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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Kabels mit verdrilltem Leiterpaar, welches in Hochfrequenzanwendungen
eingesetzt werden kann, und insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Hochfrequenz-Kabels
mit verdrilltem Leiterpaar, welches eine gemeinsame dielektrische
Schicht aufweist, die das Leiterpaar umgibt.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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In
der Vergangenheit wurden Kabel mit verdrilltem Leiterpaar in Anwendungen
mit maximalen Datengeschwindigkeiten von etwa 20 Kilobits pro Sekunde
eingesetzt. Durch neue Fortschritte in der Kabeltechnologie und
Geräteausrüstung wurde
die Obergrenze für
die Anwendung von Kabeln mit verdrilltem Leiterpaar auf mehrere
hundert Megabits pro Sekunde verschoben.
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Fortschritte
im Bereich der Kabel mit verdrilltem Leiterpaar haben sich bislang
hauptsächlich
auf das Nahübersprechen
konzentriert. In den
U.S. Patenten
3,102,160 und
4,873,393 wird
die Wichtigkeit der Verwendung von Leiterpaaren, deren Schlaglängen sich
von ganzzahligen Vielfachen der Schlaglängen anderer Leiterpaare im
Kabel unterscheiden, deutlich gemacht. Dies geschieht zur Minimierung
elektrischer Kopplungseffekte zwischen Leiterpaaren.
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In
der
FR-A-1 265 877 wird
ein Kabel mit verdrilltem Leiterpaar offenbart, bei dem die dielektrischen Schichten
extrudiert und entlang seiner Länge
miteinander verbunden werden.
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In
der
EP-A-0 302 162 wird
eine Vorrichtung offenbart, mit der die digitale Übertragung über zweidrahtige
Telefonleitungen mit verdrilltem Leiterpaar in der Umgebung eines
lokalen Netzwerkes getestet werden kann. Die Vorrichtung bietet
eine Signalabstimmungsfunktion, so dass Strecken von Koaxialkabeln
durch Strecken von Kabeln mit verdrilltem Leiterpaar ersetzt werden
können.
Die maximale Streckenlänge
darf etwa 76,3 Meter (250 Fuß)
pro Volldraht-Leiterpaar nicht übersteigen.
Mit dieser Vorrichtung kann nur festgestellt werden, ob ein Kabel
mit verdrilltem Leiterpaar mit einer vorgegebenen Struktur übereinstimmt
oder nicht.
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Die
US 4,467,138 bezieht sich
auf Teilnehmeranschlussleitungen mit zwei isolierten Schwachstromleitungspaaren.
Die Teilnehmeranschlussleitungen weisen eine Haftfestigkeit zwischen
den dielektrischen Schichten auf, die jeden Leiter umgeben.
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In
der
US 4,486,619 wird
eine elektrische Flachbandleitung offenbart, die eine Vielzahl von
miteinander verdrillten, sich in Längsrichtung erstreckenden,
einzeln isolierten Drahtpaaren aufweist. Eine Isolierung ist nur
in einem Abschnitt jeder einzelnen Drahtpaar-Verdrilllung auf die
Vielzahl der Leiterpaare aufgebracht. Durch die Isolierung wird
die Vielzahl von Drahtpaaren in einer festen planaren Beziehung
gehalten.
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In
der
US 5,142,100 wird
die Anwendung einer Vernetzung offenbart, die sich entlang der Länge von Leitern
eines elektrischen Signalübertragungs kabels
erstreckt, so dass ein Abstand zwischen den Leitern eingehalten
werden kann.
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In
der
US 4,020,213 wird
ein Verfahren zur Ummantelung eines in einem Dielektrikum ortsfest
angeordneten verdrillten Leiters offenbart, die ein versehentliches
Abziehen der Isolierung vom Leiter verhindert. Um den Leiter wird
ein Reaktionsgemisch extrudiert, bei dem es durch Vorheizen zur
Entstehung eines Reaktionsproduktes kommt, das die Oberfläche des
Leiters anätzt.
Der dadurch entstehende isolierte Leiter weist den angestrebten
Haftgrad zwischen Isolierung und Leiter auf.
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In
der
US 5,162,609 werden
für 16
MHz ausgelegte Kabel mit verdrilltem Leiterpaar mit einer Impedanz
von 100 Ohm offenbart, die bei Distanzen von mehr als 120 Meter
(400 Fuß)
eingesetzt werden sollen. Diese Kabel haben Prozesstoleranzen, die
nicht zufriedenstellend sind.
