NL8000368A - Coaxiale kabel van de soort met fase-stabilisatie. - Google Patents

Description

*

Coaxiale kabel van de soort met fase-stabilisatie

De uitvinding heeft betrekking op een coaxiale kabel met lucht als dielektrikum waarin variaties wat de fase-eigenschappen die het gevolg zijn van variaties in de omgevingstemperatuur, tot een minimum zijn teruggebracht.

5 Van recente datum zijn waamemingsstelsels waarin een grote antenne wordt geformeerd door met behulp van coaxiale kabels een aantal antenne-elementen met elkaar te verbinden die vrij van elkaar staan op de grond, welke waamemingsstelsels worden gebruikt voor bijzondere doeleinden, zoals voor radio-astronomie, teneinde radio-30 golven uit de ruimte op te vangen bijvoorbeeld. Ih.dergelijke stelsels wordt de ontvangst van signalen gedurende een lange waarnemings-periode uitgevoerd, bijvoorbeeld gedurende een aantal maanden, waardoor het een vereiste is dat de elektrische lengte van het stelsel constant is. Om aan dit vereiste tegemoet te komen is wel gebruik 35 gemaakt van een techniek voor het op een constante temperatuur houden van het gehele stelsel, of van een techniek voor het verschaffen van een faseregelinrichting om zo compensatie te vinden voor variaties van de elektrische lengte van het stelsel die het gevolg zijn van variaties van de omgevingstemperatuur in het stelsel. Echter vertonen 2o deze technieken het nadeel dat zij kostbaar zijn wat betreft de ten uitvoerlegging en dat het moeilijk is met deze technieken de omgevingstemperatuur op bevredigende wijze te controleren.

Het is dus een doel van de uitvinding een coaxiale kabel van de soort die fase-stabilisatie verschaft, voor een dergelijk an-25 tenne-stelsel als hierboven is beschreven, te leveren welke kabel volgens de uitvinding een constructie heeft die gericht is op een aanzienlijke reductie van fase-variaties als gevolg van temperatuur-variaties waardoor ingewikkelde handelingen zoals temperatuurregeling en faseregeling zoals hiervoor beschreven, achterwege kunnen blijven.

30 De uitvinding verschaft een coaxiale kabel met lucht als 8000368 2 dielektrikum, bestaan uit een binnengeleide!·, een buitengeleider en een isolator die is aangebracht tussen de binnengeleider en de buitengeleider, waarbij spatie-factor van de isolator binnen nauwe grenzen valt die zijn bepaald uit de grootte van de doorsnede van de 5 binnengeleider, respectievelijk van de buitengeleider, de elastici- teitsmodulus van het materiaal waaruit de binnengeleider en de buitengeleider zijn gevormd, de lineaire uitzettingscoefficienten van het materiaal van de binnengeleider en de buitengeleider, de buitendiameter en de binnendiameter van respectievelijk de binnengeleider 10 en de buitengeleider, en de dielektrische constante van de isolator.

De isolator wordt bij voorkeur geformeerd door een op de buitenkant van de binnengeleider aangebrachte schroeflijnvormige ribbe te lassen aan een buitenpijp van hetzelfde materiaal welke pijp de schroeflijnvormige ribbe bedekt. De buitengeleider is aangebracht op de 15 buitenwand van de buitenpijp op zodanige wijze dat de binnenwand van de buitengeleider in nauw contact is met de buitenwand van de buiten-pijP·

Het hiervoor genoemde doel, alsmede andere doelen en eigenschappen van de kabel volgens de uitvinding zullen blijken uit de 2q hierna volgende beschrijving in bijzonderheden die verwijst naar een tekening.

Fig. 1 is een aanzicht van een dwarsdoorsnede van een voorkeursuitvoering van een coaxiale kabel volgens de uitvinding.

Fig. 2 is een grafische voorstelling waaruit de betrekkingen 25 blijken die bestaan tussen een fasetemperatuurcoefficient k^ en de temperatuur T met de spatie-factor R als variabele.

Eerst zal een beschrijving worden gegeven van het principe van fase-stabilisatie volgens de uitvinding.

