WO2018068914A1 - Dielektrisches wellenleiterkabel - Google Patents

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WO2018068914A1
WO2018068914A1 PCT/EP2017/068148 EP2017068148W WO2018068914A1 WO 2018068914 A1 WO2018068914 A1 WO 2018068914A1 EP 2017068148 W EP2017068148 W EP 2017068148W WO 2018068914 A1 WO2018068914 A1 WO 2018068914A1
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WO
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dielectric
waveguide cable
cable according
permittivity
dielectric waveguide
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PCT/EP2017/068148
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Michael Wollitzer
Gunnar Armbrecht
Rainer BIPPUS
Raimund Klapfenberger
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Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/16—Dielectric waveguides, i.e. without a longitudinal conductor
    • 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
    • H01B11/1804—Construction of the space inside the hollow inner conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/0009—Details relating to the conductive cores

Definitions

  • Non-dielectric fiber cable for electromagnetic waves ⁇ tables in the gigahertz range are known.
  • US 2014/0368301 A1 shows a waveguide with a dielectric core and a dielectric sheath, which are surrounded by a metallic cladding.
  • Dielectric waveguide cables such as fiber-optic cables or POFs for the optical transmission of signals with a frequency in the terahertz range have been known for a long time.
  • Such cables generally have quartz glass or PMMA (polymethyl methacrylate).
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the present invention has the object, a dielectric waveguide cable, wel- to transmit signals in a frequency range between 50 GHz and 500 GHz.
  • a dielectric waveguide cable in particular for use in the automotive sector, for transmitting electromagnetic waves in the gigahertz range with a first dielectric and with a second dielectric, in which air is embedded, wherein the first dielectric is designed to transmit electromagnetic waves and has a first permittivity wherein the second dielectric, the first die ⁇ lektrikum at least partially surrounding and is adapted to ömli ⁇ chen limitation of the electromagnetic waves and having a second permittivity, wel ⁇ surface is smaller than the first permittivity; and a transmission method for a signal having a frequency between 50 and 500 GHz and a wavelength between 0.6 mm and 6 mm by means of a dielectric waveguide, wherein a ratio of a diameter of a first dielectric in the dielectric waveguide to a free space wavelength of the transmissive ⁇ signal between 0.5 and 2, particularly Zvi ⁇ rule 0.7 and 1.5, more in particular approximately 1.0. is.
  • the idea on which the present invention is based is to convert a dielectric core material from a dielectric sheath having a reduced permittivity.
  • the first dielectric layer is suchseclege that it has a very high permittivity, so remains bound an electromagnetic wave in the first dielectric ⁇ that. This improves the signal transmission be ⁇ especially at a bend of the cable.
  • a lower permittivity is to be selected. In this way, the guidance of the shaft in the first dielectric is improved. In addition, the lower permittivity of the second dielectric reduces the losses.
  • the dielectric sheath is designed such that it concentrates as large as possible proportion of an electromagnetic wave to be transmitted in the core even at frequencies in the gigahertz range.
  • a dielectric waveguide according to the invention uses only dielectric materials for signal transmission. Due to this, two ends of the dielectric waveguide are galvanically separated from each other.
  • core and “first dielectric” or “sheath” and “second dielectric” or “sheath” and “third dielectric” are used interchangeably.
  • the dielectric waveguide cable a third The ⁇ lektrikum forming a protective outer casing for the first and the second dielectric on.
  • the dielectric waveguide cable can ⁇ influences from external environmental in, such as UV radiation or mechanical influences to be protected.
  • the rigidity of the third dielectric are selected such that it makes it difficult to bend ⁇ From the fiber cable.
  • the dielectric waveguide cable can be achieved both low attenuation, low dispersion and high contact insensitivity, that is, the guidance of the shaft in the cable from a hand touch not is influenced on ⁇ points.
  • a cable according to the invention can also be designed to ei ⁇ not in contact with water or metal.
  • the third Dielekt rikum is constructed of different materials.
  • An outer layer protects the waveguide cable against non-electrical environmental influences, such as UV radiation or mecha niche influences.
  • a second inner layer is respects ⁇ Lich adapted to its material properties such that the fiber cable is shielded from electrical environmental influences. In this way, the second inner layer of the shell shields the electric field in the wave ⁇ conductor cable also to the outside.
  • the third dielectric designed as a protective sheath can be designed with regard to various functionalities.
  • the permittivity of the dielectric ers ⁇ th and the permittivity of the second Dielekt ⁇ rikums between 0.3 and 2.0, in particular between 0.5 and 1.2, more particularly at approximately 0 ,8th. Solid materials with a permittivity of less than 2.0 are currently unknown. These differences in the per ⁇ mittivity are thus achieved by a certain amount of air is stored in the second dielectric.
  • the first and / or the second dielectric comprises polyethylene (PE) and / or polypropylene (PP) and / or polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • an additive for increasing the temperature resistance can be admixed.
  • a fiber cable with the materials mentioned has a suitable design to a bending radius corresponding to approximately a five-fold Lucas penmes ⁇ ser.
  • the second dielectric is formed as a foam, in particular PE foam, and / or as a braid and / or as at least one band, which surrounds the first dielectric, and / or as a fleece.
  • the second dielectric can be formed between the individual fibers of the braid also called braid having from ⁇ sufficiently large spaces. Further alternatively, the second dielectric may be formed as one or more ribbons that wrap around the first dielectric. Further alternatively, the second dielectric may be formed as a nonwoven. A nonwoven is understood to mean a sheet with non-oriented fibers.
  • second dielectric it is particularly advantageous to build up the second dielectric a 1s material mixture. Accordingly, that can second dielectric also have multiple components of foam, braid or tape. In addition, a foam may have multiple dielectric layers of different materials. It is also conceivable to weave a network of fibers of different materials or to use several bands of different materials.
  • the second dielectric can be especially before ⁇ geous in terms of mechanical and electrical properties are designed.
  • the permittivity of the second dielectric can be further adjusted.
  • the third dielectric TPE in particular TPE S.
  • TPE in particular TPE S, is a dielectric with a particularly large loss factor and advantageous mechanical properties, in particular with regard to resistance to kinking, and also high flame resistance.
  • Another advantage of a particularly large loss factor in the jacket is that higher, unwanted modes are greatly attenuated, since they have a greater electromagnetic field extension than the fundamental mode to be transmitted.
  • the first dielectric has an air-filled bore.
  • the group delay of an electromagnetic wave in a certain frequency range is constant.
  • a bore reduces the cable loss, since at least a part of the energy is guided in the bore and experiences there almost no damping.
  • the bore is formed centrally in the axial direction in the first dielectric.
  • the first dielectric has a symmetrical cross section, in particular a circular or polygonal cross section.
  • the shaft is not subject to a preferred direction. This is particularly advantageous for circularly polarized waves.
  • the first dielectric on a cross section with at ⁇ differently long side lengths For a linearly polarized wave, its direction of vibration can be parallel to one of the side lengths. In this way, a preferred direction of the electromagnetic wave to be transmitted in the direction of the side parallel to the vibration direction side length, ie the longer or shorter side length, depending on the supply of the wave. This leads to an increased directional stability of the electromagnetic polarization even when bending the cable.