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Das
U.S. Patent 5,015,800 konzentriert
sich auf einen weiteren wichtigen Aspekt, nämlich die Einhaltung einer
gleichbleibenden Impedanz entlang der gesamten Übertragungsleitung. Es wird
erläutert,
wie die Impedanz durch die Beseitigung von Luftspalten um eine Leiterpaarausführung mit
Hilfe eines doppelten Dielektrikums stabilisiert werden kann.
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Die
Anwendung von Kabeln mit verdrilltem Leiterpaar wird noch durch
verschiedene Probleme eingeschränkt.
An erster Stelle steht hierbei die Kontrolle des Abstandes zwischen
den Mittelpunkten der Leiter. Unterscheidet sich in einem herkömmlichen
Kabel mit verdrilltem Leiterpaar Paar eins in Bezug auf den Abstand zwischen
den Mittelpunkten der Leiter um nur 5,08 × 10–3 cm
(0,002 Zoll) von Paar zwei, so kann sich daraus ein Unterschied
von 6 Ohm in Bezug auf die durchschnittliche Impedanz ergeben. Dies
ist ein Hauptgrund dafür,
dass Kabel mit verdrilltem Leiterpaar Impedanztoleranzen von nicht
besser als +/– 10%
aufweisen.
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Werden
zwei oder mehr Paare mit einer unterschiedlichen durchschnittlichen
Impedanz zu einer Übertragungsleitung
(oft als Kanal bezeichnet) zusammengefügt, so wird ein Teil des Signals
am bzw. an den Verbindungspunkt(en) reflektiert. Reflexionen aufgrund
von Impedanz-Fehlanpassung
führen
schließlich
zu Problemen wie Signalverlust und Übertragungsfehlern (Jitter).
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In
der Vergangenheit wurden Versuche zur Kontrolle des Leiterabstandes
ausschließlich
im Hinblick auf die Stabilisierung der Kapazität in einem Kabel durchgeführt. In
der Industrie ist hinreichend bekannt, dass durch Verwendung eines
Kabels mit Leiterpaaren einheitlicher Kapazität das unerwünschte Übersprechen reduziert wird.
Im
U.S. Patent 3,102,160 wird
erläutert,
wie durch gleichzeitiges Extrudieren eines Dielektrikums auf zwei
Leiter eine gleiche und einheitliche Kapazität entlang einer Übertragungsleitung
erreicht werden kann.
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Probleme
aufgrund einer Impedanz-Fehlanpassung bei hohen Frequenzen wurden
im
U.S. Patent 3,102,160 jedoch
nicht festgestellt. Solange eine relativ einheitliche Kapazität im Kabel
gewährleistet
war, spielte die Impedanz des Kabels eine untergeordnete Rolle.
Hierbei liegt das Problem darin, dass unterschiedliche Kabel zwar
einheitliche Kapazitäten
zwischen den jeweiligen Leiterpaaren, aber dennoch Unterschiede in
Bezug auf die durchschnittliche Impedanz aufweisen können.
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Um
dieses Problem zu lösen,
muss nicht nur der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Leiterpaare in
einem bestimmten Kabel kontrolliert werden, sondern es müssen alle
Kabel eines bestimmten Typs auf der Basis einer einheitlichen, festgelegten
Vorgabe in Bezug auf den Abstand zwischen den Mittelpunkten der
Leiter ausgeführt
werden. Auf diese Weise können
mögliche
Impedanz-Fehlanpassungen zwischen Kabelverbindungen auf ein Minimum
reduziert werden. Diese Verbesserung macht es letztendlich möglich, mehr
Energie zu einer Empfangsstation zu transportieren. Zusätzlich wird
das Signal im Vergleich zu einem herkömmlichen Kabel mit verdrilltem
Leiterpaar aufgrund der verminderten Reflexionen entlang des Kanals
weniger stark verzerrt.
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Aus
dem
U.S. Patent 3,102,160 ergibt
sich ein weiteres Problem, nämlich
im Hinblick auf die Trennung von isolierten Leitern. Damit die Leiterpaare
des besagten Kabels an moderne LAN-Systeme und Verbindungsgeräte angeschlossen
werden können,
müssen
die nebeneinander liegenden isolierten Leiter entlang der Länge des
Leiterpaares einen Abstand von mindestens 25,44 mm (1 Zoll) zueinander
einnehmen können. Der
Stand der Technik stellt keine Möglichkeit
zur Verfügung,
die beiden nebeneinander liegenden isolierten Leiter voneinander
zu trennen.
