WO2016012213A1 - Datenkabel für high-speed datenübertragungen - Google Patents

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WO2016012213A1
WO2016012213A1 PCT/EP2015/065034 EP2015065034W WO2016012213A1 WO 2016012213 A1 WO2016012213 A1 WO 2016012213A1 EP 2015065034 W EP2015065034 W EP 2015065034W WO 2016012213 A1 WO2016012213 A1 WO 2016012213A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pair
data cable
lay length
foil
wires
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/065034
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Janssen
Melanie Dettmer
Original Assignee
Leoni Kabel Holding Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to JP2017503835A priority patent/JP6374091B2/ja
Priority to EP15742187.6A priority patent/EP3172741B1/de
Priority to CA2954080A priority patent/CA2954080C/en
Priority to CN201580035355.7A priority patent/CN106471586B/zh
Publication of WO2016012213A1 publication Critical patent/WO2016012213A1/de
Priority to US15/414,885 priority patent/US9741469B2/en

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00—Communication cables or conductors
    • H01B11/002—Pair constructions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00—Communication cables or conductors
    • H01B11/18—Coaxial cables; Analogous cables having more than one inner conductor within a common outer conductor
    • H01B11/20—Cables having a multiplicity of coaxial lines
    • H01B11/203—Cables having a multiplicity of coaxial lines forming a flat arrangement

Definitions

  • the invention relates to a data cable for high-speed data transmission with at least one wire pair of two longitudinally extending wires which are paired to form a pair shield in pairs of a screen, wherein between the screen and the pair a non-conductive intermediate film as additional film order the wire pair is spun.
  • a data cable is offered at the time of filing by the applicant under the trade name "Paralink 23.”
  • Such data cables are used in particular for the high-speed transmission of signals between computers, for example in data centers.
  • a respective core here consists of the actual conductor, such as a solid conductor wire or a stranded wire, which is surrounded in each case by an insulation.
  • the wire pair of a respective data line is surrounded by the (pair) shielding.
  • the data cables typically have a plurality of such screened wire pairs, which form a line core and which are surrounded by a common outer screen and a common cable sheath.
  • Such data cables are used for high-speed data connections and are designed for data rates of greater than 10 Gbit / s at a transmission frequency greater than 14 GHz.
  • the outer screen is important for the electromagnetic compatibility (EMC) as well as for the electromagnetic interference (EMI) with the environment. No signals are transmitted via the outer screen.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • EMI electromagnetic interference
  • the respective pair screen determines the symmetry and the signal characteristics of a respective pair Wire pair. In this case, a high symmetry of the pair screen is important for undisturbed data transmission.
  • Such data cables are typically so-called symmetrical data lines, in which the signal is transmitted via one wire and the inverted signal is transmitted via the other wire.
  • the differential signal component between these two signals is evaluated so that external effects that have an effect on both signals are eliminated.
  • Such data cables are often connected pre-assembled to plugs.
  • the connectors are often designed as a so-called small-form-pluggable connector, short SFP connector.
  • SFP +, CXP or QSFP connector There are different variants, for example, so-called SFP +, CXP or QSFP connector.
  • These plugs have special plug housings, as can be seen, for example, from WO 201 1 072 869 A1 or WO 201 1 089 003 A1.
  • Alternatively, a direct so-called back-plane connection without plug is possible.
  • the pair shield of a respective pair of wires is - as can be seen for example from EP 2,112,669 A2 - often formed as a longitudinally folded screen.
  • the shielding film is therefore folded in a longitudinal direction of the cable running around the pair of wires, wherein the opposite outer side regions of the shielding film overlap in a longitudinally extending overlapping region.
  • a dielectric intermediate film made of plastic, in particular a PET film is spun between the screen film and the wire pair.
  • the shielding foil used for the shielding is a multilayered shield of at least one conductive (metal) layer and an insulating carrier layer.
  • a conductive layer an aluminum layer is usually used, and as the insulating base layer, a PET film is used.
  • the PET film is formed as a carrier on which a metallic coating is applied to form the conductive layer.
  • the screen foil is often preferably attached as a longitudinally folded screen foil.
  • a signal cable for a high-frequency signal transmission in which the signal conductor is designed as a stranded conductor with a varying lay length.
  • the signal cable furthermore has a shielding braid, with individual braid strands of the shielding braid being wound with a varying lay length here as well.
  • DE 103 15 609 A1 discloses a data cable for high-frequency data transmission, in which a pair of wires is surrounded by a pair shield formed as a screen film. In addition, an intermediate foil is spun around the pair of wires.
  • US 2014/0124236 A1 discloses a further high-speed data cable in which a screen foil provided as a pair shield is spun around the pair of wires with a varying lay length.
  • the object of the invention is to specify a high-speed data cable with good transmission properties even at high transmission rates and high transmission frequencies.
  • a data cable for high-speed data transmissions with at least one pair of wires of two extending in the longitudinal direction. tion extending cores, which in particular run parallel to each other and are surrounded to form a pair shield in pairs of a screen foil. Between the screen foil and the pair of wires, a dielectric intermediate foil is spun around the pair of wires as an additional foil. The additional dielectric intermediate foil is spun around the pair of wires with a varying lay length.
  • the data cable is based on a data cable with a longitudinally folded shielding foil with the additional intermediate foil between the pair of wires and the pair shielding.
  • Studies have shown that even with such data cables at very high transmission frequencies, a peak-like attenuation occurs. This peak-like attenuation could be significantly reduced by the variation of the lay length of the dielectric intermediate foil. It is assumed that the peak-like attenuation due to a reflection effect due to the introduced by the wrapping of the intermediate foil periodic interference structure with the period of the lay length. In each case a part of the signal is reflected at this interference structure. Due to the strict periodicity, a narrow-band, sharp attenuation at high frequencies is formed due to the reflection effects on the plurality of impurities.
  • insertion loss is understood to mean the attenuation experienced by a signal when passing through a signal path (cable length). Due to the periodic structure, this also leads to a high attenuation peak at high frequencies in the so-called return loss (return loss).
