NO874327L - Boeybar transmisjonskabel. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører transmisjonskabler og særlig bøybare transmisjonslinjer for tverrgående elektromagnetisk modus.

Mange eksisterende høyfrekvensanvendelser er kritiske hva angår stabiliteten for signalbanedempningen, signalbanens faselengde og signalbanens returtap. En komponent som ofte finnes i signalbanen, og en som er velkjent for å være en hovedbidragsyter til signalbaneustabiliteter, er den fleksible transmisjonslinjen med tverrgående elektromagnetisk modus (TEM), hvilken ofte utsettes for bøyning under bruk. Denne bøyning vil oftest også påføre vridningsmomentkrefter på transmisjonslinjen, ved at en ende av linjen forflyttes rotasjonsmessig fra den motsatte enden av linjen, hvilket bevirker vridning av transmisjonslinjen. Ettersom slike transmisjonslinjer ofte håndteres under bruk, blir de dessuten ofte utsatt for uhellsmessig knusning.

TEM transmisjonslinjer har koaksial geometri. De består av en midtleder som konsentrisk er omgitt av et dielektrisk medium, en eller flere tubulære ytre ledere, og en isolerende ytre kappe. Linjen avsluttes av to koaksialkoblingsorganer som tillater linjen å bli tilkoblet utstyr med tilpassede motstykkekoblingsorganer.

Kombinasjonen av den koaksiale geometrien på linjen og dens fysiske begrensning ved begge ender via de tilkoblede koaksialkoblingsorganene betyr at når linjen bøyes, slik som under bøyning, vil de fysiske banelengder innenfor linjen måtte endre seg. I særdeleshet må banelengden for den tubulære ytre lederen øke på utsiden av bøyen, og må minske på innsiden av bøyen. Dette skyldes en forskjell i bøye-radiuser for hver bane, idet nevnte forskjell bestemmes av kabeldiameteren, og koblingsorganbegrensningen, hvilket resulterer i en forlengelseskraft som påføres den tubulære ytre lederen på utsiden av bøyen, og en kompresjonskraft som påføres bøyens innside. I mindre grad blir det dielektriske medium og senterlederen likeledes forvrengt. Disse banelengdeendringer forstørres med avtagende bøyeradiuser , og, ved et visst punkt, vil svikt i den tubulære ytre lederen opptre på grunn av de påkjenninger som er involvert, hvilket ganske ofte skader likeledes det dielektriske medium.

Dreiemomentkreftene som påføres linjen vrir den ytre lederen, hvorved i realiteten dens fysiske banelengde endres. Hvis vridningen er alvorlig nok, blir det diametrale forhold mellom den ytre lederen og midtlederen endret og/eller det konsentriske forhold mellom midtlederen, det dielektriske medium og den tubulære ytre lederen forstyrres. Hvis knusningskrefter påføres linjen, vil ikke-konsentrisitet bli resultatet.

Generelt vil endog mindre fysiske banelengdeendringer, endringer av konsentrisitet, endringer i diametralt forhold, eller forvrengninger av et hvilket som helst enkelt element i TEM transmisjonslinjen bevirke de elektriske karakteristika for faselengde, dempning, og returtap til å endre seg. Dette har liten eller ingen konsekvens ved de fleste mikrobølgean-vendelser hvor TEM transmisjonslinjen bøyes for dirigering, men ikke bøyes under bruk. I disse tilfeller er endringen i elektriske karakteristika vanligvis liten. Dessuten blir systemer som er kritiske for slike små endringer vanligvis konstruert slik at resultatene av slike endringer oppheves via Justering, og ettersom linjen forblir fast i stilling, er nettoendringen null.

En TEM transmisjonslinje som utsettes for bøyning under bruk byr imidlertid på et helt annet problem. Ettersom den utsettes for bøyning og vridningsmoment på et nærmest uendelig antall av radiuser, bøyeplan og sammensatte bøye-plan, er endringer hva angår elektrisk ytelse av en dynamisk natur og kan ikke forutsies i omfang. I testutstyranvendel-ser kan dette i særdeleshet by på et alvorlig problem. Dette utstyr settes til en nullreferanse med TEM transmisjonslinjer i en fast stilling. Når kablene bøyes under bevegelsen som er nødvendig for å koble dem til gjenstanden som skal testes, vil dynamiske endringer i elektrisk ytelse opptre, hvor til en viss grad referansen forskyves fra null og introduserer ikke-forutsigbare feil i de utførte målinger. Denne tilstand betegnes vanligvis som en transmisjonslinjeustabilitetsfeil. Det er velkjent innenfor teknikken at graden av ustabilitet øker med avtagende bøyeradius og med økende dreiemomentkrefter. Det er også kjent at den nyttige levetiden for transmisjonslinjen minsker ettersom bøyeradiusen minskes og mengden av vridning (dreiemoment) økes. Der er i realiteten en bøyeradius og/eller en vinkelmessig forskyvning på grunn av vridning som permanent vil degradere eller eventuelt ødelegge de elektriske ytelseskarakteristika for en hvilken som helst koaksial-transmisjonslinje for mikrobølger. Knusning er selvfølgelig katastrofemessig av natur.

