STP cable and can be classified accordingly: Star quad cables in unshielded design are referred to as twisted quad (UTQ).

Bei dem Sternvierer-Kabel bildet eine Ader mit einem darum angeordneten Mantel aus isolierendem Werkstoff einen Leiter und zwei Adern bzw. Leiter bilden jeweils eine Leitung. Es sind zwei Paare von Leitern bzw. zwei Leitungen miteinander verdrillt und bilden dann zwei kreuzförmig verseilte Doppelleiter (ein Doppelleiter entspricht einer Leitung). Zwei im Querschnitt des Sternviererkabels gegenüberliegende Leiter bzw. Adern bilden ein Paar, wobei auf einem Paar jeweils ein elektrisches Signal übertragen wird. Mit anderen Worten sind die vier Leiter bzw. Adern im Querschnitt des Sternvierers an den Ecken eines Quadrates angeordnet, wobei die Leiter bzw. Adern eines Paares an diagonal gegenüberliegenden Ecken angeordnet sind. Durch die hierdurch senkrecht zueinander stehenden Leiterpaare bzw. Aderpaare ergibt sich eine gewünschte hohe Übersprechdämpfung von einem Paar zu dem anderen Paar bzw. findet nur sehr geringes Übersprechen von einem Paar zu dem anderen Paar statt. Mit dem Ausdruck "senkrecht zueinander stehende Leiterpaare bzw. Aderpaare" ist gemeint, dass im Querschnitt des Kabels gesehen eine erste Gerade, welche durch die Mittelpunkte der Leiter bzw. Adern eines Paares verläuft, senkrecht auf einer zweiten Geraden steht, welche durch die Mittelpunkte der Leiter bzw. Adern des anderen Paares verläuft.In the star quad cable, one wire with a jacket made of insulating material arranged around it forms a conductor and two wires or conductors each form a line. Two pairs of conductors or two lines are twisted together and then form two cross-stranded double conductors (one double conductor corresponds to one line). Two in the cross section of the star quad Opposing conductors or wires form a pair, an electrical signal being transmitted on each pair. In other words, the four conductors or wires in the cross section of the star quad are arranged at the corners of a square, the conductors or wires of a pair being arranged at diagonally opposite corners. As a result of the mutually perpendicular conductor pairs or wire pairs, there is a desired high crosstalk attenuation from one pair to the other pair or there is only very low crosstalk from one pair to the other pair. By the expression "conductor pairs or wire pairs standing perpendicular to one another" it is meant that, seen in the cross section of the cable, a first straight line which runs through the center points of the conductors or wires of a pair is perpendicular to a second straight line which passes through the center points of the The other pair's conductor or wires run.

Druckschrift US 2010/307790 A1 betrifft ein Kabel mit wenigstens einem Paar von Kernleitern, die jeweils aus einem Leiter und einem diesen Leiter umgebenden Dielektrikum ausgebildet sind. Das umgebende Dielektrikum ist hierbei zweiteilig ausgebildet mit einem inneren Dielektrikum und einem äußeren Dielektrikum. Druckschrift US 2010/307790 A1 beschäftigt sich mit dem Problem, dass die Dielektrikas der beiden Leiter unterschiedlich eingefärbt sein sollen. Dies ist gemäß US 2010/307790 A1 deshalb problematisch, weil sich durch das Einbringen unterschiedlicher Farbpigmente in das jeweilige Dielektrikum unterschiedliche Permittivitäten für die Dielektrikas ergeben. Die Kernleiter sind alle identisch aufgebaut und unterscheiden sich nur in der Einfärbung ("hue") des äußeren Dielektrikum. Druckschrift US 2010/307790 A1 lehrt explizit, dass eine unterschiedliche Permittivität der Dielektrikas unterschiedlicher Kernleiter zu minimieren ist. Dies wird dadurch erzielt, dass die Farbpigmente, welche eine unerwünschte Veränderung der Permittivität erzeugen, nur in das dünne äußere Dielektrikum eingebracht werden, um so Unterschiede in der Permittivität zu minimieren. Unterschiede in der Permittivität von den Dielektrikas von Kernleitern eines Paares von bis zu 0,05 sollen akzeptiert werden, um gewünschte Farbauswahlen realisieren zu können.pamphlet US 2010/307790 A1 relates to a cable with at least one pair of core conductors, each of which is formed from a conductor and a dielectric surrounding this conductor. The surrounding dielectric is formed in two parts with an inner dielectric and an outer dielectric. pamphlet US 2010/307790 A1 deals with the problem that the dielectrics of the two conductors should be colored differently. This is according to US 2010/307790 A1 problematic because the introduction of different color pigments into the respective dielectric results in different permittivities for the dielectrics. The core conductors are all identical and differ only in the color (" hue ") of the outer dielectric. pamphlet US 2010/307790 A1 explicitly teaches that different permittivity of the dielectrics of different core conductors must be minimized. This is achieved in that the color pigments, which produce an undesired change in the permittivity, are only introduced into the thin outer dielectric, in order to minimize differences in the permittivity. Differences in the permittivity of the dielectrics of core conductors of a pair of up to 0.05 are to be accepted in order to be able to implement desired color selections.

Druckschrift JP H11 25765 A beschäftigt sich mit dem Problem unterschiedlicher Signallaufzeiten auf verschiedenen verseilten Aderpaaren, wenn für verschiedene Aderpaare unterschiedliche Verseilungslängen ausgebildet sind. Laufzeitunterschiede zwischen verseilten Aderpaaren mit unterschiedlicher Verseilungslänge werden dadurch reduziert, dass die Permittivität für das Dielektrikum bei einem Aderpaar mit der größten Verseilungslänge im Vergleich zu einem Aderpaar mit kleinster Verseilungslänge in einem Kabel mit mehreren verseilten Aderpaaren um einen Wert von 0,1 oder mehr größer gewählt wird. Dies soll die Dämpfung des Near-End-Crosstalk (Übersprechen an dem Ende des Kabels, an dem das Signal eingespeist wird) verbessern, da unterschiedliche Verseilungslängen beibehalten werden können.pamphlet JP H11 25765 A deals with the problem of different signal propagation times on different stranded wire pairs, if for different ones Wire pairs of different stranding lengths are formed. Runtime differences between stranded wire pairs with different stranding lengths are reduced in that the permittivity for the dielectric is chosen to be 0.1 or more greater for a wire pair with the greatest stranding length compared to a wire pair with the smallest stranding length in a cable with several stranded wire pairs becomes. This is said to improve the attenuation of the near-end crosstalk (crosstalk at the end of the cable at which the signal is fed in), since different stranding lengths can be maintained.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kabel der o.g. Art hinsichtlich des Übersprechens zwischen zwei Leitungen zu verbessern.The invention has for its object a cable of the above. Kind of improving the crosstalk between two lines.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kabel der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by a cable of the above. Kind with the features characterized in claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.

Dazu ist es bei einem Kabel der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Kabel ein Sternviererkabel mit M = 2 und N = 2 ist, bei dem die vier Adern der zwei Leitungen kreuzförmig miteinander verdrillt sind.For this it is with a cable of the above. Art provided according to the invention that the cable is a star quad cable with M = 2 and N = 2, in which the four wires of the two lines are twisted together in a cross shape.

