DE10015379A1 - Abstrahlendes koaxiales Hochfrequenz-Kabel - Google Patents

Abstract

Es wird ein abstrahlendes koaxiales Hochfrequenz-Kabel angegeben, das aus einem Innenleiter, einem denselben umgebenden Dielektrikum und einem über demselben angeordneten, zum Innenleiter konzentrischen, rohrförmigen Außenleiter besteht. Im Außenleiter sind voneinander getrennte Öffnungen (5) angebracht, die entlang von in Umfangsrichtung des Kabels gegeneinander versetzten, in Längsrichtung desselben parallel zueinander verlaufenden Mantellinien in sich über die ganze Länge des Kabels erstreckenden Reihen (R1, R2, R3) angeordnet sind. Alle Öffnungen (5) erstrecken sich im wesentlichen in Umfangsrichtung des Kabels. Für einen möglichst breitbandigen Betrieb des Kabels sind Öffnungen (5) in einer ersten Reihe (R1) zur Bedienung eines im Mobilfunkt verwendeten Frequenzbereichs in einem sich ständig wiederholenden Muster in Gruppen (G) angeordnet, deren in Achsrichtung des Kabels gesehen jeweils erste Öffnungen (5) einen der halben Wellenlänge der niedrigsten zu übertragenden Frequens des Frequenzbereichs entsprechenden Abstand (A1) voneinander haben. In jeder Gruppe (G) sind außerdem zusätzlich Öffnungen (5) zur Berücksichtigung von ganzzahligen Vielfachen der niedrigsten zu übertragenden Frequenz des Frequenzbereichs angebracht. Weitere Öffnungen (5) sind in mindestens einer zweiten Reihe (R2), die auf einer anderen Mantellinie als die Öffnungen (5) der ersten Reihe (R1) liegen, auf der ganzen Länge des Kabels mit einem gleichbleibenden Abstand zueinander angeordnet, der ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein abstrahlendes koaxiales Hochfrequenz-Kabel, bestehend aus einem Innenleiter, einem denselben umgebenden Dielektrikum und einem über demselben angeordneten, zum Innenleiter konzentrischen, rohrförmigen Außenleiter, bei welchem im Außenleiter voneinander getrennte Öffnungen angebracht sind, die entlang von in Umfangsrichtung des Kabels gegeneinander versetzten, in Längsrichtung desselben parallel zueinander verlaufenden Mantellinien in sich über die ganze Länge des Kabels erstreckenden Reihen angeordnet sind (EP 0 300 147 B1).

Abstrahlende koaxiale Hochfrequenz-Kabel - im folgenden kurz "AHF-Kabel" genannt -, wirken wegen der durch die im folgenden als "Schlitze" bezeichneten Öffnungen im Außenleiter nach außen dringenden elektromagnetischen Energie praktisch als Antennen, die eine Kommunikation zwischen relativ zueinander beweglichen Empfängern und Sendern ermöglichen. Ein wesentliches Einsatzgebiet von AHF-Kabeln ist die Signalübertragung in Tunnelstrecken zwischen Sende- und Empfangseinrichtungen und vorzugsweise schienengebundenen Fahrzeugen. Die AHF- Kabel sollen auch über große Längen einen störungsfreien Betrieb ermöglichen. Sie sollen daher eine geringe Dämpfung der zu übertragenden Signale sicherstellen und möglichst keine Reflexionsstellen aufweisen. Die Dämpfung ist dabei die Summe aus der durch das AHF-Kabel selbst bestimmten Kabeldämpfung und der durch die Abstrahlung von HF-Energie entstehenden Kopplungsdämpfung.

Das AHF-Kabel nach der eingangs erwähnten EP 0 300 147 B1 ist für einen breitbandigen Betrieb vorgesehen. Im Außenleiter desselben sind auf einer Mantellinie in einer ersten Reihe runde Löcher angebracht, während auf einer in Umfangsrichtung versetzten Mantellinie in einer zweiten Reihe sich in Achsrichtung des AHF-Kabels erstreckende Schlitze angeordnet sind. Die Löcher sind für einen unteren Frequenzbereich vorgesehen, während die Schlitze für einen höheren Frequenzbereich dienen sollen. Dieses AHF-Kabel ist in seinem Einsatz auf zwei Frequenzbereiche beschränkt. Maßnahmen zur Beeinflussung der Dämpfung des AHF-Kabels, insbesondere der Kopplungsdämpfung desselben, sind nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschilderte AHF-Kabel so weiterzubilden, daß es in einem großen Frequenzbereich eine möglichst gleichmäßige Kopplungsdämpfung ohne störende Resonanzstellen aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• - daß alle Schlitze sich im wesentlichen in Umfangsrichtung des Kabels erstrecken,
• - daß Schlitze in einer ersten Reihe zur Bedienung eines im Mobilfunk verwendeten Frequenzbereichs in einem sich ständig wiederholenden Muster in Gruppen angeordnet sind, deren in Achsrichtung des Kabels gesehen jeweils erste Schlitze einen der halben Wellenlänge der niedrigsten zu übertragenden Frequenz des Frequenzbereichs entsprechenden Abstand voneinander haben,
• - daß in jeder Gruppe zusätzliche Schlitze zur Berücksichtigung von ganzzahligen Vielfachen der niedrigsten zu übertragenden Frequenz des Frequenzbereichs angebracht sind und
• - daß weitere Schlitze in mindestens einer zweiten Reihe, die auf einer anderen Mantellinie als die Schlitze der ersten Reihe liegen, auf der ganzen Länge des Kabels mit einem gleichbleibenden Abstand zueinander angeordnet sind, der kleiner als die halbe Wellenlänge der höchsten über das Kabel zu übertragenden Frequenz ist.