  • return loss return loss
  • Attenuation peak In the case of conventional data cables with the intermediate foil, a comparatively large attenuation (attenuation peak) thus takes place due to the addition of all individual reflections at a fixed, narrow frequency. This results in a high signal attenuation, so that the requirements of the so-called insertion loss (insertion loss) for high transmission frequencies are met only insufficient. In contrast, due to the varying lay length no attenuation peak at a fixed frequency is more present, so that the requirements of Insertion loss is satisfied even at high frequencies. At the same time there is the possibility to extend the lay length and thus to increase the speed of the process and thus to reduce costs.
  • lay length or even the pitch of the intermediate foil is understood to be the distance in the longitudinal direction of the cable which the wrapping requires for a 360 ° rotation around the pair of wires.
  • the lay length is varied in the range of at least +/- 5% and in particular of at least +/- 10%, based on an average lay length. Even this comparatively small variation has proven to be sufficient to avoid the unwanted attenuation peak.
  • An upper limit of the variation is for example +/- 40%.
  • the average lay length of the intermediate film is preferably in the range of a few millimeters, in particular in the range of 5 to 15 mm. In particular, the average lay length is approximately between 6 to 8mm. With this lay length, a technically fast and reliable production of the wrapping of the intermediate foil is made possible. It achieves a high process speed. At the same time this can be the desired with the intermediate film Achieve properties, namely a defined, solid wrapping the wire pair to put the screen attached over it in a defined uniform geometry around the pair of wires around, so that no Symmetriestörstellen the screen foil are formed.
  • the lay length varies expediently uniformly in the longitudinal direction and in particular continuously, for example sinusoidally.
  • the beat length therefore varies between a maximum value and a minimum value around the mean value. This can be achieved in terms of process technology, for example, by varying the withdrawal speed of the wire pair during the strand-spinning process and / or by varying the spin speed.
  • the lay length in the longitudinal direction varies periodically with a period length which is preferably in the range of a few meters, in particular in the range of 1 to 5 m and preferably 2 m. Period length of the variation is therefore understood to be the length in the longitudinal direction which lies between two maximum values of the lay length. Although a periodic defect is introduced by this periodicity, this is irrelevant for the transmission frequencies of interest and the typical cable lengths due to the selected period length.
  • another, in particular adhesive, outer film is spun around the pair shield. This serves in particular for fixing the entire structure.
  • This is again a dielectric film, in particular a PET film.
  • this outer film also has a varying lay length.
  • the arguments and preferred embodiments given with regard to the intermediate foil are to be transferred in the same way also to this outer foil. It therefore preferably has the same or at least comparable lay lengths and an identical or at least comparable variation of the lay length as the intermediate film. Conveniently, it is spun in the opposite direction to the intermediate film.
  • the intermediate foil with a mean lay length is preferably spun around the pair of wires, which is different from a lay length of the shield foil.
  • the different damping effects that result on the one hand from the screen foil on the one hand and from the intermediate foil on the other hand due to different physical boundary conditions can in each case be purposefully reduced or avoided.
  • the shield foil is spun with constant lay length around the pair of wires.
  • the screen film is a longitudinally folded film, that is to say a screen film in which the lay length is infinite.
  • the shielding film basically has a multilayer structure with an insulating carrier layer, also referred to as a carrier film, and a conductive layer applied thereto.
  • the carrier layer is in particular a dielectric plastic film, in particular a PET film.
  • the conductive layer applied thereto is, in particular, an aluminum layer, which is applied to the carrier film, for example by vapor deposition.
  • the entire data cable usually further comprises a cable sheath, which is arranged around the at least one pair of wires around.
  • the data cable has a plurality of pairs of pairs provided with a pair of shielding, wherein the pairs of conductors usually extend in a stranded manner within the common cable jacket.
  • an external shield is typically arranged around the entire composite of the individual pairs of wires. This is, for example, a braided shield and / or a multi-layer shield structure. This external shield is galvanically isolated from the individual pairs. This is achieved in particular via the already mentioned outer film of each pair or also by a common insulating film which surrounds the stranded composite of the wire pairs.
  • FIGS. show in simplified representations:
  • 1 is a cross-sectional view of a pair of wires surrounding a pair of data cable
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a data cable with two shielded wire pairs
  • 5A is a representation of the insertion loss in a conventional shielded wire pair
  • 5B is a representation of the insertion loss in a pair of wires, which is provided with a wound with varying lay length intermediate foil,
  • FIG. 6A shows a representation of the return loss, which is correlated to FIG. 5A, in the case of the conventionally shielded pair of wires and FIG. 6A shows a representation of the return loss, which is correlated to FIG. 5A, in the case of the conventionally shielded pair of wires and FIG. 6A shows a representation of the return loss, which is correlated to FIG. 5A, in the case of the conventionally shielded pair of wires and FIG. 6A shows a representation of the return loss, which is correlated to FIG. 5A, in the case of the conventionally shielded pair of wires and FIG. 6A shows a representation of the return loss, which is correlated to FIG. 5A, in the case of the conventionally shielded pair of wires and FIG. 6A shows a representation of the return loss, which is correlated to FIG. 5A, in the case of the conventionally shielded pair of wires and FIG. 6A shows a representation of the return loss, which is correlated to FIG. 5A, in the case
  • FIG. 6B is a representation of the return loss in the pair of cores correlated to FIG. 5B, which is provided with an intermediate foil wound with a varying lay length.
  • each wire 4 in turn has a central conductor 6 which is surrounded by a wire insulation 8.
  • the wire pair 2 is in each case surrounded by a pair of shielding 10, which surrounds the pair of wires 2 with the interposition of an intermediate film 12.
  • the pair shield 10 is formed by a single multi-layered shielding film 14 which forms a carrier layer 16a formed as a PET carrier film and an aluminum coating applied thereon as a conductive layer 16b.
  • Layer 1 6b is oriented outwards.
  • this is a longitudinally folded screen foil 14, whose longitudinal edges therefore run parallel to the cores 4 in the longitudinal direction 17.