De fase-temperatuurcoefficient k^ van de coaxiale kabel 2o met een lengte 1 is de som van de temperatuurcoefficient van een faseconstante en de temperatuurcoefficient van een eind kabel zoals blijkt uit de volgende vergelijking in: , Λ _ jjajbi _ 1 ^ 4.1 ei /1 \ t ui

In het algemeen is de warmte-uitzettingscoefficient van 25 een isolator groter dan die van een elektrische geleider. De eerste 8000368 5 3 term aan de rechter kant van vergelijking 1, de temperatuurcoeffi-cient van de faseconstante, is voor isolatoren ongeveer half zo groot als de temperatuurcoefficient van de effectieve dielektrische constante. In het geval van een coaxiale kabel waarin lucht als di-5 elektrikum, kan de eerste term worden berekend met de volgende vergelijking 2: 1 £v- 1 "C>& £ *bT 2 Z -ΌΤ ^ R n J\ C 1^2^21 10 2 naU0-i)i£0 Ïi ( '£„>{0- dt + a2 l waarin R de spatie-factor van de isolator is, £- q de intrinsieke dielektrische constante van het isolatormateriaal, de lineaire uitzettingscoefficient daarvan en o< ^ en oig de lineaire uitzettings-coefficienten zijn van de binnengeleider, respectievelijk de buiten-15 geleider.

Het is aan de vakman bekend dat de tweede term aan de rechter kant van vergelijking 1 kan worden voorgesteld door de volgende vergelijking 3 in het geval dat de binnengeleider en de buitengeleider star bevestigd zijn aan de isolator: 20 121- 51E1 *1 * S2E2 2 (3) 1 9T S1E1 + S2E2 waarin en S2 respectievelijk de grootte voorstellen van de dwarsdoorsnede van de binnengeleider en de buitengeleider, en E2 de respectieve elasticiteitsmoduli zijn van de materialen van de bin-25 nengeleider en de buitengeleider, en oi. 1 en <λ, 2 de lineaire uitzettingscoefficienten zijn van de binnengeleider en de buitengeleider.

Uit de vergelijkingen 1 tot en met 3 volgt dan voor de fase-temperatuurcoefficient van de coaxiale kabel met lucht als di- 30 elektrikum: d < +d <* λ k -* ( 1 + h „1 w<< 1^1 2 2,1 ^ 2X 1+H( £ 0-1) 1 £ 0 ( £qH 0 d,dg S1E1 * 1 * S2E2 * 2 .

S1E1 + S2E2 35 8000368 k

Uit deze vergelijking is duidelijk dat een coaxiale kabel van de soort met fase-stabilisatie kan worden verwezenlijkt door de spatie-factor R van de isolator zo te kiezen dat de fasetemperatuur-coefficient kdie door vergelijking U wordt gegeven, nul is. Aan-5 gezien echter de dielektrische constante <£ n van het elektrisch isolerende materiaal en de temperatuurcoefficient £ 0 daarvan in het algemeen functies zijn van de temperatuur T,^is êet noodzakelijk de spatiefactor R van de isolator te kiezen op voorwaarde dat deze met betrekking tot de gebruikstewperatuur op andere wijze te 10 voren zijn bepaald.

In de vergelijking k is k(b praktisch gesproken nagenoeg gelijk aan nul om de volgende reden. De temperatuurcoefficient i *ε0 £,q —jjj— van de dielektrische constante van het isolatiemateriaal is negatief in het gebied van - 50 tot + 100°C waarin het gewoonlijk 15 wordt gebruikt, waarbij de absolute waarde van de temperatuurcoefficient enigszins groter is dan de lineaire uitzettingscoefficient q (die een orde van grootte groter is dan en oC^). In het algemeen is daarom de eerste term aan de rechter kant van vergelijking 4 negatief. Daarentegen is de tweede term aan de rechter kant 20 van vergelijking U positief aangezien de lineaire uitzettingscoefficient van een metaal in het algemeen positief is. De fase-temperatuur-coefficient k£a in vergelijking U kan dus nul worden gemaakt door op geschikte wijze de waarde te kiezen van de spatie-factor van de isolator.

25 J Voorts kunnen in het algemeen deze factoren in vergelijking k geheel onafhankelijk van de impedantie van een kabel worden vastgesteld. De impedantie die wordt gegeven door de volgende vergelijking 5, kan dus worden gesteld op een bepaalde waarde door de kabel zo te ontwerpen dat de verhouding van de binnendiameter d„ van de ΟΛ J buitengeleider tot de buitendiameter d^ van de binnengeleider een geschikte waarde heeft: 60 ^2 z0 = ft la (5)

De uitvinding verschaft een coaxiale kabel van de soort met OC ....

fase-stabilisatie volgens het hierboven beschreven principe waarbij 8000368 5 de spatie-factor van de isolator zo is ingesteld dat onder de voorwaarde dat het materiaal van de kabel, de transmissie-eigen- schappen van de kabel, in het bijzonder de dempingsconstante en de karakteristieke impedantie, en de omgevingstemperatuur van de kabel bij gebruik zijn gespecificeerd, de absolute waarde van de fase- -6 o temperatuurcoefficient niet meer bedraagt dan 5 x 10’ / C.