Dieses AHF-Kabel kann ohne Änderungen der Schlitzanordnung zur Übertragung von Signalen in einem weiten Frequenzbereich eingesetzt werden, der insbesondere auch die Frequenzen des Mobilfunks erfaßt. Das wird einerseits durch die mit sich wiederholendem Muster angebrachten Schlitze der ersten Reihe erreicht, mit einer für den Mobilfunk gegebenen niedrigsten Frequenz von etwa 800 MHz. Die Breitbandigkeit ist andererseits durch die äquidistanten Schlitze gegeben, durch welche auch niedrigere Frequenzen bzw. Frequenzbereiche störungsfrei übertragen werden können. Alle Schlitze des AHF-Kabels ergänzen sich in ihrer Wirkung so vorteilhaft, daß die Kopplungsdämpfung im gesamten zu übertragenden Frequenzspektrum klein gehalten werden kann und eine nahezu gleichbleibende Größe hat. Das ist insbesondere im Frequenzbereich des Mobilfunks von Bedeutung, in dem auch keine störenden Resonanzstellen auftreten.

Das AHF-Kabel kann in herkömmlicher Technik hergestellt werden, wobei durch eine Aufteilung der äquidistanten Schlitze auf zwei Reihen eine wesentliche Stabilisierung des Bandes erreicht werden kann, aus welchem der Außenleiter geformt wird.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein an sich bekanntes koaxiales AHF-Kabel.

Fig. 2 und 3 zwei unterschiedliche Ausführungsformen eines AHF-Kabels nach der Erfindung mit am Ende flach ausgebreiteten Außenleiter.

Fig. 4 einen Abschnitt des Außenleiters mit einer genaueren Darstellung einer Anordnung der Schlitze für das AHF-Kabel nach Fig. 3 in vergrößerter Darstellung.

Fig. 5 ein Diagramm für den Verlauf der Kopplungsdämpfung des AHF-Kabels.

Fig. 1 zeigt ein AHF-Kabel, das beispielweise zur Signalübertragung zwischen stationären und mobilen Einheiten in einem Bahntunnel verlegt sein kann. Es hat einen Innenleiter 1, ein Dielektrikum 2 und einen rohrförmigen, den Innenleiter 1 konzentrisch umgebenden Außenleiter 3. Der Außenleiter 3 ist beispielsweise als längseinlaufendes Metallband so um das Dielektrikum 3 herumgelegt, daß die Bandkanten einander überlappen. Sie können beispielweise durch Kleben, Löten oder Schweißen miteinander verbunden sein. Die Bandkanten können aber auch ohne Überlappung miteinander verschweißt sein. Als äußerer mechanischer Schutz dient ein Mantel 4 aus Kunststoff, der auch flammwidrig sein kann.

Innenleiter 1 und Außenleiter 3 bestehen vorzugsweise aus Kupfer. Das Dielektrikum 2 kann in üblicher Technik ausgeführt sein. Es kann sich also um ein Volldielektrikum, das auch geschäumt sein kann, oder um ein Hohlraumdielektrikum mit einer Wendel oder mit Scheiben handeln. Für das Dielektrikum 2 werden vorzugsweise Materialien mit einem kleinen dielektrischen Verlustfaktor eingesetzt, beispielsweise Polyethylen. Der Mantel 4 kann beispielweise aus Polyethylen oder Polyvinylchlorid bestehen.