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Heute
werden hauptsächlich
Kabel eingesetzt, die aus verdrillten Leiterpaargruppen bestehen,
wobei jede Gruppe aus einzelnen isolierten Leitern aufgebaut ist.
Diese einzelnen Kabel mit verdrilltem Leiterpaar können für den Transport
von elektrischer Energie in niederfrequenten Anwendungen vorgesehen
sein. Solche Kabel mit verdrilltem Leiterpaar werden in verschiedenen
Anwendungen von Telefonverbindungen bis hin zu LAN-Systemen eingesetzt.
Der Frequenzbereich dieser Kabel ist normalerweise auf etwa 10 MHz
begrenzt. Durch die Einführung
von Zusatzgeräten,
wie z. B. Media Filter und Signalentzerrer, kommen Kabel, die aus Leiterpaaren
mit einzeln isolierten Leitern bestehen, jetzt schon bei Geschwindigkeiten
von mehreren hundert Mbit/s (Megabits pro Sekunde) zum Einsatz.
Diese Zusatzgeräte
können
jedoch zu Zusatzkosten für
das Gesamtsystem führen.
Aus diesem Grund entscheiden sich viele Menschen immer noch für Koaxialkabel,
da diese bezüglich
der elektrischen Eigenschaften im Allgemeinen als gleichförmigeres
Kabelmedium angesehen werden.
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Ein
Grund für
die eingeschränkte
Frequenz von Kabeln mit verdrilltem Leiterpaar sind die im Vergleich zu
Koaxialkabeln oft höheren
strukturellen Schwankungen. Diese Schwankungen können und werden zu einem Energieverlust
aufgrund von elektrischen Reflexionen im Kabel führen. Die Hauptursache für die erhöhte Schwankung
liegt in der erhöhten
Ungleichmäßigkeit
bezüglich
des Abstandes zwischen den Leitern nach der Verdrillung. Besonders
offensichtlich ist dies bei isolierten Leitern mit geringer Konzentrizität. Weiterhin
können locker
verdrillte Leiter zu einer erhöhten
Schwankung des Abstandes zwischen den Leitern führen. Dies liegt an den unterschiedlichen
Luftspalten, die sich zwischen diesen bilden.
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Durch
strukturelle Schwankungen, die z. B. dann auftreten, wenn die Konzentrizität der isolierten
Leiter des verdrillten Leiterpaares kleiner ausfällt als gewünscht, wird aufgrund der daraus
resultierenden Impedanzveränderungen
entlang der Kabelwege Energie zurück in Richtung Quelle reflektiert.
Da die strukturellen Schwankungen entlang der Übertragungsleitung zyklischer
Natur sind, verstärkt
sich der Impedanzeffekt, und somit wird aus einer anfänglich kleinen
Unstetigkeit eine große
Unstetigkeit. Diese von strukturellen Schwankungen verursachte Energiereflexion
wird Reflexionsverlust genannt und wird als verlorene Leistung angesehen,
die dem System keinen Nutzen mehr bringt. Neben dem durch die strukturellen Schwankungen
verursachten Reflexionsverlust kann die reflektierte Welle außerdem an
der Quelleneinspeisung reflektiert werden, was zu Datenfehlern an
der Empfangsseite führen
kann.
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Dementsprechend
ist es ein Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
eines Kabels mit verdrilltem Leiterpaar bereitzustellen, wobei das
Kabel ein Paar isolierte Leiter aufweist, die entlang ihrer Länge zusammengefügt und verdrillt
sind, und die besagten verdrillten Leiter einen Mittenabstand aufweisen,
der über
eine beliebige Länge
von 305 m (1000 Fuß)
um das ±0,03-fache
des statistischen Durchschnittswertes abweicht, um die normalerweise
mit Kabeln mit verdrilltem Leiterpaar assoziierten strukturellen
Schwankungen zu reduzieren, und ermöglichen, dass mehr Energie
an das Empfangsgerät
geliefert wird.
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Ein
weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur
Herstellung eines Kabels mit verdrilltem Leiterpaar bereitzustellen,
das eine höhere
Toleranz in Bezug auf die charakteristische Impedanz zulässt und
dadurch die Wahrscheinlichkeit für
eine Fehlanpassung reduziert.