De fasetemperatuurcoefficient die wordt gegeven door vergelijking H, kan positief zijn of anders negatief. De voorwaarde waaronder de spatie-factor van de isolator die de absolute waarde -6 o van de fasetemperatuurcoefficient niet meer dan 5 x 10 /c laten bedragen, kunnen dus worden voorgesteld door de volgende vergelijking 6:

Rmin ^ R ^ Rmax (6) waarin: 1 *£o J,L λ d, J_ k i\+£o £o aT+lfoMV*! uCdt/d,) J " 2 , '*(«,/<,i(S,EJSE,) S HCS,E,|S,E,)- 1 «· „ 1 , u&faXw)]

Rmax’’ ° 2 Sx,<rf« '< 8000368 6 waarin: S^: de grootte van het oppervlak van de dwarsdoorsnede van de hinnengeleider,

Sgi de grootte van het oppervlak van de dwarsdoorsnede van 5 de buitengeleider, E.j: de elasticiteitsmodulus van het materiaal van de binnen- geleider, E2: de elasticiteitsmodulus van het materiaal van de buitengeleider , 10 ©C i: de lineaire uitzettingscoefficient van het materiaal van de hinnengeleider, 2: l^nea^re uitzettingscoefficient van het materiaal van de buitengeleider, d^: de buitendiameter van de hinnengeleider, 15 dg: de binnendiameter van de buitengeleider, de dielektrische constante van de isolator, en T : de omgevingstemperatuur is.

Vervolgens zal met verwijzing naar fig. 1 en fig. 2 een bepaald voorbeeld van een coaxiale kabel volgens de uitvinding worden 20 beschreven. De coaxiale kabel die in fig. 1 is getekend, heeft een hinnengeleider 1 die bij voorkeur bestaat uit een zachte aluminium draad met een buitendiameter van 8,0 mm, en een buitengeleider 3 die bestaat uit een zachte aluminium pijp met een binnendiameter van 19,5 mm. De hinnengeleider 1 en de buitengeleider 3 worden coaxiaal 25 ondersteund door een isolator die op de volgende wijze is verkregen. Een schroeflijnvormige ribbe 2 wordt geformeerd op de hinnengeleider 1 door direkte extrusie van polyetheen en de schroeflijnvormige ribbe 2 wordt op een buitenpijp 2· van polyetheen gelast. De volgende tabel A geeft de gegevens van de materialen die werden gebruikt 30 voor het vervaardigen van de coaxiale kabel.

8000368 τ

Tabel A

Lineaire uitzettingscoeffi- Temperatuurcoefficient _cient____________ isolator ,c j.

- , . .. . \ / _ o n ιη4.0Λ 1 0 * -2,8x10“7°C

5 (polyethyleen = 2,0 x 10 / C £ binnengelei- der (aluminium- 10 draad) = 2,3 1cf5/°C - buitengelei der (aluminium- ,5 pijp) o<2 = 2,3 1(T5/0C -

Fig. 2 toont de temperatuur-eigenschappen van de fase-tem-peratuurcoefficient k^a van coaxiale kabels met een impedantie van 50 ohm die werden vervaardigd met de materialen die in tabel A zijn 20 genoemd, waarbij verschillende waarden van de spatie-factor R golden. Zoals uit fig. 2 blijkt wordt de fase-temperatuurcoefficient niet nul wanneer de spatie-factor gelijk is aan 0,115. Echter blijft de f asetemperatuurcoefficient beneden 5 x 10~^/°C in een temperatuur-gebied van 15 tot 55°C. Indien de spatie-factor tussen 0,13 en 0,1^ 25 ligt nadert de fase-temperatuurcoefficient nul bij twee waarden van de temperatuur, namelijk bij ongeveer 15°C en bij ongeveer 50°C.