  • the wires 4 run untwisted and parallel to each other in the longitudinal direction 17th
  • This outer film 20 is again a plastic film.
  • Beilaufdrumblete 18 are arranged, which are in electrical contact with the conductive layer 1 6b.
  • the filler wires 18 serve for a simplified connection of the pair shield 10 in a connector area.
  • the Beilaufdrähte 18 lie on a common center line, which also extend through the center axes of the wires 4. They are in particular outside of the intermediate foil 12 and thus also outside gusset areas between the wires 4. By the opposite arrangement on both sides a highly symmetrical structure is achieved. Alternative configurations with no or only one drain wire are possible in principle.
  • All films have a thickness usually in the range of only a few ⁇ . As far as spun foils are concerned, this is especially true in the intermediate film 12 and the outer film 20 is the case, they typically have a width in the range of 4 to 6 mm.
  • the intermediate film 12 is wound around the pair of wires 2. This can be seen in particular from the side view according to FIG. 2.
  • the intermediate foil 12 is wound around the pair of wires 2 with a mean lay length l m .
  • the lay length I and thus the pitch of the intermediate foil 12 in this case varies by a difference ⁇ about the mean lay length I.
  • the individual pairs of wires 2 surrounded by the pair shield 10 form a transmission core which is subsequently surrounded by an outer shield 24, which is galvanically isolated from the pair shield 10.
  • the outer shielding 24 in the exemplary embodiment is a multi-layered construction with a braid shield 24A on the outside and an inner overall shielding foil 24B, which is preferably designed like the shielding foil 14.
  • the outer shield 24 may also be formed in one layer. Between the outer shield and the transfer core, a further insulating film 25 is spun in the embodiment. Finally, a cable sheath 26 as outer protective sheath of the data cable 22 is arranged around the outer shield 24. This is typically an extruded cable sheath 26.
  • FIG. 4 shows an exemplary course of the variation of the average lay length I of the intermediate film 12.
  • the stroke length I varies by the mean stroke length l m , the difference ⁇ between a maximum stroke length Lax and a minimum stroke length ⁇ mm .
  • the variation takes place here at uniform and periodic and in particular according to a sine curve exemplified in Figure 4.
  • This course therefore has a periodicity with a period length p, which is typically in the range of a few meters.
  • FIGS. 5A and 5B show schematically measured curves in which the attenuation a is plotted in decibels dB versus the frequency f in gigahertz GHz.
  • the measured curves were performed on data cables 22 with a basic construction according to FIG. 1 for the pair-shielded pair of wires 2.
  • FIGS. 5A, 6A a conventional construction with an intermediate foil 12 with a constant lay length I and with the measuring curves of FIGS. 5B, 6B a buildup with varying lay length I of the intermediate foil 12 was used.
  • the measurements were carried out at a mean lay length l m of the intermediate film 12 of about 6mm.
  • the lay length I is therefore well above the conventionally chosen lay length of typically about 3mm which is required to shift the attenuation peak to sufficiently high frequencies above 25 GHz if no varying lay length is set.
  • FIGS. 5A, 5B shows the curve of the insertion loss [in dB] in comparison of the two cable variants and the diagram pair of FIGS. 6A, 6B shows the profile of the return loss [in dB] in comparison of the two cable variants, respectively plotted against the frequency
  • the insertion loss generally increases continuously with increasing frequency.
  • the data cable 22 in the variant with the constant lay length shows a very strong attenuation peak, which in the example shown here shows a deflection of more than 50 dB.
  • the return loss shows a similar course and likewise at 19 GHz a reflection peak. The height of the peak depends on the absolute attenuation and the line length.
  • the data cable 22 with the intermediate film 12 with the varying lay length I in the corresponding frequency range neither a peak in the insertion loss nor one in the return loss.
  • the base of the peak is thus significantly widened to a width of preferably several GHz, in particular of, for example, 3-6 GHz. Accordingly, the height of the peak is significantly reduced and it is only a wave-like course over the width in the manner of a noise visible.
  • the signal level of this noise is only at a fraction of the original peak height, for example less than 10% of the original peak height.
  • Stroke length mean stroke length maximum stroke length minimum stroke length period length

Landscapes

  • Insulated Conductors (AREA)
  • Communication Cables (AREA)
  • Waveguides (AREA)

Abstract

Das Datenkabel (22) für High-Speed-Datenübertragungen weist zumindest ein Adernpaar (2) aus zwei sich in Längsrichtung (17) erstreckenden Adern (4) auf, die zur Ausbildung einer Paarschirmung (10) von einer Schirmfolie (14) umgeben sind, wobei zwischen der Schirmfolie (14) und dem Adernpaar (2) eine dielektrische Zwischenfolie (12) als zusätzliche Folie um das Adernpaar (2) mit einer variierenden Schlaglänge (I) gesponnen ist. Hierdurch wird ein Dämpfungspeak bei hohen Übertragungsfrequenzen wirksam vermieden.

Description

Beschreibung
Datenkabel für High-Speed Datenübertragungen
Die Erfindung betrifft ein Datenkabel für High-Speed-Datenübertragungen mit zumindest einem Adernpaar aus zwei sich in Längsrichtung erstreckenden Adern, die zur Ausbildung einer Paarschirmung paarweise von einer Schirmfolie umgeben sind, wobei zwischen der Schirmfolie und dem Adernpaar eine nicht leitfähige Zwischenfolie als zusätzliche Folie um das Adernpaar gesponnen ist. Ein derartiges Datenkabel wird zum Anmeldezeitpunkt von der Anmelderin unter der Markenbezeichnung„Paralink 23" angeboten. Derartige Datenkabel werden insbesondere zur Hochgeschwindigkeitsübertragung von Signalen zwischen Rechnern, beispielsweise in Rechenzentren eingesetzt.
