DE1086771B - Hochfrequenzkabel mit koaxialen Leitungen und ungeschirmten symmetrischen Traegerfrequenzleitungen - Google Patents

Description

Es sind Hochfrequenzkabel mit koaxialen Leitungen und ungeschirmten symmetrischen Trägerfrequenzleitungen bekannt, bei denen die koaxialen Leitungen mit Schirmen umgeben sind. Durch die Anwendung von Schirmen soll erreicht werden, daß einerseits die koaxialen Leitungen fest zusammengehalten und gegen mechanische Beanspruchungen geschützt werden und andererseits die koaxialen Leitungen untereinander und gegenüber den ungeschirmten symmetrischen Trägerfrequenzleitungen elektromagnetisch abgeschirmt sind. Aus Gründen der Kostenersparnis wird vielfach als Material für die Schirme Eisen gewählt. Derartige Eisenschirme reichen im allgemeinen aus, um die hochfrequenten elektromagnetischen Felder der einzelnen Hochfrequenzleitungen gegeneinander abzuschirmen.

Bei einem Kabel der vorstehend beschriebenen Art ist es ferner bekannt, die Innenleiter der koaxialen Leitungen dazu auszunutzen, um auf ihnen Wechselströme technischer Frequenz, z. B. zur Versorgung von Zwischenämtern, zu übertragen* Hierbei hat sich herausgestellt, daß durch die gleichzeitige Übertragung von Wechselströmen technischer Frequenz die Übertragungsgüte der Hochfrequenzsignale stark beeinträchtigt wird, indem nämlich die Hochfrequenzsignale mit einem störenden Brummgeräusch überlagert sind.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochfrequenzkabel mit koaxialen Leitungen und ungeschirmten symmetrischen Trägerfrequenzleitungen, wobei die Außenleiter der koaxialen Leitungen zu ihrer mechanischen Festigung und zur elektromagnetischen Abschirmung von ein- oder mehrschichtigen Schirmen aus magnetisierbarem Material, vorzugsweise Eisen, umgeben und die Innenleiter als Speiseleiter für die Übertragung von Wechselströmen technischer Frequenz, beispielsweise zur Fernstromversorgung von Zwischenämtern, vorgesehen sind. Ihr liegt die an sich bekannte Aufgabe zugrunde, die bei derartigen Hochfrequenzkabeln auftretenden Brummerscheinungen näher zu untersuchen und durch geeignete Maßnahmen dem Auftreten von Brummerscheinungen vorzubeugen.

Wesentlich für die Erfindung ist die Erkenntnis, daß die Beeinträchtigung der Übertragungsgüte der Hochfrequenzsignale durch die Speisewechselströme technischer Frequenz auf die Anwesenheit der Schirme aus Eisen oder allgemeiner aus magnetisierbarem Material zurückzuführen ist. Dies läßt sich dadurch erklären, daß das im Einflußbereich der aus den Innenleitern der koaxialen Leitungen gebildeten Speiseleitung, d. h. im Bereich des vom Speisewechselstrom herrührenden Magnetfeldes liegende Eisen durch das im Takt der Speisefrequenz schwankende Magnetfeld magnetisiert wird, wodurch sich die magnetischen Eigenschaften des Eisens ebenfalls periodisch ändern. Kennzeichnend für die magnetischen Eigenschaften ist die reversible Hochfrequenzkabel

mit koaxialen Leitungen

und ungeschirmten symmetrischen

Trägerfrequenzleitungen

Anmelder:

Siemens &Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Dr.-Ing. Walter Eberl, Berlin-Wilmersdorf,

und D'ipl.-Ing. Walter Wild, München,

sind als Erfinder genannt worden

Permeabilität des Eisens, die sich aus der Magnetisierungskurve ableiten läßt. Da für die Permeabilität des Eisens selbstverständlich nur die Größe des induzierten Feldes, nicht aber auch die Richtung desselben von Bedeutung ist, so muß bei im Takt der Speisefrequenz schwankender Magnetisierung die zeitliche Periodizität der Permeabilität halb so groß sein wie die Periodizität des Speisestromes. Der Verlauf der Permeabilität innerhalb der einzelnen Perioden ist durch die Form der Nichtlinearität bedingt und enthält im allgemeinen neben der Grundschwingung mit der doppelten Speisefrequenz auch noch deren Oberschwingungen.

