EP1130604A2 - Daten- bzw. Steuerkabel sowie Verfahren zur Optimierung eines derartigen Kabels - Google Patents

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EP1130604A2
EP1130604A2 EP01105023A EP01105023A EP1130604A2 EP 1130604 A2 EP1130604 A2 EP 1130604A2 EP 01105023 A EP01105023 A EP 01105023A EP 01105023 A EP01105023 A EP 01105023A EP 1130604 A2 EP1130604 A2 EP 1130604A2
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EP
European Patent Office
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conductor
data
control cable
conductors
cross
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01105023A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1130604A3 (de
Inventor
Werner Dipl.-Ing. Mertens
Jörg Bör
Günter Gerhard
Yvan Engels
Waldemar Reimann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kerpen Kabelkerpenwerk & Co GmbH
Original Assignee
Kerpen Kabelkerpenwerk & Co GmbH
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Publication date
Application filed by Kerpen Kabelkerpenwerk & Co GmbH filed Critical Kerpen Kabelkerpenwerk & Co GmbH
Publication of EP1130604A2 publication Critical patent/EP1130604A2/de
Publication of EP1130604A3 publication Critical patent/EP1130604A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00—Communication cables or conductors
    • H01B11/002—Pair constructions

Definitions

  • the invention relates to a data or control cable with at least a forward and a return conductor.
  • the invention also relates to a Method for optimizing such a control cable.
  • data or Control cable any cable arrangement that is suitable for data or Control signals at frequencies above 1 MHz, especially above 50 MHz or over 100 MHz, preferably in digital form.
  • the invention proposes on the one hand a data or Control cable with at least one forward and one return conductor, at which has at least one conductor in its geometric shape with respect to a cross-sectional center of gravity of the conductor is rotationally symmetrical.
  • the Term "cross-sectional center of gravity" a line through a Leaders, who focus on the respective focus, especially the geometrical focal points, each one next to each other Cross-section is formed.
  • the term "field” is in the essentially directed to an electric field, which is at a signal transmission through the data or control cable.
  • magnetic fields or electromagnetic fields can be influenced accordingly advantageously.
  • field also apply to a pair of data or control cable propagating shaft, which by the Operating frequency excited carries a signal.
  • the invention thus provides for the first time a generic data or control cable is ready at its single cores in cross-section from a round basic geometry is deviated.
  • the forward and return conductors are preferably mutually exclusive opposite mirror-symmetrical.
  • one Data or control cable which carries exactly two wires in this regard in particular a mirror symmetry with respect to a plane of symmetry arranged between the two conductors advantageous. It is understood that such an arrangement Field evenly in the desired area, preferably between the two leaders.
  • At least a first conductor can cross-section on its other side facing the conductor is flatter than the middle Radius of curvature of the first conductor.
  • the surface portion of this conductor surface can be which faces the other leader.
  • At least one conductor can have a triangular, trapezoidal, semicircular or circular segment-shaped or a rectangular, preferably have a square cross section.
  • At least one conductor can have two corners, each through convex circumferential lines, by concave circumferential lines or by a convex and a concave circumferential line connected to each other are.
  • the invention proposes a data or Control cable with at least one forward and one return conductor, at which the conductors are designed such that the second Location of a field between these conductors along the shortest connection between these conductors is smaller than that second location derivation of a round pair of conductors, each with identical Cross sectional area.
  • the invention also suggests a data or control cable at least one forward and one return conductor, in which the Conductors are designed such that the second location derivative of a Field between these conductors along the surface line at least one conductor has more than two zero points.
  • the invention proposes a data or control cable at least one forward and one return conductor, in which the Conductors are designed such that the second location derivative of a Field between these conductors along a perpendicular to the shortest connection between these conductors by a Center of this shortest connection in the area of The amount of the center is smaller than the second location derivative of a round pair of conductors, each with an identical cross-sectional area in exactly this area.
  • Such a field course can be, for example, by Optimization method in the manner according to the invention provide that of a given conductor cross section one Conductor pair starting from a field density around the conductor pair determined and then the surface shape of at least one Conductor is varied such that the field density between the and the return conductor is enlarged.
  • Such a field can also be created using an optimization method are provided, which of a given conductor cross section determined the field density around the pair of conductors and then the surface shape of at least one conductor varies that the field density is reduced at a desired location.
  • the present invention relates in particular to data or control cables which are operated under boundary conditions in which the equivalent conductive layer thickness is less than 100 ⁇ m , preferably less than 70 ⁇ m .
  • the equivalent conductive layer thickness results from the skin effect, according to which a current flows more and more on the outer circumference of a conductor with increasing frequencies, and describes the depth of the surface area resulting from this consideration, which corresponds to the corresponding behavior of the respective conductor explained under the occurring frequencies.