  • the first dielectric may have a rectangular or elliptical cross section.
  • Dielectrics with an elliptical cross section are easy to manufacture. Cores with cross sections of different side lengths are particularly advantageous for linearly polarized waves. The polarization of the wave follows the direction of the semi-axes. With a feed on the short side, there is less damping.
  • the second dielectric has a plurality of spokes, in particular two, three, four, five, six, seven or eight spokes.
  • the permittivity of the second dielectric can be further adjusted.
  • a spacer between the first dielectric and the third dielectric is understood that it extends in a plane perpendicular ⁇ , ie radially to the transmission direction and fills the space between the first and third dielectric only partially.
  • the second dielectric has a plurality of support disks in the axial direction.
  • a plurality of successive support disks are formed in the transmission direction of the cable.
  • the distance of the supporting disks is a function of the wavelength to dimensioning ⁇ ren. In this manner, the permittivity of the second die ⁇ lektrikums can be further adjusted.
  • the second dielectric has at least one auxiliary filament, in particular two auxiliary filaments, which spirally wrap the first dielectric.
  • the BeilauffHa ⁇ element may comprise one or more fibers, or one or more foam strands and provides for a further Luf- tein gleich in the vicinity of the first dielectric.
  • ⁇ DERS it is advantageous to use a core having the above-mentioned examples To wrap around filaments to complete the outer contour of the first dielectric.
  • the second dielectric has a foam mass which surrounds the at least one fiber. In this case, air is trapped between the fiber and the foam mass. In this way, the permittivity of the second dielectric can be further adjusted.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of an OF INVENTION ⁇ to the invention dielectric waveguide cable according to one embodiment
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of an OF INVENTION ⁇ to the invention dielectric waveguide cable according to another embodiment
  • Fig. 3 shows a schematic sectional view of an OF INVENTION ⁇ to the invention dielectric waveguide cable according to another embodiment
  • Fig. 4 shows a schematic sectional view of an OF INVENTION ⁇ to the invention dielectric waveguide cable according to another embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of a dielectric waveguide cable according to the invention according to a further embodiment
  • Fig. 6 shows a schematic sectional view of an OF INVENTION ⁇ to the invention dielectric waveguide cable according to another embodiment
  • Fig. 7 shows a schematic sectional view of an OF INVENTION ⁇ to the invention dielectric waveguide cable according to another embodiment
  • Fig. 8 shows a schematic sectional view of an OF INVENTION ⁇ to the invention dielectric waveguide cable according to another embodiment
  • Fig. 9 shows a schematic sectional view of an OF INVENTION ⁇ to the invention dielectric waveguide cable according to another embodiment
  • Fig. 10 shows a schematic sectional view of an OF INVENTION ⁇ to the invention dielectric waveguide cable according to another embodiment
  • Fig. 11 shows permittivity profiles of optical waveguides and a dielectric waveguide cable according to the present invention
  • FIG. 12 shows a comparison of two permittivity profiles of dielectric waveguide cables according to the invention.
  • FIG. 1 shows a dielectric waveguide cable 10 according to a first embodiment of the invention.
  • the waveguide cable 10 comprises a dielectric core 12 for transmitting an electromagnetic wave, a dielectric sleeve 14 for shielding the wave to be transmitted, and a dielectric jacket 16 for protecting the dielectric waveguide cable 10.
  • the core 12 made of PE has a round cross-section. Concentrically surrounding the core is a shell 14 made
  • FIG. 1 shows a dielectric waveguide cable 20 according to a second embodiment of the invention. Similar to FIG. 1, the cable 20 has a core 22, a sleeve 24 and a jacket 26. The cable 20 in Figure 2 differs from the cable 10 in Figure 1 by the core 22, which has a bore 21.
  • the bore 21 is formed centrally in the core 22. However, it is also conceivable not to arrange the bore 21 symmetrically to the core 22. Furthermore, it is conceivable to form a plurality of bores 21 in the core 22.
  • FIG. 3 shows another dielectric waveguide cable 30 according to a further embodiment of the invention.
  • the Dielectric waveguide cable 30 in Figure 3 is similar to the cable 20 of Figure 2 and has a core 32 with a bore 31, a sheath 34 and a sheath 36.
  • the cable 30 differs from the cable 20 in Figure 2 by the rectangular cross-sectional shape of the core 32.
  • the rectangular cross-sectional shape of the core 32 causes a pre ⁇ yakscardi a wave to be transmitted in the direction of the longer or shorter side of the core, depending on the feed of the shaft ,
  • Figure 4 shows a further inventive Wellenleiterka ⁇ bel 40, which is similar to the cable 30 and a similar technical effect caused as the cable 30.
  • the dielectric Wel ⁇ lenleitertiv 40 includes a core 42 having a bore 41 , a PE foam surrounding the core 42, and a sheath 46 of TPE-S.
  • the cable 40 in Figure 4 differs from the cable 30 by the elliptical cross-sectional shape of the core 42. Similar to the core 32 also has the core 42 in Figure 4 different side lengths, ie half-axes, whereby a wave to be transmitted also a preferred direction in Direction of the longer or shorter half-axis is forced. According to current knowledge, however, results in manufacturing advantages in an elliptical cross-section.
  • FIG. 5 shows a further dielectric waveguide cable 50 according to the invention with a core 52, which is penetrated by a bore 51, a sheath 54 and a sheath 56.
  • the dielectric waveguide cable 50 differs from the previous cables by the polygonal cross-sectional area of the core 52.
  • the polygon-shaped cross-section also has different maximum Be ⁇ tenauern 57 and 58. It will be appreciated that even a po ⁇ lygonförmiger cross-section with identical maximum side lengths 57, 58 is conceivable, if no preferred direction of the shaft is desired.
  • the maximum side lengths 57, 58 of the polygon as well as the side lengths of the rectangle in Figure 3 or the ellipse in Figure 4 are belie ⁇ big variable.
  • dielectric waveguide cables 20, 30, 40 and 50 are each shown with a bore in FIGS. 2-5, it will be understood that the cables 20, 30, 40, 50 are executable without the bore in the core.
  • the sheath of the dielectric waveguide cables 10, 20, 30, 40 and 50 are each formed as a PE foam. It is understood that, alternatively, according to an alternative embodiment of the invention, such as PTFE tapes or braid, are conceivable.
  • Figure 6 shows a further embodiment of a fiction, modern ⁇ dielectric waveguide cable 60. Similar to the previous cables also has the cable 60 includes a core 62 and a sheath 66. The cable 60 differs from the preceding by its Ka ⁇ beln envelope having spokes 64th The spokes 64 form an air inclusion 63 between the spokes 64. The spokes 64 are designed to be mechanically faceted. particular stability requirements.
  • spokes 64 continuously in the transmission direction of the cable 60 or to arrange a plurality of layers Spei ⁇ Chen 64 support disk-like along the transmission direction, wherein the distance oriented to each other at the wavelength of the wave to be transmitted.
  • FIG. 7 shows a dielectric waveguide cable 70 according to a further embodiment of the invention.
  • the dielectric waveguide cable 70 has a core 72 and a second dielectric 74 with an air trap 73.
  • a sheath 76 surrounds the second dielectric 74 with the air inclusion 73.
