ES2248261T3 - Cable radiante coaxial de alta frecuencia. - Google Patents
Cable radiante coaxial de alta frecuencia.Info
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Abstract
Cable radiante coaxial de alta frecuencia compuesto por un conductor interior, un dieléctrico que rodea al mismo y un conductor exterior de forma tubular situado sobre el mismo, concéntrico con el conductor interior, en el cual en el conductor exterior se han practicado unas aberturas separadas unas de otras que están situadas a lo largo de líneas envolventes que discurren paralelas unas a otras en la dirección longitudinal del cable desplazadas unas respecto de las otras en la dirección circunferencial del mismo y dispuestas en hileras que se extienden por toda la longitud del cable, y en el que - todas las aberturas (5) se extienden esencialmente en la dirección circunferencial del cable, - en una primera hilera (R1) unas aberturas (5) para el servicio en un rango de frecuencias utilizadas en la telefonía móvil están dispuestas en grupos (G) en un modelo que se repite continuamente, y - otras aberturas (5) están dispuestas en por lo menos una segunda hilera (R2) sobre una línea envolventediferente a la de las aberturas (5) de la primera hilera (R1), por toda la longitud del cable con una separación constante entre ellas.
Description
Cable radiante coaxial de alta frecuencia.
El invento se refiere a un cable radiante coaxial
de alta frecuencia compuesto por un conductor interior, un
dieléctrico que rodea al mismo y un conductor exterior en forma
tubular situado sobre el mismo concéntrico con el conductor
interior, en el cual en el conductor exterior se han practicado unas
aberturas separadas unas de otras que están situadas a lo largo de
líneas envolventes que discurren paralelas unas a otras en la
dirección longitudinal del cable desplazadas unas respecto de las
otras en la dirección circunferencial del mismo y dispuestas en
hileras que se extienden por toda la longitud del cable (EP 0 300
147 B1).
Los cables radiantes coaxiales de alta
frecuencia, en adelante denominados "cable AHF" en
abreviatura, actúan prácticamente como antenas debido a la energía
electromagnética que liberan hacia el exterior a través de las
aberturas en el conductor exterior denominadas en adelante como
"ranuras", las cuales posibilitan una comunicación entre
emisores y receptores móviles unos respecto de otros. Un campo de
aplicación esencial de los cables AHF es la transmisión de señal en
tramos de túneles entre dispositivos de emisión y recepción y
preferentemente vehículos asociados con carriles. Los cables AHF
deben permitir un servicio libre de perturbaciones incluso en largas
longitudes. Por tanto tienen que presentar una amortiguación muy
baja para la señal que se va a transmitir y en lo posible no
presentar ningún punto de reflexión. La amortiguación es por ello la
suma de la amortiguación del cable determinada por el propio cable
AHF y la amortiguación de acoplamiento generada por la radiación de
energía de AF.
El cable AHF acorde con la patente EP 0 300 147
B1 mencionada al comienzo está previsto para un servicio de banda
ancha. En el conductor exterior del mismo y sobre una línea
envolvente se han practicado agujero redondos en una primera hilera,
mientras que sobre líneas envolvente desplazadas en dirección
circunferencial se han situado ranuras que se extienden en una
segunda hilera en la dirección del eje del cable AHF. Los agujeros
están previstos para un rango inferior de frecuencias mientras que
las ranuras deben servir para un rango superior de frecuencias. En
su utilización este cable AHF está limitado a dos rangos de
frecuencias. No están previstas medidas para influir en la
amortiguación del cable AHF, especialmente en la amortiguación de
acoplamiento del mismo.
Se conocen otros documentos que describen cables
coaxiales radiantes. La patente JP 10 145136 describe por ejemplo un
cable con ranuras en zig-zag que están dispuestas en
dos hileras paralelas, las cuales se extienden por toda la longitud
del cable. En las patentes US 4.322.699 y US 5.705.967 se describen
cables radiantes con numerosas aberturas en el conductor
exterior.
El invento tiene como base la misión de
desarrollar el cable AHF presentado al comienzo de tal manera que en
un gran rango de frecuencias presente una amortiguación de
acoplamiento lo más regular posible sin puntos de resonancia
perturbadores.