  • the invention relates in particular to data or Control cables, which consist of solid conductors, because with these the claimed surface formations can be realized more precisely can, as is the case with strands or cables.
  • conductors according to the invention also from strands or Shaping cables, as long as the resulting structures in the Surfaces are mastered or are sufficiently small.
  • a particularly compact structure of the data or control cable follows when the pair of conductors from a common Isolation is surrounded, whose outer curvature in cross section has only one direction of curvature. In particular, this can common insulation a circular outer cross-section exhibit. With such a configuration, it presents itself
  • the cable is extremely elegant on the outside.
  • the Isolation in the areas next to the greatest field strength relatively strong between the circuit diagram. Since the isolation with their relatively large dielectric constant ⁇ a field counteracts, such a structure requires that the field still is pushed further into the area between the pair of conductors. It it goes without saying that insulation designed in this way also regardless of the other features of the present invention is advantageous.
  • the insulation preferably encloses both conductors of the cable independently. This requires a particularly compact structure and also ensures that there is a distance between the two Ladders are observed very precisely. Such isolation " a cast "is also independent of the other features accordingly advantageous.
  • a waveguide preferably with an ⁇ ⁇ 1.5.
  • the term "waveguide” designates any constructive Refinement that is made between the heads to a Spread a wave traveling between these conductors facilitate.
  • a waveguide To form white space.
  • Such an empty space usually has one very low dielectric constant and thus favors one Spread a wave.
  • Such an empty space can be particularly useful just deploy when the waveguide and the back and forth Return conductors are surrounded by a common insulation. In in this case, a corresponding one can simply be used in the insulation Empty space should be provided. In addition, such Empty space - as required - evacuated or with a gas or air be filled.
  • Waveguide also independent of the other characteristics of the present invention is advantageous to spreading a wave between the forward and the return conductor of a data or Promote control cables.
  • Compose is the specified Frequency preferably the center of gravity frequency, which - not too confuse with a carrier frequency from telecommunications - the Frequency with the greatest power amplitude.
  • the Center of gravity is usually used for physical Dimensioning of the transmission channels used and can, depending on used transmission method significantly lower than that Data transfer rate are.
  • the present Invention in particular on data or control cables for the Transmission of bit streams can be used.
  • baseband transmission methods are used and broadband transmission methods.
  • the former are unmodulated, while the latter with a modulation frequency are highlighted.
  • the most famous broadband transmission methods include the various pulse modulation methods (for example PAM, PCM, PWM) and shift keying methods (e.g. PSK, FSK, ASK, DPSK).
  • the main baseband transmission methods are Single current, double current, ternary or pseudo ternary methods (e.g. MLT coding, 8B / 6T coding, CAP coding, AMI coding). This also includes Manchester coding, Bipolar method (HDB coding) and coded diphase method.
  • the frequency spectrum is of the transmission signal and the bandwidth it occupies directly depending on the transmission speed, but can vary depending on used transmission method vary widely.
  • the digital Signals are fed into the cable in the form of pulses and occupy the entire bandwidth of the cable - or part of it, the other part usually no longer being used for other services is usable.
  • Baseband transmission methods only offer one Channel that accordingly to the different needs needs to be tailored.
  • the data or control cable shown schematically in FIG. 1 comprises a pair of conductors 1 consisting of a forward and a return conductor, which is surrounded by a schematically indicated field 2.
  • the conductors 1 are in relation to them Cross-sectional center of gravity formed asymmetrically.
  • the side facing the other conductor 1 is flatter than that medium radius of curvature selected.
  • the conductors 1 are relative to one Level of symmetry 3 designed mirror-symmetrical.
  • the field formed by this ladder shape is on the gap compressed between the conductors 1.
  • a shortest Connection 4 between the conductors 1 is the field opposite one Field with conductors which have a round conductor cross section, thus higher in terms of field strength.
  • this shortest Connection 4 is the variation of the field strength reduced. This leads directly to the second derivative this field along the shortest connection 4 between them Conductors is smaller than the second derivative of a round pair of conductors with identical cross-sectional area.
  • FIGS. 2 to 4 Further advantageous conductor shapes are shown in FIGS. 2 to 4 the conductor pairs 5, 6 and 7 shown.
  • the form is in Depending on the desired field effects as well as in Dependence on that for a corresponding ladder shape necessary manufacturing costs chosen.
  • FIGS. 5 and 6 have each have a pair of conductors 8 and 9, which are from a common Isolation 10 or 11 is surrounded.
  • a common Isolation 10 or 11 is surrounded.