  • the second dielectric 74 or the sheath is designed as a so-called supplementary filament, which spirally surrounds the core 72 and thus spaces the sheath 76 from the core 72.
  • the filler filament 74 may comprise a plurality of smaller spun filaments. In this way, the permittivity of Beilauffilêt 74 can be adjusted applying ⁇ dung specific.
  • FIG. 8 shows a dielectric waveguide cable 80 according to a further embodiment of the invention. Similar to the cable 20 in Figure 2, the cable 80 also includes a TPE jacket 86, a core 82 having a bore 81 and a dielectric sheath 83, 84.
  • the cable 80 differs from the previous cables in the structure of its dielectric sheath having two layers 83 and 84.
  • By choosing different Plastics in the sheath 83, 84 as well as by the respective layer thicknesses in the sheath 83, 84 allow the permittivity to be adjusted in an application-specific manner. Although only two layers are shown by way of example in FIG. 8, a construction comprising more than two layers is also conceivable.
  • the layer structure of the sheath 83, 84 can be combined as desired with one of the preceding dielectric waveguide cables 10, 20, 30, 40 or 50.
  • FIG. 9 shows a further dielectric waveguide cable 90 according to the invention according to a further embodiment.
  • the cable 90 has a core 92 with a bore 91, egg ⁇ ner shell 94 and a jacket 95, 96.
  • the cable 90 differs from the cable 20 by the multilayer construction of the jacket 95, 96 with a first layer 96 and a second layer 95.
  • the first layer 96 comprises TPE-S.
  • the second layer 95 has PE.
  • the outer jacket 96 protects the cable from me chanical ⁇ influences or UV radiation, whereas the inner shell 95 electrically protects the cable and shields.
  • FIG. 10 shows a further dielectric waveguide cable 100 according to a further embodiment of the invention.
  • the cable 100 differs from the preceding cables by two catenary filaments 103 and 104, which impart a desired, for example round or elliptical, contour to the rectangular core 102 in that the catenary filaments 103 and 104 wrap the core 102. It is understood that a wrapping by the Beilauffil- elements 103 and 104 for cores with any Querterrorismsflä ⁇ che are conceivable. However, results in nuclei with ei ⁇ ner square, ie rectangular or polygonal, cross-sectional area a particular need, as shaped nuclei are difficult to manufacture.
  • FIG. 11 shows four permittivity profiles in the radial direction of different conductors.
  • the permittivity profile 11 of the dielectric waveguide according to the invention is based on a wavelength of 2.14 mm.
  • ⁇ 0 is the free space wavelength
  • x is the ra ⁇ Diale distance from the center of the conductor
  • Permitt foundedsprofil 11 of the dielectric wave conductor ⁇ 10 is a first jump out of 8 r wherein x / ⁇ 0 ⁇ 0.5 recognizable. This discontinuity occurs at the transition between the first dielectric 12 and the second dielectric 14. It turns out that the diameter of the first dielectric, that is the core, corresponds approximately to the wavelength of the signal.
  • the ratio of the diameter of the first dielectric 10 to the free space wavelength for frequencies in the gigahertz range for dielectric waveguides is typically between 0.25 and 1.0, in particular between 0.35 and 0.75, more particularly approximately 0.5. Because of this low ratio, a fundamental mode in the first dielectric is strongly guided.
  • Another discontinuity of 8 r is at x / ⁇ 0 ⁇ 1.25 Detection ⁇ bar. This discontinuity occurs at the transition between the two ⁇ th dielectric 14 and the third dielectric sixteenth
  • the permittivity profile 11 for a dielectric waveguide 10 ends at x / ⁇ 0 ⁇ 1.4 at the outer edge of the ⁇ lectric waveguide.
  • the permittivity of air is shown below. After is not excluded that a supporting shaft to the permittivity is partially propagates outside the Ka ⁇ bels indicated at 1.
  • the overall diameter of the dielectric waveguide is approximately equal to three times a Freiraumwellenlän ⁇ ge of a signal to be transmitted.
  • the monomode fiber conductor 17 is a first small discontinuity of 8 r wherein x / ⁇ 0 ⁇ 3.3 he ⁇ recognizable. This discontinuity occurs at the transition between a core and a cladding and amounts to ⁇ 8 ⁇ -S 0,1. Consequently the ratio of core diameter to free space wavelength is significantly greater than in a dielectric waveguide according to the invention. The fundamental mode of a signal is thus performed significantly worse in the single-mode fiber than in a dielectric waveguide.
  • FIG. 12 shows a comparison between the permittivity profiles 11, 37 of a boreless dielectric waveguide cable 10 according to the invention and a dielectric waveguide cable 30 according to the invention with a bore 31.
  • the permittivity profile 37 has a first discontinuity of 8 r at x / ⁇ 0 ⁇ 0.1. At this point, the transition from the bore to the first dielectric 32 is. In the air-filled bore, the permittivity is approximately 1. Another jump of 8 r can be seen at x / ⁇ 0 ⁇ 0.6. This discontinuity occurs at the transition between the first dielectric 32 and the second dielectric 34. A another jump of 8 r can be seen at x / ⁇ 0 ⁇ 1,27. This discontinuity occurs at the transition between the second dielectric 34 and the third dielectric 36. At a last jump, the permittivity drops to 1. This is the location of the cable termination.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein dielektrisches Wellenleiterkabel, insbesondere zur Verwendung im Automobilbereich, zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen im Gigahertzbereich mit einem ersten Dielektrikum und mit einem zweiten Dielektrikum, in welches Luft eingelagert ist, wobei das erste Dielektrikum zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist und eine erste Permittivität aufweist, wobei das zweite Dielektrikum das erste Dielektrikum wenigstens teilweise umgibt und zur räumlichen Begrenzung der elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist und eine zweite Permittivität aufweist, welche kleiner ist als die erste Permittivität. Die Erfindung betrifft ferner ein Übertragungsverfahren für ein Signal.

Description

Dielektrisches Wellenleiterkabel
GEBIET DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung betrifft ein dielektrisches
Wellenleiterkabel zur Übertragung von hochfrequenten
Signalen im Gigahertzbereich sowie ein Übertragungsverfahren für ein Signal. TECHNISCHER HINTERGRUND
Nicht-dielektrische Wellenleiterkabel für elektromagne¬ tische Wellen im Gigahertzbereich sind bekannt. Beispielsweise zeigt die US 2014/0368301 AI einen Wellen- leiter mit einem dielektrischen Kern und einer dielektrischen Hülle, welche von einer metallischen Beran- dung umgeben sind.
Dielektrische Wellenleiterkabel wie LWL oder POF zur op- tischen Übertragung von Signalen mit einer Frequenz im Terrahertzbereich sind seit längerem bekannt. Derartige Kabel weisen in der Regel Quarzglas oder PMMA (Polyme- thylmethacrylat ) auf. Diese Kabel sind aufgrund der verwendeten Materialien und einem ungeeigneten Durchmesserverhältnis von Kern, Hülle und Mantel zur Signalübertragung im Gigahertzbe¬ reich nicht geeignet. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein dielektrisches Wellenleiterkabel, wel- ches zur Übertragung von Signalen in einem Frequenzbereich zwischen 50 GHz und 500 GHz geeignet ist, anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Baugruppe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst .
Demgemäß ist vorgesehen:
- ein dielektrisches Wellenleiterkabel, insbesondere zur Verwendung im Automobilbereich, zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen im Gigahertzbereich mit einem ersten Dielektrikum und mit einem zweiten Dielektrikum, in welches Luft eingelagert ist, wobei das erste Dielektrikum zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist und eine erste Permittivität aufweist, wobei das zweite Dielektrikum das erste Die¬ lektrikum wenigstens teilweise umgibt und zur räumli¬ chen Begrenzung der elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist und eine zweite Permittivität aufweist, wel¬ che kleiner ist als die erste Permittivität; sowie ein Übertragungsverfahren für ein Signal mit einer Frequenz zwischen 50 und 500 GHz und einer Wellenlänge zwischen 0,6 mm und 6 mm mittels einem dielektrischen Wellenleiter, wobei ein Verhältnis eines Durchmessers eines ersten Dielektrikums in dem dielektrischen Wellenleiter zu einer Freiraumwellenlänge des zu übertra¬ genden Signals zwischen 0,5 und 2, insbesondere zwi¬ schen 0,7 und 1,5, weiter insbesondere in etwa 1,0. beträgt .
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee be- steht darin, ein dielektrisches Kernmaterial von einer die- lektrischen Hülle mit einer reduzierten Permittivität zu um- manteln. Aufgrund der Einlagerung von Luft in das zweite Dielektrikum kann dessen Permittivität weiter reduziert werden .
Bei der Auslegung des zweiten Dielektrikums ist ein Kompro miss zwischen mechanischer Stabilität und einem möglichst hohen Luftanteil in dem zweiten Dielektrikum zu erzielen.
Dabei ist die erste dielektrische Schicht derart auszulege dass diese eine möglichst hohe Permittivität aufweist, so¬ dass eine elektromagnetische Welle im ersten Dielektrikum gebunden bleibt. Dies verbessert die Signalübertragung be¬ sonders bei einer Biegung des Kabels.
Für das zweite Dielektrikum ist eine geringere Permittivität zu wählen. Auf diese Weise wird die Führung der Welle im ersten Dielektrikum verbessert. Zudem reduziert die geringe¬ re Permittivität des zweiten Dielektrikums die Verluste.
Die dielektrische Hülle ist derart ausgebildet, dass sie auch bei Frequenzen im Gigahertzbereich einen möglichst gro ßen Anteil einer zu übertragenden elektromagnetischen Welle im Kern konzentriert.
Ein erfindungsgemäßer dielektrischer Wellenleiter verwendet zur Signalübertragung ausschließlich dielektrische Materialien. Aufgrund dessen sind zwei Enden des dielektrischen Wellenleiters galvanisch voneinander getrennt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Im Folgenden werden die Begriffe „Kern" und „erstes Dielekt- rikum" bzw. „Hülle" und „zweites Dielektrikum" bzw. „Mantel" und „drittes Dielektrikum" synonym verwendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das dielektrische Wellenleiterkabel zudem ein drittes Die¬ lektrikum, welches eine äußere Schutzhülle für das erste und das zweite Dielektrikum bildet, auf. Auf diese Weise kann das dielektrische Wellenleiterkabel vor äußeren Umweltein¬ flüssen, wie etwa UV-Strahlung oder mechanischen Einflüssen geschützt werden. Des Weiteren kann die Steifigkeit des dritten Dielektrikums derart gewählt werden, dass es ein Ab¬ knicken des Wellenleiterkabels erschwert.
Durch eine richtige Material- und Durchmesserkombination aus erstem, zweitem und drittem Dielektrikum kann erreicht werden, dass das dielektrische Wellenleiterkabel sowohl eine geringe Dämpfung, niedrige Dispersion und hohe Berührunemp- findlichkeit , das heißt, dass die Führung der Welle in dem Kabel von einer Handberührung nicht beeinflusst wird, auf¬ weist . Ferner kann ein erfindungsgemäßes Kabel auch auf ei¬ nen Kontakt mit Wasser oder Metall ausgelegt sein.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass das dritte Dielekt rikum aus verschiedenen Materialien aufgebaut ist. Dabei schützt eine äußere Schicht das Wellenleiterkabel vor nicht elektrischen Umwelteinflüssen, etwa UV-Strahlung oder mecha nischen Einflüssen. Eine zweite innere Schicht ist hinsicht¬ lich seiner Materialeigenschaften derart ausgelegt, dass das Wellenleiterkabel vor elektrischen Umwelteinflüssen geschirmt ist. Auf diese Weise schirmt die zweite innere Schicht des Mantels das elektrische Feld in dem Wellen¬ leiterkabel auch nach außen ab. Auf diese Weise kann das als Schutzmantel ausgebildete dritte Dielektrikum hinsichtlich verschiedener Funktionalitäten ausgelegt werden.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt eine Differenz zwischen der Permittivität des ers¬ ten Dielektrikums und der Permittivität des zweiten Dielekt¬ rikums zwischen 0,3 und 2,0, insbesondere zwischen 0,5 und 1,2, weiter insbesondere in etwa 0,8. Vollmaterialien mit einer Permittivität von weniger als 2,0 sind derzeit nicht bekannt. Diese Unterschiede in der Per¬ mittivität werden folglich erreicht, indem in das zweite Dielektrikum eine bestimmte Menge Luft eingelagert ist.
Durch einen großen Unterschied der Permittivität zwischen dem ersten Dielektrikum und dem zweiten Dielektrikum wird die Führung der elektromagnetischen Welle im ersten Dielektrikum verbessert. Dadurch ist eine Führung der elektromagne¬ tischen Welle auch bei kleinen Biegeradien möglich. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das erste und/oder das zweite Dielektrikum Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen (PP) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) auf. Obgleich PE, PP bzw. PTFE bislang nicht zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen für dielektrische Wellenleiter zum Einsatz kommen, haben umfangreiche Versuche ergeben, dass die genannten Materialien im Gigahertzbereich eine ge- ringe Dämpfung und ein besonders vorteilhaftes Verhältnis zwischen der Permittivität und des Verlustfaktors des die¬ lektrischen Wellenleiterkabels aufweisen.
Bei einer Verwendung der genannten Materialien im Automob bereich kann ein Additiv zur Steigerung der Temperaturbeständigkeit beigemischt werden.
Die genannten Materialien sind zudem besonders vorteilhaft aufgrund ihrer Flexibilität. Ein Wellenleiterkabel mit den genannten Materialien weist bei geeigneter Auslegung einen Biegeradius auf, der in etwa einem fünffachen Kabeldurchmes¬ ser entspricht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Dielektrikum als Schaum, insbesondere PE-Schaum, und/oder als Geflecht und/oder als wenigstens ein Band, welches das erste Dielektrikum umwickelt, und/oder als Vlies ausgebildet.