Im Bereich der Datenübertragung, beispielsweise in Computer-Netzwerken, werden Datenkabel eingesetzt, bei denen typischerweise mehrere Datenleitungen in einem gemeinsamen Kabelmantel zusammengefasst sind. Bei High-Speed-Datenübertragungen werden als Datenleitungen jeweils geschirmte Adernpaare verwendet, wobei die beiden Adern insbesondere parallel zueinander verlaufen oder alternativ miteinander verdrillt sind. Eine jeweilige Ader besteht hierbei aus dem eigentlichen Leiter, beispielsweise ein massiver Leiterdraht oder auch ein Litzendraht, welcher jeweils von einer Isolierung umgeben ist. Das Adernpaar einer jeweiligen Datenleitung ist von der (Paar-)Abschirmung umgeben. Die Datenkabel weisen typischerweise eine Vielzahl derartig geschirmte Adernpaare auf, die eine Leitungsseele bilden und die von einem gemeinsamen Außenschirm sowie einem gemeinsamen Kabelmantel umgeben sind. Derartige Datenkabel werden für High Speed-Datenverbindungen eingesetzt und sind für Datenraten von größer 10 Gbit/s bei einer Übertragungsfrequenz größer 14 GHz ausgebildet. Der Außenschirm ist dabei für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) sowie für die elektromagnetische Interferenz (EMI) mit der Umgebung wichtig. Über den Außenschirm werden keine Signale übertragen. Der jeweilige Paarschirm bestimmt demgegenüber die Symmetrie und die Signal-Eigenschaften eines jeweiligen Adernpaares. Dabei ist für eine ungestörte Datenübertragung eine hohe Symmetrie des Paarschirms wichtig.
Bei derartigen Datenkabeln handelt es sich typischerweise um so genannte symmetrische Datenleitungen, bei denen über die eine Ader das Signal und über die andere Ader das invertierte Signal übermittelt wird. Ausgewertet wird der differen- zielle Signalanteil zwischen diesen beiden Signalen, so dass äußere Effekte, die sich auf beide Signale auswirken, eliminiert sind.
Derartige Datenkabel werden häufig vorkonfektioniert an Steckern angeschlossen. Bei Anwendungen für Hochgeschwindigkeitsübertragungen sind die Stecker dabei häufig als so genannte Small-Form-Pluggable-Stecker, kurz SFP-Stecker, ausgebildet. Hierbei gibt es unterschiedliche Ausführungsvarianten beispielsweise so genannte SFP+, CXP- oder QSFP-Stecker. Diese Stecker weisen spezielle Steckergehäuse auf, wie sie beispielsweise aus der WO 201 1 072 869 A1 oder der WO 201 1 089 003 A1 zu entnehmen sind. Alternativ ist auch ein direkter so genannter back-plane-Anschluss ohne Stecker möglich.
Die Paarschirmung eines jeweiligen Adernpaares ist dabei - wie beispielsweise aus der EP 2 1 12 669 A2 zu entnehmen - häufig als eine längs gefaltete Schirmfolie ausgebildet. Die Schirmfolie ist daher in einer Längsrichtung des Kabels verlaufend um das Adernpaar gefaltet, wobei die gegenüberliegenden äußeren Seitenbereiche der Schirmfolie in einem sich in Längsrichtung verlaufenden Überlappbereich überlappen. Um einen definierten Sitz dieser längs gefalteten Schirmfolie zu gewährleisten und ein Einknicken derselben in einen Zwickelbereich zwischen den beiden Adern zu vermeiden, ist zwischen der Schirmfolie und dem Adernpaar eine dielektrische Zwischenfolie aus Kunststoff, insbesondere eine PET-Folie, gesponnen.
Bei der für die Abschirmung verwendeten Schirmfolie handelt es sich um eine mehrschichtige Abschirmung aus zumindest einer leitfähigen (Metall)-Schicht und einer isolierenden Trägerschicht. Als leitfähige Schicht wird üblicherweise eine Aluminiumschicht und als isolierende Trägerschicht eine PET-Folie verwendet. Die PET-Folie ist als ein Träger ausgebildet, auf dem zur Ausbildung der leitfähigen Schicht eine metallische Beschichtung aufgebracht ist.
Neben der längs gefalteten Schirmung bei parallel geführten Paaren gibt es grundsätzlich auch die Möglichkeit, eine derartige Schirmfolie helixförmig um das Adernpaar zu wickeln oder zu spinnen. Allerdings ist bei höheren Signalfrequenzen ab etwa 15 GHz eine solche Umspinnung des Adernpaars mit einer Schirmfolie aufgrund von Resonanzeffekten bauartbedingt nicht ohne Weiteres möglich. Für diese hohen Frequenzen wird daher die Schirmfolie häufig vorzugsweise als längs gefaltete Schirmfolie angebracht.
Aus der DE 10 2012 204 554 A1 ist ein Signalkabel für eine hochfrequente Signalübertragung zu entnehmen, bei dem der Signalleiter als Litzenleiter mit einer variierenden Schlaglänge ausgebildet ist. Ergänzend weist das Signalkabel weiterhin ein Abschirmgeflecht auf, wobei auch hier einzelne Geflechtstränge des Abschirmgeflechts mit einer variierenden Schlaglänge gewickelt sind. Durch diese Maßnahmen wird die Übertragungsqualität verbessert.
Aus der DE 103 15 609 A1 ist ein Datenkabel für eine hochfrequente Datenübertragung zu entnehmen, bei dem ein Adernpaar von einer als Schirmfolie ausgebildeten Paarschirmung umgeben ist. Ergänzend ist noch eine Zwischenfolie um das Adernpaar gesponnen.
Aus der US 2014/0124236 A1 ist ein weiteres Highspeed-Datenkabel zu entnehmen, bei dem eine als Paarschirmung vorgesehene Schirmfolie mit einer variierenden Schlaglänge um das Adernpaar gesponnen ist.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein High-Speed- Datenkabel mit guten Übertragungseigenschaften auch bei hohen Übertragungsraten und hohen Übertragungsfrequenzen anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Datenkabel für High-Speed- Datenübertragungen mit zumindest einem Adernpaar aus zwei sich in Längsrich- tung erstreckenden Adern, die insbesondere parallel zueinander verlaufen und die zur Ausbildung einer Paarschirmung paarweise von einer Schirmfolie umgeben sind. Zwischen der Schirmfolie und dem Adernpaar ist eine dielektrische Zwischenfolie als zusätzliche Folie um das Adernpaar gesponnen. Die zusätzliche dielektrische Zwischenfolie ist dabei mit einer variierenden Schlaglänge um das Adernpaar gesponnen.
