SE457918B - Koaxialkabel med definierad fas-temperaturkoefficient - Google Patents

Description

457 918 genom svetsning av en spirallist vilken är anordnad på ytter- väggen av innerledaren till ett ytterrör av samma material vilket täcker spirallisten. Ytterledaren är anordnad på ytter- väggen av ytterröret på ett sådant sätt att inncrväggen hos ytterledaren är i intim kontakt med ytterväggen hos ytterröret. och andra syften såväl som de känne- föreliggande uppfinning kommer att fram- stå tydligare ur följande detaljerade beskrivning och bifogade krav när de läses i samband med de bifogade ritningarna.

I de bifogade ritningarna är: Föregående syfte tecknande särdragen hos fig. l är tvärsnittsvy av en föredragcn utföringsform av en koaxialkabel av fasstabiliseringstyp i enlighet med före- liggande uppfinning; och fig. 2 en grafisk framställning vilke n antyder förhållan- den mellan fastemperaturkoefficient k B och temperatur T med rymdfaktorn R som variabel.

Pricipen för fasstabilisering i enlighet med föreliggan- de uppfinning kommer nu att beskrivas.

Fastemperaturkocfficienten k B hos en koaxíalkabel vilken har en längd ß är summan av tempera turkoefficienten av en fas- konstant och temperaturkoefficienten av en kabellängd vilket är uppenbart ur följanæ ekvation l: B Ia »H- Iï: -1 aßß_ *www- wh- + <1) o; 'Tï o; 1-3 I allmänhet är den termiska utvídgningskoefficienten hos en isolator större än hos en ledare. Den första termen i den högra sidan av ekvation l, temperaturkoefficíenten hos en faskonstant är för isolatorer ungefär lika med halva tem- peraturkoefficienten för den effektiva dielektricitetskonstan- ten. I fallet med en koaxialkabel med luftdielektrikum, kan den första termen evalueras genom följande ekvation 2: l 9ß~l liâ 6 âT“"2 E 3 E _ R ri 3Eo+ l_ 1 4 _ di°“i+dz°”z>ï r* T* nu; -nlšO-íff ( qd-“o “ïçígfll v' (2) 4557 9'18 där R är rymdfaktorn hos isolatorn, eg är den absoluta dielekt- ricitetskonstanten hos isolationsmaterialet, ao är dess linjära utvidgningskoefficient, och al och az är koefíicicnterna för linjär utvidgning hos inner- och ytterledarna.

Det är väl känt inom tekniken att den andra termen i den högra sidan av ekvation l kan representeras genom följande ekvation 3 i fallet där inner- och ytterledarna är stelt fäs- tade mot isolatorn: o) RQ |-' 2 E <3) zon-J ~1 P3 \\ m|~ där Sl och S2 är tvärsnittsytorna hos resp. inner- och ytter- ledare, El och E2 är Youngs modul för resp. materialen hos inner- och ytterledarna, och dl och az är koefficienterna för linjär utvidgning hos inner- och ytterledarna.

Ur ekvationerna l till 3 är då fastemperaturkoefficien- ten för koaxialkabeln med luftdielektrikum: K íg X R E l 8:0 + (l__l)(1 _ dlal+d2a2Ü B 2 l+R(eo-llieo ST :O “O dlfdz + S1:i:i::2:z“2 (4) E l l 2 2 .

Ur denna ekvation framgår att en koaxialkabel av fas- stahiliseringstyp kan realiseras genom att välja rymdfaktorn R hos isolatorn så att fastemperaturkoefficienten k vilken B ges genom ekvation 4 ovan är noll. Eftersom dock dielektrici- tetskonstanten to hos gêt isolerande materialet och dess tem- peraturkoefficient å- generellt är funktioner av tempera- äT turen T, är det nödvgndigt att välja rymdfaktorn R hos isola- torn under villkoret att dessa konstanter med hänsyn till arbetstemperaturen på annat sätt har bestämts.

I ekvation 4 är kß av praktiska orsaker ungefär lika med noll beroende av följande skäšé Temperaturkoefficienten för dielektricitetskonstanten å- -5% hos det isolerande ma- terialet är negativ i det normaga användningstemperaturområdet -50 till + IOOOC med dess absoluta värde något större än . koefficienten för linjär utvidgning a (vilken är en storleks- 0 457 918 ordning större än al och a7). Därför är den första termen på den högra sidan av ekvation 4 i allmänh et negativ. Å andra si- dan, är den andra termen på högra ledet av ekvation 4 positiv, bildningskoefficienten för metall är i allmänhet positiv.

Följaktligen kan temperaturkoefficienten k ty ut B i ekvation 4 göras noll genom att lämpligen välja värdet hos rymdfaktorn hos iso- latorn.