  • the common insulation 10 and 11 enclose in both Embodiments each have a waveguide 12 or 13.
  • This Waveguide is arranged in the area in which the greatest field strength is formed and in which thus one moving wave between conductors 8 and 9 respectively.
  • the waveguides are 12 or 13 formed by an empty space in the insulation 10 or 11. In addition to air, this empty space can also be used with another gas be filled or evacuated.

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  • Communication Cables (AREA)

Abstract

Weicht die Form der Leiter bei einem zweiadrigen Daten- bzw. Steuerkabel von der runden Form ab, so kann das Feld zwischen diesen Leitern derart komprimiert werden, dass ein Nebensprechen verringert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Daten- bzw. Steuerkabel mit wenigstens einem Hin- und einem Rückleiter. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Optimierung eines derartigen Steuerkabels. In vorliegendem Zusammenhang beschreibt der Begriff Daten- bzw. Steuerkabel jede Kabelanordnung, die geeignet ist, Daten bzw. Steuersignale bei Frequenzen über 1 MHz, insbesondere über 50 MHz bzw. über 100 MHz, vorzugsweise in digitaler Form, zu übertragen.
Es gibt vielfältige Versuche, bei Daten- bzw. Steuerkabeln, deren Betriebsfrequenz über 1 MHz liegt, ein Nebensprechen zu vermindern. Dieses geschieht beispielsweise durch ausgewählte Verseiltechniken oder eine aufwendige Isolation bzw. eine Abschirmung derartiger Leiter.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Daten- bzw. Steuerkabel bereitzustellen, welches darüber hinausgehend hinsichtlich eines Nebensprechens optimiert ist. Dementsprechend ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Optimierungsverfahren für ein derartiges Kabel anzugeben.
Als Lösung schlägt die Erfindung einerseits ein Daten- bzw. Steuerkabel mit wenigstens einem Hin- und einem Rückleiter vor, bei welchem wenigstens ein Leiter in seiner geometrischen Formgebung bezüglich einer Querschnittsschwerpunktsachse des Leiters nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Diesbezüglich beschreibt der Begriff "Querschnittsschwerpunktachse" eine Linie durch einen Leiter, welche durch die jeweiligen Schwerpunkte, insbesondere die geometrischen Schwerpunkte, eines jeden aneinander liegenden Querschnitts gebildet ist.
Bei einer derartigen Anordnung lässt sich ein zwischen dem Hin- und dem Rückleiter ausgebildetes Feld in einem gewünschten Bereich konzentrieren. Diese Konzentration führt dazu, dass das Feld in den übrigen Bereichen reduziert ist, so dass in diesen übrigen Bereichen die Gefahr eines Nebensprechens vermindert ist.
In vorliegendem Zusammenhang ist der Begriff "Feld" im wesentlichen auf ein elektrisches Feld gerichtet, welches sich bei einer Signalübertragung durch das Daten- bzw. Steuerkabel ausbildet. Es versteht sich jedoch, dass je nach gewählter Frequenz bzw. Anwendung auch magnetische Felder bzw. elektromagnetische Felder entsprechend vorteilhaft beeinflusst werden können. Insbesondere betrifft der Begriff "Feld" auch eine sich in dem Leiterpaar des Daten- bzw. Steuerkabels ausbreitenden Welle, welche durch die Betriebsfrequenz angeregt ein Signal trägt.
Die Erfindung stellt somit, in Abkehr von der bisherigen Praxis, erstmals ein gattungsgemäßes Daten- bzw. Steuerkabel bereit, bei dessen Einzeladern im Querschnitt von einer runden Grundgeometrie abgewichen wird.
Vorzugsweise sind der Hin- und der Rückleiter einander gegenüberliegend spiegelsymmetrisch ausgebildet. Hinsichtlich eines Daten- bzw. Steuerkabels, welches genau zwei Adern trägt, ist diesbezüglich insbesondere eine Spiegelsymmetrie bezüglich einer zwischen den beiden Leitern angeordneten Symmetrieebene vorteilhaft. Es versteht sich, dass durch eine derartige Anordnung das Feld gleichmäßig in dem gewünschten Bereich, vorzugsweise zwischen den beiden Leitern, konzentriert wird.
Wenigstens ein erster Leiter kann im Querschnitt auf seiner dem anderen Leiter zugewandten Seite flacher als der mittlere Krümmungsradius des ersten Leiters ausgebildet sein. Auf diese Weise lässt sich der Oberflächenanteil dieser Leiteroberfläche, welcher dem anderem Leiter zugewandt ist, beträchtlich erhöhen. Da sich bekanntlich eine Stromführung bei Leitern in der Hauptsache in dem dem jeweils gegenüberliegenden Leiter am nächsten liegenden Oberflächenbereich abspielt, wird auf diese Weise ein größerer Bereich für die Stromführung zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise wird somit die Dämpfung bzw. der ohmsche Widerstand eines derartigen Daten- bzw. Steuerkabels reduziert. Es versteht sich, dass eine derartige Ausgestaltung auch von den übrigen, kennzeichnenden Merkmalen vorliegender Erfindung unabhängig vorteilhaft die vorliegende Aufgabe löst.