In beide gevallen is de waarde van de fase-temperatuurcoefficient lager dan 5 x 10~^/°C over een breed temperatuurgebied van meer dan 50°C. De door getrokken lijnen in de fig. 2 voorgestelde krommen 30 stellen voor de betrekking tussen de fase-temperatuurcoefficient en de temperatuur in de coaxiale kabels waarvan de tussen de isolatoren bepaalde inwendige ruimte in verbinding staat met een atmosfeer met een relatieve vochtigheid van 60°. Daarentegen laat de door een stippellijn in fig. 2 voorgestelde kromme de betrekking zien in een 35 coaxiale kabel met een spatie-factor 0,13 waarbij in de gesloten 8000368 8 ruimte gedroogde lucht aanwezig is "bij een absolute druk van 1,5 kg/cm bij de temperatuur van 15 C. In dit geval is de fase-temperatuur-coefficient lager omdat de vochtigheid en de gasdruk constant kunnen worden gehouden en kan een nog stabielere coaxiale kabel worden verkregen. Als voorwaarde voor een absolute waarde van de fase-temperatuurcoefficient van minder dan 5 x 10”^/°c dient de spatie-factor die uit de hierboven beschreven vergelijkingen wordt afgeleid, te liggen tussen 0,10 en 0,16.

Aldus kunnen de fase-temperatuurvariatie en het stabiele temperatuurbereik fijn geregeld worden door de spatie-factor van de isolator bij te stellen. Het spreekt vanzelf dat geheel overeenkomstige resultaten worden verkregen met coaxiale kabels van 75 ohm.

In de hierboven beschreven coaxiale kabel heeft de isolator een constructie die werd verkregen door direkte extrusie en blijft ^ in de schroeflijnvormige ribbe dus geen inwendige spanning bestaan.

De schroeflijnvormige ribbe is op de buitenpijp gelast en de buitenwand van de buitenpijp is in nauw contact met de binnenwand van de als een pijp gevormde buitengeleider. Daarom blijft de constructie van de coaxiale kabel onveranderd zelfs bij wijziging van de omgevings-20 temperatuur. Voorts kan het aan de binnenwand van de buitengeleider kleven van de buitenwand van de buitenpijp de warmtestabiliteit van de coaxiale kabel aanzienlijk verbeteren. Bovendien wordt de constructie van de coaxiale kabel voor een coaxiale kabel waarin gedroogd gas is opgesloten, stabiel gehouden tegen de druk van het 2(. gas zelfs indien de gasdruk wordt gevarieerd.

800 0 3 68

Claims (3)

1. Cs^/δ,Ε,) en waarin: * * ‘ : de grootte van het oppervlak van de dwarsdoorsnede 20 van de binnengeleider, Sg! de grootte van het oppervlak van de dwarsdoorsnede van de buitengeleider, E^: de elasticiteitsmodulus van het materiaal van de binnengeleider ,

25 E^: de elasticiteitsmodulus van het materiaal van de buiten geleider , : de lineaire uitzettingscoefficient van het materiaal van de binnengeleider, de lineaire uitzettingscoefficient van het materiaal 30 van de buitengeleider, d^: de buitendiameter van de binnengeleider, dgi de binnendiameter van de buitengeleider, £.q.· de dielektrische constante van de isolator, en T : de omgevingstemperatuur is.

1. Coaxiale kabel met lucht als dielektrikum, omvattende een binnengeleider, een buitengeleider, en een isolator die is aangebracht tussen de binnengeleider en de buitengeleider, met het 5 kenmerk, dat de spatie-factor R van de isolator zodanig is dat: Rmin R Rmax _i_ , . +£» f. aï ( ε,Η» ~ ^ 1 ♦ c<*x /«*.) * Rmh. " 2 . .i /'WA'.) ' 1 * CS&IW en 15 _L (c Λ Ê1 e iT ^ °~ 1 1 Rim'1·'·» , 1 * J bXlU + *« / t \

2. Coaxiale kabel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 8000368 de isolator is geformeerd door een schroeflijnvormige rihbe die zich bevindt op de buitenwand van de binnengeleider, te lassen op een buitenpijp die de schroeflijnvormige ribbe bedekt, waarbij de schroeflijnvormige ribbe en de buitenpijp zijn gemaakt van een kunst-5 hars, en de buitengeleider is aangebracht op de buitenwand van de buitenpijp op zodanige wijze dat de binnenwand van de buitengeleider in nauw contact is met de buitenwand van de buitenpijp.

3. Coaxiale kabel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de buitengeleider een metalen pijp is met een gladde binnenwand 10 waarbij de gladde binnenwand van de buitengeleider is gekleefd op de buitenwand van de buitenpijp van de isolator om zo een geheel te vormen. H. Coaxiale kabel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de binnengeleider en de buitengeleider bestaan uit aluminium en 15 de isolator polyetheen is. 8000368