Kunststoffschäume eignen sich zur Einlagerung von Luft bei gleichzeitig ausreichender mechanischer Stabilität. Alterna¬ tiv kann das zweite Dielektrikum auch als Geflecht mit aus¬ reichend großen Zwischenräumen zwischen den einzelnen Fasern des Geflechts ausgebildet sein. Weiter alternativ kann das zweite Dielektrikum als ein oder mehrere Bänder, welche das erste Dielektrikum umwickeln, ausgebildet sein. Weiter alternativ kann das zweite Dielektrikum als Vlies ausgebildet sein. Unter einem Vlies versteht man ein Flächengebilde mit nicht orientierten Fasern.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, das zweite Dielektri- kum a 1s Materialgemisch aufzubauen. Dementsprechend kann das zweite Dielektrikum auch mehrere Komponenten aus Schaum, Geflecht oder Band aufweisen. Zudem kann ein Schaum mehrere dielektrische Schichten aus verschiedenen Materialien aufweisen. Weiter denkbar ist es, ein Geflecht aus Fasern von verschiedenen Materialien zu weben oder mehrere Bänder aus verschiedenen Materialien zu verwenden.
Auf diese Weise kann das zweite Dielektrikum besonders vor¬ teilhaft hinsichtlich mechanischer und die elektrischer Eigenschaften ausgelegt werden. Zudem kann die Permittivität des zweiten Dielektrikums weiter eingestellt werden.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das dritte Dielektrikum TPE, insbesondere TPE S auf. TPE, insbesondere TPE S, ist ein Dielektrikum mit besonders großen Verlustfaktor sowie vorteilhaften mechanischen Eigenschaften, besonders hinsichtlich der Festigkeit gegen Abknicken, sowie eine hohe Flammbeständigkeit.
Ein weiterer Vorteil eines besonders großen Verlustfaktors im Mantel ist, dass dadurch höhere, unerwünschte Moden stark gedämpft werden, da diese eine größere elektromagnetische Feldausdehnung besitzen als die zu übertragende Grundmode.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist das erste Dielektrikum eine mit Luft gefüllte Bohrung auf. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Gruppenlaufzeit einer elektromagnetischen Welle in einem bestimmten Frequenzbereich konstant ist . Auf diese Weise wird das Fre¬ quenzband, auf welches das dielektrische Wellenleiterkabel ausgelegt ist, verbreitert. Zudem verringert eine Bohrung die Kabeldämpfung, da zumindest ein Teil der Energie in der Bohrung geführt wird und dort nahezu keine Dämpfung erfährt.
Besonders vorteilhaft ist die Bohrung in axialer Richtung mittig in dem ersten Dielektrikum ausgebildet.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste Dielektrikum einen symmetrischen Querschnitt, insbesondere kreisförmigen oder polygonförmigen Querschnitt auf. Bei einem symmetrischen Querschnitt des Kerns unterliegt die Welle keiner Vorzugsrichtung. Dies ist besonders bei zirkulär polarisierten Wellen vorteilhaft.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste Dielektrikum einen Querschnitt mit unter¬ schiedlich langen Seitenlängen auf. Bei einer linear polarisierten Welle kann deren Schwingungsrichtung parallel zu einer der Seitenlängen gelegt werden. Auf diese Weise entsteht eine Vorzugsrichtung der zu übertragenden elektromagnetischen Welle in Richtung der zu der Schwingungsrichtung parallelen Seitenlänge, also der längeren oder kürzeren Seitenlänge, je nach Einspeisung der Welle. Dies führt zu einer gesteigerten Richtungsstabilität der elektromagnetischen Polarisation auch bei Verbiegen des Kabels.
Insbesondere ist es zweckmäßig eine Querschnittsfläche mit endlich vielen, weiter insbesondere mit zwei Symmetrieachsen zu wählen. Beispielhaft kann das erste Dielektrikum einen rechteckförmigen oder einen elliptischen Querschnitt aufweisen. Dielektrika mit einem elliptischen Querschnitt sind einfach zu fertigen. Kerne mit Querschnitten mit verschiedenen Seitenlängen sind besonders vorteilhaft für linear polarisierte Wellen. Die Polarisation der Welle folgt der Richtung der Halbachsen. Bei einer Einspeisung auf der kurzen Seite kommt es zu einer geringeren Dämpfung.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das zweite Dielektrikum mehrere Speichen, insbesondere zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht Speichen auf. Auf diese Weise kann die Permittivität des zweiten Dielektrikums weiter eingestellt werden. Unter einer Speiche wird ein Abstandshalter zwischen dem erste Dielektrikum und dem dritte Dielektrikum verstanden, welcher sich in einer Ebene senkrecht, also radial, zur Übertragungsrichtung er¬ streckt und den Zwischenraum zwischen dem ersten und dem dritten Dielektrikum nur teilweise ausfüllt.
Alternativ ist es auch denkbar, dass das zweite Dielektrikum in axialer Richtung mehrere Stützscheiben aufweist. Dabei sind in Übertragungsrichtung des Kabels mehrere aufeinanderfolgenden Stützscheiben ausgebildet. Der Abstand der Stützscheiben ist in Abhängigkeit der Wellenlänge zu dimensionie¬ ren. Auf diese Weise kann die Permittivität des zweiten Die¬ lektrikums weiter eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das zweite Dielektrikum wenigstens ein Beilauf- filament, insbesondere zwei Beilauffilamente auf, welche das erste Dielektrikum spiralförmig umwickeln. Das BeilauffHa¬ ment kann eine oder mehrere Fasern bzw. einen oder mehrere Schaumstränge aufweisen und sorgt für einen weiteren Luf- teinschluss in der Umgebung des ersten Dielektrikums. Beson¬ ders vorteilhaft ist es, einen Kern mit den genannten Bei- lauffilamenten zu umwickeln, um die äußere Kontur des ersten Dielektrikums abzurunden.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn das zweite Dielektrikum eine Schaummasse aufweist, welche die wenigstens eine Faser umgibt. Dabei ist zwischen der Faser und der Schaummasse Luft eingeschlossen. Auf diese Weise kann die Permittivität des zweiten Dielektrikums weiter eingestellt werden. Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Aus- führungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Ins¬ besondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfin¬ dungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer Ausführungsform; Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfin¬ dungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform; Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfin¬ dungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfin¬ dungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfin- dungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfin¬ dungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 7 zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfin¬ dungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform; Fig. 8 zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfin¬ dungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 9 zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfin¬ dungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 10 zeigt eine schematische Schnittsicht eines erfin¬ dungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels gemäß einer weiteren Ausführungsform; Fig. 11 zeigt Permittivitätsprofile von LichtWellenleitern und von einem erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabel ; Fig. 12 zeigt einen Vergleich zweier Permittivitätsprofile erfindungsgemäßer dielektrischen Wellenleiterkabel.
Die beiliegenden Figuren der Zeichnung sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - so¬ fern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden die Figuren zusammenhängend und übergreifend beschrieben. BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Die folgenden Figuren 1-10 zeigen jeweils ein erfindungsge¬ mäßes Dielektrisches Wellenleiterkabel gemäß einer Ausfüh¬ rungsform. Die Modifikationen gemäß den Figuren 1-10 sind, sofern nicht anders angegeben, beliebig austauschbar und kombinierbar . Die Figur 1 zeigt ein dielektrisches Wellenleiterkabel 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Wellenleiterkabel 10 umfasst einen dielektrischen Kern 12 zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle, eine dielektri- sehe Hülle 14 zur Schirmung der zu übertragenden Welle und einen dielektrische Mantel 16 zum Schutz des dielektrischen Wellenleiterkabels 10.