Insbesondere kann wenigstens ein Leiter einen dreieck-, trapez-, halbkreis- oder kreissegmentförmigen bzw. einen rechteckigen, vorzugsweise quadratischen, Querschnitt aufweisen. Darüber hinaus kann wenigsten ein Leiter zwei Ecken aufweisen, die jeweils durch konvexe Umfangslinien, durch konkave Umfangslinien bzw. durch eine konvexe und eine konkave Umfangslinie miteinander verbunden sind. Diese Anordnungen ermöglichen, bei geeigneter Wahl der Krümmungsradien sowie der geometrischen Anordnung der Leiter untereinander, die dem anderen Leiter zugewandten Seite flacher als der mittlere Krümmungsradius des Leiters auszubilden. Je nach konkreten Vorgaben können diese Anordnungen jedoch auch nach anderen Vorgaben eingesetzt werden.
Als weitere Lösung schlägt die Erfindung ein Daten- bzw. Steuerkabel mit wenigstens einem Hin- und einem Rückleiter vor, bei welchem die Leiter derart ausgestaltet sind, dass die zweite Ortsableitung eines Feldes zwischen diesen Leitern entlang der kürzesten Verbindung zwischen diesen Leitern kleiner ist als die zweite Ortsableitung eines runden Leiterpaares mit jeweils identischer Querschnittsfläche.
Ebenso schlägt die Erfindung ein Daten- bzw. Steuerkabel mit wenigstens einem Hin- und einem Rückleiter vor, bei welchem die Leiter derart ausgestaltet sind, dass die zweite Ortsableitung eines Feldes zwischen diesen Leitern entlang der Oberflächenlinie wenigstens eines Leiters mehr als zwei Nullpunkte aufweist.
Darüber hinaus schlägt die Erfindung ein Daten- bzw. Steuerkabel mit wenigstens einem Hin- und einem Rückleiter vor, bei welchem die Leiter derart ausgestaltet sind, dass die zweite Ortsableitung eines Feldes zwischen diesen Leitern entlang einer Senkrechten zu der kürzesten Verbindung zwischen diesen Leitern durch einen Mittelpunkt dieser kürzesten Verbindung im Bereich des Mittelpunktes betragsmäßig kleiner ist als die zweite Ortsableitung eines runden Leiterpaares mit jeweils identischer Querschnittsfläche in genau diesem Bereich.
Hierbei wird unter einer Ortsableitung die funktionale mathematische Differenzierung des Feldes nach einer entsprechenden Raumrichtung verstanden.
Ein derartiger Feldverlauf lässt sich beispielsweise durch ein Optimierungsverfahren in erfindungsgemäßer Weise derart bereitstellen, dass von einem gegebenen Leiterquerschnitt eines Leiterpaares ausgehend eine Felddichte um das Leiterpaar herum bestimmt und anschließend die Oberflächenform wenigstens eines Leiters derart variiert wird, dass die Felddichte zwischen dem Hin- und dem Rückleiter vergrößert wird.
Ebenso kann ein derartiges Feld durch ein Optimierungsverfahren bereitgestellt werden, welches von einem gegebenen Leiterquerschnitt ausgehend die Felddichte um das Leiterpaar herum bestimmt und anschließend die Oberflächenform wenigstens eines Leiters derart variiert, dass die Felddichte an einem gewünschten Ort reduziert wird.
Eine derartige Verfahrensführung ist mit bekannten Feldberechnungsverfahren, insbesondere mit numerischen Feldberechnungsverfahren, ohne weiteres möglich.
Vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Daten- bzw. Steuerkabel, die bei Randbedingungen betrieben werden, bei denen die äquivalente Leitschichtdicke unter 100µm, vorzugsweise unter 70µm liegt. Die äquivalente Leitschichtdicke ergibt sich als rechnerische Größe aus dem Skin-Effekt, nach welchem ein Strom bei zunehmenden Frequenzen mehr und mehr auf dem äußeren Umfang eines Leiters fließt, und beschreibt die aus dieser Überlegung resultierende Tiefe des Oberflächenbereiches, welche das entsprechende Verhalten des jeweiligen Leiters unter den auftretenden Frequenzen erklärt.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung insbesondere Daten- bzw. Steuerkabel, die aus massiven Leitern bestehen, da bei diesen die beanspruchten Oberflächenausformungen genauer realisiert werden können, als dieses bei Litzen oder Kabeln der Fall ist. Andererseits ist es durchaus denkbar, erfindungsgemäße Leiter auch aus Litzen bzw. Kabeln zu formen, solange die hierdurch bedingten Strukturen in den Oberflächen beherrscht werden bzw. ausreichen gering sind.