Die Dielektrikas der Adern einer Leitung weisen im Vergleich zu den Adern einer anderen Leitung einen um |k(s)| zwischen 0.01 bis 2.0 unterschiedlichen Wert für die relative Permittivität εr der jeweiligen die Adern umgebenden Dielektrika auf. Dies hat unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten für elektrische Signale auf diesen Leitungen mit unterschiedlichen Dielektrika um die Adern zur Folge. Der Wert für k(s) ist für unterschiedliche Werte für s beispielsweise unterschiedlich (k(1) ≠ k(2) ... ≠ k(N - j)), jedoch können alternativ die Werte für k(s) für einige oder alle Werte für s auch identisch sein (k(1) = k(2) = ... = k(N - j)). Die Werte von k(s) können auch für mehrere Teilmengen von Werten für s im Bereich von 1 bis (N-j) identisch sein, so dass beispielsweise drei oder mehr identische Werte für k(s) innerhalb eines Kabels vorliegen (wenn N größer oder gleich 4), wobei die Werte für k(s) für unterschiedliche Teilmengen unterschiedlich sind.The dielectrics of the wires of one line show a | k (s) | compared to the wires of another line between 0.01 to 2.0 different value for the relative permittivity ε r of the respective dielectric surrounding the wires. This results in different speeds of propagation for electrical signals on these lines with different dielectrics around the wires. For example, the value for k (s) is different for different values for s ( k (1) ≠ k (2) ... ≠ k ( N - j )) , but alternatively the values for k (s) can be different for some or all values for s should also be identical ( k (1) = k (2) = ... = k ( N - j )) . The values of k (s) can also be identical for several subsets of values for s in the range from 1 to (Nj), so that, for example, there are three or more identical values for k (s) within a cable (if N is greater than or equal to) 4), the values for k (s) being different for different subsets.

Dies hat den Vorteil, dass sich in überraschender Weise durch die unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektrischen Signale in den beiden Leitungen mit unterschiedlichem Wert der Permittivität der Dielektrikas der jeweiligen Adern ein geringeres Übersprechen von Signalen der einen Leitung in die andere Leitung ergibt.This has the advantage that, surprisingly, the different propagation speed of the electrical signals in the two lines with a different value of the permittivity of the dielectric of the respective wires results in less crosstalk of signals from one line into the other line.

Einen unterschiedlichen Wert für die relative Permittivität εr(m,n) des Dielektrikums der Adern verschiedener Leitungen mit einem Wert |k| von etwa 0.3 erzielt man auf besonders einfache und kostengünstig herstellbare Weise dadurch, dass das Dielektrikum der Adern mindestens einer Leitung aus dem Werkstoff Polypropylen (PP; εr ≈ 2.1) und das Dielektrikum der Adern mindestens einer anderen Leitung aus dem Werkstoff Polyethylen (PE, εr ≈ 2.4) hergestellt ist.A different value for the relative permittivity ε r (m, n) of the dielectric of the wires of different lines with a value | k | of approximately 0.3 can be achieved in a particularly simple and cost-effective manner in that the dielectric of the wires of at least one line made of polypropylene (PP; ε r ≈ 2.1) and the dielectric of the wires of at least one other line made of polyethylene (PE, ε r ≈ 2.4) is produced.

Ein in Summe abweichender Wert für die relative Permittivität εr des Dielektrikums der Adern einer Leitung mit gezielter Einstellung eines Wertes für k für die Abweichung des Wertes für die relative Permittivität εr des Dielektrikums der Adern einer anderen Leitung erzielt man auf einfache Weise dadurch, dass das Dielektrikum der Adern mindestens einer Leitung aus einem konzentrischen Schichtaufbau von zwei oder mehr dielektrischen Werkstoffen mit unterschiedlichem Wert für die relative Permittivität εr aufgebaut ist.A value that deviates in total for the relative permittivity ε r of the dielectric of the wires of a line with a targeted setting of a value for k for the deviation of the value for the relative permittivity ε r of the dielectric of the wires of another line can be achieved in a simple manner in that the dielectric of the wires of at least one line is made up of a concentric layer structure of two or more dielectric materials with different values for the relative permittivity ε r .

Eine besonders vorteilhafte Einstellung des Wertes für die relative Permittivität εr des Dielektrikums der Adern einer Leitung mit hoher Wirksamkeit, erzielt man dadurch, dass bei den Adern mindestens einer Leitung ein Zwischenraum zwischen den Adern dieser Leitung und dem den Adern dieser Leitung zugewandten Außenmantel mit einem zusätzlichen dielektrischen Werkstoff gefüllt ist, welcher einen abweichenden Wert für die relative Permittivität εr aufweist als das die Adern dieser Leitung umgebende Dielektrikum. Hierbei befindet sich das auffüllende Dielektrikum im Bereich hoher Feldstärkedichten und ist deshalb besonders wirksam.A particularly advantageous setting of the value for the relative permittivity ε r of the dielectric of the wires of a line with high effectiveness is achieved in that with the wires of at least one line there is a space between the wires of this line and the outer jacket facing the wires of this line with a additional dielectric material is filled, which has a different value for the relative permittivity ε r than the dielectric surrounding the wires of this line. The filling dielectric is in the area of high field strength densities and is therefore particularly effective.

Eine alternative Möglichkeit der Veränderung der relativen Permittivität εr der Adern einzelner Leitungen, ohne hierfür den mechanischen Aufbau der einzelnen Adern verändern zu müssen, erzielt man dadurch, dass an einer Innenseite des Außenmantels, welche den Adern einer Leitung zugewandt ist, eine Beschichtung mit einem zusätzlichen Dielektrikum vorgesehen ist, welches einen abweichenden Wert für die relative Permittivität εr aufweist als das die Adern dieser Leitung umgebende Dielektrikum.An alternative possibility of changing the relative permittivity ε r of the wires of individual lines without having to change the mechanical structure of the individual wires for this purpose is achieved by coating on an inside of the outer jacket which faces the wires of a line an additional dielectric is provided, which has a value for the relative permittivity ε r that differs from the dielectric surrounding the wires of this line.

Eine besonders starke Beeinflussung der resultierenden relativen Permittivität εr für einzelne Adern erzielt man dadurch, dass das zusätzliche Dielektrikum als Schichtfolge von dielektrischen Werkstoffen mit jeweils unterschiedlichem Wert für die relativen Permittivität εr aufgebaut ist.A particularly strong influence on the resulting relative permittivity ε r for individual cores is achieved in that the additional dielectric is constructed as a layer sequence of dielectric materials with different values for the relative permittivity ε r .

Eine hohe Wirkung des Dielektrikums erzielt man dadurch, dass das Dielektrikum mindestens einer Ader in einem Raum zwischen der Ader und dem Außenmantel derart angeordnet ist, dass dieser Raum im Querschnitt des Kabels parabelförmig von den benachbarten Adern abgegrenzt ist. Hierdurch füllt das Dielektrikum einen Raum mit hoher Feldliniendichte.A high effect of the dielectric is achieved in that the dielectric of at least one wire is arranged in a space between the wire and the outer sheath in such a way that the cross section of the cable is parabolically delimited from the adjacent wires. As a result, the dielectric fills a room with a high field line density.

Bevorzugt ist für mögliche Wertebereiche von k(s) folgendes: k(s) ∈ [-u,-w] und k(s) [w,u], wobei w = 0.01, 0.03, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4 oder 1.6 ist und u = 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6 oder 1.8 und |w|<|u| ist. Beispielsweise 0.01 < k(s) < 1.0; 0.03 < k(s) < 0.3 oder 0.1 < k(s) <0.2.The following is preferred for possible value ranges of k (s): k ( s ) ∈ [ -u, -w ] and k ( s ) [ w, u ] , where w = 0.01, 0.03, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5 , 0.7, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4 or 1.6 and u = 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6 or 1.8 and | w | <| u | is. For example 0.01 <k (s) <1.0; 0.03 <k (s) <0.3 or 0.1 <k (s) <0.2.

