DE1078653B - Biegsames Koaxialkabel mit von der Frequenz im wesentlichen unabhaengiger Daempfung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein biegsames Koaxialkabel mit von der Frequenz im wesentlichen unabhängiger Dämpfung, bei dem sowohl der Innenleiter als auch der Außenleiter rohrförmig ist und zwischen ihnen eine Isolierschicht aus einem Kunststoffpolymerisat angeordnet ist.

Bei der Übertragung eines breiten Frequenzbandes über ein einzelnes Koaxialkabel wird die Eignung des Kabels durch die Größe seiner Dämpfung begrenzt. Bei den bekannten koaxialen Kabeln ändert sich die Dämpfung mit ansteigender Frequenz. Wird ein übliches Koaxialkabel verwendet, so tritt durch die Verschiedenheit der Dämpfung bei den verschiedenen Frequenzen eine Verzerrung der Signale ein. Es besteht daher das Bedürfnis, ein Kabel mit einer konstanten Dämpfung bzw. einer Dämpfung, die nur wenige Prozent über das ganze Frequenzband abweicht, aufzubauen. Ein solches Kabel besitzt eine besondere Eignung zur Verwendung in Übertragungssystemen für das Fernsehen und für das farbige Fern- sehen wie auch in allen anderen Systemen mit einem breiten Frequenzband oder bei denen mehrere Kanäle mit verschiedenen Frequenzen über ein einzelnes Kabel übertragen werden sollen.

Die bekannten Kabel dieser Art befriedigen weder in elektrischer Beziehung noch hinsichtlich einer wirtschaftlichen Fertigung großer Kabellängen, wie sie bei der Übertragung für große Entfernungen gebraucht werden. Bekannt sind Kabel dieser Art, bei denen ein tragender Kern mit einer leitenden Masse, z. B. aus Kohle oder Metallpulver, vermengt mit einem Bindemittel, umgeben ist, um eine dünne Leitschicht zu erhalten. Solche dünnen Leitschichten haben infolge des Skin-Effekt-Einflusses eine verhältnismäßig geringe Dämpfungsschwankung über den Frequenzbereich. Leitende Schichten dieser Art sind aber schwierig herzustellen und leiden unter dem Mangel an Gleichmäßigkeit und Haftfestigkeit, so daß derartige Kabel bei Biegebeanspruchungen leicht brechen, abblättern oder andere Ungleichmäßigkeiten aufweisen.

Weiter sind Kabel dieser Art bekannt, bei denen jeder der Leiter aus einer großen Anzahl sehr dünner metallischer und dielektrischer Zylinder besteht. Solche Kabel sind schwierig herzustellen, da die Anforderungen an die gleichmäßige Dicke der sehr dünnen Leitschichten entsprechend den vielen Leitschichten vergrößert sind und sie sich für die Massenfabrikation nicht eignen.

Bekannt war auch, Koaxialkabel mit gegenläufig aufgewickelten und aufeinanderliegenden Metallschichten als Kabelleiter zu verwenden. Diese Schichten sind jedoch dick und daher wenig biegsam und haben keine frequenzunabhängige Dämpfung. Eine andere bekannte Ausführung verwendet als Leiter ein Biegsames Koaxialkabel

mit von der Frequenz im wesentlichen

unabhängiger Dämpfung

Anmelder:

International Standard Electric
Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. März 1956

George R. Leef 4, Mountain Lakes, N. J. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Metallband und einen darübergewickelten, mit einem Metallband belegten Papierstreifen. Dieses Kabel besitzt jedoch ebenfalls keine frequenzunabhängige Dämpfung und weist darüber hinaus eine für die Hochfrequenzübertragung nicht tragbare Größe dielektrischer Verluste auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und eine Anweisung zu geben zur Herstellung eines biegsamen Koaxialkabels mit einer Dämpfung, die über einen großen Frequenzbereich frequenzunabhängig ist. Der Frequenzbereich soll dabei die Frequenzen von 300 kHz bis 3 MHz umfassen. Das Kabel soll sehr biegsam sein und sich auch mit den üblichen Kabelmaschinen herstellen lassen.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein biegsames Koaxialkabel mit von der Frequenz im wesentlichen unabhängiger Dämpfung, bei dem sowohl der Innenleiter als auch der Außenleiter rohrförmig ist und zwischen ihnen eine Isolierschicht aus einem Kunststoffpolymerisat angeordnet ist und das erfindungsgemäß aus einer Kombination folgender einzeln für sich bekannter Merkmale besteht:
a) sowohl der Innen- als auch der Außenleiter besteht aus zwei bandförmigen, einseitig metallisierten Kunststoffolien, die in gegenläufigem Wickelsinn und mit der metallisierten Seite einander zugekehrt aufgewickelt sind,