Das Datenkabel geht dabei insbesondere von einem Datenkabel mit einer längs gefalteten Schirmfolie mit der zusätzlichen Zwischenfolie zwischen Adernpaar und der Paarschirmung aus. Untersuchungen haben gezeigt, dass auch bei derartigen Datenkabeln bei sehr hohen Übertragungsfrequenzen eine peakartige Dämpfung auftritt. Diese peakartige Dämpfung konnte durch die Variation der Schlaglänge der dielektrischen Zwischenfolie deutlich vermindert werden. Es wird davon ausgegangen, dass die peakartige Dämpfung auf einen Reflexionseffekt aufgrund der durch die Umspinnung der Zwischenfolie eingebrachten periodischen Störstruktur mit der Periode der Schlaglänge zurückzuführen ist. An dieser Störstruktur wird jeweils ein Teil des Signals reflektiert. Durch die strenge Periodizität wird bedingt durch die Reflexionseffekte an der Vielzahl der Störstellen eine engbandige, scharfe Dämpfung bei hohen Frequenzen ausgebildet. Dies führt daher zu einem hohen Dämpfungspeak bei hohen Frequenzen bei der sogenannten Einfügedämpfung (Insertion Loss). Unter Einfügedämpfung wird vorliegend die Dämpfung verstanden, die ein Signal beim Durchlaufen einer Signalstrecke (Kabellänge) erfährt. Durch die periodische Struktur führt dies zudem auch zu einem hohen Dämpfungspeak bei hohen Frequenzen bei der sogenannten Rückflussdämpfung (Return Loss). Hierbei wird auf der Einspeiseseite des Signals aufgrund der Reflexionen ein Signalpeak bei der hohen Frequenz erhalten, der zu dem Dämpfungspeak der Einfügedämpfung korreliert.
Grundsätzlich bestünde die Möglichkeit, die Dämpfungsfrequenz durch Geometriemaßnamen, wie beispielsweise eine geringere Schlaglänge zu höheren Frequenzen hin zu verschieben. Bei den eingangs beschriebenen ParaLink-Kabeln wird dies durch eine sehr steile Steigung der Wicklung erreicht. Die Schlaglänge liegt dabei insbesondere etwa bei 3mm, so dass die peakartige Einfügedämpfung und damit auch die Rückflussdämpfung bei über 25 GHz liegt. Gemäß den aktuell geltenden Normen darf ein derartiger Peak bei solchen Leitungen im Frequenzbereich bis 25 GHz nicht auftreten. Die kurze Schlaglänge führt jedoch zu einer geringen Verfahrensgeschwindigkeit bei der Umspinnung des Adernpaars aufgrund der stärkeren Umwicklung, was zu höheren Kosten führt.
Bei herkömmlichen Datenkabeln mit der Zwischenfolie erfolgt also aufgrund der Addition aller Einzelreflexionen bei einer festen, engen Frequenz eine vergleichsweise große Dämpfung (Dämpfungspeak). Dadurch erfolgt eine hohe Signaldämpfung, so dass die Anforderungen des so genannten Insertion loss (Einfügedämpfung) für hohe Übertragungsfrequenzen nur unzureichend erfüllt sind. Im Unterschied hierzu ist aufgrund der variierenden Schlaglänge kein Dämpfungspeak bei einer festen Frequenz mehr vorhanden, so dass die Anforderungen des Insertion loss auch bei hohen Frequenzen erfüllt ist. Gleichzeitig besteht dadurch die Möglichkeit, die Schlaglänge zu verlängern und damit die Verfahrensgeschwindigkeit zu erhöhen und somit die Kosten zu senken.
Unter Schlaglänge oder auch Steigung der Zwischenfolie wird hierbei der Abstand in Längsrichtung des Kabels verstanden, den die Umwicklung für eine 360°-Um- drehung um das Adernpaar herum benötigt.
In zweckdienlicher Weiterbildung wird dabei die Schlaglänge im Bereich von zumindest +/- 5% und insbesondere von zumindest +/- 10 %bezogen auf eine mittlere Schlaglänge variiert. Bereits diese vergleichsweise geringe Variation hat sich als ausreichend erwiesen, um den unerwünschten Dämpfungspeak zu vermeiden. Eine obere Grenze der Variation liegt beispielsweise bei +/-40%.
Die mittlere Schlaglänge der Zwischenfolie liegt dabei vorzugsweise im Bereich von einigen Millimetern, insbesondere im Bereich von 5 bis 15mm. Insbesondere liegt die mittlere Schlaglänge dabei etwa zwischen 6 bis 8mm. Mit dieser Schlaglänge ist eine prozesstechnisch schnelle und zuverlässige Herstellung der Umspinnung der Zwischenfolie ermöglicht. Es ist eine hohe Prozessgeschwindigkeit erzielt. Gleichzeitig lassen sich hierdurch die mit der Zwischenfolie gewünschten Eigenschaften erreichen, nämlich eine definierte, feste Umwicklung des Adernpaars, um die darüber angebrachte Schirmfolie in definierter gleichmäßiger Geometrie um das Adernpaar herum zu legen, so dass keine Symmetriestörstellen der Schirmfolie gebildet sind.
Der besondere Vorteil der variierenden Schlaglänge wird anhand folgenden Beispiels deutlich: Bei einer Schlaglänge von 6mm ergeben sich pro Meter ca. 1 66 Umwicklungen und damit 1 66 periodische Störstellen. Dies führt zu einem scharfen Peak im Return Loss infolge dieser Störstellen bei 15GHz, der an der Basis nur etwa 180 MHz breit ist. Bei einer Variation um +/- 15% wird die Basis auf 4500MHz erweitert und das Maximum deutlich verringert.