Eine zusätzliche elektromagnetische Abschirmung erzielt man dadurch, dass zusätzlich ein Schirmmantel aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff vorgesehen ist, innerhalb dessen die Leitungen angeordnet sind. Dieser Schirmmantel ist beispielsweise radial außerhalb oder innerhalb des Außenmantels angeordnet oder in den Außenmantels integriert.Additional electromagnetic shielding is achieved by additionally providing a shield jacket made of an electrically conductive material, within which the lines are arranged. This shielding jacket is arranged, for example, radially outside or inside the outer jacket or integrated in the outer jacket.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1
eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels in perspektivischer Schnittansicht;
Fig. 2
ein erfindungsgemäßes Kabel als Vier-Tor.;
Fig. 3
eine graphische Darstellung der rechnerischen Ermittlung des Übersprechens eines elektrischen Signals von einer Leitung in eine andere Leitung mit verschiedenen Werten für k(s) auf Basis eines Kabelmodells;
Fig. 4
eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels in Schnittansicht;
Fig. 5
eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels in Schnittansicht;
Fig. 6
eine vierte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels in Schnittansicht;
Fig. 7
eine fünfte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels in Schnittansicht und
Fig. 8
eine sechste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels in Schnittansicht.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in
Fig. 1
a first preferred embodiment of a cable according to the invention in a perspective sectional view;
Fig. 2
an inventive cable as a four-gate .;
Fig. 3
a graphical representation of the computational determination of the crosstalk of an electrical signal from one line to another line with different values for k (s) based on a cable model;
Fig. 4
a second preferred embodiment of a cable according to the invention in sectional view;
Fig. 5
a third preferred embodiment of a cable according to the invention in sectional view;
Fig. 6
a fourth preferred embodiment of a cable according to the invention in sectional view;
Fig. 7
a fifth preferred embodiment of a cable according to the invention in sectional view and
Fig. 8
a sixth preferred embodiment of a cable according to the invention in sectional view.

Bei der Signalübertragung in Mehrleiter-Kabeln bzw. Kabeln mit mehreren Adern kommt für eine schnelle Datenübertragung bevorzugt die Signalübertragung mit differentiellen Paaren von Leitungen bzw. differentiellen Leiterpaaren zum Einsatz. Ein typisches Kabel für eine derartige Anwendung ist das Sternvierer-Kabel.In the case of signal transmission in multi-conductor cables or cables with multiple cores, signal transmission with differential pairs of lines or differential conductor pairs is preferably used for fast data transmission. A typical cable for such an application is the star quad cable.

Allgemein weist ein Kabel zur elektrischen Signalübertragung einen schlauchförmigen Außenmantel aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff auf. Weiterhin ist beispielsweise ein Schirmmantel aus einem elektrisch leitenden Werkstoff vorgesehen, wobei dieser von dem Außenmantel koaxial umgeben ist. Alternativ ist der Schirmmantel in den Außenmantel integriert. Radial innerhalb des Schirmmantels sind N Leitungen mit N ≥ 2 und N

Figure imgb0012
angeordnet, wobei jede Leitung n mit n ∈ [1,N] insgesamt M Adern aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff mit M ≥ 1 und M ,
Figure imgb0013
aufweist. Die Ader m mit m ∈ [1,M], m
Figure imgb0014
der Leitung n mit n ∈ [1,N], n
Figure imgb0015
ist von einem Dielektrikum mit einem vorbestimmten Wert für die relative Permittivität εr(m,n) > 1 umgeben. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Dielektrikas der verschiedenen Adern mit unterschiedlichen Farben ausgeführt sind, so dass man die Adern an jedem Ende des Kabels eineindeutig identifizieren kann. Die M Adern einer Leitung n sind dabei jeweils von einem Dielektrikum umgeben, wobei alle Dielektrikas der M Adern einer Leitung n einen im Wesentlichen identischen Wert für die relative Permittivität εr(m,n) mit m = 1, ... M aufweisen sollen. Durch herstellungsbedingte Abweichungen und auch durch die Einfärbung ergeben sich jedoch für die Werte der relativen Permittivität εr(m,n) der Dielektrikas der M Adern einer Leitung n etwas unterschiedliche Werte. Diese Abweichungen bewegen sich üblicherweise im Bereich von 5/1000 und sind eigentlich unerwünscht, jedoch unvermeidlich.In general, a cable for electrical signal transmission has a tubular outer jacket made of an electrically insulating material. Furthermore, for example, a shield jacket made of an electrically conductive material is provided, which is coaxially surrounded by the outer jacket. Alternatively, the shield jacket is integrated in the outer jacket. Radially inside the shield jacket are N lines with N ≥ 2 and N
Figure imgb0012
arranged, each line n with n ∈ [1 , N ] a total of M wires made of an electrically conductive material with M ≥ 1 and M .
Figure imgb0013
having. The vein m with m ∈ [1, M ], m
Figure imgb0014
the line n with n ∈ [1 , N ], n
Figure imgb0015
is of a dielectric with a predetermined value for the relative permittivity ε r (m, n)> 1 surrounded. It is preferred here that the dielectrics of the different wires are designed with different colors, so that the wires can be uniquely identified at each end of the cable. The M wires of a line n are each surrounded by a dielectric, with all dielectrics of the M wires of a line n having an essentially identical value for the relative permittivity ε r (m, n) with m = 1,... M , Due to manufacturing-related deviations and also due to the coloring, the values for the relative permittivity ε r (m, n) of the dielectrics of the M wires of a line n are somewhat different values. These deviations typically range from 5/1000 and are actually undesirable but inevitable.

Mit anderen Worten soll für jede Leitung n der Wert der relativen Permittivität εr der Dielektrikas der M Adern dieser Leitung n bis auf herstellungsbedingte Abweichungen identisch sein, so dass gilt εr(p,n) = εr(p+q,n), wobei p ∈ [1,M - 1], p

Figure imgb0016
und q ∈ [1,M - p], q
Figure imgb0017
ist. Mit anderen Worten läuft der Laufindex p von 1 bis (M-1) und ist eine ganze Zahl größer Null und der Laufindex q läuft von 1 bis (M-p) und ist eine ganze Zahl größer Null. Dies ergibt jeweils für jede Leitung n mit n = 1 bis N:
Figure imgb0018
In other words, the value of the relative permittivity ε r of the dielectrics of the M wires of this line n should be identical for each line n, except for manufacturing-related deviations, so that ε r (p, n) = ε r (p + q, n) , where p ∈ [1, M - 1], p
Figure imgb0016
and q ∈ [1 , M - p ], q
Figure imgb0017
is. In other words, the running index p runs from 1 to (M-1) and is an integer greater than zero and the running index q runs from 1 to (Mp) and is an integer greater than zero. For each line this results in n with n = 1 to N:
Figure imgb0018

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Wert für die relative Permittivität εr der Dielektrikas der insgesamt M Adern einer Leitung j um einen Wert k(s) abweichend ist von einem Wert für die relative Permittivität εr der Dielektrikas der M Adern mindestens einer anderen Leitung (j+s), beispielsweise der Leitung (j+1). Für mindestens zwei verschiedene Leitungen gilt dabei εr(m,j) = εr(m,j+s) - k(s) mit m ∈ [1,M], m ,