Vidare kan i allmänhet dessa faktorer i ekvation 4 upp- rättas fullständigt oberoende av impedansen hos en kabel. Där- för kan impedansen vilken ges genom följande ekvation 5 ges ett specificerat värde genom att konstruera kabeln så att för- hållandet mellan innerdíametern d 2 hos ytterledaren till ytter- diametern d l hos innerledaren har ett lämpligt värde: 6 d Z = ln ° .f Jo (5) Ü °~| }-' k) Föreliggande uppfinning erbjuder en koaxialkabel av fasstabiliseringstyp i enlighet med ovan beskrivna princip i vilken rymdfaktorn hos isolatorn fastlägges på så sätt, att under villkoret att materialet hos kabeln, överföringsegen- skaperna hos kabeln, specifikt dämpningskonstanten och den karaktäristiska impedansen, och omgivningstemperaturen hos kabeln i användning specificeras, varvid det absoluta värdet hos fastemperaturkoefficicnten ej är mer än 5xl0_6/OC.

Fastemperaturkoefficienten vilken kan vara antingen positiv eller negativ. för rymdfaktorn hos isolatorn vilk ges genom ekvation 4 Därför kan villkoren a gör absolutvärdet hos fas- temperaturkoefficienten ej större än 5xl0_ 6/OC representeras genom följande ekvation 6: Rmín á R á, Rmax (6) I detta sammanhang 36 1+(0 /G )(d /d ) 1_g_0 i ,1_ int, _, __2__i__2__1_ to to BT eo 0 l l+(d2/dl) man _ (50%) + T _6 1 + (az/al) (szsz/slßl) 5 X 10 - d l l + (SZEZ/SlEl) (7) 457 918 k!! _¿ 650 + (b L) Ya ü l+(@2/ul) l to to ET e L O l l+(d /dl) = _(¿ _l) _ __ O 2 Rmax 0 2 _ 1 + (u /u )(S E /S E ) 5 X lo 6 + al l +2(§lE )2S2E å 1 2 2 / l l där: S1: tvärsnittsarean av innerledaren, S2: tvärsnittsarean av ytterledaren, El- Youngs modul hos materialet i innerledaren, E2: Youngs modul för materialet i ytterledaren, ul: koefficienten för linjär utvidgning av materialet hos innerledaren, az: koefficienten för linjär utvidgning hos materialet i ytterledaren, d : ytterdiametern för inncrledaren, dzz innerdiametern för ytterledaren, dielektricitetskonstanten hos isolatorn, och T : omgivningstemperaturen.

Härnäst kommer med hänvisning till fig. l och fig. 2 ett specifikt exempel av en koaxialkabel av fasstabiliserings- typ i enlighet med uppfinningen att beskrivas. Koaxialkabeln, som visas i fig. l, har en innerledare l vilken är företrädes- vis en mjuk aluminiumtråd vilken har en ytterdiameter av 8,0 mm och en ytterledare 3 vilken är ett mjukt aluminiumrör med en inncrdiameter av l9,5 mm. Inner- och ytterledarna l och 3 upp- bäres koaxiellt genom en isolator vilken framställes genom föl- jande teknik. En spirallist 2 är utformad på innerledaren l genom direkt stränggjutning av polyetylen och spirallisten 2 svetsas mot ett ytterrör 2' av polyetylen. Tabellen l nedan visar data hos material vilka användes för att tillverka koaxialkabeln. 457 918 6 TABELL l Linjärutvidgnings- Temperatur- koefficient koefficient Isolator ao = 2.0xl0_4/OC 1 880 _4 (polyetylen) E- -ET = 2.8xl0 /OC 0 -5 0 Innerledare ul = 2.3 l0 / C (aluminíumtråd) , _ -5 o itterledare az - 2.3 10 / C |(aluminiumrör) Fig. 2 antyder temperaturegenskaperna hos fastemperatur- koefficienten kß hos koaxialkablar vilka har en impedans av 500 vilka tillverkades med materialen antydda i tabell l med skilda rymdfaktorer R. Som framgår klart i fig. 2, rymdfaktorn är i storleksordningen av 0,115, fastemperatur- er 5xio'6/°c 1 blir när koefficienten icke noll. Dock förblir den und temperaturområdet av l5 till SSOC. När rymdfaktorn är 0,13 till 0,14, närmar sig fastemperaturkoefficicnten peraturer, noll vid två tem- nämligen vid omkring l5°C och vid omkring ÉOOC. I båda fallen har fastemperaturkoefficienten ett värde mindre än fixl0_ 6/OC över ett brett temperaturområde av mera än SOOC. Kur- vorna vilka visas genom heldragna linjer i fig. 2 representerar förhållandet mellan fastemperaturkoeffícienten och temperaturen i koaxialkablarna vars inre utrymme vilket definieras mellan isolatorerna är i förbindelse med atmosfär vilken har en rela- tiv fuktighet av 60%. Å andra sidan visar en kurva antydd genom en streckad linje i fig. 2 förhållandet i en koaxialkabel vilken har en rymdfaktor av 0,l3, vari torkande luft är innesluten i det inre utrymmet vid det absoluta trycket av l,5 kg/cmz vid en temperatur av l5°C. Eftersom i detta fall fuktigheten och det inneslutna gastrycket kan bibehållas konstant, reduceras fastemperaturkoefficienten ytterligare, och en mer stabilise- rad koaxialkabel är möjlig att erhålla. Som ett villkor att göra absolutvärdet av fastemperaturkoefficienten mindre än 5xl0_G/OC, erhålles ett område för rymdfaktorn från ovan besk- rivna ekvationer från 0,l0 till 0,16.