In Figur 1 weist der Kern 12 aus PE einen runden Querschnitt auf. Den Kern konzentrisch umgebend ist eine Hülle 14 aus
PE-Schaum ausgebildet. Der Schaum ist derart ausgelegt, dass dieser geeignet ist, bei ausreichender mechanischer Stabilität möglichst viel Luft in der Hülle 14 einzulagern. Die Hülle 14 konzentrisch umgebend ist ein Mantel 16 aus TPE-S ausgebildet. Der Mantel 16 schützt das Kabel 10 vor UV-Strahlung und mechanischen Einflüssen. Zudem schützt er das Kabel 10 auch vor einer Berührung durch einen Benutzer. Figur 2 zeigt ein dielektrisches Wellenleiterkabel 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Ähnlich zu Figur 1 weist das Kabel 20 einen Kern 22, eine Hülle 24 sowie einen Mantel 26 auf. Das Kabel 20 in Figur 2 unterscheidet sich von dem Kabel 10 in Figur 1 durch den Kern 22, welcher eine Bohrung 21 aufweist.
Die Bohrung 21 ist mittig in dem Kern 22 ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, die Bohrung 21 nicht symmetrisch zu dem Kern 22 anzuordnen. Weiterhin ist es denkbar, mehrere Boh- rungen 21 in dem Kern 22 auszubilden.
Figur 3 zeigt ein weiteres dielektrisches Wellenleiterkabel 30 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das dielektrische Wellenleiterkabel 30 in Figur 3 ist ähnlich zu dem Kabel 20 aus Figur 2 aufgebaut und weist einen Kern 32 mit einer Bohrung 31, einer Hülle 34 sowie einen Mantel 36 auf .
Das Kabel 30 unterscheidet sich von dem Kabel 20 in Figur 2 durch die rechteckige Querschnittsform des Kerns 32. Die rechteckige Querschnittsform des Kerns 32 bewirkt eine Vor¬ zugsrichtung einer zu übertragenden Welle in Richtung der längeren oder kürzeren Seite des Kerns, je nach Einspeisung der Welle.
Figur 4 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Wellenleiterka¬ bel 40, welches ähnlich zu dem Kabel 30 aufgebaut ist und einen ähnlichen technischen Effekt bewirkt wie das Kabel 30. Analog zu dem Kabel 30 umfasst auch das dielektrische Wel¬ lenleiterkabel 40 einen Kern 42 mit einer Bohrung 41, einen PE-Schaum, welcher den Kern 42 umgibt, und einen Mantel 46 aus TPE-S.
Das Kabel 40 in Figur 4 unterscheidet sich von dem Kabel 30 durch die elliptische Querschnittsform des Kerns 42. Ähnlich zu dem Kern 32 weist auch der Kern 42 in Figur 4 verschiedene Seitenlängen, also Halbachsen, auf, wodurch einer zu übertragenden Welle ebenfalls eine Vorzugsrichtung in Richtung der längeren oder kürzeren Halbachse aufgezwängt wird. Nach derzeitigen Erkenntnissen ergeben sich jedoch Vorteile in der Fertigung bei einem elliptischen Querschnitt. Figur 5 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes dielektrisches Wellenleiterkabel 50 mit einem Kern 52, welcher von einer Bohrung 51 durchsetzt ist, eine Hülle 54 und einem Mantel 56. Das dielektrische Wellenleiterkabel 50 unterscheidet sich von den vorhergehenden Kabeln durch die polygonförmige Querschnittsfläche des Kernes 52. In Figur 5 weist der polygon- förmige Querschnitt ebenfalls unterschiedliche maximale Sei¬ tenlängen 57 und 58 auf. Es versteht sich, dass auch ein po¬ lygonförmiger Querschnitt mit identischen maximalen Seitenlängen 57, 58 denkbar ist, sofern keine Vorzugsrichtung der Welle erwünscht ist. Darüber hinaus sind die maximalen Sei- tenlängen 57, 58 des Polygons genauso wie die Seitenlängen des Rechtecks in Figur 3 oder der Ellipse in Figur 4 belie¬ big variierbar.
Obgleich die dielektrischen Wellenleiterkabel 20, 30, 40 und 50 in den Figuren 2-5 jeweils mit einer Bohrung dargestellt sind, versteht es sich, dass die Kabel 20, 30, 40, 50 auch ohne die Bohrung im Kern ausführbar sind.
Ferner ist die Hülle der dielektrischen Wellenleiterkabel 10, 20, 30, 40 und 50 jeweils als PE-Schaum ausgebildet. Es versteht sich, dass alternativ auch eine gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, etwa PTFE-Bänder oder ein Geflecht, denkbar sind. Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungs¬ gemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels 60. Ähnlich zu den vorhergehenden Kabeln weist auch das Kabel 60 einen Kern 62 sowie einen Mantel 66 auf. Das Kabel 60 unterscheidet sich von den vorhergehenden Ka¬ beln durch seine Hülle, welche Speichen 64 aufweist. Die Speichen 64 bilden zwischen den Speichen 64 einen Luftein- schluss 63. Die Speichen 64 sind nach mechanischen Gesichts- punkten, besonders Stabilitätserfordernissen, auszulegen. So ist es denkbar, die Speichen 64 in Übertragungsrichtung des Kabels 60 durchgehend auszubilden oder mehrere Lagen Spei¬ chen 64 stützscheibenartig entlang der Übertragungsrichtung anzuordnen, wobei sich deren Abstand zueinander an der Wellenlänge der zu übertragenden Welle orientiert.
Figur 7 zeigt ein dielektrisches Wellenleiterkabel 70 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das dielektri- sehe Wellenleiterkabel 70 weist einen Kern 72 sowie ein zweites Dielektrikum 74 mit einem Lufteinschluss 73 auf. Ein Mantel 76 umgibt das zweite Dielektrikum 74 mit dem Luftein- schluss 73. In Figur 7 ist das zweite Dielektrikum 74 bzw. die Hülle als sogenanntes Beilauffilament ausgebildet, wel- ches den Kern 72 spiralförmig umgibt und somit den Mantel 76 zum Kern 72 beabstandet. Das Beilauffilament 74 kann mehrere kleinere versponnene Filamente aufweisen. Auf diese Weise lässt sich die Permittivität der Beilauffilamente 74 anwen¬ dungsspezifisch einstellen.
Die Kerne 62 und 72 der Kabel 60 und 72 weisen keine Bohrun¬ gen auf. Es versteht sich, dass die Kabel 60 und 70 auch mit einer Bohrung in den Kernen 62 bzw. 72 ausführbar sind. Figur 8 zeigt ein dielektrisches Wellenleiterkabel 80 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Ähnlich zu dem Kabel 20 in Figur 2 weist auch das Kabel 80 einen TPE-Mantel 86, einen Kern 82 mit einer Bohrung 81 und einer dielektrischen Hülle 83, 84 auf.