Die Schlaglänge variiert dabei in Längsrichtung zweckdienlicherweise gleichmäßig und insbesondere kontinuierlich, beispielsweise sinusförmig. Die Schlaglänge variiert daher zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert um den Mittelwert herum. Dies lässt sich prozesstechnisch beispielsweise durch eine Variation der Abzugsgeschwindigkeit des Adernpaars beim Umspinnprozess und / oder durch eine Variation der Spin-Drehzahl erzielen. Zweckdienlicherweise variiert dabei die Schlaglänge in Längsrichtung periodisch mit einer Periodenlänge, die vorzugsweise im Bereich von einigen Metern liegt, insbesondere im Bereich von 1 bis 5m und vorzugsweise bei 2m liegt. Unter Periodenlänge der Variation wird daher die Länge in Längsrichtung verstanden, die zwischen zwei Maximalwerten der Schlaglänge liegt. Durch diese Periodizität ist zwar wiederum eine periodische Störstelle eingebracht, jedoch ist diese aufgrund der gewählten Periodenlänge für die vorliegend interessierenden Übertragungsfrequenzen und bei den typischen Kabellängen unerheblich.
Zweckdienlicherweise ist um die Paarschirmung herum eine weitere, insbesondere klebende Außenfolie gesponnen. Diese dient insbesondere zur Fixierung des gesamten Aufbaus. Bei dieser handelt es sich wiederum um eine dielektrische Folie, insbesondere eine PET-Folie. In bevorzugter Weiterbildung ist dabei vorgesehen, dass auch diese Außenfolie eine variierende Schlaglänge aufweist. Die im Hinblick auf die Zwischenfolie angeführten Argumente und bevorzugten Ausgestaltungen sind in gleicher Weise auch auf diese Außenfolie zu übertragen. Sie weist daher vorzugsweise gleiche oder zumindest vergleichbare Schlaglängen und eine gleiche oder zumindest vergleichbare Variation der Schlaglänge wie die Zwischenfolie auf. Zweckdienlicherweise ist sie gegensinnig zu der Zwischenfolie gesponnen.
Weiterhin ist vorzugsweise die Zwischenfolie mit einer mittleren Schlaglänge um das Adernpaar gesponnen, die verschieden ist zu einer Schlaglänge der Schirmfolie. Grundsätzlich können dadurch die unterschiedlichen Dämpfungseffekte, die aufgrund von unterschiedlichen physikalischen Randbedingungen einerseits der Schirmfolie und andererseits der Zwischenfolie herrühren, jeweils gezielt verringert oder vermieden werden.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Schirmfolie mit konstanter Schlaglänge um das Adernpaar gesponnen ist.
In zweckdienlicher Ausgestaltung handelt es sich bei der Schirmfolie um eine längs gefaltete Folie, also quasi um eine Schirmfolie, bei der die Schlaglänge unendlich ist. Durch diese Maßnahme ist der Dämpfungseffekt der Schirmfolie aufgrund des zuvor beschriebenen Resonanzeffekts zuverlässig vermieden.
Die Schirmfolie weist grundsätzlich einen mehrlagigen Aufbau auf mit einer isolierenden Trägerschicht, auch als Trägerfolie bezeichnet, und einer darauf angebrachten leitfähigen Schicht. Bei der Trägerschicht handelt es sich insbesondere um eine dielektrische Kunststofffolie, insbesondere um eine PET-Folie. Bei der darauf angebrachten leitfähigen Schicht handelt es sich insbesondere um eine Aluminiumschicht, die beispielsweise durch Aufdampfen auf die Trägerfolie aufgebracht ist.
Das gesamte Datenkabel weist üblicherweise weiterhin einen Kabelmantel auf, welcher um das zumindest eine Adernpaar herum angeordnet ist. Typischerweise weist das Datenkabel mehrere mit einer Paarschirmung versehene Adernpaare auf, wobei die Adernpaare üblicherweise miteinander verseilt innerhalb des gemeinsamen Kabelmantels verlaufen. Ergänzend ist typischerweise noch eine Au- ßenschirmung um den gesamten Verbund der einzelnen Adernpaare herum angeordnet. Hierbei handelt es sich beispielsweise um ein Schirmgeflecht und / oder um einen mehrlagigen Schirmaufbau. Diese Außenschirmung ist zu den einzelnen Paarschirmen galvanisch getrennt. Dies wird insbesondere über die bereits erwähnte Außenfolie eines jeden Paares oder auch durch eine gemeinsame isolierende Folie erreicht, die den Verseilverbund der Adernpaare umgibt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in vereinfachten Darstellungen:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung eines mit einer Paarschirmung umgebenden Adernpaares eines Datenkabels,
Fig. 2 in einer ausschnittsweisen Seitenansicht das mit einer Zwischenfolie umsponnene Adernpaar gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Datenkabels mit zwei geschirmten Adernpaaren,
Fig. 4 eine Illustration der Variation der Schlaglänge der Zwischenfolie,
Fig. 5A eine Darstellung der Einfügedämpfung bei einem herkömmlich geschirmten Adernpaar sowie
Fig. 5B eine Darstellung der Einfügedämpfung bei einem Adernpaar, welches mit einer mit variierender Schlaglänge gewickelten Zwischenfolie versehen ist,
Fig. 6A eine zur Fig. 5A korrelierte Darstellung der Rückflussdämpfung bei dem herkömmlich geschirmten Adernpaar sowie
Fig. 6B eine zur Fig. 5B korrelierte Darstellung der Rückflussdämpfung bei dem Adernpaar, welches mit einer mit variierender Schlaglänge gewickelten Zwischenfolie versehen ist.