Andererseits werden aber durch die Anwesenheit des Eisens die Übertragungsparameter der im gleichen Kabel befindlichen Hochfrequenzleitungen, ζ. Β. symmetrischer Trägerfrequenzleitungen, deren Streufluß teilweise durch das Eisen geht, beeinflußt. Vor allem sind es die äußere Induktivität und der Verlustwiderstand dieser Hochfrequenzleitungen, die eine Änderung durch das Eisen erfahren. Da sich aber nun infolge der Beeinflussung des Eisens durch die Speiseströme die Eigenschaften des Eisens ändern, so schwanken auch die vom Eisen beeinflußten Übertragungsparameter der Hochfrequenzleitungen. Als Wirkung erhält man eine Modulation des Übertragungsmaßes, was gleichbedeutend mit einer Amplituden- und Phasenmodulation des übertragenen Signals ist, und zwar mit einer Grundfrequenz, die der doppelten Frequenz des Speisestromes entspricht. Bei den im allgemeinen gebräuchlichen Wechselstromfrequenzen von 50Hz

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bedeutet dies, daß die Grundfrequenz der Modulation 100 Hz beträgt. "

Aus diesen Überlegungen kann die für die Erfindung grundlegende Erkenntnis gefolgert werden, daß die unmittelbare Ursache für die Störungen in der Hochfrequenzübertragung die mchtlinearen Eigenschaften des magnetisierbaren Materials sind. Je stärker diese Nichtlinearität bei magnetisierbaren Materialien ausgeprägt ist, um so größer, ist auch die Störung durch diese Materialien. . , —,... -

Zur Beseitigung induktiver Störungen in Schwachstromkabeln durch benachbarte Starkstromleitungen ist es bekannt, die Sättigungsfeldstärke durch Luftspalte zu erhöhen, die durch eine große Steigung der magnetischen Bandwicklung verwirklicht werden. Die einzelnen Windungen verlaufen dabei also nicht senkrecht zur Richtung des magnetischen Flusses, sondern liegen je nach der Steigung unter einem mehr oder minder großen Winkel gegen· die Kabelachse.

Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf ein koaxiale Leitungen und symmetrische Trägerfrequenzleitungen enthältendesHochfxequenzkabel, in welchem außer den Hochfrequenzsignalen gleichzeitig über die Innenleiter der Koaxialkabel Wechselströme technischer Frequenz übertragen" werden. Die hierdurch entstehende Gefahr des Auftretens von Brummerscheinungen, d.h. der Beeinflussung der Hochfrequenzsignale durch die im selben I.Kabel fließenden Wechselströme technischer Frequenz, .wird dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß bei den" ein- öder mehrschichtigen Schirmen um die Außenleiter zumindest die äußere und/oder-die innere Schirtnschicht-Schlitze besitzt,, die längs der Achse der zugeordneten koaxialen Leitungen verlaufen und damit eine Unterbrechung im Wege des magnetischen Flusses bilden. Auf diese Weise'wird die Wirkung von Luftspalten im Schirmmaterial voll ausgenutzt, da die Schlitze inrSehirmmaterial genau parallel zur Achse der Leitungen, d. h. senkrecht zum Verlauf des magnetischen Flusses liegen.

'Diese bei der Erfindurig angewendete Maßnahme zielt'darauf ab, entweder die magnetische Feldstärke in dejtf betreffenden" Material stark zu vermindern oder die Induktion in Sättigung-überzuführen.
- Bilden die Schlitze einen· durchgehenden und quer zur" Richtung des magnetischen Flusses verlaufenden Luftspalt, so tritt in den Schirmen durch die Erhöhung des "magnetischen Widerstandes der Effekt einer Schwächung des magnetischen Feldes ein. Sind dagegen die Luftspalte in Form von kurzen Schlitzen diskret über die Schirmflächen verteilt, so bilden sich zwischen den Schlitzen Verengungen für den magnetischen Fluß aus. An diesen Verengungen wird bereits bei kleinen Feldstärken die;.-Sättigung erreicht, wodurch der magnetische Widerstand des Gesamtkreises ebenfalls erhöht und die reVersible Permeabilität auf einen nahezu konstanten 'Wert gebracht wirdi An den übrigen Stellen des Schirmes dagegen herrscht eine ■geringe magnetische Feldstärke. Eine zusätzliche Schwächung des magnetischen; Feldes kann in bekannter Weise durch geeignete-^aM des Schirmmaterials erzielt werden. ■ ' _;■ ■:-. ·.-.