De acuerdo con el invento esta misión quedará
resuelta
- porque todas las ranuras se extienden
esencialmente en la dirección circunferencial del cable,
- porque en una primera hilera las ranuras están
dispuestas en grupos en un modelo que se repite continuamente, para
el servicio de un rango de frecuencias utilizadas en la telefonía
móvil, y
- porque otras ranuras están dispuestas en por lo
menos una segunda hilera, sobre una línea envolvente diferente a la
de las ranuras de la primera hilera, por toda la longitud del cable
con una separación constante entre ellas,
- porque precisamente los grupos consecutivos de
primeras ranuras vistas en la dirección del eje del cable tienen una
separación correspondiente a la mitad de la longitud de onda de la
menor frecuencia del rango de frecuencias que se va a transmitir, y
porque en cada grupo hay practicadas por lo menos otras dos ranuras
que están situadas con separaciones diferentes para tener en cuenta
los múltiplos enteros de la menor de las frecuencias que se va a
transmitir; una segunda ranura que está separada de cada primera
ranura a una distancia que se corresponde por lo menos con un octavo
de la longitud de onda de la menor de las frecuencias del rango de
frecuencias que se va a transmitir, y una tercera ranura que está
separada de cada primera ranura a una distancia que se corresponde
por lo menos con un doceavo de la longitud de onda de la menor de
las frecuencias del rango de frecuencias que se va a transmitir,
y
- porque la separación de las ranuras en la
segunda serie es menor que la mitad de la longitud de onda de la
mayor de las frecuencias que va a ser transmitida por el cable.
Este cable AHF puede ser empleado sin
modificaciones en la disposición de las ranuras para transmitir
señales en un amplio rango de frecuencias, el cual abarca
habitualmente también las frecuencias de la telefonía móvil. Esto
se consigue por un lado con las ranuras de la primera hilera
dispuestas según un modelo que se repite, con una frecuencia menor
de aproximadamente 800 MHz determinada para la telefonía móvil. La
amplitud de banda viene determinada por un lado por las ranuras
equidistantes, mediante las cuales también se pueden transmitir sin
perturbaciones frecuencias o rangos de frecuencias bajos. Todas las
ranuras del cable AHF se complementan en su acción tan
ventajosamente que la amortiguación de acoplamiento en todo el
espectro de frecuencias que se va a transmitir se puede mantener
pequeño y tiene un valor aproximadamente constante. Esto tiene
importancia especialmente en el rango de frecuencias de la telefonía
móvil en tanto que tampoco se presentan puntos de resonancia
perturbado-
res.
res.
El cable AHF puede ser fabricado con técnica
habitual, pudiendo obtenerse una estabilización esencial de la cinta
a partir de la que se fabrica el conductor exterior mediante la
distribución en dos hileras de las ranuras equidistantes.
Ejemplos constructivos del objeto del invento
están representados en los dibujos.
Se muestra:
Fig. 1 una representación esquemática de un cable
coaxial AHF conocido por sí mismo,
Fig. 2 y 3 dos formas constructivas diferentes de
un cable AHF acorde con el invento con el conductor exterior
ensanchado plano en el extremo,
Fig. 4 un extracto del conductor exterior con una
representación más exacta de una disposición de las ranuras para el
cable AHF acorde con la figura 3, en representación ampliada,
Fig. 5 un diagrama para el desarrollo de la
amortiguación de acoplamiento del cable AHF.
La figura 1 muestra un cable AHF, que por ejemplo
puede ser tendido para la transmisión de señal entre unidades
móviles y estacionarias en un túnel ferroviario. Tiene un conductor
interior 1, un dieléctrico 2 y un conductor exterior 3 con forma
tubular que rodea de forma concéntrica al conductor interior 1. El
conductor exterior 3 es por ejemplo una cinta de metal que entra
longitudinalmente de forma que rodea al dieléctrico 3 porque los
bordes de la cinta se solapan. Pueden estar unidos unos con otros
mediante, por ejemplo, un adhesivo, soldadura con estaño o soldadura
dura. Pero los bordes de la cinta pueden ser soldados unos con
otros también sin solapado. Como protección mecánica sirve una
envolvente 4 de plástico, que también puede ser ignífuga.
El conductor interior 1 y el conductor exterior 3
son preferentemente de cobre. El dieléctrico 2 puede ser construido
con la técnica habitual. Por tanto puede tratarse de un dieléctrico
macizo, que también puede estar relleno de espuma, o de un
dieléctrico hueco con una espiral o con discos. Para el dieléctrico
2 se utilizan preferentemente materiales con un factor de pérdidas
dieléctricas pequeño, por ejemplo polietileno. La envolvente 4 puede
estar compuesta por ejemplo de polietileno o de cloruro de
polivinilo.