Figure imgb0019
j ∈ [1,N - 1], j ,
Figure imgb0020
s ∈ [1,N - j], s ,
Figure imgb0021
wobei k s
Figure imgb0022
und k(s) ∈ [-2.0, -0,01] und k(s) ∈ [0.01,2.0], bzw. der Index m-für die Ader läuft von 1 bis M und ist eine ganze Zahl größer Null, der Index j für die Leitung j läuft von 1 bis (N-1) und ist eine ganze Zahl größer Null, der Index s für die Leitung (j+s) läuft von 1 bis (N-j) und ist eine ganze Zahl größer Null. Ausgeschrieben ergibt sich beispielsweise für die Leitungen 1 und 2 (j = 1; s = 1) für die M Adern mit m = 1 bis M:
Figure imgb0023
It is provided according to the invention that the value for the relative permittivity ε r of the dielectrics of the total M cores of a line j deviates by a value k (s) from a value for the relative permittivity ε r of the dielectrics of the M cores of at least one other line (j + s), for example the line (j + 1). For at least two different lines, ε r (m, j) = ε r (m, j + s) - k (s) with m ∈ [1 , M ] , m .
Figure imgb0019
j ∈ [1, N - 1] , j .
Figure imgb0020
s ∈ [1 , N - j ] , s .
Figure imgb0021
in which k s
Figure imgb0022
and k ( s ) ∈ [-2.0, -0.01] and k ( s ) ∈ [0.01.2.0], or the index m- for the wire runs from 1 to M and is an integer greater than zero, the Index j for line j runs from 1 to (N-1) and is an integer greater than zero, the index s for line (j + s) runs from 1 to (Nj) and is an integer greater than zero. The following is written out for lines 1 and 2 (j = 1; s = 1) for the M wires with m = 1 to M:
Figure imgb0023

Der Wert k(1) ist hierbei eine Zahl, deren Betrag |k(1)| größer ist als die oben erwähnte unerwünschte Abweichung von beispielsweise 5/1000 zwischen den Werten von relativen Permittivitäten εr die im Wesentlichen identisch sein sollen. Gleichzeitig kann der Wert von k(s) für zwei andere Leitungen (anderer Wert für s) unterschiedlich oder identisch sein. Bevorzugte Werte für |k(s)| sind beispielsweise 0.01, 0.03, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0.The value k (1) is a number whose amount | k (1) | is greater than the above-mentioned undesired deviation of, for example, 5/1000 between the values of relative permittivities ε r which are said to be essentially identical. At the same time, the value of k (s) for two other lines (different value for s) can be different or identical. Preferred values for | k (s) | are, for example, 0.01, 0.03, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0.

Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Kabel 10 mit N = 2 und M = 2 in Form einer Sternvierer-Anordnung, wobei die vier Adern der zwei Leitungen kreuzförmig miteinander verseilt sind. Das Kabel 10 weist einen Außenmantel 12 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, einen Schirmmantel 14 aus einem elektrischen leitenden Werkstoff sowie eine erste Ader 16 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff einer ersten Leitung (m = 1, n = 1), eine zweite Ader 18 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff der ersten Leitung (m = 2, n = 1), eine erste Ader 20 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff einer zweiten Leitung (m = 1, n = 2) und eine zweite Ader 22 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff der zweiten Leitung (m = 2, n = 2) auf. Die erste Ader 16 (m = 1) der ersten Leitung (n = 1) ist von einem ersten Dielektrikum 24 mit einer relative Permittivität εr(1,1) ummantelt, wobei hier und nachfolgend die Zahlen in Klammern nach dem Ausdruck "εr" Indizes wiedergeben, hier die Indizes m und n. Die zweite Ader 18 (m = 2) der ersten Leitung (n = 1) ist von einem zweiten Dielektrikum 26 mit einer relative Permittivität εr(2,1) ummantelt. Die erste Ader 20 (m = 1) der zweiten Leitung (n = 2) ist von einem dritten Dielektrikum 28 mit einer relative Permittivität εr(1,2) ummantelt. Die zweite Ader 22 (m = 2) der zweiten Leitung (n = 2) ist von einem vierten Dielektrikum 30 mit einer relative Permittivität εr(2,2) ummantelt. Fig. 1 shows an exemplary embodiment for a cable 10 according to the invention with N = 2 and M = 2 in the form of a star-quad arrangement, the four wires of the two lines being stranded together in a cross shape. The cable 10 has an outer jacket 12 made of an electrically insulating material, a shield jacket 14 made of an electrically conductive material and a first wire 16 made of an electrically conductive material of a first line (m = 1, n = 1), a second wire 18 made of one electrically conductive material of the first line (m = 2, n = 1), a first wire 20 made of an electrically conductive material of a second line (m = 1, n = 2) and a second wire 22 made of an electrically conductive material of the second line (m = 2, n = 2). The first wire 16 (m = 1) of the first line (n = 1) is encased by a first dielectric 24 with a relative permittivity ε r (1,1), the numbers in parentheses here and below after the expression "ε r "Represent indices, here the indices m and n. The second wire 18 (m = 2) of the first line (n = 1) is encased by a second dielectric 26 with a relative permittivity ε r (2,1). The first wire 20 (m = 1) of the second line (n = 2) is sheathed by a third dielectric 28 with a relative permittivity ε r (1,2). The second Core 22 (m = 2) of the second line (n = 2) is sheathed by a fourth dielectric 30 with a relative permittivity ε r (2.2).

Die Adern 16, 18 bilden also ein erstes Leiterpaar bzw. die erste Leitung und die Adern 20, 22 bilden ein zweites Leiterpaar bzw. die zweite Leitung.The wires 16, 18 thus form a first pair of conductors or the first line and the wires 20, 22 form a second pair of conductors or the second line.

Im Querschnitt des Kabels betrachtet verläuft eine erste Gerade 32 durch die Mittelpunkte der Adern 16 und 18 der ersten Leitung und eine zweite Gerade 34 durch Mittelpunkte der Adern 20, 22 der zweiten Leitung. Die beiden Geraden 32, 34 stehen an jedem Ort in einer Schnittebene parallel zu der Darstellung bzw. der Zeichnungsebene in Fig. 1 senkrecht aufeinander.When viewed in cross section of the cable, a first straight line 32 runs through the centers of the wires 16 and 18 of the first line and a second straight line 34 runs through the centers of the wires 20, 22 of the second line. The two straight lines 32, 34 are at each location in a sectional plane parallel to the representation or the drawing plane in FIG Fig. 1 perpendicular to each other.

Jede Ader 16, 18, 20, 22 bildet mit dem dazugehörigen Dielektrikum 24, 26, 28, 30 je einen Leiter. Die Leiter 16/24, 18/26, 20/28, 22/30 sind in axialer Richtung kreuzförmig miteinander derart verseilt bzw. verdrillt, dass sich die bekannte Sternvierer-Anordnung ergibt. Die Leiter 16/24, 18/26, 20/28, 22/30 sind um einen zentralen Kern 36 miteinander verseilt.Each wire 16, 18, 20, 22 forms a conductor with the associated dielectric 24, 26, 28, 30. The conductors 16/24, 18/26, 20/28, 22/30 are twisted or twisted together in a cross shape in the axial direction in such a way that the known star-quad arrangement results. The conductors 16/24, 18/26, 20/28, 22/30 are stranded together around a central core 36.