In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In den Fig. 1 bis 3 ist zumindest ein Adernpaar 2, bestehend aus zwei Adern 4, dargestellt, wobei jede Ader 4 wiederum einen zentralen Leiter 6 aufweist, welcher von einer Aderisolation 8 umgeben ist. Das Adernpaar 2 ist dabei jeweils von einer Paarschirmung 10 umgeben, die das Adernpaar 2 unter Zwischenlage einer Zwischenfolie 12 umgibt.
Bei der Ausführungsvariante gemäß der Fig. 1 ist die Paarschirmung 10 durch eine einzige mehrschichtige Schirmfolie 14 gebildet, welche eine als PET- Trägerfolie ausgebildete Trägerschicht 1 6a sowie eine darauf angebrachte Alumi- nium-Beschichtung als leitfähige Schicht 1 6b gebildet ist. Die leitfähige
Schicht 1 6b ist dabei nach außen orientiert. Bei der Schirmfolie 14 handelt es sich dabei um eine längs gefaltete Schirmfolie 14, deren Längskanten daher parallel zu den Adern 4 in Längsrichtung 17 verlaufen. Die Adern 4 verlaufen unverdrillt und parallel zueinander in Längsrichtung 17.
Weiterhin ist der gesamte Paar-Aufbau von einer klebenden Außenfolie 20 umsponnen mit deren Hilfe der gesamte Aufbau fixiert ist. Bei dieser Außenfolie 20 handelt es sich wiederum um eine Kunststofffolie.
Zwischen der Paarschirmung 10 und der Außenfolie 20 sind weiterhin Beilaufdrähte 18 angeordnet, welche mit der leitfähigen Schicht 1 6b in elektrischem Kontakt stehen. Die Beilaufdrähte 18 dienen zu einem vereinfachten Anschluss der Paarschirmung 10 in einem Steckerbereich. Die Beilaufdrähte 18 liegen dabei auf einer gemeinsamen Mittenlinie, welche auch durch die Mittenachsen der Adern 4 verlaufen. Sie liegen insbesondere außerhalb der Zwischenfolie 12 und damit auch außerhalb von Zwickelbereichen zwischen den Adern 4. Durch die beidseitige gegenüberliegende Anordnung ist ein hoch symmetrisches Gebilde erreicht. Alternative Ausgestaltungen mit keinem oder nur einem Beidraht sind grundsätzlich möglich.
Sämtliche Folien weisen eine Dicke üblicherweise im Bereich von lediglich wenigen μηι auf. Sofern es sich um gesponnene Folien handelt, wie dies insbesondere bei der Zwischenfolie 12 sowie der Außenfolie 20 der Fall ist, so weisen diese typischerweise eine Breite im Bereich von 4 bis 6mm auf.
Während es sich bei der Schirmfolie 14 vorzugsweise um eine längs gefaltete Folie handelt, ist die Zwischenfolie 12 um das Adernpaar 2 herum gewickelt. Dies ist insbesondere aus der Seitenansicht gemäß der Fig. 2 zu entnehmen. Die Zwischenfolie 12 ist dabei mit einer mittleren Schlaglänge lm um das Adernpaar 2 herum gewickelt. Die Schlaglänge I und damit die Steigung der Zwischenfolie 12 variiert hierbei um eine Differenz Δ um die mittlere Schlaglänge I.
In Fig. 2 ist für eine bessere Übersicht auf die Darstellung der Paarschirmung 10 verzichtet und es ist lediglich die Zwischenfolie 12 noch zu erkennen.
Ein Datenkabel 22, wie es in Fig. 3 beispielhaft dargestellt ist, weist typischerweise ein oder mehrere jeweils mit einer Paarschirmung 10 versehene Adernpaare 2 auf. Jedes Paarelement weist dabei bevorzugt einen Aufbau auf, wie er zu Fig. 1 und 2 beschrieben ist. Die einzelnen von der Paarschirmung 10 umgebenen Adernpaare 2 bilden einen Übertragungskern, welcher anschließend noch von einer Außenschirmung 24 umgeben ist, welche galvanisch getrennt von der Paarschirmung 10 ist. Bei der Außenschirmung 24 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um einen mehrlagigen Aufbau mit einem hier außen liegenden Geflechtschirm 24A und einer innen liegenden Gesamt-Schirmfolie 24B, welche bevorzugt wie die Schirmfolie 14 ausgebildet ist. Die Außenschirmung 24 kann auch einlagig ausgebildet sein. Zwischen der Außenschirmung und dem Übertragungskern ist im Ausführungsbeispiel noch eine weitere isolierende Folie 25 gesponnen. Um die Außenschirmung 24 ist schließlich ein Kabelmantel 26 als äußere Schutzhülle des Datenkabels 22 angeordnet. Hierbei handelt es sich typischerweise um einen ex- trudierten Kabelmantel 26.
In der Fig. 4 ist ein beispielhafter Verlauf der Variation der mittleren Schlaglänge I der Zwischenfolie 12 dargestellt. Wie zu erkennen ist, variiert die Schlaglänge I um die mittlere Schlaglänge lm, um die Differenz Δ zwischen einer maximalen Schlaglänge Lax und einer minimalen Schlaglänge \mm. Die Variation erfolgt hier- bei gleichmäßig und periodisch und insbesondere entsprechend einer in Fig.4 beispielhaft dargestellten Sinuskurve. Dieser Verlauf weist daher eine Periodizität mit einer Periodenlänge p auf, die typischerweise im Bereich von einigen Metern liegt.
Anhand der Fig. 5A und 5B sowie 6A und 6B wird nachfolgend die Wirkung der Variation der Schlaglänge I bei der Zwischenfolie 12 erläutert. Die dargestellten Diagramme zeigen jeweils schematisch Messkurven, bei denen die Dämpfung a in Dezibel dB gegenüber der Frequenz f in Gigahertz GHz aufgetragen ist. Die Messkurven wurden bei Datenkabeln 22 mit einem grundsätzlichen Aufbau gemäß Fig. 1 für das paargeschirmte Adernpaar 2 durchgeführt. Bei der Messung gemäß den Fig. 5A, 6A lag dabei ein herkömmlicher Aufbau mit einer Zwischenfolie 12 mit konstanter Schlaglänge I und bei den Messkurven der Fig. 5B,6B ein Aufbau mit variierender Schlaglänge I der Zwischenfolie 12 zugrunde. Die Messungen erfolgten dabei bei einer mittleren Schlaglänge lm der Zwischenfolie 12 von etwa 6mm. Die Schlaglänge I liegt daher deutlich über der herkömmlich gewählten Schlaglänge von typischerweise etwa 3mm, die erforderlich ist, um - falls keine variierende Schlaglänge eingestellt ist - den Dämpfungspeak zu ausreichend hohen Frequenzen über 25 GHz zu verschieben.