909765/311

b) die Dicke der Metallisierungen ist kleiner als die durch den Skin-Effekt begrenzte Eindringtiefe und ist durch Bedampfung, chemische oder elektrochemische Auflagerung von Silber erzeugt,

c) die Kunststoffolien und vorzugsweise auch der Kern des Innenleiters bestehen aus solchen möglichst verlustarmen Kunststoffen, wie Polystyrol, Polyäthylen, Polytetrafluoräthylen usw.

Die bandförmigen Folien werden wendelförmig und ohne Überlappung und ohne wesentlichen Zwischenraum zwischen den Kanten der aufeinanderfolgenden Windungen auf das Kabel aufgewickelt. Die Dicke der durch Metallisierung entstandenen Leitschicht ist viel kleiner als die durch den Skin-Effekt begrenzte Eindringtiefe. Die Erfindung wird weiter an Hand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt bei 1 einen tragenden Strang, der sowohl aus einem leitenden als auch vorzugsweise aus einem hitzebeständigen dielektrischen Material, wie z. B. einem mit Glasfasereinlagen ver- ao sehenen Kunststoffstrang, bestehen kann. Dieser tragende Strang 1 hat die Aufgabe, die Herstellung des Kernes 2 nach dem Spritzverfahren zu erleichtern. Dieser Kern 2 kann aus jedem geeigneten biegsamen Isoliermaterial, wie z. B. Polyäthylen, Polystyrol, Polytetrafluoräthylen, weichgemachtem Polyvinylchlorid, bestehen. Über diesen Kern 2 ist ein metallisiertes Band 3 gewickelt. Wenn dieses Band nur als Metallband ausgebildet wird, so ist bei der gewünschten außerordentlich geringen Dicke die Aufbringung des Bandes ebenso schwierig wie auch die Herstellung eines derart dünnen Bandes selbst. Zur Vermeidung dieses Übelstandes werden bei dem neuen Kabel metallisierte Kunststoffbänder verwendet, auf denen das Metall in außerordentlich geringer Stärke aufgebracht werden kann.

Dieses metallisierte Band 3 ist wendelförmig um den Kern 2 gewickelt, ohne daß sich die Bänderwindungen überlappen und ohne daß sich zwischen ihnen ein wesentlicher von Bandkante zu Bandkante gemessener Zwischenraum bildet. Die Folienseite 4 des Bandes liegt dabei auf dem Kern 2 auf, und die metallisierte Seite 5 liegt außen. Ein zweites Band 6 wird sodann in gegenläufigem Wickelsinn auf das Band 3 gewickelt. Bei diesem Band 6 liegt die metallisierte Seite 7 aber innen und die Folienseite außen. Die metallisierten Seiten 5 und 7 der beiden Bänder liegen also praktisch in der Fläche eines leitenden Zylinders.