Für dieses Beispiel des Sternvierer-Kabels (M = 2, N = 2) lauten die obigen Gleichungen für die relative Permittivität εr(m,n) der Dielektrika 24, 26, 28, 30 der Adern 16, 18, 20, 22 mit m = 1, 2 und n = 1, 2 und j = 1 und s = 1 wie folgt: n = 1 : ε r 1,1 = ε r 2,1 n = 2 : ε r 1,2 = ε r 2,2

Figure imgb0024
und m = 1 : ε r 1,1 = ε r 1,2 k 1 m = 2 : ε r 2,1 = ε r 2,2 k 1
Figure imgb0025
For this example of the star quad cable (M = 2, N = 2), the above equations for the relative permittivity ε r (m, n) of the dielectrics 24, 26, 28, 30 of the wires 16, 18, 20, 22 are also m = 1, 2 and n = 1, 2 and j = 1 and s = 1 as follows: n = 1 : ε r 1.1 = ε r 2.1 n = 2 : ε r 1.2 = ε r 2.2
Figure imgb0024
and m = 1 : ε r 1.1 = ε r 1.2 - k 1 m = 2 : ε r 2.1 = ε r 2.2 - k 1
Figure imgb0025

Fig. 2 zeigt das Sternvierer-Kabel als 4-Tor mit einem ersten Ende 38 und einem zweiten Ende 40. Die erste Leitung mit den Adern 16, 18 und den Dielektrika 24, 26 (Fig. 1) bildet an dem ersten Ende 38 ein erstes differentielles Tor 42 und an dem zweiten Ende ein drittes differentielles Tor 46 aus. Die zweite Leitung mit den Adern 20, 22 und den Dielektrika 28, 30 (Fig. 1) bildet an dem ersten Ende 38 ein zweites differentielles Tor 44 und an dem zweiten Ende ein viertes differentielles Tor 48 aus. Fig. 2 shows the star quad cable as a 4-port with a first end 38 and a second end 40. The first line with the wires 16, 18 and the dielectrics 24, 26 ( Fig. 1 ) forms a first differential gate 42 at the first end 38 and a third differential gate 46 at the second end. The second line with the wires 20, 22 and the dielectrics 28, 30 ( Fig. 1 ) forms a second differential gate 44 at the first end 38 and a fourth differential gate 48 at the second end.

Wird nun am ersten Ende 38 am ersten Tor 42 der ersten Leitung mit den Adern 16, 18 eine Welle eingespeist, so ist an dem zweiten, dritten und vierten Tor 44, 46, 48 ein Teil der Welle messbar. Der am dritten Tor 46 messbare Wellenanteil ist eine Transmission. Der am zweiten Tor 44 messbare Wellenanteil ist ein sogenannter "crosstalk" am nahen Ende 38 "NEXT" (Near End Crosstalk) d.h. es handelt sich um ein Übersprechen (crosstalk) von der ersten Leitung mit den Adern 16, 18 auf die zweite Leitung mit den Adern 20, 22 welches zum ersten Ende 38 zurück reflektiert wird. Der am vierten Tor messbare Wellenanteil ist ein sogenannter "crosstalk" am fernen Ende 40 "FEXT" (Far End Crosstalk) d.h. es handelt sich um ein Übersprechen (crosstalk) von der ersten Leitung mit den Adern 16, 18 auf die zweite Leitung mit den Adern 20, 22 welche zum zweiten Ende 40 übertragen wird. Dieser "FEXT" ist ein unerwünschter Effekt, der vermieden werden soll. Dementsprechend verbessert eine Verringerung dieses Wellenanteils "FEXT" am zweiten Ende 40 die Übertragungseigenschaften des Kabels 10.If a shaft is now fed in at the first end 38 at the first gate 42 of the first line with the wires 16, 18, part of the shaft can be measured at the second, third and fourth gates 44, 46, 48. The wave component measurable at the third gate 46 is a transmission. The part of the wave measurable at the second gate 44 is a so-called "crosstalk" at the near end 38 "NEXT" (Near End Crosstalk) i.e. it is a crosstalk from the first line with the wires 16, 18 to the second line with the wires 20, 22 which is reflected back to the first end 38. The shaft component that can be measured at the fourth gate is a so-called "crosstalk" at the far end 40 "FEXT" (Far End Crosstalk) i.e. it is a crosstalk from the first line with the wires 16, 18 to the second line with the wires 20, 22 which is transmitted to the second end 40. This "FEXT" is an undesirable effect that should be avoided. Accordingly, reducing this wave portion "FEXT" at the second end 40 improves the transmission properties of the cable 10.

Um nun zu prüfen, ob die Differenz der relativen Permittivitäten εr(m,n) eine Verbesserung bezüglich des FEXT bringt, wurde mit einem Kabelmodell dieses FEXT für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Sternvierer-Kabel, wie zuvor beschrieben, berechnet. Das Ergebnis ist in Fig. 3 dargestellt. In Fig. 3 bezeichnet 50 eine vertikale Achse, auf der der FEXT in [dB] aufgetragen ist. Mit 52 ist eine horizontale Achse bezeichnet, auf der eine Frequenz f des Eingangssignals am ersten Tor 42 (Fig. 2) in [MHz] aufgetragen ist.In order to check whether the difference in the relative permittivities ε r (m, n) brings an improvement with respect to the FEXT, this FEXT was calculated with a cable model for a star quad cable designed according to the invention, as described above. The result is in Fig. 3 shown. In Fig. 3 50 denotes a vertical axis on which the FEXT is plotted in [dB]. 52 denotes a horizontal axis on which a frequency f of the input signal at the first gate 42 ( Fig. 2 ) is plotted in [MHz].

Ein erster Graph 54 zeigt den Verlauf des FEXT über die Frequenz bei einem herkömmlichen Sternvierer-Kabel, wie er real gemessen wurde.A first graph 54 shows the course of the FEXT over the frequency with a conventional star quad cable, as it was actually measured.

Ein zweiter Graph 56 zeigt den Verlauf des FEXT über die Frequenz bei einem herkömmlichen Sternvierer-Kabel, wie er aus dem Kabelmodell mit k(1) = 0 berechnet wurde. Hierbei wurde bei der Berechnung mittels des Kabelmodells von folgenden Werten für die relativen Permittivitäten εr(m,n) der Dielektrikas 24, 26, 28. 30 ausgegangen: ε r 1,1 = 2.235

Figure imgb0026
ε r 2,1 = 2.240
Figure imgb0027
ε r 1,2 = 2.235
Figure imgb0028
ε r 2,2 = 2.240
Figure imgb0029
A second graph 56 shows the course of the FEXT over the frequency in the case of a conventional star quad cable, as was calculated from the cable model with k (1) = 0. The following values for the relative permittivities ε r (m, n) of the dielectrics 24, 26, 28, 30 were assumed for the calculation using the cable model: ε r 1.1 = 2235
Figure imgb0026
ε r 2.1 = 2240
Figure imgb0027
ε r 1.2 = 2235
Figure imgb0028
ε r 2.2 = 2240
Figure imgb0029

Für die relativen Permittivitäten εr(m,n) der Dielektrikas 24, 26, 28. 30 wurde hierbei von einer Streuung der Werte aufgrund Ungenauigkeiten bei der Herstellung und Einflüsse der Einfärbung der Dielektrika mit einer Abweichung von 5/1000 ausgegangen. Hierbei bestätigt der Verlauf des zweiten Graphen 56 nahe am ersten Graphen 54, dass das Kabelmodell brauchbar ist.For the relative permittivities ε r (m, n) of the dielectrics 24, 26, 28. 30, a spread of the values due to inaccuracies in the manufacture and influences of the coloring of the dielectrics with a deviation of 5/1000 was assumed. The course of the second graph 56 close to the first graph 54 confirms that the cable model is usable.