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Dementsprechend
ist es ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
eines Kabels mit verdrilltem Leiterpaar mit minimalen strukturellen
Schwankungen bereitzustellen, um die Höhe des entlang der Übertragungsleitung
reflektierten Signals zu reduzieren und annähernd die sehr angestrebten
konstanten elektrischen Eigenschaften von Koaxialkabeln zu erreichen.
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Gemäß diesen
und weiteren Zielen wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kabels
mit verdrilltem Leiterpaar, wie beansprucht, bereitgestellt, das
in Hochfrequenzanwendungen eingesetzt werden kann. In einer Ausfüh rung des
Verfahrens weist das Kabel mit verdrilltem Leiterpaar ein Paar voneinander
beabstandete, zentrale Leiter auf, die von einer dielektrischen
Schicht oder Isolierung umgeben sind. Bei der dielektrischen Schicht
handelt es sich um ein Paar voneinander beabstandete Zylinder, die
längs durch
einen einstückigen Steg
miteinander verbunden sind. Die Leiter sind im Wesentlichen konzentrisch
zur dielektrischen Schicht angeordnet und sind an der Innenwand
der dielektrischen Schicht befestigt, um relative Drehbewegungen
zwischen den Leitern und der dielektrischen Schicht zu vermeiden.
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Die
beiden mit Dielektrikum beschichteten Leiter sind durch einen starren,
einstückigen
Steg miteinander verbunden. Der Steg erstreckt sich vorzugsweise
entlang der Länge
der Leiter und verbindet die diametralen Achsen der jeden Leiter
umgebenden dielektrischen Schicht. Zusätzlich weist der Steg vorzugsweise eine
Dicke und Breite auf, die geringer ist als die Dicke der an den
Leitern anliegenden dielektrischen Schicht. Der von der dielektrischen
Schicht umgebene doppelte Leiter wird zu einem Kabel mit verdrilltem
Leiterpaar verdrillt. Die Schwankung bezüglich des Abstands zwischen
den Mittelpunkten benachbarter Leiter, also die Mittenabstände, entlang
des Kabels mit verdrilltem Leiterpaar ist sehr gering. Der Mittenabstand
schwankt an jedem Punkt im Kabel mit verdrilltem Leiterpaar maximal
um das ±0,03-fache
des statistischen Durchschnittswertes von Mittenabständen, die
entlang des Kabels mit verdrilltem Leiterpaar gemessen wurden, wobei
die Berechnung des statistischen Durchschnittswertes erfolgt wie
beansprucht.
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Da
eine relative Drehbewegung der Leiter zueinander sowie die Bildung
von Luftspalten zwischen benachbarten isolierten Leitern nicht möglich ist,
werden die strukturellen Schwankungen reduziert. Dadurch wird der
nor malerweise mit Kabeln mit verdrilltem Leiterpaar assoziierte
Reflexionsverlust verringert. Zusätzlich lässt das Kabel mit verdrilltem
Leiterpaar geringere Toleranzen in Bezug auf die charakteristische
Impedanz zu, wodurch die Wahrscheinlichkeit für eine Fehlanpassung zwischen
aufeinanderfolgenden Kabelstrecken reduziert wird.
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In
einer weiteren Ausführung
der vorliegenden beanspruchten Erfindung werden einzelne isolierte
Leiter im Wesentlichen entlang ihrer gesamten Länge mit einem geeigneten Klebstoff
zusammengefügt,
oder sie werden zusammengesetzt, bevor die dielektrischen Schichten
von benachbarten Drähten
ausgehärtet
sind. Bei dem Klebstoff handelt es sich um einen beliebigen, für die den
Leiter umgebende dielektrische Schicht geeigneten dielektrischen
Klebstoff. Das gemäß der beanspruchten
Erfindung hergestellte Kabel mit verdrilltem Leiterpaar weist bei
Messungen im Hochfrequenzbereich von 10 MHz bis 200 MHz eine durchschnittliche
Impedanz von 90 bis 110 Ohm auf, wobei eine Impedanztoleranz ±5% der
durchschnittlichen Impedanz beträgt, die
an zufällig
ausgewählten
305 m (1000 Fuß)
langen, gleich großen
Kabeln aus aufeinanderfolgenden Strecken gemessen wurde.