Die leitenden Schichten können aus den Metallen Silber, Kupfer und Aluminium wie auch aus anderen Metallen bestehen. Auf dem Band 6 ist eine dielektrische Lage 9 aufgespritzt, die vorzugsweise aus möglichst verlustarmem Kunststoff, wie z. B. Polyäthylen oder Polytetrafluoräthylen, bestehen soll. Auf dieser Lage ist der Außenleiter des Kabels angeordnet, der aus den metallisierten Bändern 10 und 11 besteht. Der rohrförmige Außenleiter wird im wesentlichen in der gleichen Weise gebildet, wie es für den Innenleiter bereits beschrieben wurde. Die zwei metallisierten bandförmigen Kunststoffolien werden also in gegenläufigem Wickelsinn so um die aufgespritzte Isolierschicht 9 gewickelt, daß die einzelnen Windungen sich weder überlappen noch ein wesentlicher Zwischenraum zwischen den Kanten nebeneinanderliegender Windungen entsteht und die metallisierten Seiten der beiden Kunststoffbänder einander zugewandt sind. Über diesem Außenleiter kann in bekannter Weise der Mantel 12 angeordnet werden. Zweckmäßigerweise wird dieser Mantel aufgespritzt, wofür verschiedene Kunststoffpolymerisate und vorzugsweise das Polyäthylen zur Verfügung stehen. Auch ein Drahtgeflecht kann in bekannter Weise auf dem Mantel 12 angeordnet werden. Das neue Kabel hat eine Dämpfungsschwankung, die im wesentlichen von der Frequenz unabhängig ist. Darunter wird verstanden, daß die Dämpfung über einen großen Frequenzbereich nur um wenige Prozent, und zwar nicht mehr oder weniger als 5%, schwankt, so daß sich über ein breites Frequenzband ein Verhältnis von 1:1000 ergibt.

Als Beispiel werden die Abmessungen eines neuen Kabels mit einem Scheinwiderstand von ungefähr 50 Ohm angegeben, das für die Übertragung im Frequenzbereich von 300 kHz bis 300 MHz besonders geeignet ist.

Als Träger 1 wird ein mit Glasfasern gefüllter Kunststoffstrang von 0,76.mm Durchmesser verwendet. Auf diesem Träger liegt eine aufgespritzte Polyäthylenschicht 2 mit einem Durchmesser von 1,98 mm. Das erste Kunststoffband 3 besteht aus einer Folie aus Polyesterharz von 25,4 My, die einseitig mit Silber bedampft ist. Die Dicke dieser aufgedampften Silberschicht beträgt 1,27 My. Das Kunststoffband ist 5,6 mm breit und linksdrehend um den Kern 2 herumgewickelt, ohne daß die einzelnen Windungen sich überlappen noch zwischen den einzelnen Windungen ein wesentlicher Zwischenraum entsteht. Die metallisierte Seite des Bandes liegt außen. Der Durchmesser über dieser ersten Bandlage 3 beträgt 2,04 mm. Das zweite Band 6, das auch 6,5 mm breit ist, ist rechtsgängig über das erste Band 3 gewickelt, jedoch mit der metallisierten Seite nach innen. Der Durchmesser über der Bandlage 6 ist nun auf 2,08 mm gestiegen. Als isolierende Zwischenschicht folgt nun eine aufgespritzte Polyäthylenschicht 9 mit einem Außendurchmesser von 7,1 mm. Es folgen darauf die metallisierten Bänder 10 und 11., die in der gleichen Weise aufgewickelt sind wie die Bänder des Innenleiters 3 und 6. Infolge des größeren Wickeldurchmessers beträgt aber die Breite der Bänder 10 und 11 25,4 mm. Über dem Band 11 gemessen, beträgt der Durchmesser jetzt 7,2 mm, der nach Aufbringung des Polyäthylenmantels 12 auf einen Kabelaußendurchmesser von 8,24 mm steigt.

Die besondere Eignung des biegsamen Koaxialkabels mit von der Frequenz im wesentlichen unabhängigen Dämpfung für eine Herstellung in großen Mengen beruht zunächst auf der Verwendung des Polyesterharzes, da dieses eine sehr hohe Zerreißfestigkeit hat und sich infolgedessen als Material für den Träger 1 wie auch als Folienmaterial für die Bänder besonders gut ,eignet. Ferner besitzt das Polyesterharz eine besondere Eignung, dünne metallische Überzüge mit großer Klebkraft festzuhalten. Ähnlich gute und zum Aufbau eines solchen Kabels geeignete Eigenschaften besitzt auch Polytetrafluoräthylen, das sich noch durch besonders geringe dielektrische Verluste auszeichnet.

Für die Aufbringung der metallisierten Schicht auf die Kunststoffbänder in der gewünschten Dicke und Gleichmäßigkeit sind verschiedene Verfahren bekannt. Sowohl die Aufdampfung von Metall auf die Folien als auch die chemische oder elektrochemische Ablagerung können zur Metallisierung der Bänder verwendet werden.

