DE69012809T2 - Konstruktion von elektrischen koaxialkabeln. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Koaxialkabel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
• Die Kabel weisen einen metallischen Mittelleiter auf, der umgeben ist von einer Isolierung, einer gewickelten oder geflochtenen Metalldrahtabschirmung, einer Metallfolie oder einem metall-laminierten Polymerfilm oder einer metallgefüllten Polymerabschirmung und einem Polymer- Schutzmantel.
• In jüngster Zeit wurden digitale Datenverarbeitungs- und Rechensysteme sowie andere elektronische Geräte, die zunehmend kleiner und leichtgewichtiger sind, mit zunehmend engeren Toleranzen hergestellt, welche verbesserte physikalische und elektrische Eigenschaften besitzen. Die Verringerung der Größe und/oder des Gewichtes eines Systems unter Beibehaltung der gleichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften wie ein größeres und/oder schwereres System, oder die Verbesserung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften unter Beibehaltung derselben Baugröße und/oder desselben Gewichtes, kann einen beträchtlichen Vorteil in solchen Anwendungsfällen darstellen, in denen ein minimales Gewicht und minimale Größe wichtig sind, oder um erst eine Anwendung erfolgreich zu machen. Kabel dieser Art enthalten im allgemeinen einen metallischen Mittelleiter, der umgeben ist von einer Isolierung, einer die Isolierung umgebenden umwickelten oder geflochtenen Metalldrahtabschirmung, einer leitenden Metallfolie oder mit Metall laminierten Polymer- oder mit Metall gefüllten Polymer-Abschirmung aus Wickelband, welche die gewickelte oder geflochtene Drahtabschirmung umgibt, und einen Polymer-Schutzaußenmantel. In einem Kabel dieser Art wird die gewickelte oder geflochtene Metalldrahtabschirmung im allgemeinen auf die den Mittelleiter umgebenden Isolierung mit einer zwischen 90 und 100 % liegenden Abdeckung der Oberfläche der Isolierung aufgebracht, um ein Kabel zu erhalten, welches angemessene elektrische Eigenschaften besitzt.
• Die vorliegende Erfindung schafft ein elektrisches Koaxialkabel mit Vorteilen gegenüber den derzeit bekannten Koaxialkabeln, wobei es jedoch kleiner und leichter ist und dennoch die gleichen physikalischen und/oder elektrischen Eigenschaften aufweist wie größere, schwerere Systeme. Im Gegensatz zu der hohen Oberflächenabdeckung, wie sie bislang verwendet wurde, wurde herausgefunden, daß die gleichen guten elektrischen Eigenschaften bekannter Kabel mit hoher Abdeckung (90 % oder noch höhere Abdeckung) der geflochtenen oder gewickelten Drahtabschirmung durch Kabel erhalten werden können, die eine Kombination aus leitender Folie in Berührung mit einer niedrigeren Abdeckungsdichte der geflochtenen oder gewickelten Drähte oder einer geringeren Oberflächenabdeckung durch die Drähte als bei derzeit bekannten Kabeln aufweisen. Mithin besteht ein großer Anteil dieser Schicht aus Luftspalten zwischen geflochtenen oder gewickelten Drähten. Ein Kabel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches ist in der DE-A-3 308 300 offenbart, welches einen Mittelleiter, eine den Leiter umgebende massive Polyethylenisolierung, eine diese Isolierung umgebende Ummantelung aus geflochtenem Kupferdraht mit einem Abdeckungsmaß von 55 % oder mehr, eine leitende Polymerschicht (leitender Ruß in weichem Vinylacetat-Ethylen-Copolymer), welche die Ummantelung umgibt, und eine äußere Polymer-Schutzummantelung aufweist. Ein weiteres Kabel ist in der FR-A-2 377 690 gezeigt, welches Schichten aus leitendem Drahtgeflecht aufweist, welches über die Primärisollerung des Kabels gelegt ist, wobei das Geflecht in elektrischem Kontakt mit den Metallschichten eines metallisierten Films steht, der anstelle der geflochtenen Drahtummantelung und der leitenden Polymermaterialien gemäß der DE- A-3 308 300 um die Isolierung gewickelt ist. Die GB-A-942 142 zeigt außerdem eine durch eine Metallfolie abgedeckte offene geflochtene Ummantelung, jedoch ist weder ein Abdeckungsmaß angegeben, noch ist irgendein Vorteil des offenen Geflechts angegeben.
• Das erfindungsgemäße Kabel unterscheidet sich von den oben angegebenen Druckschriften dadurch, daß ein sehr geringer Abdeckungsgrad durch die geflochtene Drahtummantelung als ausreichend aufgezeigt wird und die Vorteile der geringen Abdeckung hervorgehoben werden. Das erfindungsgemäße Kabel ist auch deutlich leichter als Folge des Einsatzes von weniger Metall in der Abschirmung, was einen möglicherweise großen und bedeutenden Vorteil dann bedeutet, wenn die erfindungsgemäßen Kabel in Raumfahrzeugen, Satelliten und Flugzeugen eingesetzt werden, wo zusätzliches Gewicht sehr teuer ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kabels als Ausführungsform mit geflochtenen Metalldrähten in der Abschirmungsschicht.
• Fig. 2 zeigt eine Perspektive eines Kabels.
• Fig. 3 beschreibt eine perspektivische Ansicht des Kabels einschließlich einer gewickelten Metalldrahtabschirmung.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