Ein besonders kompakter Aufbau des erfindungsgemäßen Daten- bzw. Steuerkabels folgt, wenn das Leiterpaar von einer gemeinsamen Isolation umgeben ist, deren äußere Krümmung im Querschnitt lediglich eine Krümmungsrichtung aufweist. Insbesondere kann diese gemeinsame Isolation einen kreisförmigen Außenquerschnitt aufweisen. Bei einer derartigen Ausgestaltung präsentiert sich das Kabel nach außen hin äußerst formschön. Darüber hinaus ist die Isolation an den Bereichen seitlich neben der größten Feldstärke zwischen dem Leiterplan verhältnismäßig stark. Da die Isolation mit ihrer verhältnismäßig großen Dielektrizitätskonstante ε einem Feld entgegenwirkt, bedingt ein derartiger Aufbau, dass das Feld noch weiter in den Bereich zwischen dem Leiterpaar gedrängt wird. Es versteht sich, dass eine derartig ausgebildete Isolation auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung vorteilhaft ist.
Vorzugsweise umschließt die Isolation beide Leiter des Kabels eigenständig. Dieses bedingt einen besonders kompakten Aufbau und gewährleistet darüber hinaus, dass ein Abstand zwischen den beiden Leitern sehr präzise eingehalten wird. Eine derartige Isolation "aus einem Guss" ist auch unabhängig von den übrigen Merkmalen dementsprechend vorteilhaft.
Darüber hinaus kann zwischen dem Hin- und dem Rückleiter in einem Ausbreitungsbereich für eine zwischen den Leitern laufende Welle ein Wellenleiter, vorzugsweise mit einem ε < 1,5, angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Dämpfung eines erfindungsgemäß Daten- bzw. Steuerkabel weiter reduziert werden. In diesem Zusammenhang bezeichnet der Begriff "Wellenleiter" jede konstruktive Ausgestaltung, die zwischen den Leitern vorgenommen wird, um ein Ausbreiten einer zwischen diesen Leitern wandernden Welle zu erleichtern.
Insbesondere ist es möglich, diesen Wellenleiter durch einen Leerraum zu bilden. Ein derartiger Leerraum hat in der Regel eine sehr niedrige Dielektrizitätskonstante und begünstigt somit ein Ausbreiten einer Welle. Ein derartiger Leerraum lässt sich besonders einfach bereitstellen, wenn der Wellenleiter sowie der Hin- und Rückleiter von einer gemeinsamen Isolation umschlossen sind. In diesem Falle kann in der Isolation einfach ein entsprechender Leerraum vorgesehen sein. Darüber hinaus kann ein derartiger Leerraum - je nach Bedarf - evakuiert bzw. mit einem Gas oder Luft befüllt sein.
Es versteht sich, dass das Vorhandensein eines derartigen Wellenleiters auch unabhängig von den übrigen Merkmalen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft ist, um ein Ausbreiten einer Welle zwischen dem Hin- und dem Rückleiter eines Daten- bzw. Steuerkabels zu fördern.
Da über eine Leitung übertragene Signale, insbesondere wenn die Übertragung digital erfolgt, sich aus vielen Frequenzanteilen (Spektrum) zusammensetzen, ist die gattungsgemäß angegebene Frequenz vorzugsweise die Schwerpunktfrequenz, die - nicht zu verwechseln mit einer Trägerfrequenz aus der Fernmeldetechnik ― die Frequenz mit der größten Leistungsamplitude bezeichnet. Die Schwerpunktfrequenz wird in der Regel für die physikalische Dimensionierung der Übertragungskanäle genutzt und kann, je nach eingesetztem Übertragungsverfahren deutlich niedriger als die Datenübertragungsrate liegen. Insofern bezieht sich vorliegende Erfindung insbesondere auf Daten- bzw. Steuerkabel, die für die Übertragung von Bitströmen genutzt werden.
