DE1056685B - Koaxiales Kabel mit kontinuierlicher magnetischer Belastung fuer die UEbertragung hochfrequenter magnetischer Wellen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf koaxiale elektrische Kabel mit kontinuierlicher magnetischer Belastung, wie sie für die Übertragung von hochfrequenten magnetischen Wellen verwendet werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Verringerung der Dämpfung derartiger Kabel herbeizuführen, insbesondere die Erreichung einer solchen Verbesserung durch magnetische Belastung des Kabels.

Es ist seit langem bekannt, daß die Dämpfung eines üblichen koaxialen Kabels dadurch verringert werden kann, daß das Kabel durch Verwendung von magnetischem Material belastet wird. Die Belastung erhöht die Impedanz und verringert gleichzeitig mit der Verringerung der Dämpfung auch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit. Wenn sich durch die Belastung eine Erhöhung der Impedanz um den Faktor X ergibt, werden die Geschwindigkeit und die Dämpfung durch X dividiert. Infolgedessen bietet die Belastungsänderung die Möglichkeit, unter Inkaufnahme einer geringeren Fortpflanzungsgeschwindigkeit die Dämpfung zu verkleinern.

In vielen Fällen, z. B. bei Übertragungssystemen für Fernsehsignale, würde eine Herabsetzung der Übertragungsgeschwindigkeit keinen bedeutenden Nachteil darstellen. Jedoch müßte die Belastung wegen der Breite des verwendeten Frequenzbandes praktisch gleichförmig sein.

Für die Übertragung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen hat man daher bereits ein koaxiales Kabel mit kontinuierlicher magnetischer Belastung in Vorschlag gebracht, bei dem zwischen dem Innen- und Außenleiter eine Vielzahl sich in Längsrichtung erstreckender, dünner magnetischer Schichten koaxial zueinander angeordnet ist, die durch dielektrische Schichten voneinander getrennt sind.

Befriedigende Ergebnisse konnten jedoch mit einem solchen Kabel nicht erzielt werden. Der Grund hierfür dürfte darin hegen, daß die infolge von Längsströmen im ferromagnetischen Belastungsmaterial auftretenden Wirbelstromverluste bzw. die Erwärmung um so bedeutender werden, je höher die Frequenz ist. Infolgedessen ist es selbst bei koaxialen Kabeln für Fernsehübertragung nicht üblich, gleichförmige Belastung anzuwenden, weil die ferromagnetischen Verluste die Vorteile aufheben, welche sich bei der Belastung durch Verringerung der Dämpfung ergeben. Tatsächlich wären bei dem gegenwärtigen Material und bei den üblichen Verfahren zur Belastung von Kabeln diese ferromagnetischen Verluste so groß, daß die tatsächliche Dämpfung sogar größer wäre als die Dämpfung bei unbelastetem Kabel.

Die Erfindung geht von der bekannten Ausführung eines koaxialen Kabels mit kontinuierhcher magnetischer Belastung aus, bei dem eine Vielzahl sich in Längsrichtung erstreckender dünner magnetischer Schichten zwischen dem Innen- und Außenleiter koaxial zueinander angeord-

Koaxiales Kabel mit kontinuierlicher

magnetischer Belastung für die übertragung hochfrequenter magnetischer Wellen

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N". Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt, Fürth (Bay.), Breitsdieidstr. 7

BeansprucMe Priorität: V. St. v. Amerika vom 29. Juni 1951

John George Kreer jun., Bloomfield, N. J. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

net sind. Zur Beseitigung der erläuterten Mängel dieser Kabel besitzt erfindungsgemäß jede magnetische Schicht eine in radialer Richtung gemessene Dicke_j welche klein ist im Verhältnis zu dem sich aus der bekannten Formel für die Eindringtiefe δ des Hochfrequenzstromes in metallische Leiter ergebenden Wert, während die dielektrischen Zwischenschichten ¹Z₃- bis ¹/₂mal so stark sind, und die magnetischen Schichten sind im wesentlichen in dem Bereich des Kabelquerschnittes zwischen dem Innen- und Außenleiter angeordnet, wo die in axialer Richtung des elektrischen Feldes verlaufende Komponente der übertragenen Welle ein Minimum hat.