• Für eine umfassendere Beschreibung des erfindungsgemäßen Kabels nunmehr auf die Figuren Bezug nehmend, zeigt Fig. 1 einen Querschnitt einer Form des Kabels, wobei die verschiedenen Schichten für die Betrachtung freiliegen. Der metallische Mittelleiter 1 ist von einem porösen Isoliermaterial 2 umgeben, bei dem es sich vorzugsweise um das poröse, expandierte Polytetrafluorethylen handelt, wie es in den US-Patenten 3 953 566; 4 096 227; 3 962 153 und 4 187 390 beschrieben ist, welche die bevorzugten Isolierstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung vollständig beschreiben. Andere Isolierstoffe könnten für die Isolierung 2 verwendet werden, darunter andere poröse Polymerisolierungen, jedoch würde von diesen nicht erwartet werden, daß sie so gute elektrische Eigenschaften aufweisen wie die bevorzugten Isolierstoffe.
• Als nächstes ist der isolierte Mittelleiter 1 durch eine geflochtene Metalldrahtabschirmung 3 oder eine umwickelte Metalldrahtabschirmung 8 umgeben, wobei beide Abschirmungen zweckmäßigerweise aus Silber- oder verzinnten Kupferdrähten bestehen. Eine geflochtene Drahtabschirmung 3 wird auf den isolierten Mittelleiter durch Standard-Drahtflechtvorrichtungen aufgebracht, wobei jedoch zwischen den Drähten Luftspalte belassen werden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Zum Stand der Technik zählende Wickelverfahren führten üblicherweise zu einer etwa 90%igen Abdeckung der Oberfläche der Isolierung durch den Draht. Es wurde herausgefunden, daß lediglich eine Abdeckung von etwa 10 % bis etwa 55 % der Isolationsoberfläche benötigt wird, wenn das Kabel eine leitende Metallfolie oder ein mit Metall laminiertes Polymer oder ein mit Metall gefülltes Band aufweist, welches als Schicht um die geflochtene Drahtabschirmung 3 oder die umwickelte Drahtabschirmung 8 gewickelt ist. Das mit Metall laminierte Polymerband 4, einschließlich einer Metallschicht 7 und einer Polymerschicht 6, kann aluminisiertes kupferbeschichtetes Polyester oder poröses, expandiertes Polytetrafluorethylen- oder Polyesterband sein. Eine leitende Metallfolie kann anstelle des die Metallschicht 7 und die Polymerschicht 6 aufweisenden laminierten Bandes verwendet werden, und kann, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Aluminium-Kupfer- oder Kupferlegierungs-Folie sein.
• Die Abschirmungsschichten umgibt ein Mantel 5, der auch einen gewissen körperlichen Schutz für das Kabel bietet; er wird üblicherweise aufextrudiert oder als Band aufgewickelt und besteht aus einem thermoplastischen Polymer, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyethylen, Fluorpolymeren, Urethangummi oder beispielsweise Gummi.
• Fig. 3 zeigt ein Kabel mit einer Abschirmung 8 aus umwickeltem Draht, der die Isolierung 2 und den Mittelleiter 1 umgibt, wobei die Abschirmung 8 wiederum durch eine metallgefüllte Polymerschicht 9 und einen Mantel 5 umgeben ist.
• Die nachstehende Tabelle 1 vergleicht gleiche Kabel-Längenabschnitte bezüglich Gewicht pro Längeneinheit und elektrische Eigenschaften für den Längenabschnitt. Sämtliche Proben sind gleich, ausgenommen die Abschirmungsschicht. Es wird beobachtet, daß sämtliche Kabel, die hinsichtlich Dämpfung, Kapazität und Induktivität nach Standardverfahren getestet wurden, wie sie üblicherweise in der Kabelindustrie zum Einsatz gelangen, äquivalente elektrische Eigenschaften aufwiesen, wobei jedoch das erfindungsgemäße Kabel 37 % weniger wog als die Standardkabel, was ein Vorteil in Raumfahrt-Anwendungsfällen oder sonst ist, wenn Gewicht bei entsprechenden Eigenschaften wichtig ist. Tabelle 1 Kabel 30,48 m (100 ft) Dämpfung (db) 400 MHz Gewicht von 30,48 m (100 ft) (kg) 30,48 m (100 ft) Kapazität uF 10 KHz 30,48 m (100 ft) Induktivität uH 10 KHz erfindungsgemäßes Kabel 90 % Geflecht 90 % Geflecht + Aluminium auf Polyester
• Die Dämpfungsmessungen erfolgten mittels des HP 8753A-Netzwerkanalysators, die Messung der Kapazität erfolgte durch den HP 4262A LCE Meter, und die Induktivitätsmessung erfolgte durch den HP 4262A LCR Meter, die Messung des Gewichtes durch National Controls, Inc., Scale Model 3800.

Claims (1)

1. Elektrisches Koaxialkabel, welches in Reihenfolge aufweist:

   (a) einen leitenden Metall-Leiter (1), der von einer Schicht (2) aus elektrischer PTFE-Isolierung umgeben ist;

   (b) eine die Isolierung (2) umgebende leitende Drahtabschirmung (3, 8) mit weit beabstandeten Drähten;

   (c) eine leitende Abschirmung (4; 6, 7; 9) und

   (d) einen Polymer-Schutzmantel (5),

   gekennzeichnet durch

   folgende Merkmale:

   a1) die elektrische PTFE-Isoliemng ist poröses, expandiertes PTFE;

   b1) von etwa 10 % bis etwa 55 % der Oberfläche der Isolierung (2) sind von den Drähten der leitenden Drahtabschirmung (3, 8) bedeckt;

   c1) die leitende Abschirmung (4; 6, 7;9) weist ein Material auf, welches aus der Gruppe silbergefülltes PTFE und kohlenstoffgefülltes PTFE ausgewählt ist.