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Bei
unserer beanspruchten Erfindung können die beiden (durch Stege,
Klebstoff, oder entsprechende Mittel) verbundenen isolierten Einzelleiter
zu einem späteren
Zeitpunkt voneinander getrennt werden. Unsere isolierten, miteinander
verbundenen Einzelleiter weisen eine Haftfestigkeit von maximal
2,27 Kilopond (5 lbs. force [1 lbf = 4,44822 N]) auf. Für die Verwendung
in Schalttafeln, Klemmleisten und Steckern müssen die beiden Einzelleiter
voneinander getrennt werden. Der Abstand kann hierbei bis zu 25,40
mm (1 Zoll) oder mehr betragen. Bei der Zweileitertechnik können die
beiden Leiter nicht gleichmäßig voneinander
getrennt werden, was im Vergleich zu unserer beanspruchten Erfindung
einen entscheidenden Nachteil darstellt. Weiterhin ist zu beachten,
dass bei vielen Steckern, so z. B. in einem herkömmlichen RJ45-Stecker, die
jeweiligen Einzelleiter eine gleichmäßig runde Form besitzen müssen. Bei
unserer Erfindung bleibt die runde Form der beiden Einzelleiter
unabhängig
voneinander auch nach ihrer Trennung erhalten.
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Die
vorliegende beanspruchte Erfindung sowie die daraus resultierenden
Vorteile treten durch Betrachtung der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung anhand der beigefügten
Zeichnungen deutlicher zum Vorschein.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Seitenansicht eines bevorzugten Kabels mit verdrilltem Leiterpaar,
das in Übereinstimmung
mit der beanspruchten Erfindung hergestellt wurde.
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2 zeigt
einen vergrößerten Querschnitt
entlang der Linien 2-2 von 1.
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3 zeigt
einen vergrößerten Querschnitt
eines anderen Kabels mit verdrilltem Leiterpaar, das in Übereinstimmung
mit der beanspruchten Erfindung hergestellt wurde.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die 1 und 2 zeigen
ein flaches Kabel mit verdrilltem Leiterpaar 10, das durch
ein Verfahren, wie beansprucht, hergestellt und in Hochfrequenzanwendungen
eingesetzt werden kann. Das Kabel weist zwei massive, verseilte
oder hohle Leiterdrähte 12 und 13 auf.
Die Leiter bestehen aus Vollmetall, einer Vielzahl von Metalllitzen,
einem geeigneten Glasfaserleiter, einem Schichtmetall oder einer
Kombination hiervon. Jeder Leiter 12 und 13 ist
von einem zugehörigen
Dielektrikum oder einer zugehörigen
zylindrischen Isolierschicht 14 und 15 umgeben.
Jeder der Drähte 12 und 13 ist
mittig in der zugehörigen
Isolierung 14 und 15 angeordnet. Die Drähte können, wenn
gewünscht,
durch beliebige Mittel, wie z. B. Verbinden durch Wärme oder
Klebstoffe, in beliebigem Maße
an den Innenwänden
der Isolierung befestigt werden.
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Die
Isolierungen 14 und 15 sind miteinander verbunden
und entlang ihrer Länge
in geeigneter Weise zusammengefügt.
Wie dargestellt, handelt es sich bei dem Verbindungselement um einen
starren einstückigen Steg 18,
der sich von der diametralen Achse jeder Isolierung aus erstreckt.
Die Breite 19 des Steges liegt im Bereich von 6,35 × 10–4 cm
(0,00025 Zoll) bis 0,381 cm (0,150 Zoll). Die Dicke 21 des
Steges liegt ebenfalls im Bereich von 6,35 × 10–4 cm
(0,00025 Zoll) bis 0,381 cm (0,150 Zoll).
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Der
Durchmesser (gewöhnlich
in der Maßeinheit
AWG angegeben [American Wire Gauge Standard]) von sowohl Leiter 12 als
auch 13 liegt vorzugsweise zwischen 1,2 mm (18 AWG) und
0,08 mm (40 AWG).
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Die
Leiter 12 und 13 können aus jedem geeigneten Werkstoff,
massiv oder als Litzen, aus Kupfer, metallbeschichtetem Substrat,
Silber, Aluminium, Stahl, Legierungen oder Kombinationen hiervon
bestehen. Als Dielektrikum kommt ein geeignetes, für die Isolierung
von Kabeln verwendetes Material in Frage, wie z. B. Polyvinylchlorid,
Polyethylen, Polypropylen oder Fluorcopolymere (z. B. Teflon, eine
eingetragene Marke der Firma Du-Pont),
vernetztes Polyethylen, Gummi, usw. Viele der Isolierstoffe können ein
Flammschutzmittel enthalten. Die Dicke der dielektrischen Schicht 14 und 15 liegt
im Bereich von 6,35 × 10–4 cm
(0,00025 Zoll) bis 0,381 cm (0,150 Zoll).
