DE2659572A1

DE2659572A1 - Kabel zur uebertragung von elektrischen wellen und von lichtwellen

Info

Publication number: DE2659572A1
Application number: DE19762659572
Authority: DE
Inventors: Maurice Arnaud
Original assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Current assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Priority date: 1975-12-30
Filing date: 1976-12-30
Publication date: 1977-07-14
Also published as: US4118594A; GB1564719A; FR2337411B1; DE2659572B2; FR2337411A1

Description

Patentanwälte 2 G 5 9 5 7 2

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E.Prinz - Dr. G.Hauser - G.Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

'' 30. Dezember 1976

LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES 89, Rue de la Faisanderie
75016 Paris / Frankreich

Unser Zeichen; L 1007

Kabel zur Übertragung von elektrischen Wellen und von Lichtwellen

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Nachrichtenwesens und betrifft insbesondere Kabel, die zur Herstellung von Fernnetzverbindungen dienen.

Insbesondere im Fernsprechwesen führt der zunehmende Bedarf an neuen Verbindungen zu einer unaufhörlichen Ausweitung des Spektrums der übertragenen Frequenzen, beispielsweise erreicht das Band der im analogen System über Koaxialkabel übertragenen Frequenz im Betrieb gegenwärtig 60 MHz und

708828/0712

neue Systeme mit höheren Frequenzen sind in der Erprobung für die digitale oder analoge Übertragung, von denen die optischen Übertragungssysteme genannt seien, in welchen Lichtleitfasern benutzt werden. Die angewandten Techniken und die entsprechenden Anlagen sind sehr unterschiedlich. Da jedoch die Kabelinstallationsarbeiten kostspielig und kompliziert sind, ist es vorteilhaft, schon heute die Herstellung von breitbandigen Verbindungen im optischen Spektrum vorzusehen. Die Erfindung schafft vor allem ein Koaxialkabel eines gewöhnlich für Fernnetzverbindungen benutzten Typs, das die Elemente enthält, die für die Übertragung in den breit- . bandigen Systemen erforderlich sind, in denen der Bereich der optischen Frequenzen ausgenutzt wird, ohne daß diese Elemente in irgendeiner Weise die Kenngrößen der Koaxialübertragung oder die für das Legen und das Anschließen des Koaxialkabels erforderlichen Operationen stören. Die FR-PS 2 266 266 beschreibt ein gemischtes Teilnehmerkabel, das elektrische Leiter (Doppel- oder Viererleitung) und optische Leiter enthält. Dieses Teilnehmerverbindungskabel kann nicht für die Übertragung über große Entfernung benutzt werden.

Ziel der Erfindung ist es, ein Fernübertragungskabel zu schaffen, das mit den heutigen Anlagen dank einer unveränderten elektrischen Koaxialübertragung kompatibel und außerdem in der Lage ist, breitbandig im optischen Bereich zu übertragen.

709828/0712

Das Kabel zur gleichzeitigen Übertragung von elektrischen Wellen und von Lichtwellen, mit einer Koaxialkabelanordnung mit isolierenden Scheiben, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben Aussparungen aufweisen, in denen Lichtleitfasern verteilt sind.

Das Kabel nach der Erfindung hat folgende Vorteile:

- die Vergrößerung der durch die Lichtleitfasern erhaltenen Bandbreite kann beträchtlich sein, ohne daß dadurch die anderen, d.h. die Koaxialübertragungen gestört werden; die Installation der gegenwärtigen Anlagen kann somit fortgesetzt werden und man kann sicher sein, daß diese später nicht in Frage gestellt werden;

— die Außenabmessungen des Kabels, seine- Impedanz und seine Dämpfung bleiben praktisch unverändert;

- der relativ dicke Außenleiter des gegenwärtigen Koaxialkabels schützt die Lichtleitfasern vor äußeren Beanspruchungen während allen Anschlußoperationen des Kabels sowie während seines Transports und während seiner endgültigen Verlegung; infolgedessen ist die Erhöhung der Einheitsdämpfung der Lichtleitfasern nach den Anschlußoperationen minimal;

— das Einführen der Lichtleitfasern in das gegenwärtige Koaxialkabel ist eine zusätzliche Operation, die in einen Fabrikationsgang eingeführt wird, ohne im Gebrauch befindliche Maschinen in Frage zu stellen, und deshalb begrenzt sie die für die Herstellung des neuen Kabels erforderlichen Investitionskosten.