Das Kabel 80 unterscheidet sich von den vorangehenden Kabeln durch den Aufbau seiner dielektrischen Hülle, welche zwei Schichten 83 und 84 aufweist. Durch die Wahl verschiedener Kunststoffe in der Hülle 83, 84 sowie durch die jeweiligen Schichtdicken in der Hülle 83, 84 lässt sich die Permittivi- tät anwendungsspezifisch einstellen. Obgleich in Figur 8 lediglich zwei Schichten exemplarisch dargestellt sind, ist auch ein Aufbau aus mehr als zwei Schichten denkbar.
Es versteht sich, dass der Schichtaufbau der Hülle 83, 84 beliebig mit einer der vorangehenden dielektrische Wellenleiterkabel 10, 20, 30, 40 oder 50 kombinierbar ist.
Figur 9 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes dielektrisches Wellenleiterkabel 90 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Ähnlich zu dem dielektrischen Wellenleiterkabel 20 aus Figur 2 weist das Kabel 90 einen Kern 92 mit einer Bohrung 91, ei¬ ner Hülle 94 sowie einen Mantel 95, 96 auf.
Das Kabel 90 unterscheidet sich von dem Kabel 20 durch den mehrschichtigen Aufbau des Mantels 95, 96 mit einer ersten Schicht 96 und einer zweiten Schicht 95. Die erste Schicht 96 weist TPE-S auf. Die zweite Schicht 95 weist PE auf. Auf diese Weise schützt der äußere Mantel 96 das Kabel vor me¬ chanischen Einflüssen bzw. UV-Strahlung, wohingegen der innere Mantel 95 das Kabel elektrisch schützt bzw. schirmt.
Obgleich in Figur 9 ein zweischichtiger der Mantel 95, 96 dargestellt ist, sind auch Mäntel mit mehr als zwei Schich¬ ten denkbar. Es versteht sich, dass sich die vorangehenden dielektrischen Wellenleiterkabel 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 und 80 beliebig mit dem mehrschichtigen Mantel 95, 96 des Kabels 90 kombi¬ nieren lassen. Figur 10 zeigt einen weiteres Dielektrisches Wellenleiterka¬ bel 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Ähnlich wie die vorangehenden Kabel weist auch das Kabel 100 einen Mantel 107, eine Hülle 106 und einen Kern 102 mit ei¬ ner Bohrung 101 auf. Das Kabel 100 unterscheidet sich von den vorangehenden Kabeln durch zwei Beilauffilamente 103 und 104, welche dem rechteckigen Kern 102 eine gewünschte, beispielsweise runde oder elliptische, Kontur verleihen, indem die Beilauffilamente 103 und 104 den Kern 102 umwickeln. Es versteht sich, dass eine Umwicklung durch die Beilauffila- mente 103 und 104 für Kerne mit beliebiger Querschnittsflä¬ che denkbar sind. Allerdings ergibt sich bei Kernen mit ei¬ ner eckigen, also rechteckigen oder polygonförmigen, Quer- schnittsfläche eine besondere Notwendigkeit, da eckige Kerne schwierig zu fertigen sind.
Figur 11 zeigt vier Permittivitätsprofile in radialer Rich¬ tung verschiedener Leiter. Den Permittivitätsprofilen 17, 18, 19 eines Monomodenfaser-Leiters , eines Multimodenfaser- Leiters und eines POF-Leiters (polymeren optische Fasern) gemäß dem Stand der Technik liegt jeweils eine Wellenlänge von 1550 nm für Monomode und Multimode und 650nm für POF zu¬ grunde. Dem Permittivität sprofil 11 des erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiters liegt eine Wellenlänge von 2,14 mm zugrunde .
In Figur 11 bezeichnet λ0 die Freiraumwellenlänge, x der ra¬ diale Abstand zum Mittelpunkt des Leiters und ET die Per- mittivität .
Bei dem Permittivitätsprofil 11 des dielektrischen Wellen¬ leiters 10 ist eine erste Sprungstelle von 8r bei x/ λ0 ~ 0,5 erkennbar. Diese Sprungstelle tritt am Übergang zwischen dem ersten Dielektrikum 12 und dem zweiten Dielektrikum 14 auf. Es ergibt sich, dass der Durchmesser des ersten Dielektrikums, also des Kernes, in etwa der Wellenlänge des Signals entspricht .
Das Verhältnis des Durchmessers des ersten Dielektrikums 10 zur Freiraumwellenlänge für Frequenzen im Gigahertzbereich für dielektrische Wellenleiter beträgt typischerweise zwi- sehen 0,25 und 1,0, insbesondere zwischen 0,35 und 0,75, weiter insbesondere in etwa 0,5. Aufgrund dieses niedrigen Verhältnisses ist eine Grundmode im ersten Dielektrikum stark geführt . Eine weitere Sprungstelle von 8r ist bei x/ λ0 ~ 1,25 erkenn¬ bar. Diese Sprungstelle tritt am Übergang zwischen dem zwei¬ ten Dielektrikum 14 und dem dritten Dielektrikum 16 auf.
Das Permittivitätsprofil 11 für einen dielektrischen Wellen- leiter 10 endet bei x/ λ0 ~ 1,4 am äußeren Rand des die¬ lektrischen Wellenleiters . Nachfolgend ist die Permittivität von Luft dargestellt. Nachdem nicht ausgeschlossen ist, dass sich eine zu übertragende Welle teilweise außerhalb des Ka¬ bels ausbreitet ist die Permittivität mit 1 angegeben.
Folglich beträgt der Gesamtdurchmesser des dielektrischen Wellenleiters in etwa das dreifache einer Freiraumwellenlän¬ ge eines zu übertragenden Signals. Bei dem Permittivitätsprofil des Monomodenfaser-Leiters 17 ist eine erste kleine Sprungstelle von 8r bei x/ λ0 ~ 3,3 er¬ kennbar. Diese Sprungstelle tritt am Übergang zwischen einem Kern und einer Ummantelung auf und beträgt Δ8Γ -S 0,1. Somit ist das Verhältnis aus Kerndurchmesser zu Freiraumwellenlänge deutlich größer als in einem erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiter. Die Grundmode eines Signals ist somit in der Monomodenfaser deutlich schlechter geführt als in einem dielektrischen Wellenleiter.
Bei dem Permittivitätsprofil des Multimodenfaser-Leiters 18 und bei dem POF-Leiter 19 ist jeweils eine erste Sprungstel¬ le von 8r bei x/ λ0 ~ 16 bzw. bei x/ λ0 ~ 750 erkennbar. Diese Sprungstelle tritt am Übergang zwischen einem Kern und einer Ummantelung auf. Folglich ist die Grundmode eines Signals auch in der Multimodenfaser und im POF-Leiter deutlich schlechter geführt als in einem dielektrischen Wellenleiter. Die Permittivitätsprofile des Monomodenfaser-Leiters 17, des Multimodenfaser-Leiters 18 und des POF-Leiters 19 sind nur teilweise dargestellt wie dies in der Figur 11 angedeutet ist. Die genannten Leiter sind bei x/ λ0 ~ 1350 noch nicht abgeschlossen und es folgen weitere Sprungstellen durch wei- tere Materialübergänge.
Figur 12 zeigt einen Vergleich zwischen den Permittivitäts- profilen 11, 37 eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels 10 ohne Bohrung und eines erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiterkabels 30 mit einer Bohrung 31.