Ein dritter Graph 58 zeigt den Verlauf des FEXT über die Frequenz bei einem erfindungsgemäßen Sternvierer-Kabel, wie er aus dem Kabelmodell mit k(1) = 0.1 berechnet wurde. Hierbei wurde bei der Berechnung mittels des Kabelmodells von folgenden Werten für die relative Permittivität εr(m,n) der Dielektrikas 24, 26, 28. 30 ausgegangen: ε r 1,1 = 2.235

Figure imgb0030
ε r 2,1 = 2.240
Figure imgb0031
ε r 1,2 = 2.135
Figure imgb0032
ε r 2,2 = 2.140
Figure imgb0033
A third graph 58 shows the course of the FEXT over the frequency in a star quad cable according to the invention, as was calculated from the cable model with k (1) = 0.1. The following values for the relative permittivity ε r (m, n) of the dielectrics 24, 26, 28, 30 were assumed for the calculation using the cable model: ε r 1.1 = 2235
Figure imgb0030
ε r 2.1 = 2240
Figure imgb0031
ε r 1.2 = 2135
Figure imgb0032
ε r 2.2 = 2140
Figure imgb0033

Ein vierter Graph 60 zeigt den Verlauf des FEXT über die Frequenz bei einem erfindungsgemäßen Sternvierer-Kabel, wie er aus dem Kabelmodell mit k(1) = 0.3 berechnet wurde. Hierbei wurde bei der Berechnung mittels des Kabelmodells von folgenden Werten für die relative Permittivität εr(m,n) der Dielektrikas 24, 26, 28. 30 ausgegangen: ε r 1,1 = 2.235

Figure imgb0034
ε r 2,1 = 2.240
Figure imgb0035
ε r 1,2 = 1.935
Figure imgb0036
ε r 2,2 = 1.940
Figure imgb0037
A fourth graph 60 shows the course of the FEXT over the frequency in a star quad cable according to the invention, as was calculated from the cable model with k (1) = 0.3. The following values for the relative permittivity ε r (m, n) of the dielectrics 24, 26, 28, 30 were assumed for the calculation using the cable model: ε r 1.1 = 2235
Figure imgb0034
ε r 2.1 = 2240
Figure imgb0035
ε r 1.2 = 1935
Figure imgb0036
ε r 2.2 = 1940
Figure imgb0037

Ein fünfter Graph 62 zeigt den Verlauf des FEXT über die Frequenz bei einem erfindungsgemäßen Sternvierer-Kabel, wie er aus dem Kabelmodell mit k(1) = 0.5 berechnet wurde. Hierbei wurde bei der Berechnung mittels des Kabelmodells von folgenden Werten für die relative Permittivität εr(m,n) der Dielektrikas 24, 26, 28. 30 ausgegangen: ε r 1,1 = 2.235

Figure imgb0038
ε r 2,1 = 2.240
Figure imgb0039
ε r 1,2 = 1.735
Figure imgb0040
ε r 2,2 = 1.740
Figure imgb0041
A fifth graph 62 shows the course of the FEXT over the frequency in the case of a star quad cable according to the invention, as was calculated from the cable model with k (1) = 0.5. The following values for the relative permittivity ε r (m, n) of the dielectrics 24, 26, 28, 30 were assumed for the calculation using the cable model: ε r 1.1 = 2235
Figure imgb0038
ε r 2.1 = 2240
Figure imgb0039
ε r 1.2 = 1735
Figure imgb0040
ε r 2.2 = 1740
Figure imgb0041

Ein sechster Graph 64 zeigt den Verlauf des FEXT über die Frequenz bei einem erfindungsgemäßen Sternvierer-Kabel, wie er aus dem Kabelmodell mit k(1) = 0.7 berechnet wurde. Hierbei wurde bei der Berechnung mittels des Kabelmodells von folgenden Werten für die relative Permittivität εr(m,n) der Dielektrikas 24, 26, 28. 30 ausgegangen: ε r 1,1 = 2.235

Figure imgb0042
ε r 2,1 = 2.240
Figure imgb0043
ε r 1,2 = 1.535
Figure imgb0044
ε r 2,2 = 1.540
Figure imgb0045
A sixth graph 64 shows the course of the FEXT over the frequency in a star quad cable according to the invention, as was calculated from the cable model with k (1) = 0.7. The following values for the relative permittivity ε r (m, n) of the dielectrics 24, 26, 28, 30 were assumed for the calculation using the cable model: ε r 1.1 = 2235
Figure imgb0042
ε r 2.1 = 2240
Figure imgb0043
ε r 1.2 = 1535
Figure imgb0044
ε r 2.2 = 1540
Figure imgb0045

Ein siebter Graph 66 zeigt den Verlauf des FEXT über die Frequenz bei einem erfindungsgemäßen Sternvierer-Kabel, wie er aus dem Kabelmodell mit k(1) = 0.9 berechnet wurde. Hierbei wurde bei der Berechnung mittels des Kabelmodells von folgenden Werten für die relative Permittivität εr(m,n) der Dielektrikas 24, 26, 28. 30 ausgegangen: ε r 1,1 = 2.235

Figure imgb0046
ε r 2,1 = 2.240
Figure imgb0047
ε r 1,2 = 1.335
Figure imgb0048
ε r 2,2 = 1.340
Figure imgb0049
A seventh graph 66 shows the course of the FEXT over the frequency in a star quad cable according to the invention, as was calculated from the cable model with k (1) = 0.9. The following values for the relative permittivity ε r (m, n) of the dielectrics 24, 26, 28, 30 were assumed for the calculation using the cable model: ε r 1.1 = 2235
Figure imgb0046
ε r 2.1 = 2240
Figure imgb0047
ε r 1.2 = 1335
Figure imgb0048
ε r 2.2 = 1340
Figure imgb0049

Je stärker der nominelle Wert der relativen Permittivität εr(m,n) zwischen den beiden Leitungen voneinander abweicht, desto geringer ist das Übersprechen (FEXT) in die jeweils andere Leitung. Somit kann also in überraschender Weise durch eine Differenz k(s) der relativen Permittivität εr(m,n) der Dielektrika 24, 26, 28. 30 die Übertragungseigenschaft des Kabels 10 verbessert werden, ohne dass hierfür ein zusätzlicher Schirmmantel für jedes einzelne Leiterpaar 16, 18 und 20, 22 notwendig ist.The more the nominal value of the relative permittivity ε r (m, n) deviates from one another between the two lines, the less the crosstalk (FEXT) into the other line. Thus, surprisingly, the transmission property of the cable 10 can be improved by a difference k (s) of the relative permittivity ε r (m, n) of the dielectrics 24, 26, 28, 30 without an additional shield sheath for each individual conductor pair 16, 18 and 20, 22 is necessary.