På grunn av disse betraktninger har det vært vanlig i anvendelser som krever bøyning å forsøke å begrense omfanget av transmisjonslinjens ustabilitet, og å utvide den brukbare levetid, ved å spesifisere den tillatte bøyningsradius, dreiemomentkreftene og knusningskreftene. I praksis kan imidlertid slike spesifikasjoner ikke håndheves. Streng tilknytning til nevnte spesifikasjoner blir unntagelsen i stedet for regelen, ettersom endog dersom bevisste anstreng-elser foretas for å knytte seg til slike spesifikasjoner, kan en enkelt feiltagelse (kanskje ikke engang merket) fysisk endre transmisjonslinjen i den utstrekning at dens stabilitet blir betydelig mindre enn det som kreves, og den nyttige levetid for transmisjonslinjen reduseres eller avsluttes. Dette er et resultat av de naturlige fysiske karaksteristika for de fleste transmisjonslinjer, hvilke tillater dem lett å bøyes til en radius som er strammere enn spesifisert, å bli vridd (utsatt for dreiemoment) i en uønsket grad, eller lett å bli knust. Endog uvanlig tilveiebringelse av omhyggelighet kan ikke utelukke at dette skjer. Forsøk på å rette på dette problem har tidligere resultert i enten meget fjærende eller bøybare, men ikke fleksible, linjer som fortsatt kan ødeleg-ges relativt lett.

Den foreliggende oppfinnelse søker å overvinne denne situa-sjon ved å anvende eksterne mekaniske midler for å begrense den tillatelige grad av fysisk manipulering som transmisjonslinjen kan erfare. Dette skjer ved å begrense bøyeradiusen til en minimumsverdi, idet nevnte verdi dikteres av de attributter hos mikrobølge koaksial-transmisjonslinjen som anvendes og kravene for anvendelsen, idet dreiemomentkreftene som påføres mikrobølgekoaksial-transmisjonslinjen minimali-seres, idet den ikke tillates å bli vridd for meget, og hvor knusningsmotstanden for transmisjonslinjen tilveiebringes. Som følge derav kan vedvarende elektrisk stabilitet og lengre fruktbar levetid oppnås samtidig som der opprettholdes en høy grad av fleksibilitet når den er bøyd til en hvilken som helst radius som er større enn den minimumsbegrensede radius.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det tilveie-bragt en bøybar transmisjonskabel for tverrgående elektro-magnetiske modus, omfattende en mikrobølgekoaksial-transmi-sjonlinje, et bøybart, knusnings-motstandsdyktig spiralviklet metallisk armeringshylster som har sammenlåsende kantpartier som inneholder et spor ved forbindelsen der-imellom, hvor nevnte mikrobølgekoaksial-transmisjonslinje er kledd, en metallisk tråd med en diameter valgt til å samvirke med armeringshylsteret ved styringen av bøyningen for kabelen når skrueviklet inn i sporet ved sammenføyningen for armer-ingen, en vevet omvikling med høy strekkstyrke som omgir armeringshylsteret og tråden, en isolerende kappe som omgir nevnte flettede omvikling, et deformasjonsavlastningsrør som omgir og er festet til den isolerende kappen ved hver ende av kabelen, og en koblingsorganende for festing av koblingsorganer for mikrobølgetransmisjonslinjen til nevnte deforma-sjonsavlastningsrør og mikrobølgetransmisjonslinjen ved hver ende av kabelen, for å sammenføye transmisjonskabelen med en transmisjonsmottagende anordning.

Oppfinnelsen skal nå særlig beskrives i eksempels form med henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 viser et delvis bortkuttet sideriss av en TEM kabel i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 viser bøynings-radiusstyrelaget for TEM kabelen som er bøyd til en bestemt minimumsradius.