Para obtener la propiedad deseada
"radiación" en el conductor exterior 3 del cable AHF se han
practicado unas ranuras 5, que en la figura 1 están representadas
solo como formas constructivas de principio. En el ejemplo
constructivo representado las ranuras 5 tienen una sección libre
rectangular. Su longitud en la dirección circunferencial del cable
AHF es mayor que su anchura axial. Las ranuras 5 se extienden por
tanto esencialmente en la dirección circunferencial del cable AHF.
Podrían tener una sección libre cuasi elíptica en lugar de la
sección rectangular incluso de una arqueada hacia el exterior. Las
ranuras 5 pueden discurrir también básicamente bajo un ángulo que se
separa 90º del eje del cable AHF. Esto es válido también para las
ranuras 5 del ejemplo constructivo del cable AHF descrito a
continuación.
En el ejemplo constructivo del cable AHF acorde
con la figura 2 las ranuras 5 están dispuestas en dos hileras R1 y
R2 situadas sobre diferentes líneas envolventes del cable AHF. En la
primera hilera R1 las ranuras 5 están ordenadas en un modelo que se
repite continuamente con separaciones variables. Esta colocación de
las ranuras 5 será aclarada con más detalle más adelante bajo la
figura 4. Las ranuras 5 de la segunda hilera R2 están separadas una
distancia A constante por toda la longitud del cable AHF. La
distancia A depende de la máxima frecuencia transmisible con el
cable AHF. Para evitar interferencias la distancia A es menor que la
mitad de la longitud de onda de esta frecuencia máxima.
Igualmente para evitar interferencias la anchura
libre de las ranuras equidistantes 5 de la segunda hilera R2 hay que
seleccionarla relativamente grande. Puesto que su anchura axial no
se puede hacer grande a voluntad tienen una extensión
correspondientemente grande en la dirección circunferencial. La
estabilidad mecánica de un conductor exterior 3 del cable AHF
provisto con unas ranuras 5 tan grandes o largas puede resultar
perjudicada en algunos casos. Por ello en una forma constructiva
preferente del cable AHF las ranuras 5 equidistantes son repartidas
en hileras R2 y R3 situadas sobre diferentes líneas envolventes. Un
ejemplo constructivo correspondiente del cable AHF se desprende de
las figuras 3 y 4.
En el cable AHF según las figuras 3 y 4 las
ranuras 5 están dispuestas en tres hileras R1, R2 y R3 que
discurren sobre tres líneas envolventes de ejes paralelos
desplazadas cada una respecto de las otras en la dirección
circunferencial del cable AHF. Las hileras R1, R2 y R3 están en la
forma constructiva preferencial desplazadas 120º cada una respecto
de las otras. Las ranuras 5 existen en las tres hileras R1, R2 y R3
en toda la longitud del cable AHF. En las hileras R2 y R3 las
ranuras 5 están situadas a una distancia constante A unas de otras
en toda la longitud del cable AHF, lo que ya fue explicado para la
figura 2. Las ranuras 5 de las hileras R2 y R3 tienen
preferentemente las mismas dimensiones.
En la primera hilera R1 las ranuras 5 están
colocadas en un modelo que se repite continuamente con distancias
variable unas de otras. Este modelo comprende según el ejemplo
constructivo representado cuatro ranuras S1, S2, S3 y S4 que
pertenecen a un grupo G. Las ranuras 5 de la primera hilera R1
sirven para el servicio en el rango de frecuencia previsto para la
telefonía móvil con una frecuencia más baja de por ejemplo 800 MHz.
Cada una de las primeras ranuras 5 de grupos G consecutivos tiene
una separación A1 unas de otras que se corresponde con la mitad de
la longitud de onda (\lambda/2) de la menor frecuencia del rango
de frecuencia.
Las otras ranuras S2, S3 y S4 de grupos G
consecutivos tienen en cuenta los múltiplos enteros de la menor
frecuencia del rango de frecuencias captado por la ranura S1. La
ranura S2 está entonces alejada una distancia A2 de la ranura S1 lo
que corresponde con un octavo (\lambda/8) de la longitud de onda
de la menor frecuencia del rango de frecuencias. Con ello se
considera una frecuencia que es igual al doble de la frecuencia
menor. La ranura S3 tiene una separación A3 a la ranura S1 que es
igual a un doceavo (\lambda/12) de la menor frecuencia del rango
de frecuencias. De esta manera se capta una frecuencia que es igual
al triple de la frecuencia menor. Por el efecto de su acción a la
ranura S3 se corresponde también la ranura S4, que está separada la
misma distancia A3 de la ranura S2 que la ranura S3 de la ranura
S1.