. -Um bei mehrschichtigen^Schirmen die Modulation der Übertragungsparameter _:der Hochfrequenzleitungen "zu Vermeiden oder hinreichend klein zu halten, genügt eSj dafür zu sorgen,_:äaß nur diejenigen Schirmschichten, die den Hochfrfipietizleitungen zugewendet sindj ihre reversible Permeabilität nicht oder nur wenig ,ändern. . _:- ;. "^ ?-----: \

• Dies soll an Hand des-igt j der. Fig. 1 beispielsweise dargestellten Hochfreqüen^k-abels-näher erläutert werden. Das Kabel besteht im wesentlichen aus einem in der Mitte des Kabels liegenden Bündel aus beispielsweise sieben ungeschirmten symmetrischen Leitungen 1 für die Trägerfrequenzübertragung und aus sechs in einer Lage über diesem Bündel angeordneten koaxialen Leitungen mit" dem Innnleiter 2 und dem Außenleiter 3. Die Außenleiter 3 der koaxialen Leitungen sind zur elektromagnetischen Abschirmung und zur mechanischen Festigung mit einem Schirm 4 aus magnetischem Material umgeben. In den äußeren Zwickeln zwischen den koaxialen Leitungen können noch weitere Leitungen untergebracht sein, die beispielsweise zur Übertragung von niederfrequenten Strömen benutzt werden können. Die Speisung der Verstärkerämter erfolgt bei diesem Kabel über die Innenleiter der koaxialen Leitungen.

Das wechselnde Magnetfeld der auf den Innenleitern 2 der koaxialen Leitungen fließenden Ströme magnetisiert die um die Außenleiter 3 der koaxialen Leitungen angeordneten Schirme 4. Durch die Anwesenheit dieser Schirme werden die Übertragungsparameter insbesondere der in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Schirmen gelegenen symmetrischen Trägerfrequenzleitungen 1, jedoch auch die koaxialen Leitungen selbst beeinflußt.

Bei einem mehrschichtigen Aufbau des Schirmes kann die unmittelbar über dem Außenleiter 3 liegende Schirmschicht beispielsweise in Form eines Stahlbandes in üblicher Weise ungeschert, d. h. ohne linearisierten Permeabilitätsverlauf aufgebracht und damit der Koaxialleitung die" erforderliche Abschirmung und der mechanische Schutz gegeben werden. Über dieser Schirmschicht wird dann eine zweite Schirmschicht mit dem erfindungsgemäßen Merkmal angeordnet. Das Streufeld der symmetrischen Leitungen 1 greift dabei nur in die äußere schwach magnetisierte Schirmschicht und dringt kaum'in die untere Schirmschicht ein, deren reversible Permeabilität stark, moduliert wird.

Besteht dagegen die Aufgabe, die Modulation der Übertragungseigenschaften der koaxialen Leitungen selbst klein zu halten, wie das z.B. bei sehr dünnwandigem, etwa nur mit Kupfer plattiertem Außenleiter erforderlich sein kann, so wird gemäß einer Ausführung nach der Erfindung nur bei der ersten magnetisierbaren Schirmschicht durch Scherung, gegebenenfalls unterstützt durch Wahl eines geeigneten Schirmmäterials, eine kleine Permeabilitätsabhängigkeit geschaffen. Die darüberliegende Schirmschicht kann dagegen zur Verbesserung der Abschirmung hohe und auch von der Magnetisierung stark abhängige Permeabilität besitzen. Nötigenfalls wird durch eine dritte, wieder wenig in der Permeabilität schwankende Schirmschicht der Modulationseinfluß auf die symmetrischen Leitungen 1 vermieden.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele für die Anordnung nach der Erfindung und Ausbildung eines Schirmes um eine koaxiale Leitung.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 ist wieder mit 2 der Innenleiter und mit 3 der Außenleiter der koaxialen Leitung bezeichnet. Der Außenleiter kann beispielsweise, wie in der Figur dargestellt, aus einem rohrförmig gebogenen Kupferband bestehen. Der um den Außenleiter angeordnete Schirm 4 ist aus einem ebenfalls rohrförmig gebogenen Band gebildet, wobei allerdings zwischen den gegenüberliegenden Seitenrändern des Bandes ein längsverlaufender Luftschlitz 5 verbleibt,, der das zirkulär verlaufende Magnetfeld quer schneidet und somit das Magnetfeld in dem Schirm abschwächt. Um eine vollständige Abschirmung zu erhalten, ist über dem Schirm.4 ein ahn-

Hch geformter Schirm 6 angeordnet, dessen Längsschlitz 7 gegenüber dem Längsschlitz 5 in Umfangsrichtung versetzt liegt. Beide Schirme sind gegeneinander isoliert. Dies kann beispielsweise durch eine zwischengelegte Papierschicht 8 erreicht werden. Die mechanische Festigkeit kann durch einen zusätzlichen Mantel 9 aus unmagnetischem Material, beispielsweise durch einen aufgespritzten nahtlosen Kunststoffmantel, gewährleistet werden.

Statt — wie bisher beschrieben — die Schlitze in den Schirmen durch Biegen der Schirmbänder zu Rohren zu erzeugen, können aber auch geschlitzte Bänder zur Anwendung gelangen, die sich mit ihren Seitenrändern gegenseitig überlappen.