Das Permittivitätsprofil 37 weist eine erste Sprungstelle von 8r bei x/ λ0 ~ 0,1 auf. An dieser Stelle ist der Übergang von der Bohrung zum ersten Dielektrikum 32. In der luftge- füllten Bohrung beträgt die Permittivität in etwa 1. Eine weitere Sprungstelle von 8r ist bei x/ λ0 ~ 0,6 erkennbar. Diese Sprungstelle tritt am Übergang zwischen dem ersten Dielektrikum 32 und dem zweiten Dielektrikum 34 auf. Eine weitere Sprungstelle von 8r ist bei x/ λ0 ~ 1,27 erkennbar. Diese Sprungstelle tritt am Übergang zwischen dem zweiten Dielektrikum 34 und dem dritten Dielektrikum 36 auf. An einer letzten Sprungstelle fällt die Permittivität auf 1. Dies ist die Stelle des Kabelabschlusses.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste
10 dielektrisches Wellenleiterkabel
11 Permittivitätsprofil dielektrisches Wellenleiterkabel 12 erstes Dielektrikum
14 zweites Dielektrikum
16 drittes Dielektrikum
17 Permittivitätsprofil Monomodenfaser-Leiter
18 Permittivitätsprofil Multimodenfaser-Leiter
19 Permittivitätsprofil POF-Leiter
20 dielektrisches Wellenleiterkabel
21 Bohrung
22 erstes Dielektrikum
24 zweites Dielektrikum
26 drittes Dielektrikum
30 dielektrisches Wellenleiterkabel
31 Bohrung
32 erstes Dielektrikum
34 zweites Dielektrikum
36 drittes Dielektrikum
37 Permittivitätsprofil dielektrisches Wellenleiterkabel mit Bohrung
40 dielektrisches Wellenleiterkabel
41 Bohrung
42 erstes Dielektrikum
44 zweites Dielektrikum
46 drittes Dielektrikum
50 dielektrisches Wellenleiterkabel
51 Bohrung erstes Dielektrikum
zweites Dielektrikum
drittes Dielektrikum dielektrisches Wellenleiterkabel erstes Dielektrikum
Lufteinschluss
zweites Dielektrikum
drittes Dielektrikum dielektrisches Wellenleiterkabel erstes Dielektrikum
Lufteinschluss
zweites Dielektrikum
drittes Dielektrikum dielektrisches Wellenleiterkabel Bohrung
erstes Dielektrikum
innere Schicht im zweiten Dielektrikum äußere Schicht im zweiten Dielektrikum drittes Dielektrikum dielektrisches Wellenleiterkabel Bohrung
erstes Dielektrikum
zweites Dielektrikum
innere Schicht im dritten Dielektrikum äußere Schicht im dritten Dielektrikum dielektrisches Wellenleiterkabel Bohrung
erstes Dielektrikum erstes Beilauffilament zweites Beilauffilament Lufteinschluss
PE-Schaum
drittes Dielektrikum

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Dielektrisches Wellenleiterkabel (10), insbesondere zur Verwendung im Automobilbereich, zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz im Gigahertzbereich mit einem ersten Dielektrikum (12; 22; 32; 42; 52; 62; 72; 82; 92; 102) und mit einem zweiten Dielektrikum (14; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 83, 84; 94; 103, 104), in welches Luft eingelagert ist, wobei das erste Dielektrikum zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist und eine erste Permittivität aufweist, wobei das zweite Dielektrikum das erste Dielektrikum wenigstens teilweise umgibt und zur räumlichen Begren¬ zung der elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist und eine zweite Permittivität aufweist, welche kleiner ist als die erste Permittivität .
2. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach Anspruch 1, wel¬ ches zudem ein drittes Dielektrikum (16; 26; 36; 46; 56; 66; 76; 86; 95, 96; 107), welches einen äußeren Schutzmantel für das erste und das zweite Dielektrikum bildet, aufweist.
3. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach Anspruch 2, wobei das dritte Dielektrikum mehrere Schichten (95, 96) aus verschiedenen Materialien aufweist, wobei eine äußere
Schicht (96) eingerichtet ist, das Wellenleiterkabel vor nicht-elektrischen Umwelteinflüssen zu schützen, und wobei eine innere Schicht (95) eingerichtet ist, das Wellenleiterkabel vor elektrischen Umwelteinflüssen zu schützen und das elektrische Feld in dem Wellen¬ leiterkabel zu schirmen.
Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorste¬ henden Ansprüche, wobei die Permittivität des zweiten Dielektrikums geringer als 2 ist und/oder eine Diffe¬ renz zwischen der Permittivität des ersten Dielektrikums und der Permittivität des zweiten Dielektrikums wenigstens 0,3, insbesondere wenigstens 0,5, weiter insbesondere wenigstens 0,8 beträgt.
Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorste¬ henden Ansprüche, wobei das erste und/oder das zweite Dielektrikum Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen (PP) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweisen.
Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorste¬ henden Ansprüche, wobei das zweite Dielektrikum als Schaum, insbesondere PE-Schaum, und/oder als Geflecht und/oder als wenigstens ein Band, welches das erste Dielektrikum umwickelt, und/oder als Vlies ausgebildet ist .
Dielektrisches Wellenleiterkabel nach Anspruch 2, weist das dritte Dielektrikum TPE, insbesondere TPE S, auf.
Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorste¬ henden Ansprüche, wobei das erste Dielektrikum eine Bohrung (21; 31; 41; 51; 91; 101), welche mit Luft ge¬ füllt ist, aufweist.
9. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorste- henden Ansprüche, wobei das erste Dielektrikum einen kreisförmigen oder polygonförmigen Querschnitt auf- weist .
Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-8, wobei das erste Dielektri kum einen Querschnitt mit zwei Seitenlängen aufweist, welche unterschiedlich lang sind.
11. Dielektrisches Wellenleiterkabel Anspruch 10,
bei das erste Dielektrikum einen rechteckförmigen einen elliptischen Querschnitt aufweist.
12. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Dielektrikum mehrere zu dem ersten Dielektrikum radial angeordnete Speichen (64), insbesondere zwei, drei, vier, sechs, sieben oder acht Speichen, aufweist.
Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Dielektrikum mehrere zu dem ersten Dielektrikum axial angeordnete Stützscheiben aufweist.
14. Dielektrisches Wellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Dielektrikum wenigstens ein Beilauffilament , insbesondere zwei Bei¬ lauffilamente, aufweist, welche das erste Dielektrikum spiralförmig umwickeln,
wobei insbesondere das zweite Dielektrikum ferner eine Schaummasse aufweist, welche das wenigstens eine Bei- lauffilament umgibt, und wobei zwischen dem Beilauf- filament und der Schaummasse Luft eingeschlossen ist.
15. Übertragungsverfahren für ein Signal mit einer
Frequenz zwischen 50 und 500 GHz und einer Wellenlänge zwischen 0,6 mm und 6 mm mittels einem dielektrischen Wellenleiter, wobei ein Verhältnis eines Durchmessers eines ersten Dielektrikums in dem dielektrischen Wellenleiter zu einer Freiraumwellenlänge des zu übertra¬ genden Signals zwischen 0,5 und 2, insbesondere zwi¬ schen 0,7 und 1,5, weiter insbesondere in etwa 1,0. beträgt .
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