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3 zeigt
ein weiteres Kabel 23 mit verdrilltem Leiterpaar 23,
das durch ein Verfahren, wie beansprucht, hergestellt werden kann.
Das Kabel mit verdrilltem Leiterpaar 23 ist durch einen
geeigneten Klebstoff 24 zusammengefügt oder verbunden. Verglichen
mit einer herkömmlichen
Ausführung
ist die in 3 dargestellte Dicke des Klebstoffes
untypisch. Die Größe des Klebstoffes
ist unverhältnismäßig stark
vergrößert, um die
Verbindung hervorzuheben. Als Alternative zu einem Klebstoff können die
benachbarten Dielektrika verbunden werden, indem ein Materialkontakt
hergestellt wird, während
sich die Dielektrika in erwärmtem
Zustand befinden, und anschließend
abgekühlt
wird, so dass ein verbundenes Kabel ohne Klebstoff entsteht. Die
Leiter 25 und 26 weisen einen Durchmesser von
1,2 mm (18 AWG) bis 0,08 mm (40 AWG) auf. Die Dicke der dielektrischen
Isolierschicht 27 oder 28 liegt im Bereich von
6,35 × 10–4 cm
(0,00025 Zoll) bis 0,381 cm (0,150 Zoll).
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Der
Klebstoff 24 oder der Steg 18 sind so beschaffen,
dass die dielektrischen Schichten voneinander getrennt werden können und
dabei intakt bleiben, wobei die Haftfestigkeit maximal 2,27 kp (5
lbs.) beträgt.
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Kabel
mit verdrilltem Leiterpaar können
in beliebiger Anzahl zu einem gänzlich
ummantelten oder nicht ummantelten Kabel zusammengefasst werden,
wobei ein optionaler Metallschirm unter der Ummantelung vorhanden
oder über
jedem verdrillten Leiterpaar angebracht sein kann.
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Die
Kabel 10 und 23 sorgen beide für relativ fehlerfreie Übertragungen
bei den meisten in LAN-Systemen verwendeten Frequenzen. Die beanspruchte
Erfindung wird verwendet, um mit Hilfe von Kabeln mit verdrilltem
Leiterpaar über
die derzeitigen LAN-Anwendungen hinaus stabile elektrische Daten
zu liefern.
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Ein
Weg, die Höhe
der strukturellen Schwankungen in einem Kabel zu messen, besteht
darin, ein Signal längs
der Übertragungsleitung
(des Kabelwegs) zu senden, und die Energiemenge zu messen, die zurück in Richtung
des Testgerätes
reflektiert wird. Manchmal erreicht die reflektierte elektrische
Energie bei bestimmten Frequenzen einen Höhepunkt (in der Kabelindustrie
oft als Spitze bezeichnet). Dies wird durch eine zylindrische Schwankung
im Aufbau verursacht, welche mit der zyklischen Welle (oder Frequenz) übereinstimmt, die
sich durch das Kabel bewegt. Je mehr Energie reflektiert wird, desto
weniger Energie steht am anderen Ende des Kabels zur Verfügung.
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Die
tatsächlich
reflektierte Energie kann mittels der Impedanzstabilität der Übertragungsleitung
vorhergesagt werden. Wird ein Signal mit einer Impedanz von 100
Ohm durch das Kabel geschickt, so verursacht jedes Kabel teil, der
nicht exakt 100 Ohm hat, eine Reflexion. Die Impedanz eines Kabels
wird durch zwei Hauptfaktoren bestimmt, den Leiterabstand und das
Dielektrikum zwischen den Leitern. Je gleichförmiger Leiterabstand und Dielektrikum,
desto gleichförmiger
die Impedanz.
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Ein
wichtiges Kennzeichen der vorliegenden beanspruchten Erfindung ist,
dass unser Kabel mit verdrilltem Leiterpaar einen zwischen den Mittelpunkten
benachbarter Leiter gemessenen Mittenabstand d aufweist, der das
0,03-fache des statistischen Durchschnittswertes von d beträgt, wobei
die Schwankung, wie beansprucht, dies niemals übersteigt.