Zur Erzielung der gewünschten Eigenschaft "Abstrahlung" sind im Außenleiter 3 des AHF-Kabels Schlitze 5 angebracht, die in Fig. 1 nur als prinzipielle Ausführungsform eingezeichnet sind. Die Schlitze 5 haben im dargestellten Ausführungsbeispiel einen rechteckigen lichten Querschnitt. Ihre Länge in Umfangsrichtung des AHF-Kabels ist größer als ihre axiale Breite. Die Schlitze 5 erstrecken sich also im wesentlichen in Umfangsrichtung des AHF-Kabels. Sie könnten statt des rechteckigen auch einen nach außen gebogenen, quasi elliptischen lichten Querschnitt haben. Die Schlitze 5 können grundsätzlich auch unter einem von 90° abweichenden Winkel zur Achse des AHF- Kabels verlaufen. Das gilt so auch für die Schlitze 5 der im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des AHF-Kabels.

Die Schlitze 5 sind bei dem Ausführungsbeispiel des AHF-Kabels nach Fig. 2 in zwei Reihen R1 und R2 angebracht, die auf unterschiedlichen Mantellinien des AHF-Kabels liegen. In der ersten Reihe R1 sind die Schlitze 5 in einem sich ständig wiederholenden Muster mit variierenden Abständen angeordnet. Diese Anordnung der Schlitze 5 wird weiter unten anhand Fig. 4 genauer erläutert. Die Schlitze 5 der zweiten Reihe R2 haben auf der ganzen Länge des AHF-Kabels einen gleichbleibenden Abstand A voneinander.

Der Abstand A ist von der höchsten mit dem AHF-Kabel zu übertragenden Frequenz abhängig. Zur Vermeidung von Interferenzen ist der Abstand A kleiner als die halbe Wellenlänge dieser höchsten Frequenz.

Ebenfalls zur Vermeidung von Interferenzen ist die lichte Weite der äquidistanten Schlitze 5 der zweiten Reihe R2 relativ groß zu wählen. Da ihre axiale Breite nicht beliebig groß gemacht werden kann, haben sie eine entsprechend große Ausdehnung in Umfangsrichtung. Die mechanische Stabilität eines mit so großen bzw. langen Schlitzen 5 versehenen Außenleiters 3 des AHF-Kabels kann in manchen Fällen beeinträchtigt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des AHF-Kabels werden die äquidistanten Schlitze 5 daher in zwei voneinander getrennte, auf unterschiedlichen Mantellinien liegende Reihen R2 und R3 aufgeteilt. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel des AHF-Kabels geht aus den Fig. 3 und 4 hervor

Die Schlitze 5 sind bei dem AHF-Kabel nach den Fig. 3 und 4 in drei Reihen R1, R2 und R3 angeordnet, die auf drei in Umfangsrichtung des AHF-Kabels gegeneinander versetzten, achsparallelen Mantellinien verlaufen. Die Reihen R1, R2 und R3 sind in bevorzugter Ausführungsform jeweils um 120° gegeneinander versetzt. Die Schlitze 5 sind in allen drei Reihen R1, R2 und R3 auf der ganzen Länge des AHF-Kabels vorhanden. In den Reihen R2 und R3 haben die Schlitze 5 auf der ganzen Länge des AHF-Kabels den gleichbleibenden Abstand A voneinander, der schon für Fig. 2 erläutert ist. Die Schlitze 5 der Reihen R2 und R3 haben vorzugsweise gleiche Abmessungen.

In der ersten Reihe R1 sind die Schlitze 5 in einem sich ständig wiederholenden Muster mit variablen Abständen voneinander angeordnet. Dieses Muster umfaßt gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier zu einer Gruppe G gehörende Schlitze S1, S2, S3 und S4. Die Schlitze 5 der ersten Reihe R1 dienen zur Bedienung des für den Mobilfunk vorgesehenen Frequenzbereichs mit einer niedrigsten Frequenz von beispielsweise 800 MHz. Die jeweils ersten Schlitze S1 der aufeinander folgenden Gruppen G haben einen Abstand A1 voneinander, welcher der halben Wellenlänge (λ/2) der niedrigsten Frequenz des Frequenzbereichs entspricht.

Die anderen Schlitze S2, S3 und S4 der aufeinander folgenden Gruppen G berücksichtigen ganzzahlige Vielfache der durch die Schlitze S1 erfaßten niedrigsten Frequenz des Frequenzbereichs. Der Schlitz S2 ist jeweils in einem Abstand A2 vom Schlitz S1 entfernt, der einem Achtel (λ/8) der Wellenlänge der niedrigsten Frequenz des Frequenzbereichs entspricht. Damit ist eine Frequenz berücksichtigt, die gleich dem Doppelten der niedrigsten Frequenz ist. Der Schlitz S3 hat einen Abstand A3 vom Schlitz S1 der gleich einem Zwölftel (λ/12) der niedrigsten Frequenz des Frequenzbereichs ist. Es ist dadurch eine Frequenz erfaßt, die gleich dem Dreifachen der niedrigsten Frequenz ist. Zum Schlitz S3 gehört wirkungsmäßig auch der Schlitz S4, der vom Schlitz S2 den gleichen Abstand A3 hat, wie der Schlitz S3 vom Schlitz S1.