Fig. 4 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels 10, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen, wie in Fig. 1, bezeichnet sind, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird. In Fig. 4 zeigen unterschiedliche Schraffuren bzw. Füllungen der Dielektrika 24, 26, 28, 30 unterschiedliche Werte für die relative Permittivität εr(m,n). Ein Außenmantel ist in Fig. 4 nicht dargestellt. So ist erkennbar, dass die Dielektrika 24, 26, 28, 30 grundsätzlich mit demselben Wert für die relative Permittivität εr(m,n) ausgebildet sind, jedoch sind die Dielektrika 24 und 26 zweiteilig mit je zwei Werkstoffen mit unterschiedlicher relativer Permittivität εr aufgebaut. Ein erster Werkstoff mit der gleichen relativen Permittivität εr, wie die Dielektrika 28 und 30, ummantelt die Ader 16, 18, jedoch ist zusätzlich ein zweiter Werkstoff 70 mit einem anderen Wert für die relative Permittivität εr radial zwischen der Ader 16, 18 und dem ersten Werkstoff vorgesehen, so dass die Dielektrika 24, 26 effektiv einen anderen Wert für die relative Permittivität εr aufweisen als die Dielektrika 28 und 30. Erster und zweiter dielektrischer Werkstoff sind konzentrisch zueinander und zu den jeweiligen Adern 16, 18 angeordnet. Fig. 4 shows a second preferred embodiment of a cable 10 according to the invention, parts having the same function having the same reference numerals as in FIG Fig. 1 , are referred to, so that to explain them refer to the above description of the Fig. 1 is referred. In Fig. 4 show different hatching or fillings of the dielectrics 24, 26, 28, 30 different values for the relative permittivity ε r (m, n). An outer jacket is in Fig. 4 not shown. It can thus be seen that the dielectrics 24, 26, 28, 30 are basically designed with the same value for the relative permittivity ε r (m, n), but the dielectrics 24 and 26 are in two parts, each with two materials with different relative permittivity ε r built up. A first material with the same relative permittivity ε r as the dielectrics 28 and 30 encases the wire 16, 18, but in addition there is a second material 70 with a different value for the relative permittivity ε r radially between the wire 16, 18 and the first material, so that the dielectrics 24, 26 effectively have a different value for the relative permittivity ε r than the dielectrics 28 and 30. The first and second dielectric materials are arranged concentrically to one another and to the respective wires 16, 18.

Fig. 5 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels 10, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen, wie in Fig. 1 und 4, bezeichnet sind, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 und 4 verwiesen wird. In Fig. 5 zeigen unterschiedliche Schraffuren bzw. Füllungen unterschiedliche Werte für die relative Permittivität εr. Ein Außenmantel ist in Fig. 5 nicht dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Adern 16, 18, 20, 22 mit identischem Dielektrikum umgeben, so dass deren relative Permittivität εr im Wesentlichen identisch ist. Jedoch ist zusätzliche ein jeweiliger Zwischenraum zwischen den Leitern 16/24, 18/26, 20/28 und 22/30 und dem Schirmmantel 14 mit einem weiteren ersten Dielektrikum 72 und einem weiteren zweiten Dielektrikum 74 aufgefüllt, die jeweils von den Dielektrika 24, 26, 28, 30 und auch voneinander andere Werte für die relative Permittivität εr aufweisen. Auf diese Weise unterscheidet sich der effektive Werte für die relative Permittivität εr(m,n) der Leitung mit Adern 16, 18 von demjenigen Wert für die relative Permittivität εr(m,n) der Leitung mit Adern 20, 22. Die Auffüllung mit den weiteren ersten und zweiten Dielektrika 72 und 74 ist derart, dass diese im Querschnitt einen Bereich ausfüllen, der parabelförmig von den jeweils benachbarten Leitern 16/24, 18/26, 20/28 und 22/30 abgegrenzt ist. Auf diese Weise befinden sich die weiteren Dielektrika 72 und 74 genau in Bereichen mit erhöhter Feldliniendichte und haben so eine große Wirkung. Fig. 5 shows a third preferred embodiment of a cable 10 according to the invention, parts having the same function having the same reference numerals as in FIG Fig. 1 and 4 , are referred to, so that to explain them refer to the above description of the Fig. 1 and 4 is referred. In Fig. 5 different hatches or fillings show different values for the relative permittivity ε r . An outer jacket is in Fig. 5 not shown. In this embodiment, the wires 16, 18, 20, 22 are surrounded by an identical dielectric, so that their relative permittivity ε r is essentially identical. However, a respective intermediate space between the conductors 16/24, 18/26, 20/28 and 22/30 and the shield jacket 14 is additionally filled with a further first dielectric 72 and a further second dielectric 74, each of which is provided by the dielectrics 24, 26 , 28, 30 and other values for the relative permittivity ε r . In this way, the effective value for the relative permittivity ε r (m, n) of the line with wires 16, 18 differs from that for the relative permittivity ε r (m, n) of the line with wires 20, 22. The filling with the further first and second dielectrics 72 and 74 is such that in cross-section they fill an area which is parabolic from the respectively adjacent conductors 16/24, 18/26, 20/28 and 22/30 is delimited. In this way, the other dielectrics 72 and 74 are located precisely in areas with an increased field line density and thus have a great effect.

Fig. 6 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels 10, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen, wie in Fig. 1, 4 und 5, bezeichnet sind, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1, 4 und 5 verwiesen wird. In Fig. 6 zeigen unterschiedliche Schraffuren bzw. Füllungen unterschiedliche Werte für die relative Permittivität εr. Ein Außenmantel ist in Fig. 6 nicht dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Adern 16, 18, 20, 22 mit identischem Dielektrikum 24, 26, 28, 30 umgeben, so dass deren relative Permittivität εr im Wesentlichen identisch ist. Die zusätzlichen Dielektrika 72 und 74 sind an der Innenseite des Schirmmantels 14 angeordnet und zwar jeweils derart, dass diese sich jeweils zwischen einem Dielektrikum 24, 26, 28, 30 der Adern 16, 18, 20, 22 und dem Schirmmantel 14 befinden. Auf diese Weise unterscheidet sich der effektive Werte für die relative Permittivität εr(m,n) der Leitung mit Adern 16, 18 von demjenigen Wert für die relative Permittivität εr(m,n) der Leitung mit Adern 20, 22. Fig. 6 shows a fourth preferred embodiment of a cable 10 according to the invention, parts with the same function having the same reference numerals as in FIG Fig. 1 . 4 and 5 , are referred to, so that to explain them refer to the above description of the Fig. 1 . 4 and 5 is referred. In Fig. 6 different hatches or fillings show different values for the relative permittivity ε r . An outer jacket is in Fig. 6 not shown. In this embodiment, the wires 16, 18, 20, 22 are surrounded by an identical dielectric 24, 26, 28, 30, so that their relative permittivity ε r is essentially identical. The additional dielectrics 72 and 74 are arranged on the inside of the shielding jacket 14 and in each case in such a way that they are each located between a dielectric 24, 26, 28, 30 of the wires 16, 18, 20, 22 and the shielding jacket 14. In this way, the effective value for the relative permittivity ε r (m, n) of the line with wires 16, 18 differs from that for the relative permittivity ε r (m, n) of the line with wires 20, 22.

Fig. 7 zeigt eine fünfte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels 10, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen, wie in Fig. 1, 4, 5 und 6, bezeichnet sind, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1, 4, 5 und 6 verwiesen wird. In Fig. 7 zeigen unterschiedliche Schraffuren bzw. Füllungen unterschiedliche Werte für die relative Permittivität εr. Ein Außenmantel ist in Fig. 7 nicht dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Adern 16, 18, 20, 22 mit identischem Dielektrikum 24, 26, 28, 30 umgeben, so dass deren relative Permittivität εr im Wesentlichen identisch ist. Die zusätzlichen Dielektrika 72 und 74 sind an der Innenseite des Schirmmantels 14 angeordnet und zwar jeweils derart, dass diese sich jeweils zwischen einem Dielektrikum 24, 26, 28, 30 der Adern 16, 18, 20, 22 und dem Schirmmantel 14 befinden. Im Unterschied zur vierten Ausführungsform gemäß Fig. 6 sind die zusätzlichen Dielektrika 72 und 74 schichtförmig mit dem weiteren Dielektrikum 70 aufgebaut. Auf diese Weise unterscheidet sich der effektive Werte für die relative Permittivität εr(m,n) der Leitung mit Adern 16, 18 von demjenigen Wert für die relative Permittivität εr(m,n) der Leitung mit Adern 20, 22. Fig. 7 shows a fifth preferred embodiment of a cable 10 according to the invention, parts having the same function having the same reference numerals as in FIG Fig. 1 . 4 . 5 and 6 , are referred to, so that to explain them refer to the above description of the Fig. 1 . 4 . 5 and 6 is referred. In Fig. 7 different hatches or fillings show different values for the relative permittivity ε r . An outer jacket is in Fig. 7 not shown. In this embodiment, the wires 16, 18, 20, 22 are surrounded by an identical dielectric 24, 26, 28, 30, so that their relative permittivity ε r is essentially identical. The additional dielectrics 72 and 74 are arranged on the inside of the shielding jacket 14 and in each case in such a way that they are each located between a dielectric 24, 26, 28, 30 of the wires 16, 18, 20, 22 and the shielding jacket 14. In contrast to the fourth embodiment according to Fig. 6 the additional dielectrics 72 and 74 are built up in layers with the further dielectric 70. In this way, the effective value for the relative permittivity ε r (m, n) of the line with wires 16, 18 differs from that for the relative permittivity ε r (m, n) of the line with wires 20, 22.