709828/071 7

Weitere Merkmale und Vorteile des Kabels nach der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein bekanntes

Koaxialkabel, das von der Anmelderin hergestellt wird,

die Fig. 2 und 3 jeweils einen Querschnitt durch das Kabel

nach der Erfindung in der Ebene einer isolierenden Scheibe, und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Ende des

Kabels nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht eines bekannten Kabels, die der FR-PS 2 216 652 entnommen ist.

In einem solchen Kabel ist ein Innenleiter 1 aus Kupfer mit einem Durchmesser D durch Scheiben 2 aus Kunststoff mit einer relativen Dielektrizitätskonstante ε , die nahe bei Eins liegt, abgestützt, die einen gegenseitigen Abstand d haben. Diese Scheiben, deren Dicke e ist, haben einen Durchmesser D . Sie stützen sich auf einer dünnen Kunststoffolie 4 ab, die in transversalen Kreisen gewellt ist und durch den Außenleiter 3 des Koaxialkabels festgehalten wird. Der Außenleiter 3 ist eine

09 828/0712

2C59572

Aluminiumfolie, die zu einem Zylinder geformt und durch eine durchgehende Längsschweißung, die sie dicht macht, in sich geschlossen worden ist.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Kabel nach der Erfindung auf der Höhe der Scheiben. Die Scheiben weisen Aussparungen 6 auf, die auf den Umfangsteil beschränkt sind. Fig. 2 zeigt zur Veranschaulichung, ohne daß darunter eine Einschränkung zu verstehen ist, eine regelmäßige Anordnung mit vier Aussparungen. Die Lichtleitfasern 5 sind ungeordnet in den Aussparungen 6 angeordnet und durch eine Stange 7 aus Kunststoff festgehalten. Diese Stange kann auf einer Länge benutzt werden, die gleich der Länge der Lichtleitfasern selbst ist, oder gegebenenfalls in Form von Abschnitten, die eine geringe Länge haben, welche beispielsweise gleich der Dicke der Scheiben ist. Im Rahmen der Erfindung wird vorzugsweise eine gezogene Stange aus Polyäthylen hoher Dichte benutzt, die in die Aussparungen eingezwängt wird.

Wenn man mit ε die relative Dielektrizitätskonstante des die Lichtleitfasern bildenden Materials und ε die relative Ersatz-

dielektrizitätskonstante des Raumes zwischen zwei Scheiben bezeichnet, wenn das Kabel Lichtleitfasern enthält, kann man für den Ausdruck der mittleren relativen Dielektrizitätskonstante

T des Kabels ohne Lichtleitfasern .schreiben: __ C₁ e + (d-e)

709828/0712

•J-

und für den Ausdruck der mittleren relativen Dielektrizitätskonstante ε" des Lichtleitfasern enthaltenden Kabels kann man schreiben:

_ ^ει^θ + ^e ₃C^d-^e)
_ε ^_ _ __

Im übrigen kann die relative Dielektrizitätskonstante ε des

Raumes zwischen zwei Scheiben aus der relativen Dielektrizitätskonstanten ε eines Kabels berechnet werden, dessen Umfang vollständig mit Lichtleitfasern besetzt ist.

Wenn man die Neperschen Logarithmen mit Log bezeichnet, so gilt:

C₂ Log (D₂ / D₁)

+ SaVD₁] + [ Log D,/^ + 2a) J

Wenn man mit a den Durchmesser bezeichnet, der dem Grund der Aussparungen entspricht, und mit b die Dicke, die die Lichtleitfasern in Aussparungen einnehmen, sowie mit I die Breite der Aussparungen und mit η ihre Anzahl, so ist der von den Lichtleitfasern besetzte Ringbruchteil:

ηΓ
n(D₁+2a+b)

und für die gesuchte relative Dielektrizitätskonstante ε gilt:

nl

γ = 1+ Cc - Ή

⁶ 3 ^ 4 ^J TT(D + 2a+b)

Dieser Ausdruck, der nach Einsetzen des Ausdrucks für ε . lautet:

ε Log (D /D ) nl nl 2 ^v 2 Y

3 n(D₁+2a+b) H(D₁^a-Ha) [C₂LOg(D +2aVDJ+[Log D

709 8 28/071?