Die nach der Erfindung aufgebauten Kabel weisen Schwankungen der Dämpfung über den Frequenzbereich von 300 kHz bis 300 MHz von nur ± 5%, gemessen in db, für 0,3048 m Kabellänge auf. In dem Frequenzbereich von 60 bis 300 MHz zeigt das Kabel eine besonders geringe, noch unter diesem Wert liegende Schwankung der Dämpfung. Infolge dieser

außerordentlich geringen Dämpfung kann das Kabel gemäß der Erfindung vorteilhafterweise als Verzögerungs- bzw. Laufzeitkabel verwendet werden. Laufzeitkabel, die nach der Erfindung aufgebaut sind, zeigen im Frequenzbereich von 60 bis 300 MHz nur eine Schwankung der Dämpfung von nicht mehr als 2 db pro Mikrosekunde Verzögerung.

Die Ursachen der Dämpfungsschwankungen über einen größeren Frequenzbereich bei koaxialen Kabeln beruhen auf dem Einfluß mehrerer Faktoren, wie dem Skin-Effekt, den dielektrischen Verlusten und den durch kleinen Abstand von Leitern erzeugten Feldverdrängungseffekt. Es ist an sich bekannt, den durch den FeldverdrängungsefEekt verursachten Dämpfungsbetrag wirksam zu vermindern. Durch die Verwen- dung besonders verlustarmer dielektrischer Materialien, Polyäthylen, Polystyrol und Polytetrafluoräthylen kann der entsprechende Dämpfungsbetrag bei Frequenzen unter 300 MHz auf einen kleinen Betrag gesenkt werden. Die dann noch verbleibende Dämpfung wird ausschließlich vom Skin-Effekt verursacht, der bei dem nach der Erfindung aufgebauten Kabel durch die äußerst geringe Dicke der kombinierten metallisierten Schicht auf den Kunststoffbändern, die geringer ist als die durch den Skin-Effekt begrenzte Eindringtiefe bei der betreffenden Frequenz, wirkungslos gemacht wird. Auf diese Weise wird also der Scheinwiderstand des Leiters über das verwendete Frequenzband im wesentlichen konstant. Die Eindringtiefe, die durch den Skin-Effekt bestimmt wird, wird denniert durch den Abstand von der Leiteroberfläche, bei dem die Stromdichte an der Oberfläche des Leiters auf He abgesunken ist, wobei He der Kehrwert der Basis der natürlichen Logarithmen bedeutet. Dementsprechend berechnet !ergibt sich bei dem neuen koaxialen Kabel bei 300 MHz eine Eindringtiiefe von 5,08 My. Wenn für das Kabel also metallisierte Schichten von einer Dicke von 1,27 My oder bei den einander zugekehrten metallisierten Schichten zweier Bänder eine S chichtdicke von 2,54 My verwendet werden, so liegt die Dicke des durch die Metallisierung gegebenen Stromweges unter der durch den Skin-Effekt gegebenen Eindringtiefe.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Biegsames Koaxialkabel mit von der Frequenz im wesentlichen unabhängiger Dämpfung, bei dem sowohl der Innenleiter als auch der Außenleiter rohrförmig ist und zwischen ihnen eine Isolierschicht aus einem Kunststoffpolymerisat angeordnet ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender einzeln für sich bekannter Merkmale: a) sowohl der Innen- als auch der Außenleiter besteht aus zwei bandförmigen, einseitig metallisierten Kunststoffolien, die in gegenläufigem Wickelsinn und mit der metallisierten Seite einander zugekehrt aufgewickelt sind,

die Dicke der Metallisierungen ist kleiner als die durch den Skin-Effekt begrenzte Eindringtiefe und ist durch Bedampfung, chemische oder elektrochemische Auflagerung von Silber erzeugt,

die Kunststoffolien und vorzugsweise auch der Kern des Innenleiters bestehen aus solchen möglichst verlustarmen Kunststoffen, wie Polystyrol, Polyäthylen, Polytetrafluoräthylen, usw.

2. Verwendung des Kabels nach Anspruch 1 als Verzögerungs- oder Laufzeitkabel.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 519 555;
britische Patentschriften Nr. 559 518, 734 161.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 768/311 3.60