Derartige Übertragungsverfahren, in der angelsächsischen Literatur häufig Codierung genannt, bezeichnen die hierbei angewandten Methoden. Wichtige Anforderungen an die Verfahren sind eine Gleichspannungsfreiheit, der Bandbreitenbedarf und die Möglichkeit einer Taktrückgewinnung. Hierbei unterscheiden sich die unterschiedlichen Übertragungsverfahren in der Regel darin, dass der zu übertragende Bitstrom im Pegel der zu codierenden Impulse, in deren Phasenlage, der Zeitdauer oder den Flanken Veränderungen erfährt. Diese können empfangsseitig zur eindeutigen Bitstromerkennung und somit auch zur Taktrückgewinnung genutzt werden.
Je nach Übertragungsart werden Basisband-Übertragungsverfahren und Breitband-Übertragungsverfahren unterschieden. Erstere sind unmoduliert, während letztere mit einer Modulationsfrequenz unterlegt sind. Zu den bekanntesten Breitband-Übertragungsverfahren gehören die diversen Pulsmodulationsverfahren (beispielsweise PAM, PCM, PWM) und Umtastverfahren (beispielsweise PSK, FSK, ASK, DPSK). Die wichtigsten Basisband-Übertragungsverfahren sind Einfachstrom-, Doppelstrom-, Ternär- bzw. Pseudoternärverfahren (z.B. MLT-Codierung, 8B/6T-Codierung, CAP-Codierung, AMI-Codierung). Ebenso fallen hierunter die Manchester-Codierung, Bipolarverfahren (HDB-Codierung) sowie Coded-Diphase-Verfahren. Bei den Basisband-Übertragungsverfahren ist das Frequenzspektrum des Sendesignals und die von ihm eingenommene Bandbreite direkt abhängig von der Übertragungsgeschwindigkeit, kann aber je nach verwendetem Übertragungsverfahren stark variieren. Die digitalen Signale werden in Form von Impulsen in das Kabel eingespeist und belegen die gesamte Bandbreite des Kabels - oder einen Teil davon, wobei der andere Teil in der Regel nicht mehr für andere Dienste nutzbar ist. Basisband-Übertragungsverfahren bieten also nur einen Kanal, der dementsprechend auf die verschiedenen Bedürfnisse zugeschnitten werden muss.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft diverse erfindungsgemäße Daten- bzw. Steuerkabel dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1
ein erstes erfindungsgemäßes Leiterpaar in schematischer Schnittdarstellung,
Figur 2
ein zweites erfindungsgemäßes Leiterpaar in schematischer Schnittdarstellung,
Figur 3
ein drittes erfindungsgemäßes Leiterpaar in schematischer Schnittdarstellung,
Figur 4
ein viertes erfindungsgemäßes Leiterpaar in schematischer Schnittdarstellung,
Figur 5
ein fünftes erfindungsgemäßes Leiterpaar mit einer gemeinsamen Isolation und einem Wellenleiter in schematischer Schnittdarstellung und
Figur 6
ein sechstes erfindungsgemäßes Leiterpaar mit einer gemeinsamen Isolation und einem Wellenleiter in schematischer Schnittdarstellung.
Das in Figur 1 schematische dargestellte Daten- bzw. Steuerkabel umfasst ein Leiterpaar 1 aus einem Hin- und einem Rückleiter, welches von einem schematisch angedeuteten Feld 2 umgeben ist.
Wie unmittelbar ersichtlich, sind die Leiter 1 bezüglich ihrer Querschnittsschwerpunktachse unsymmetrisch ausgebildet. Hierbei ist die jeweils dem anderen Leiter 1 zugewandte Seite flacher als der mittlere Krümmungsradius gewählt.
Durch eine derartige Anordnung wird das Feld in den unmittelbaren Bereich zwischen dem Leiterpaar 1 komprimiert, wodurch sich das Feld im Übrigen Raum reduziert und somit ein Nebensprechen vermindert wird.
Wie unmittelbar ersichtlich sind die Leiter 1 bezüglich einer Symmetrieebene 3 spiegelsymmetrisch ausgestaltet.
Dadurch dass die Leiter 1 an Ihrer dem jeweils gegenüberliegendem Leiter zugewandten Seite einen verhältnismäßig großen Krümmungsradius aufweisen, steht für die Stromführung ein verhältnismäßig großer Leiterbereich zur Verfügung. Dieser Bereich ist insbesondere größer als dieses bei Leitern mit rundem Querschnitt und vergleichbarer Querschnittsfläche der Fall wäre.
Das durch diese Leiterform gebildete Feld ist auf dem Zwischenraum zwischen den Leitern 1 komprimiert. Entlang einer kürzesten Verbindung 4 zwischen den Leitern 1 ist das Feld gegenüber einem Feld mit Leitern, welche einen runden Leiterquerschnitt aufweisen, somit hinsichtlich der Feldstärke höher. Entlang dieser kürzesten Verbindung 4 laufend ist jedoch die Variation der Feldstärke reduziert. Dieses mündet unmittelbar darin, dass die zweite Ableitung dieses Feldes entlang der kürzesten Verbindung 4 zwischen diesen Leitern kleiner ist als die zweite Ableitung eines runden Leiterpaares mit identischer Querschnittsfläche.