Diese Vielzahl von Schichten kann z. B. aus konzentrischen Eisenzyhndern oder Schichten mit einer Dicke in der Größenordnung von 50 ÄE zusammengesetzt sein, wobei die Schichten gegeneinander durch Polystyrol oder durch ein anderes geeignetes Isohermaterial isoliert sind. Die Wirbelstromverluste werden bis zu einem beliebigem Ausmaß dadurch verringert, daß die Dicke der Eisenzylinder sehr gering gemacht wird. Zum Beispiel jede Schicht vielmal (z. B. 10-, 100- oder sogar lOOOmal) dünner als die dem Material eigene Eindringtiefe des Hauteffektes.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil wird dadurch bewirkt, daß sich durch die Anordnung der Schichten in

909 509ß22

Claims (1)

der neutralen Zone die Stromverluste außerordentlich gering halten lassen, ohne daß die Wirkung des magnetischen Belastungsmaterials wesentlich beeinträchtigt wird. Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines magnetisch belasteten koaxialen Kabels, bei dem in dem Zwischenraum zwischen dem Innen- und dem Außenleiter ein Stapel von gegeneinander isolierten Schichten aus einem Material mit hoher Permeabilität angeordnet ist; Fig. 2 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Längsansicht des zusammengesetzten Leiters nach Fig. 1; Fig. 3 zeigt eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Anordnung im Querschnitt, bei welcher der Stapel zwischen dem Innen- und dem Außenleiter in bezug auf den neutralen Zylinder des Kabels symmetrisch angeordnet ist; Fig. 4 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Längsansicht der Anordnung nach Fig. 3. Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Leiter 10, der aus einem Innenleiter 11, welcher massiv oder hohl sein kann, einem Außenleiter 12, welcher koaxial zum Innenleiter 11 angeordnet ist, und einem Stapel 13 zwischen dem Innen- und dem Außenleiter besteht, wobei der Stapel 13 aus einer Vielzahl von dünnen Schichten 14 aus magnetischem Material gebildet wird, die durch dünne Schichten 15 aus Isoliermaterial getrennt sind. Jede Schicht aus magnetischem Material ist vielmal (z. B. 10-, 100- oder sogar lOOOmal) dünner als der Wert δ, der mit Hautdicke oder Eindringtiefe bezeichnet wird. Die Dicke <5 ist gegeben durch den bekannten Ausdruck ö = nf μσ (1) μ1ε1 = S21M2 [^- + w_ t (2) die IsoHerschichten sind sehr dünn. Die optimale Dicke bei bestimmten Anordnungen dieses allgemeinen Typs ist dann gegeben, wenn jede Isolierschicht 1I2- bis ^nial so dick wie eine magnetische Schicht ist. Die elektrisch leitenden magnetischen Teile 14 können aus jedem geeigneten Material mit hoher Permeabilität bestehen, z. B. aus Eisen oder Permendur. Die IsoHerschichten 15 können aus jedem geeigneten Material, z. B. Polystyrol, bestehen, während die Abstandsstücke 16 oder das massive dielektrische Material 16^4 aus Polystyrol, Polyäthylen oder aus einem anderen geeigneten Material bestehen kann, das eine Dielektrizitätskonstante aufweist, welche die durch die Gleichung (2) dargesteUte Beziehung herstellen. Der Außenleiter 12 ist durch geeignete ferromagnetische und KupferzyHnder 17 und 18 umgeben, die zusammen mit dem Außenleiter 12 eine hinreichende Abschirmung bilden. Die Fig. 3 und 4 zeigen eine gegenüber den Fig. 1 und 2 abgeänderte Anordnung. Die sich entsprechenden Einao zelteile der beiden Anordnungen sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Ein Unterschied zwischen den beiden Anordnungen wurde bereits festgesteUt. Anstatt der isoHerenden