Das Diagrammpaar der Fig. 5A, 5B zeigt dabei den Verlauf der Einfügedämpfung [in dB] im Vergleich der beiden Kabelvarianten und das Diagrammpaar der Fig. 6A,6B zeigt den Verlauf der Rückflussdämpfung [in dB] im Vergleich der beiden Kabelvarianten, jeweils aufgetragen gegen die Frequenz
Wie gut zu erkennen ist, nimmt die Einfügedämpfung generell mit zunehmender Frequenz kontinuierlich zu. Bei etwa 19 GHz zeigt das Datenkabel 22 bei der Variante mit der konstanten Schlaglänge einen sehr starken Dämpfungspeak, welcher im hier gezeigten Beispiel einen Ausschlag von über 50 dB zeigt. Korrespondierend zeigt die Rückflussdämpfung einen ähnlichen Verlauf und ebenfalls bei etwa 19 GHz einen Reflexionspeak. Die Höhe des Peaks hängt von der absoluten Dämpfung und der Leitungslänge ab. Demgegenüber besteht bei dem Datenkabel 22 mit der Zwischenfolie 12 mit der variierenden Schlaglänge I in dem entsprechenden Frequenzbereich weder eine Peak bei der Einfügedämpfung noch einer bei der Rückflussdämpfung. Durch die variierende Schlaglänge wird also die Basis des Peaks deutlich verbreitert auf eine Breite von vorzugsweise mehreren GHz, insbesondere von beispielsweise 3-6 GHz. Entsprechend wird auch die Höhe des Peaks deutlich reduziert und es ist über die Breite lediglich noch ein wellenförmiger Verlauf nach Art eines Rauschens ersichtlich. Die Signalhöhe dieses Rauschens liegt dabei nur noch bei einem Bruchteil der ursprünglichen Peakhöhe, beispielsweise bei weniger als 10% der ursprünglichen Peakhöhe.
Bezugszeichenliste
2 Adernpaar
4 Ader
6 Leiter
8 Aderisolation
10 Paarschirmung
12 Zwischenfolie
14 Schirmfolie
1 6a Trägerschicht
1 6b leitfähige Schicht
17 Längsrichtung
18 Beilaufdraht
20 Außenfolie
22 Datenkabel
24 Außenschirmung 24A Geflechtschirm
24B Schirmfolie
25 Folie
26 Kabelmantel
Dämpfung
Frequenz
Schlaglänge mittlere Schlaglänge maximale Schlaglänge minimale Schlaglänge Periodenlänge
Differenz der Steigung Breite

Claims

Ansprüche
1 . Datenkabel (22) für High-Speed Datenübertragungen mit zumindest einem Adernpaar (2) aus zwei sich in Längsrichtung erstreckenden Adern (4), die zur Ausbildung einer Paarschirmung (10) paarweise von einer Schirmfolie (14) umgeben sind und wobei zwischen der Schirmfolie (14) und dem Adernpaar (2) eine dielektrische Zwischenfolie (12) als zusätzliche Folie um das Adernpaar gesponnen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zwischenfolie (12) mit einer variierenden Schlaglänge (I) um das Adernpaar (2) gesponnen ist.
2. Datenkabel (22) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schlaglänge (I) zumindest im Bereich von +/- 5% und vorzugsweise von zumindest bis +/- 10% bezogen auf eine mittlere Schlaglänge (lm) variiert.
3. Datenkabel (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zwischenfolie (12) eine mittlere Schlaglänge (lm) aufweist, die im Bereich von einigen Millimetern liegt, insbesondere im Bereich von 5 bis 15mm liegt und insbesondere bei etwa 6 bis 8mm liegt.
4. Datenkabel (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schlaglänge (I) in Längsrichtung (17) gleichmäßig variiert.
5. Datenkabel (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schlaglänge (I) in Längsrichtung (17) periodisch mit einer Periodenlänge (p) variiert, die im Bereich von einigen Metern, insbesondere im Bereich von 1 bis 5m liegt und vorzugsweise bei 2m.
6. Datenkabel (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass um die Paarschirmung (10) eine weitere insbesondere klebende Außenfolie (20) gesponnen ist.
7. Datenkabel (22) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Außenfolie (20) ebenfalls eine variierende Schlaglänge (I) aufweist.
8. Datenkabel (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zwischenfolie (12) mit einer Schlaglänge (I) um das Adernpaar (2) gesponnen ist, die verschieden ist zu einer Schlaglänge (I) der Schirmfolie (14).
9. Datenkabel (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Schirmfolie (14) und Zwischenfolie (12) mit gegenläufigem Schlag um das Adernpaar (2) gesponnen sind.
10. Datenkabel (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schirmfolie (14) mit konstanter Schlaglänge (I) um das Adernpaar (2) gesponnen ist.
1 1 . Datenkabel (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schirmfolie (14) als eine längsgefaltete Folie ausgebildet ist.
12. Datenkabel (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schirmfolie (14) einen mehrlagigen Aufbau mit einer isolierenden Trägerschicht (16a) und einer darauf angebrachten leitfähigen Schicht (1 6b) aufweist.
13. Datenkabel (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Einspeisung eines hochfrequenten Datensignals im GHz- Bereich zumindest innerhalb eines Frequenzbandes bis zu 25 GHz weder ein Signalpeak bei der Einfügedämpfung noch bei der Rückflussdämpfung auftritt.
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