Bei Betrachtung des Feldes entlang der Symmetrieebene 3, welche im Querschnitt einer Senkrechten 3 zu der kürzesten Verbindung 4 zwischen diesen Leitern 1 durch einen Mittelpunkt dieser kürzesten Verbindung 4 entspricht, ergibt sich, dass die zweite Ableitung des Feldes im Bereich des Mittelpunkts betragsmäßig kleiner ist als die zweite Ableitung eines runden Leiterpaares mit jeweils identischer Querschnittsfläche in genau diesem Bereich. Hierbei ist der Bereich um den Mittelpunkt in seiner Größenordnung auf die maximale Ausdehnung der Leiterquerschnittsfläche beschränkt.
Wird ein Leiter, beispielsweise vom Schnittpunkt der Linie 4 mit der Leiteroberfläche ausgehend, umrandet, so variiert die Feldstärke ungleichförmig an der Oberfläche. Dieses bedeutet, dass Wendepunkte in der Feldstärke vorliegen, die zu entsprechenden Nulldurchgängen in der zweiten Ableitung führen.
Weitere vorteilhafte Leiterformen sind in den Figuren 2 bis 4 anhand der Leiterpaare 5, 6 und 7 dargestellt. Hierbei wird die Form in Abhängigkeit von den gewünschten Feldeffekten sowie in Abhängigkeit von den für eine entsprechende Leiterform notwendigen Herstellungskosten gewählt.
Es versteht sich, dass im vorliegenden Zusammenhang die Leiterart eine nur untergeordnete Bedeutung spielt. Vorliegende Erfindung ist insbesondere auf Vollleiter und Litzenleiter anwendbar. Denkbar ist jedoch auch eine Anwendung auf Leiteranordnungen, bei welchen ein Leiter einen zweiten Leiter umschließt.
Es versteht sich darüber hinaus, dass die hier vorgestellten Feld- und Leiteroptimierungen bei der Verwendung von Daten- bzw. Steuerkabeln mit mehr als zwei Leitern in ihren konkreten Ausgestaltungen abweichend gewählt werden können. Gleichwohl sind die Verfahren, um die Felder zu optimieren und insbesondere um die Feldstärke an der Position eines Leiters, welcher möglichst unbeeinflusst belassen werden soll, zu reduzieren, identisch.
Die in Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele weisen jeweils ein Leiterpaar 8 bzw. 9 auf, welches von einer gemeinsamen Isolation 10 bzw. 11 umgeben ist. Bei diesen Ausführungsbeispielen ist der Außenquerschnitt der gemeinsamen Isolationen 10 bzw. 11 rund gewählt. Es versteht sich, dass auch ovale bzw. elyptische Formen denkbar sind.
Die gemeinsamen Isolationen 10 bzw. 11 umschließen bei beiden Ausführungsbeispielen jeweils einen Wellenleiter 12 bzw. 13. Dieser Wellenleiter ist in demjenigen Raumbereich angeordnet, in welchem die größte Feldstärke ausgebildet ist und in welchem somit eine den zwischen Leitern 8 bzw. 9 sich bewegende Welle verläuft.
Bei vorliegenden Ausführungsbeispielen sind die Wellenleiter 12 bzw. 13 durch einen Leerraum in den Isolationen 10 bzw. 11 gebildet. Dieser Leerraum kann außer mit Luft auch mit einem anderen Gas befüllt oder aber evakuiert sein.
Während bei dem in Figur 5 dargestelltem Ausführungsbeispiel ein gewisser Bereich des Leiters 8 offen in den Leerraum 12 weist, umschließt die Isolation 11 bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel die Leiter 9 zur Gänze.

Claims (19)

  1. Daten- bzw. Steuerkabel mit wenigstens einem Hin- und einem Rückleiter, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Leiter (1, 5, 6, 7, 8, 9) in seiner geometrischen Formgebung bezüglich einer Querschnittsschwerpunktsachse des Leiters (1, 5, 6, 7, 8, 9) asymmetrisch ausgebildet ist.
  2. Daten- bzw. Steuerkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hin- und der Rückleiter (1, 5, 6, 7, 8, 9) aneinander gegenüberliegend spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.
  3. Daten- bzw. Steuerkabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster Leiter (1, 5, 6, 7, 8, 9) im Querschnitt auf seiner dem anderen Leiter (1, 5, 6, 7, 8, 9) zugewandten Seite flacher als der mittlere Krümmungsradius des ersten Leiters (1, 5, 6, 7, 8, 9) ausgebildet ist.