I fig. 1 ser man at transmisjonskabelen omfatter et knus-ningsmotstandsdyktig armeringshylster 1 som er laget av en spiralviklet, formet metallisk remse, fortrinnsvis av rustfritt stål, med sammenlåsende kanter som definerer et spor la hvorav en del befinner seg utvendig og en del innvendig. Hylsterdimensjonen velges til å oppnå de ønskede innside og utsidediametre og selvlåsende minimumsbøynings-radius, hvilken opptrer når de sammenlåsende spiralsammen-føyningsvegger forstyrrer hverandre. Minimumsbøyningsradius-en for hylsteret velges til å være noe mindre enn den endelige ønskede minimumsbøyningsradius, hvilket til sist oppnås ved den kombinerte bruken av hylsteret 1 og tråden 2. Tråden 2 er en hard metallisk tråd, fortrinnsvis av rustfritt stål, som er spiralviklet inn i sporet la som er dannet av de sammenlåsende kantpartiene for hylsteret 1. Tråden 2 kan ha et rundt eller kvadratisk tverrsnitt. Dessuten kan tråden 2 være spiralviklet inn i enten den indre eller ytre delen av sporet. Trådens 2 diameter velges basert på sporbredden for hylsteret 1 og den endelige ønskede bøynings-radius. Når tråden 2 er på plass og armeringshylsteret 1 bøyes til den ønskede bøyningsradius, vil spiralsammenføy-ningsveggene på hylsteret 1, på bøyens innside, danne kontakt med tråden 2 på begge sider, hvorved kombinasjonen låses på den radiusen. Kombinasjonen kan ikke bøyes strammere enn ønsket uten bruk av for stor kraft.

En fletting av rund eller flat tråd, eller av et fibermateri-ale som har høy strekkstyrke, dekker hylsteret 1 og tråden 2. I tillegg til en enkelt fletting, kan en flerhet av flet-tinger av rund tråd, flat tråd, fiber av høy strekkstyrke eller en kombinasjon derav anvendes. Denne fletting 3 tilveiebringer de grunnleggende vridnings-begrensende karakteristika i henhold til oppfinnelsen, hvilke karakteristika bestemmes ved transmisjonslinjens attributter og behovene for anvendelsen, og kan endres etter ønske ved hjelp av materialvalg (f.eks. type og dimensjon av tråd eller fiber) ved flettingskonstruksjon (f.eks. antallet av bærere og ender), deknings og flettingsvinkel, og en viss grad utformningen, materialet, og fremstillingsmåten for den isolerende kappen 4. Det flettede materialet kan være av rustfritt stål, stål, beryllium/kobber, kobber-kledd stål, eller kan være et fiber av polyaramid, polyester, glassfiber, eller annet fiber som har høy strekkstyrke.

Den isolerende kappen 4 påvirker de vridnings-begrensende karakteristika og den relative bøybarheten for kabelen. Kappedannende materiale, normalt termoplastiske eller elastomere, kan velges for deres endelige virkning på karakteristika slik det ansees nødvendig for en bestemt anvendelse. Kappen kan være av krymperør, ekstrudert, flettet, eller bånd viklet enkelt eller i kombinasjon over flettingen 3, og kan være laget av polyvinylklorid, poly-etylen, polyuretan, silikon, fluorkarboner, polymerer, polyester, eller kombinasjoner derav. Fremstillingsparamet-eret, slik som eksempelvis kappens stramhet eller dens tykkelse er også konstruksjonsvariabler.

Et deformasjonsavlastningsrør 5 tilveiebringer middelet for å overføre vridningskrefter fra den bøybare delen av kabelen gjennom koblingsorganene ut av kabelen. Røret 5 er fortrinnsvis metallisk, men kan være av formet stiv plast, og festes fast til den bøybare delen av kabelen som vist ved delene 1, 2, 3 og 4 ved hjelp av mekaniske midler, binding, eller en hvilken som helst egnet fremgangsmåte som utelukker slipping i nærværet av dreiemomentkrefter.

Kohlingsorganenden 6 tilveiebringer et middel for å montere koblingsorganene for transmisjonslinjen, og å overføre vridningskrefter som er til stede på røret 5 til de koblingsorganene og således til deres tilpassede koblingsorganer. Enden av koblingsorganet festes fast til røret 5 ved hjelp av mekaniske midler, binding, eller hvilken som helst egnet fremgangsmåte som utelukker slipping på grunn av dreiemoment-kref ter.

Koblingsorganets legeme 7 i transmisjonslinjen festes til koblingsorganets ender 6. En hvilken som helst koblingsorgan type som er vanlig kjent innenfor teknikken kan anvendes. Den festes fast til koblingsorganenden 6 via mekanisk middel, binding, eller en hvilken som helst egnet fremgangsmåte som hindrer rotasjonsbevegelse på grunn av dreiemomentkrefter.