Die Fig. 3 zeigt hierfür ein Ausführungsbeispiel. Der Schirm besteht hier aus einem geschlitzten Band 11, welches mit kleiner Überlappung und mit kurzem Schlag auf den Außenleiter 3 gewickelt ist. Die Schlitze 12 sind mit ihrer Längsrichtung so über die Schirmfläche verteilt, daß sie im aufgewickelten Zustand des Bandes parallel mit der Längsachse der koaxialen Leitung und somit senkrecht zur zirkulären Komponente des Magnetfeldes verlaufen. Außerdem haben sie zweckmäßig eine solche Lage zueinander, daß sie in der Längsrichtung der Leitung dicht aufeinanderfolgen. Dies bringt den besonderen Vorteil mit sich, daß zwischen den in der Längsrichtung aufeinanderfolgenden Längsschlitzen Verengungen entstehen, in denen das Feld rasch in Sättigung übergehen und somit die Permeabilität auf einen nahezu konstanten Wert gebracht werden kann. An den übrigen Stellen dagegen, d. h. im wesentlichen zwischen den parallel nebeneinander verlaufenden Schlitzen, herrscht ein durch die Luftschlitze geschwächtes Feld.

Die Erfindung ist im übrigen nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielebeschränkt; diese können vielmehr noch in mehrere Formen abgewandelt und besonderen Forderungen hinsichtlich des Aufbaues der Leitungen und ihrer Fertigung zweckentsprechend angepaßt werden. Auch bleibt es dem Einzelfall überlassen, ob über einem mit Schlitzen versehenen Schirm noch ein weiterer Schirm zur vollständigen Abschirmung oder ein Mantel aus unmagnetischem Material zur mechanischen Festigung notwendig ist oder nicht. Erwähnt sei ferner noch, daß der Aufbau und die Fertigung einer nach der Erfindung aufgebauten koaxialen Leitung sich noch wesentlich vereinfachen läßt, wenn der Außenleiter und der über ihm angeordnete Schirm zusammen eine Einheit bilden. Der Außenleiter und der Schirm können hierzu beispielsweise aus einem oder mehreren mit Kupfer plattierten Eisenbändern bestehen.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE: 55

1. Hochfrequenzkabel mit koaxialen Leitungen und ungeschirmten symmetrischen Trägerfrequenzleitungen, wobei die Außenleiter der koaxialen Leitungen zu ihrer mechanischen Festigung und zur elektromagnetischen Abschirmung von ein- oder mehrschichtigen Schirmen aus magnetisierbarem Material, vorzugsweise Eisen, umgeben sind und die Innenleiter als Speiseleiter für die Übertragung von Wechselströmen technischer Frequenz, beispielsweise zur'Fernstromversorgung von Zwischenämtern, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei den ein- oder mehrschichtigen Schirmen um die Außenleiter zumindest die äußere und/oder die innere Schirmschicht Schlitze besitzt, die längs der Achse der zugeordneten koaxialen Leitungen verlaufen und damit eine Unterbrechung im Wege des magnetischen Flusses bilden.

2. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die innere und/oder äußere Schirmschicht aus einem oder mehreren mit Überlappung gewickelten und mit Schlitzen versehenen Bändern besteht, wobei die Schlitze im aufgewickelten Zustand der Bänder längs der Achse der zugeordneten koaxialen Leitungen verlaufen.

3. Hochfrequenzkabel mit mehrschichtigen Schirmen nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schirmschicht die Schlitze der benachbarten Schirmschichten abdeckt, wobei die Schirmschichten vorzugsweise gegeneinander isoliert sind, beispielsweise durch Papierzwischenlagen.

4. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die innere und/oder äußere Schirmschicht aus einem rohrförmig gebogenen Band besteht, dessen gegenüberliegende Seitenränder einen Längsschlitz bilden.

5. Hochfrequenzkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schirmschicht an ihrer dem Innenleiter zugekehrten Fläche mit einer Kupferschicht versehen ist, die als Außenleiter der zugeordneten koaxialen Leitungen die hochfrequenten Ströme führt.

6. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schirmschicht aus einem oder mehreren mit Kupfer plattierten Eisenbändern besteht.

7. Hochfrequenzkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschirmten koaxialen Leitungen mit jeweils einem den Zusammenhalt der Leitung sichernden Mantel aus unmagnetischem Material umhüllt sind, z. B. mit einem aufgespritzten nahtlosen Kunststoffmantel.

8. Hochfrequenzkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ungeschirmten symmetrischen Trägerfrequenzleitungen im Kern des Kabels und um diese herum die geschirmten koaxialen Leitungen angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 709283, 753 052,
884659;

österreichische Patentschrift Nr. 135 278;
USA.-Patentschriften Nr. 2 319744, 2 379211.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 570/295 8.60