Vorteile und Wirkungsweise des AHF-Kabels nach der Erfindung werden im folgenden anhand der Dämpfungskurven nach Fig. 5 zusammengefaßt:

In Fig. 5 ist die Kopplungsdämpfung über einem von 0 bis 2400 MHz reichenden Frequenzbereich dargestellt. Damit ist auch der für den Mobilfunk verwendete Frequenzbereich erfaßt, der in heutiger Technik etwa zwischen 800 MHz und 2400 MHz liegt.

Die Kurve K1 gibt den Verlauf der Kopplungsdämpfung für ein AHF-Kabel wieder, das nur Schlitze 5 gemäß Reihe R2 (Fig. 2) bzw. gemäß den Reihen R2 und R3 (Fig. 3 und 4) hat. Die Kopplungsdämpfung steigt mit steigender Frequenz an, was nicht erwünscht ist. Die Kurve K2 zeigt den Verlauf der Kopplungsdämpfung für ein AHF-Kabel, das nur Schlitze 5 gemäß Reihe R1 hat. Hier ist die Kopplungsdämpfung in einem Bereich unterhalb von etwa 800 MHz sehr hoch, so daß ein solches AHF-Kabel in diesem Frequenzbereich nicht sinnvoll eingesetzt werden könnte.

Den Verlauf der Kopplungsdämpfung für ein AHF-Kabel nach der Erfindung gibt die Kurve K3 wieder. Bis auf eine Unstetigkeit bei einer Frequenz von etwa 700 MHz liegen hier die Werte der Kopplungsdämpfung sehr niedrig und sie sind über den ganzen Frequenzbereich nahezu gleichbleibend. Das gilt insbesondere für die über 800 MHz liegenden Frequenzen, also für den Frequenzbereich des Mobilfunks. In diesem Bereich nimmt die Kopplungsdämpfung mit steigender Frequenz sogar geringfügig ab. Hinzu kommt, daß in diesem Bereich keine störenden Resonanzstellen vorhanden sind.

Claims (5)

1. Abstrahlendes koaxiales Hochfrequenz-Kabel, bestehend aus einem Innenleiter, einem denselben umgebenden Dielektrikum und einem über demselben angeordneten, zum Innenleiter konzentrischen, rohrförmigen Außenleiter, bei welchem im Außenleiter voneinander getrennte Öffnungen angebracht sind, die entlang von in Umfangsrichtung des Kabels gegeneinander versetzten, in Längsrichtung desselben parallel zueinander verlaufenden Mantellinien in sich über die ganze Länge des Kabels erstreckenden Reihen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß alle Öffnungen (5) sich im wesentlichen in Umfangsrichtung des Kabels erstrecken,
• - daß Öffnungen (5) in einer ersten Reihe (R1) zur Bedienung eines im Mobilfunk verwendeten Frequenzbereichs in einem sich ständig wiederholenden Muster in Gruppen (G) angeordnet sind, deren in Achsrichtung des Kabels gesehen jeweils erste Öffnungen (5) einen der halben Wellenlänge der niedrigsten zu übertragenden Frequenz des Frequenzbereichs entsprechenden Abstand (A1) voneinander haben,
• - daß in jeder Gruppe (G) zusätzlich Öffnungen (5) zur Berücksichtigung von ganzzahligen Vielfachen der niedrigsten zu übertragenden Frequenz des Frequenzbereichs angebracht sind und
• - daß weitere Öffnungen (5) in mindestens einer zweiten Reihe (R2), die auf einer anderen Mantellinie als die Öffnungen (5) der ersten Reihe (R1) liegen, auf der ganzen Länge des Kabels mit einem gleichbleibenden Abstand zueinander angeordnet sind, der kleiner als die halbe Wellenlänge der höchsten über das Kabel zu übertragenden Frequenz ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5) mit gleichbleibendem Abstand voneinander in zwei separaten Reihen (R2, R3) auf unterschiedlichen Mantellinien angeordnet sind.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Gruppe (G) der ersten Reihe (R1) jeweils eine zweite Öffnung (5) angebracht ist, die von der jeweils ersten Öffnung (5) einen Abstand (A2) hat, welcher einem Achtel der Wellenlänge der niedrigsten zu übertragenden Frequenz des Frequenzbereichs entspricht.

4. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Gruppe (G) der ersten Reihe (R1) jeweils zwei weitere Öffnungen (5) angebracht sind, von denen eine von der ersten Öffnung (5) und die andere von der zweiten Öffnung (5) einen Abstand (A3) hat, welcher einem Zwölftel der Wellenlänge der niedrigsten zu übertragenden Frequenz des Frequenzbereichs entspricht.

5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5) einen rechteckigen lichten Querschnitt haben.