Sålunda kan fastemperaturvariationen och det stabila 457 918 temperaturområdet styras med precision genom att justera rymd- faktorn hos isolatorn. Självfallet erhölls fullständigt lika resultat med 759 koaxialkablar.

I den ovan beskrivna koaxialkabeln, har isolatorn en uppbyggnad vilken erhålles genom direkt sprutformning och där- för kvarstår ingen inre spänning i spirallisten. Spirallisten svetsas mot ytterröret och ytterväggen av ytterröret är i in- tim kontakt med innerväggen hos den rörformade ytterledaren.

Därför förblir uppbyggnaden av koaxialkabeln oförändrad även om den omgivande temperaturen ändras. Vidare kan hopfästninq av ytterväggen hos ytterröret mot innerröret av den rörformade ytterledaren anmärkningsvärt förbättra den termiska stabilite- ten hos koaxialkabeln. Utöver att koaxialkabeln har en torkgas innesluten, bibehålles densamma stabil mot trycket hos gasen även om gastrycket varierar.

Claims (4)

.-___._í.___.__ 457 918 E PATENTKRAV

1. Koaxialkabel med luftdielektrikum innefattande en inner- ledare (1), en ytterledare (3) och en isolator (2, ZW anordnad mellan inner- och ytterledaren, varvid isolatorns rymdfaktor R definerad som kvoten mellan volymen av den isolator (2, ZU som används för att hålla ínnerledaren (1) centrerad och koaxiell relativt ytterledaren (3) och volymen av det slutna rummet mellan koaxialkabelns inn ledare (1 resp. 3), K 5 x 10-6 er- och ytter- är så vald enligt uppfinningen, att ______ ____________ där k är fastemperaturkoefficienten, vilken är definierad ur l §1E1=K1 + szßzvxz i» R 1 ae» 1 g; Q *KW sïíffšzïr" + :nrmïafcfflgïv <1- 53m- d-åïål-ä) tvärsnittsarean hos nämnda innerledare (1), Youngs modul hos ett material vilket bildar nämnda S 1 S2: tvärsnittsarena hos nämnda ytterledare (3), 31 nnerledare (1), 2: Youngs modul hos ett material vilket bildar nämnda ytter- ledare (3), CLO : längdutvidgningskoefficienten för isolatorn @_1= längdutvidgningskoefficienten hos nämnda material vilket bildar nämnda innerledare (1), y,2: längdutvidgningskoefficienten hos nämnda material vilket bildar nämnda ytterledare (3), dl: ytterdiametern hos nämnda innerledare (l), G2: innerdiametern hos nämnda ytterledare (3), ¿ O: dielektricitetskonstanten hos nämnda ísolator (2, 2') och T: omgivningstemperaturen. 457 918

2. Koaxialkabel med luftdielektrikum enligt krav 1, k ä n- n e t e c k n a d av att nämnda isolator (2, 2') är bildad genom svetsning av en spirallist (2) på innerledarens yttervägg mot ett ytterrör (ZÜ vilket täcker spirallisten, att nämnda spirallist (2) och ytterrör (2') är tillverkade av plast och att nämnda ytterledare (3) är anordnad mot ytter- väggen av ytterröret (2¶ på ett sådant sätt att ytterledarens innervägg är i nära kontakt med ytterrörets (2') yttervägg.

3. Koaxialkabel med luftdielektrikum enligt krav 2, k ä n- n e t e c k n a d av att nämnda ytterledare (3) är ett metallrör vilket har en jämn innervägg, att nämnda jämna innervägg hos nämnda ytterledare är fästad mot ytterväg-gen av isolatorns ytterrör (2') för att bilda en odelad enhet.

4. Koaxialkabel med luftdielektrikum enligt något av kraven l eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda inner- och ytterledare(l, 3)innefattar aluminium och nämnda isolator (2, 2') innefattar polyetylen.