Mikrobølgekoaksial-transmisjonslinjen 8 avsluttes ved begge ender til koblingsorgan 7 på vanlig måte. For å unngå for stor påkjenning under bøyning eller under en hvilken som helst påført vridning, blir mikrobølgekoaksial-transmisjonslinjen 8 ikke koblet til anordningen på noen som helst andre punkter bortsett fra koblingsorganene over hele lengden.

Fortrinnsvis vil en utvalgt mikrobølgetransmisjonskabel ha et spiralviklet hylster 1, tråd 2 med et rundt tverrsnitt, viklet på det ytre sporet av hylsteret, og fletting 3 dannet av rustfritt stål. Kappen 4 over flettingen 3 kan enten være av silikongummi eller dannet av et lag av porøst ekspandert polytetrafluoretylenbånd slik som det som omhandles i US patentene 3.953.566, 3.962.153, 4.096.227, og 4.187.390, fulgt av en kappe av flettet polyester. Deformasjonsavlast-ningsrøret 5 og koblingsorganenden 6 er hensiktsmessig av aluminium og koblingsorganet 7 er fortrinnsvis laget av rustfritt stål eller plitert messing.

I praksis blir anvendelsen som transmisjonslinjen skal brukes for bedømt for å bestemme den største bøyningsradius og minimumsvridningen som er brukbar. Disse kriterier resulterer i maksimal transmisjonslinjestabilitet og bøyningsleve-tid. Antar man at den valgte transmisjonslinjen opptrer tilfredsstillende når den er bøyd til denne radius og vridd i denne grad, kan anordningen konstrueres til å gi ekstrem fleksibilitet ved større radiuser, mens der hindres bøyning ved strammere radiuser, og å tillate vridning av anordningen kun til denne valgte grad.

Den beskyttelse som gis av oppfinnelsen kan tillate testprøv-er å utsettes for hundre tusentalls 90° bøyninger i alle fire kvadranter, under anvendelse av den selv-låsende radius for kabelen som den begrensende anordning, uten vesentlig forringelse av fase-, dempnings-, eller returtap-stabilitets-karakteristika for prøvene på mikrobølgefrekvenser. Anordningen har blitt prøvet på frekvenser så høye som 26,5 GHz, og ansees å være brukbar endog på høyere frekvenser.

Claims (10)

1. Bøybar transmisjonskabel for tverrgående elektromagnetisk modus, omfattende en mikrobølgekoaksial-transmisjonlinje og et spiralviklet metallisk armeringshylster som har kantpartier som danner samvirkende innegrep innenfor et spor til å danne en sammenføyning, karakterisert ved en metallisk tråd som skruelinjet er viklet inn i sporet, hvilket begrenser bøyningen av kabelen.

2. Kabel som angitt i krav 1, karakterisert ved dessuten å innbefatte en flettet omvikling med høy strekkstyrke som omgir armeringshylsteret og tråden, en isolerende kappe som omgir nevnte flettede omvikling, et deformasjons-avlastende rør som omgir og er festet til den isolerende kappen ved hver ende av kabelen, og en koblingsorganende for fiksering av koblingsorganer for mikrobølgetransmisjonslinjen til nevnte deformasjonsavlastningsrør og mikrobølgetransmi-sjonslinjen ved hver ende av kabelen, for sammenføyning av transmisjonskabelen til en transmisjonsmottagende anordning.

3. Kabel som angitt i krav 1, karakterisert ved at det metalliske armeringshylster og den metalliske tråden er laget av rustfritt stål.

4 . Kabel som angitt i krav 2, karakterisert ved at den flettede omvikling er laget av en metalltråd.

5 . Kabel som angitt i krav 2, karakterisert ved at den flettede omvikling er laget av et fiber.

6. Kabel som angitt i krav 4, karakterisert ved at metalltråden i den flettede omvikling er laget av beryl-1ium/kobberlegering, stål, rustfritt stål eller kobber-kledd stål.

7. Kabel som angitt i krav 5, karakterisert ved at fiberet er av polyester, glassfiber eller polyaramid.

8. Kabel som angitt i krav 1, karakterisert ved at den isolerende kappen er et ekstrudat av silkongummi.

9. Kabel som angitt i krav 1, karakterisert ved at den isolerende kappen er dannet av et første lag av porøst, ekspandert polytetrafluoretylenbånd fulgt av et andre lag polyesterfletting.

10. Kabel som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte deformasjonsavlastningsrør er av aluminium, nevnte koblingsorganende er av aluminium, og nevnte koblingsorganer er av messing eller rustfritt stål.