- 7-

zeigt, daß,

1) wenn nl/π (D +2a+b) klein ist, t ebenfalls sehr nahe bei

ι 3

Eins liegt; und daß

2) wenn die Anzahl der Lichtleitfasern in einem Maß erhöht wird, daß nl/π (D +2a+b) nicht mehr sehr klein ist, die Zunahme der relativen Dielektrizitätskonstanten ε langsam erfolgt, da sie sich aus der Differenz von zwei Ausdrücken ergibt, die als Faktor nl/π (D +2a+b) enthalten , von denen der zweite ein Verhältnis von Logarithmen ist, das sieh mit der Anzahl der eingeführten Lichtleitfasern langsam ändert. Im übrigen ist es immer möglich, ε"_ = T zu halten, indem die Dicke der Scheiben um folgende Größe verringert wird:

Ae = (d-e) (^ - 1) / (ε₃ - e^ oder aber indem der Abstand d um folgende Größe vergrößert

wird: . ,. _N ,

d (d - e) (ε - 1)

Ad = ■ ³

e (C₁ - 1) - d (C₃ - 1)
oder indem das Dielektrikum mit der relativen Dielektrizitätskonstanten ε durch ein Dielektrikum mit der relativen Dielektrizitätskonstanten ε ersetzt wird, so daß gilt:

(d - e) (1 -i

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante des Kabels, bei dem die Aussparungen 6 tiefer ausgeführt sind, so daß die Lichtleitfasern 5 sich zwischen den Leitern 1 und 3 befinden. Eine Berechnung, die der vorhergehenden gleicht, ergibt für den Ausdruck der relativen Dielektrizitätskonstanten ε* _Λ des Raumes zwischen zwei Scheiben, in dem die Lichtleitfasern einen Ring vollständig

709828/0717

⁴/M.

besetzen:

4 Q

wobei gilt:

Q =\ ^eo^L°9 i(^DH+^2a)/^DJf+i^Lo9

=(e₂Log [(D^ayDjj +J

Entsprechend den obigen Darlegung ist die relative Dielektrizitätskonstante des Raumes zwischen zwei Scheiben, der teilweise von Lichtleitfasern eingenommen wird:

_c> = ι + Di r_z> - η

3 H(D₁ + 2a + b) ^^E 4 ^;

Der Wert von t' ist sehr wenig von ε verschieden und die gleichen Bemerkungen, die bereits in bezug auf ε gemacht

worden sind, gelten auch für t³ , ebenso wie die Bemerkung bezüglich der Korrektur der Dicke Ae, die vorzunehmen ist, um die Änderung der relativen Dielektrizitätskonstante aufgrund der Lichtleitfasern zu kompensieren, sowie die Bemerkung bezüglich des Abstandes d, usw.

Fig. 4 zeigt ein Ende des Kabels nach der Erfindung, das mit einer Koaxialfassung 8, die zu dem Kabel senkrecht ist und deren Innenleiter mit dem Innenleiter des Kabels in Verbindung ist, und mit Längsausgängen für die Lichtleitfasern versehen ist, die durch eine metallische Kurzschlußebene 9 für die Hochfrequenzwellen hindurchgeführt sind.

709828/0712

Die Öffnungen fur die Durchführungen der Lichtleitfasern in der metallischen Kurzschlußebene bestehen aus Metallrohren, die eine geeignete Abmessung haben. Diese Rohre können als im Sperrbetrieb arbeitende kreisförmige Wellenleiter für die maximale Betriebsfrequenz betrachtet werden, denn ihr Durchmesser ist immer viel kleiner als der kritische minimale Durchmesser. Da im übrigen diese Rohre immer die Aufgabe von Anpassungsblindelementen erfüllen, kann ihre Länge eingestellt werden, um eine Breitbandanpassung des Koaxial-Koaxial-Übergangs zu gestatten, der einen geringen Abstand zwischen der Koaxialfassung 8 und der Kurzschlußebene 9 aufweist.