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Um
die Schwankung von d in unseren Kabeln mit verdrilltem Leiterpaar
zu messen, wählen
wir zufällig mindestens
drei und vorzugsweise zwanzig 305 m (1000 Fuß) lange, gleich große Testkabel
aus mindestens drei unterschiedlichen, aufeinander folgenden Strecken
aus, wobei jede der Strecken an einem unterschiedlichen Tag oder
während
eines unterschiedlichen, 24 Stunden umfassenden Zeitraumes gefertigt
wurde. Der Durchschnitt d wird dadurch ermittelt, dass mindestens
20 Messungen an jedem 305 m (1000 Fuß) langen Kabel durchgeführt werden,
wobei jede Messung mindestens 6,1 m (20 Fuß) auseinander durchgeführt wird,
und durch die Gesamtzahl der durchgeführten Messungen dividiert wird.
Alle d-Messungen an unserem Kabel liegen innerhalb der Toleranzen
des ±0,03-fachen
des Durchschnittswertes d.
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Beispielsweise,
in einem unserer typischen 0,55 mm (24 AWG) Kabel, das nicht in Übereinstimmung mit
der vorliegenden beanspruchten Erfindung hergestellt wurde und eine
dielektrische Schicht mit einem Abstand zwischen den Mittelpunkten
der Leiter von 0,089 cm (0,035 Zoll) aufweist, beträgt der in
cm und Zoll angegebene Durchschnittswert d für drei 305 m (1000 Fuß) Kabellängen, wobei
20 Messungen in einem Abstand von mindestens 6,1 m (20 Fuß) durchgeführt wurden:
| Test | Kabel 1(d) | Kabel 2(d) | Kabel 3(d) |
| cm | Zoll | cm | Zoll | cm | Zoll |
| 1 | 0,0902 | (0,0355) | 0,0924 | (0,0364) | 0,0874 | (0,0344) |
| 2 | 0,0894 | (0,0352) | 0,0935 | (0,0368) | 0,0864 | (0,0340) |
| 3 | 0,0909 | (0,0358) | 0,0925 | (0,0364) | 0,0866 | (0,0341) |
| 4 | 0,0897 | (0,0353) | 0,0907 | (0,0357) | 0,0879 | (0,0346) |
| 5 | 0,0884 | (0,0348) | 0,0890 | (0,0352) | 0,0874 | (0,0344) |
| 6 | 0,0864 | (0,0340) | 0,0904 | (0,0356) | 0,0884 | (0,0348) |
| 7 | 0,0881 | (0,0347) | 0,0904 | (0,0356) | 0,0894 | (0,0352) |
| 8 | 0,0886 | (0,0349) | 0,0912 | (0,0359) | 0,0876 | (0,0345) |
| 9 | 0,0902 | (0,0355) | 0,0932 | (0,0367) | 0,0866 | (0,0341) |
| 10 | 0,0919 | (0,0362) | 0,0919 | (0,0362) | 0,0881 | (0,0347) |
| 13 | 0,0932 | (0,0367) | 0,0930 | (0,0366) | 0,0894 | (0,0352) |
| 12 | 0,0922 | (0,0363) | 0,0922 | (0,0363) | 0,0889 | (0,0350) |
| 13 | 0,0899 | (0,0354) | 0,0904 | (0,0356) | 0,0904 | (0,0356) |
| 14 | 0,0884 | (0,0348) | 0,0881 | (0,0347) | 0,0899 | (0,0354) |
| 15 | 0,0876 | (0,0345) | 0,0902 | (0,0355) | 0,0891 | (0,0351) |
| 16 | 0,0874 | (0,0344) | 0,0894 | (0,0352) | 0,0876 | (0,0345) |
| 17 | 0,0891 | (0,0351) | 0,0912 | (0,0359) | 0,0874 | (0,0344) |
| 18 | 0,0904 | (0,0356) | 0,0922 | (0,0363) | 0,0866 | (0,0341) |
| 19 | 0,0891 | (0,0351) | 0,0930 | (0,0366) | 0,0853 | (0,0336) |
| 20 | 0,0881 | (0,0347) | 0,0935 | (0,0368) | 0,0851 | (0,0335) |
| GESAMT | 1,7894 | (0,7045) | 1,8273 | (0,7194) | 1,7556 | (0,6912) |
| Kabel gesamt
1+2+3 dividiert durch 60 | 0,0897 | (0,0353'') | | |
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Da
die Kabel im obigen Beispiel einen Messwert außerhalb der Toleranz des Durchschnittswertes
d (Abstand zwischen den Mittelpunkten der Leiter) des ±0,03-fachen
des Durchschnittswertes d aufweisen, würde das Kabel ausgesondert
werden. In diesem Fall liegt der Bereich für zulässige d bei 0,0869 cm (0,0342
Zoll) bis 0,0924 cm (0,0364 Zoll), d. h. 0,0897 cm (0,0353 Zoll)
(der Durchschnitt) ±0,00279
cm (0,0011 Zoll) (0,03 × 0,897
cm (0,0353 Zoll)). Da im obigen Beispiel Messwerte außerhalb
dieser Toleranz vorliegen, würde
das Kabel ausgesondert werden.