Fig. 8 zeigt eine sechste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels 10, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen, wie in Fig. 1, 4, 5, 6 und 7, bezeichnet sind, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1, 4, 5, 6 und 7 verwiesen wird. In Fig. 8 zeigen unterschiedliche Schraffuren bzw. Füllungen unterschiedliche Werte für die relative Permittivität εr. Ein Außenmantel ist in Fig. 8 nicht dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Adern 16, 18, 20, 22 ausschließlich mit dem weiteren Dielektrikum 72 bis 74 umgeben und das Dielektrikum 72, 74 erstreckt sich jeweils analog zur zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 4 von den Adern 16, 18, 20, 22 bis zum Schirmmantel 14 und füllt dabei jeweils einen im Querschnitt parabelförmig abgegrenzten Raum aus. Auf diese Weise unterscheidet sich der effektive Werte für die relative Permittivität εr(m,n) der Leitung mit Adern 16, 18 von demjenigen Wert für die relative Permittivität εr(m,n) der Leitung mit Adern 20, 22 und die Dielektrika 72, 74 füllen genau denjenigen Raum innerhalb des Schirmmantels 14, in dem die höchste Feldliniendichte auftritt. Fig. 8 shows a sixth preferred embodiment of a cable 10 according to the invention, parts having the same function having the same reference numerals as in FIG Fig. 1 . 4 . 5 . 6 and 7 , are referred to, so that to explain them refer to the above description of the Fig. 1 . 4 . 5 . 6 and 7 is referred. In Fig. 8 different hatches or fillings show different values for the relative permittivity ε r . An outer jacket is in Fig. 8 not shown. In this embodiment, the wires 16, 18, 20, 22 are exclusively surrounded by the further dielectric 72 to 74 and the dielectric 72, 74 extends in each case analogously to the second embodiment in accordance with Fig. 4 from the wires 16, 18, 20, 22 to the shield jacket 14 and in each case fills a space which is delimited with a parabolic cross section. In this way, the effective values for the relative permittivity ε r (m, n) of the line with wires 16, 18 differ from that for the relative permittivity ε r (m, n) of the line with wires 20, 22 and the dielectrics 72, 74 fill exactly that space within the shield jacket 14 in which the highest field line density occurs.

Claims (11)

  1. Cable (10) for transmitting electrical signals with an outer sheath (12) made of an electrically insulating material and at least N lines n with N ≥ 2 and N
    Figure imgb0060
    which are arranged within the outer sheath (12), wherein each line n with n ∈ [1,N] comprises a total of M wires (16, 18, 20, 22) made of an electrically conductive material with M ≥ 1 and M ,
    Figure imgb0061
    wherein the wire m (16, 18, 20, 22) with m ∈ [1,M], m
    Figure imgb0062
    of the line n with n ∈ [1,N], n
    Figure imgb0063
    is surrounded by a dielectric (24, 26, 28, 30) with a predetermined value for the relative permittivity εr(m,n) > 1, wherein for each line n the value for the relative permittivity of the dielectric (24, 26, 28, 30) of the wires (16, 18, 20, 22) of this line n is identical, except for deviations resulting from the manufacturing process, so that εr(p,n) = εr(p+q,n), wherein q ∈ [1,M - p], q ,
    Figure imgb0064
    p ∈ [1,M - 1], p ,
    Figure imgb0065
    wherein, for at least two different lines n = j and n = j and n = (j+s): εr(m,j) = εr (m,j+s) - k(s) with m ∈ [1,M], m ,
    Figure imgb0066
    j ∈ [1,N - 1], j ,
    Figure imgb0067
    s ∈ [1,N - j], s ,
    Figure imgb0068
    wherein k s
    Figure imgb0069
    and k(s) ∈ [-2,0,-0.01] and k(s) ∈ [0.01,2.0],
    characterised in that the cable (10) is a star quad cable with M = 2 and N = 2, wherein the four wires (16, 18, 20, 22) of the two lines are twisted with one another in a cruciform manner.
  2. Cable (10) according to claim 1, characterised in that the dielectric (24, 26, 28, 30) of the wires (16, 18, 20, 22) of at least one line is made of the material polypropylene (PP) and the dielectric (24, 26, 28, 30) of the wires (16, 18, 20, 22) of at least one other line is made of the material polyethylene (PE).
  3. Cable (10) according to claim 1 or 2, characterised in that the dielectric (24, 26, 28, 30) of the wires (16, 18, 20, 22) of at least one line is structured as a concentric layered structure of two or more dielectric materials (70) with different values for the relative permittivity εr.
  4. Cable (10) according to one of the preceding claims, characterised in that in the case of the wires (16, 18, 20, 22) of at least one line a space between the wires (16, 18, 20, 22) of this line and the outer sheath (12) facing the wires (16, 18, 20, 22) of this line is filled with a dielectric material (72, 74) which has a different value for the relative permittivity εr than the dielectric (24, 26, 28, 30) surrounding the wires (16, 18, 20, 22) of this line.
  5. Cable (10) according to one of the preceding claims, characterised in that a coating with an additional dielectric (70, 72, 74) is provided on an inner side of the outer sheath (12) which faces the wires (16, 18, 20, 22) of a line, said coating having a different value for the relative permittivity εr than the dielectric (24, 26, 28, 30) surrounding the wires (16, 18, 20, 22) of this line.
  6. Cable (10) according to claim 5, characterised in that the additional dielectric is structured as a sequence of layers of dielectric materials (70, 72, 74) with in each case different values for the relative permittivity εr.
  7. Cable (10) according to one of the preceding claims, characterised in that the dielectric (24, 26, 28, 30) of at least one wire (16, 18, 20, 22) is arranged in a space between the wire (16, 18, 20, 22) and the outer sheath (12) such that, within the cross section of the cable (10), this space is delimited parabolically from the adjacant wires (16, 18, 20, 22).
  8. Cable (10) according to one of the preceding claims, characterised in that k ∈ [-u,-w] and k ∈ [w,u], where w = 0.01, 0.03, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4 or 1.6 and u = 0.03, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6 or 1.8 and lwl<lu|.
  9. Cable (10) according to one of the preceding claims, characterised in that, in addition, a shield sheath (14) made of an electrically conductive material is provided within which the lines are arranged.
  10. Cable (10) according to claim 9, characterised in that the shield sheath (14) is arranged radially outside of or within the outer sheath (12).
  11. Cable (10) according to claim 9, characterised in that the shield sheath (14) is integrated in the outer sheath (12).
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