  4. Daten- bzw. Steuerkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Leiter einen dreieck-, trapez-, halbkreis- oder kreissegmentförmigen Querschnitt aufweist.
  5. Daten- bzw. Steuerkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Leiter im Querschnitt zwei Ecken, die durch konkave Umfangslinien verbunden sind, aufweist.
  6. Daten- bzw. Steuerkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Leiter im Querschnitt zwei Ecken, die durch konvexe Umfangslinien verbunden sind, aufweist.
  7. Daten- bzw. Steuerkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Leiter im Querschnitt zwei Ecken, die durch eine konvexe Umfangslinie und durch eine konkave Umfangslinie verbunden sind, aufweist.
  8. Daten- bzw. Steuerkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Leiter einen rechteckigen, vorzugsweise quadratischen, Querschnitt aufweist.
  9. Daten- bzw. Steuerkabel mit wenigstens einem Hin- und einem Rückleiter, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (1, 5, 6, 7, 8, 9) derart ausgestaltet sind, dass die zweite Ableitung eines Feldes zwischen diesen Leitern (1, 5, 6, 7, 8, 9) entlang der kürzesten Verbindung (4) zwischen diesen Leitern (1, 5, 6, 7, 8, 9) kleiner ist als die zweite Ableitung eines runden Leiterpaares mit jeweils identischer Querschnittsfläche.
  10. Daten- bzw. Steuerkabel mit wenigstens einem Hin- und einem Rückleiter, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (1, 5, 6, 7, 8, 9) derart ausgestaltet sind, dass die zweite Ableitung eines Feldes zwischen diesen Leitern entlang der Oberflächenlinie wenigstens eines Leiters (1, 5, 6, 7, 8, 9) mehr als zwei Nullpunkte aufweist.
  11. Daten- bzw. Steuerkabel mit wenigstens einem Hin- und einem Rückleiter, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (1, 5, 6, 7, 8, 9) derart ausgestaltet sind, dass die zweite Ableitung eines Feldes zwischen diesen Leitern (1, 5, 6, 7, 8, 9) entlang einer Senkrechten (3) zu der kürzesten Verbindung (4) zwischen diesen Leitern (1, 5, 6, 7, 8, 9) durch einen Mittelpunkt dieser kürzesten Verbindung (4) im Bereich des Mittelpunkts betragsmäßig kleiner ist als die zweite Ableitung eines runden Leiterpaares mit jeweils identischer Querschnittsfläche in genau diesem Bereich.
  12. Daten- bzw. Steuerkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen massiven Leiter.
  13. Daten- bzw. Steuerkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Isolation (10, 11) für den Hin- und den Rückleiter (1, 5, 6, 7, 8, 9), deren äußere Krümmung im Querschnitt lediglich eine Krümmungsrichtung aufweist.
  14. Daten- bzw. Steuerkabel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Isolation (10, 11) einen kreisförmigen Außenquerschnitt aufweist.
  15. Daten- bzw. Steuerkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hin- und dem Rückleiter (1, 5, 6, 7, 8, 9) in einem Ausbreitungsbereich ein Wellenleiter (12, 13), vorzugsweise mit einem ε < 1,5, angeordnet ist.
  16. Daten- bzw. Steuerkabel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (12, 13) durch einen Leerraum gebildet ist.
  17. Daten- bzw. Steuerkabel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter ( 10, 11) sowie der Hin- und der Rückleiter (1, 5, 6, 7, 8, 9) von einer gemeinsamen Isolation (10, 11) umschlossen sind.
  18. Verfahren zur Optimierung eines Daten- bzw. Steuerkabels mit wenigstens einem Hin- und einem Rückleiter, dadurch gekennzeichnet, dass von einem gegebenen Leiterquerschnitt ausgehend eine Felddichte um das Leiterpaar herum bestimmt und anschließend die Oberflächenform wenigstens eines Leiters (1, 5, 6, 7, 8, 9) derart variiert wird, dass die Felddichte zwischen dem Hin- und dem Rückleiter (1, 5, 6, 7, 8, 9) vergrößert wird.
  19. Verfahren zur Optimierung eines Daten- bzw. Steuerkabels mit wenigstens einem Hin- und einem Rückleiter, dadurch gekennzeichnet, dass von einem gegebenen Leiterquerschnitt ausgehend eine Felddichte um das Leiterpaar herum bestimmt und anschließend die Oberflächenform wenigstens eines Leiters (1, 5, 6, 7, 8, 9) derart variiert wird, dass die Felddichte an einem gewünschten Ort reduziert wird.
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