Als keineswegs als Einschränkung zu verstehendes Beispiel sei angegeben, daß ein Abschnitt dieses Kabels mit den folgenden Abmessungen hergestellt worden ist, die einem Standardkabel entsprechen, welches unter der Bezeichnung " paire coaxiale 3,7/13,5" genehmigt worden ist:

D = 3,7 mm

D = 13,5 mm

e = 2,3 mm d = 33 mm

I = 0,3 mm

b - 1,2 mm

Dieses Kabel enthält vier Lichtleitfasern mit einem Durchmesser von 150 jum , dessen relative Dielektrizitätskonstante ε 2,2 beträgt.

Diese vier Lichtleitfasern werden in vier Aussparungen mit

709828/071?

Hilfe von vier Polyäthylenstangen festgehalten, deren Durchmesser 0,6 mm beträgt.

Der berechnete Wert ε ist gleich 1,09 und die relative Ersatzdielektrizitätskonstante ε eines Raumes zwischen

zwei Scheiben ist gleich 1 ,003.

Die Messung des Wellenwiderstandes bis zu 400 MHz hat keine Verschlechterung desselben gezeigt. .

Der Vergleich der Verluste von zwei Abschnitten derselben Länge, von denen der eine mit Lichtleitfasern versehen ist, läßt bei Funkfrequenzen keine meßbare Zunahme der Dämpfung pro Längeneinheit erkennen.

Andererseits zeigt die Messung der Dämpfung an einer nichtverkabelten einteiligen Lichtleitfaser und an einer verkabelten Faser eine Abweichung von weniger als 1 dB/km zwischen diesen beiden Messungen.

70982 8/071?

Leerseite

Claims

Patentansprüche:

V 1./cabel zur Übertragung von elektrischen Wellen und von Lichtwellen, mit einer Koaxialkabelanordnung mit isolierenden Scheiben, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben regelmäßig verteilte Aussparungen aufweisen, die Lichtleitfasern tragen.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längs Radien angeordneten Aussparungen Schlitze mit konstanter Breite sind, die ab dem Außendurchmesser jeder Scheibe gebildet worden sind und den Umfang in gleiche Sektoren unterteilen.
3. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Aussparungen ungeordnet angebrachten Lichtleitfasern dadurch in ihrer Lage festgehalten sind, daß in jeder Aussparung eine durchgehende Stange aus Kunststoff mit geringen dielektrischen Verlusten vorhanden ist.
4. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

in den Aussparungen ungeordnet angebrachten optischen Fasern dadurch in ihrer Lage festgehalten sind, daß in jeder Aussparung ein Abschnitt einer Stange aus Kunststoff mit geringen Verlusten vorhanden ist, dessen Länge gleich der Dicke der Scheiben ist.

709 8 28/0712 original inspected
5, Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der relativen Dielektrizitätskonstante, die durch das Vorhandensein von Lichtleitfasern hervorgerufen wird, durch eine Verringerung ^e der Dicke e der Scheiben kompensiert wird, die so festgelegt ist, daß die mittlere relative Dielektrizitätskonstante des Verbunddielektrikums konstantgehalten wird, aus dem das Kabel besteht, von welchem im übrigen die Abmessungen des Innenleiters und des Außenleiters unverändert bleiben.
6. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der relativen Dielektrizitätskonstante, die durch das Vorhandensein von Lichtleitfasern hervorgerufen wird, durch eine Änderung ad des mittleren Abstandes d der Scheiben kompensiert wird, die derart festgelegt ist, daß die mittlere relative Dielektrizitätskonstante des Verbunddielektrikums konstantgehalten wird, aus dem das Kabel besteht, von welchem im übrigen die Abmessungen des Innenleiters und des Außenleiters unverändert bleiben.
7. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der relativen Dielektrizitätskonstante

ε - 1 des Raumes zwischen zwei Scheiben, die durch das 3

Vorhandensein der Lichtleitfasern hervorgerufen wird, durch die Verwendung eines Materials kompensiert wird, das zur

709828/0712

Herstellung der Scheiben dient , eine relative Dielektrizitätskonstante ε hat und ein Material ersetzt, dessen relative Dielektrizitätskonstante gleich ε ist, wobei

709828/071?