Abstandsstücke 16 ist für die Befestigung des Stapels 13 ein Polyäthylen- oder Polystyrolschaum verwendet. Ein anderer wichtiger Unterschied besteht darin, daß der Stapel 13 innerhalb des Teils 16^4 an einer solchen SteHe angeordnet ist, daß er in einem neutralen ZyHnder Hegt, d. h. im Bereich mit kleinem elektrischem Längsfeld. Hierdurch wird die durch den Strom entstehende Dämpfung am kleinsten. Der Radius des neutralen ZyHnders kann durch folgende Gleichung dargesteUt werden: wobei δ in Metern angegeben ist und f die Frequenz in Hertz, μ die Permeabüität des magnetischen Materials in Henry pro Meter und σ die Leitfähigkeit in Siemens pro Meter darsteHt. Der Faktor δ gibt die Strecke an, bei der der Strom und das Feld, die in einem MetaU-streifen mit einer Dicke von vielen δ eindringen, um 1 Neper abnehmen, d. h. wo ihre AmpHtude das -i- = 0,3679fache der AmpHtude an der Oberfläche des Stapels wird. Der Stapel 13 kann innerhalb des Leiters 10 durch irgendein geeignetes Mittel in seiner Lage gehalten werden, z. B. durch Verwendung von isoHerenden Abstandsstücken 16, welche in einem zweckmäßigen Abstand innerhalb des Leiters angeordnet sind, oder durch .Verwendung von massivem dielektrischem Material 16 A, wie Polyäthylenschaum, und zwar auf einer oder auf beiden Seiten des Stapels 13 (s. Fig. 4). Vorzugsweise genügt der Stapel 13 der Bedingung wobei μ1 die mittlere Permeabüität des gesamten Mediums ,zwischen dem Innenleiter 11 und dem Außenleiter 12 in Henry pro Meter, S1 die mittlere Dielektrizitätskonstante -des gleichen Mediums in Farad pro Meter, μ2 die Permeabi-Htät der MetaUschichten 14 in Henry pro Meter, ε2 die Dielektrizitätskonstante des. IsoHermaterials zwischen den Schichten 14 in Farad pro Meter, μ0 die Permeabüität des freien Raumes in Henry pro Meter, W die Dicke einer MetaHschicht 14 in Meter und t die Dicke einer IsoHerschicht 15 in Meter ist. Sowohl die magnetischen als auch ra = a a + b . j a + I wobei r0 der Radius des neutralen ZyHnders (die Mitte des Stapels 13), a der innere Radius und b der äußere Radius des dielektrischen ZyHnders 16A ist. Es ist offensichtlich, daß in -beiden Fällen (Fig. 2 oder 4) entweder die Abstandsscheiben 16 oder das massive IsoHermaterial 16 A zur Befestigung der verschiedenen geschichteten magnetischen Anordnungen verwendet werden können. Bei der Anordnung nach der Erfindung ergibt die magnetische Belastung eines koaxialen Kabels eine sehr wesentliche und wünschenswerte Übertragungsverbesserung, insbesondere für die Übertragung von Fernsehsignalen über koaxiale Land- oder Seekabel. Patentansprüche:

1. Koaxiales Kabel mit kontinuierHcher magnetischer Belastung für die Übertragung hochfrequenter elektromagnetischer WeUen, bei dem zwischen dem Innen- und Außenleiter eine Vielzahl sich in Längsrichtung erstreckender dünner magnetischer Schichten koaxial zueinander angeordnet ist, die durch dielektrische Schichten voneinander getrennt sind, wobei die magnetischen und dielektrischen Schichten bestimmte Abmessungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß jede magnetische Schicht eine in radialer Richtung gemessene Dicke besitzt, welche klein ist im Verhältnis zu dem sich aus der bekannten Formel für die Eindringtiefe δ des Hochfrequenzstromes in metal-Hsche Leiter ergebenden Wert, während die dielektrischen Zwischenschichten ¹I₃- bis Y ₂Inal so stark sind, und die magnetischen Schichten im wesentHchen in dem Bereich des Kabelquerschnittes zwischen dem