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Ein
kombiniertes Merkmal unserer verdrillten Leiterpaare 10 und 23 ist,
dass jedes von beiden eine durchschnittliche Impedanz von 90 bis
110 Ohm mit einer Toleranz von maximal ±5% aufweist, wenn bei einer hohen
Frequenz zwischen 10 MHz und 200 MHz gemessen wird. Die Toleranz
wird durch Multiplikation der durchschnittlichen Impedanz mit dem
Faktor ±0,05
ermittelt; die durchschnittliche Impedanz wird berechnet durch Mittelung
der Impedanzen von mindestens 20 zufällig ausgewählten 305 m (1000 Fuß) langen
Testkabeln gleicher Größe. Dabei
stammen die Kabel aus mindestens drei unterschiedlichen, aufeinander
folgenden Strecken von mindestens drei unterschiedlichen Tagen.
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Weiterhin
ist die Haftfestigkeit der verdrillten Leiterpaare 10 und 23 so,
dass die Drähte
nach einem ersten Schnitt mit einem Fingernagel oder einem geeigneten
Werkzeug per Hand mit derselben oder einer geringeren Zugkraft auseinander
gezogen werden können,
die nötig
ist, um ein herkömmliches
Pflaster von einer Kratzwunde abzuziehen.
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Werden
die Drähte
mindestens einen Zoll auseinander gezogen, so bleibt die Isolierung 14, 15 und 27, 28 im
Bereich der Trennung im Wesentlichen intakt, und die Verdrilllung
wird hierdurch nicht beeinträchtigt. Dieses Merkmal
bezüglich
der Anhaftung ist eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung.
Die Drähte 10 und 23 können voneinander
getrennt werden, ohne dass sich dadurch die Verdrillung entwirrt
und löst.
Des Weiteren entsteht durch dieses Merkmal ein Kabel, das mit einem
Stecker verbunden werden kann, ohne die Impedanztoleranz des Kabels
mit verdrilltem Leiterpaar zu beeinträchtigen.
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Die
Haftfestigkeit lässt
sich bestimmen, indem ein isolierter Leiter festgehalten und der
andere isolierte Leiter von diesem weggezogen wird. Die Haftfestigkeit
der verdrillten Kabel 10 und 23, bei der die Isolierung 14 und 15 sowie 27 und 28 im
Wesentlichen intakt bleibt, liegt zwischen 0,04 und 2,27 kp (0,1
und 5 lbs. force) und vorzugsweise zwischen 0,11 und 1,13 kp (0,25
und 2,5 lbs. force).
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Die
Kabel mit verdrilltem Leiterpaar 10 und 23 werden
hergestellt, indem zunächst
gleichzeitig eine Isolierung auf zwei Drähte extrudiert wird, und die
beiden isolierten Leiter anschließend durch Kleben, Vernetzen,
oder durch andere geeignete Mittel miteinander verbunden werden.
Die nebeneinander liegenden isolierten Leiter werden zu der gewünschten
Anzahl von Verdrillungen pro Doppelleitungs-Kabellänge verdrillt.
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Das
Kabel mit verdrilltem Leiterpaar 23 wird vorzugsweise dadurch
vorbereitet, dass zwei Leiter Seite an Seite beschichtet werden,
die zwei Leiter vor Verwindung der Drähte zusammengefügt werden,
optional ein Klebstoff zur Verbindung der beiden beschichteten Drähte verwendet
wird, und die zusammengefügten
isolierten Drähte
schließlich
nach dem Verbinden der beiden Drähte
zu der gewünschten
Verdrillung verdrillt werden.
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Die
vorangehende Beschreibung dient einzig und allein der Veranschaulichung
und soll den Schutzbereich dieser beanspruchten Erfindung nicht
beschränken.
Der Schutzbereich soll gemäß der folgenden
Ansprüchen
bestimmt werden.