Las ventajas y forma de actuar del cable AHF
acorde con el invento se resume a continuación sobre la base del las
curvas de amortiguación de la figura 5:
En la figura 5 está representada la amortiguación
de acoplamiento en un rango de frecuencias que se extiende de 0 a
2400 MHz. Así se abarca también el rango de frecuencias utilizado
por la telefonía móvil, que con la técnica actual está entre 800
2400 MHz.
La curva K1 reproduce la variación de la
amortiguación de acoplamiento para un cable AHF que solo tiene
ranuras 5 según la hilera R2 (figura 2) o según las hileras R2 y R3
(figuras 3 y 4) . La amortiguación de acoplamiento aumenta al
aumentar la frecuencia, lo que no es de desear. La curva K2 muestra
la variación de la amortiguación de acoplamiento para un cable AHF
que solo tiene ranuras 5 según la hilera R1. Aquí la amortiguación
de acoplamiento en un rango por debajo de aproximadamente 800 MHz es
muy alta, por lo que, lógicamente, un cable AHF de este tipo no
debería ser empleado en este rango de frecuencias.
La variación de la amortiguación de acoplamiento
para un cable AHF acorde con el invento está representada por la
curva K3. Hasta una discontinuidad en una frecuencia de
aproximadamente 700 MHz los valores de la amortiguación de
acoplamiento son aquí muy bajos y son casi constantes en todo el
rango de frecuencias. Esto es especialmente válido para frecuencias
situadas por encima de los 800 MHz, o sea en el rango de frecuencias
de la telefonía móvil. En este rango la amortiguación de
acoplamiento desciende ligeramente cuando la frecuencia aumenta. Por
ello ocurre que en este rango no se presentan puntos de resonancia
perturbadores.
Claims (4)
1. Cable radiante coaxial de alta frecuencia
compuesto por un conductor interior, un dieléctrico que rodea al
mismo y un conductor exterior de forma tubular situado sobre el
mismo, concéntrico con el conductor interior, en el cual en el
conductor exterior se han practicado unas aberturas separadas unas
de otras que están situadas a lo largo de líneas envolventes que
discurren paralelas unas a otras en la dirección longitudinal del
cable desplazadas unas respecto de las otras en la dirección
circunferencial del mismo y dispuestas en hileras que se extienden
por toda la longitud del cable, y en el que
- todas las aberturas (5) se extienden
esencialmente en la dirección circunferencial del cable,
- en una primera hilera (R1) unas aberturas (5)
para el servicio en un rango de frecuencias utilizadas en la
telefonía móvil están dispuestas en grupos (G) en un modelo que se
repite continuamente, y
- otras aberturas (5) están dispuestas en por lo
menos una segunda hilera (R2) sobre una línea envolvente diferente a
la de las aberturas (5) de la primera hilera (R1), por toda la
longitud del cable con una separación constante entre ellas,
caracterizado
porque
las primeras aberturas (S1) de grupos
consecutivos vistas en la dirección del eje del cable tienen una
separación (A1) correspondiente a la mitad de la longitud de onda de
la menor frecuencia del rango de frecuencias que se va a transmitir
y porque en cada grupo (G) hay practicadas por lo menos otras dos
aberturas (S2,S3,S4) que están situadas con separaciones diferentes
para tener en cuenta los múltiplos enteros de la menor de las
frecuencias del rango de frecuencias que se va a transmitir; una
segunda abertura (S2) que está separada una distancia (A2) de cada
primera abertura (S1) que se corresponde por lo menos con un octavo
de la longitud de onda de la menor de las frecuencias del rango de
frecuencias que se va a transmitir, y una tercera abertura (S3) que
está separada una distancia (A3) de cada primera abertura (S1) que
se corresponde por lo menos con un doceavo de la longitud de onda de
la menor de las frecuencias del rango de frecuencias que se va a
transmitir,
y porque la distancia (A) de las aberturas (5) en
la segunda hilera (R2) es menor que la mitad de la longitud de onda
de la mayor frecuencia que se va a transmitir por el cable.
2. Cable según la reivindicación 1,
caracterizado porque las aberturas (5) están situadas con la
misma separación entre ellas en dos hileras separadas (R2, R3) sobre
dos líneas envolventes diferentes.
3. Cable según la reivindicación 1,
caracterizado porque en cada grupo (G) de la primera hilera
(R1) se practica otra abertura (S4) que tiene una distancia (A3) a
la segunda abertura (S2), que se corresponde con un doceavo de la
menor de las frecuencias del rango de frecuencias que se va a
transmitir.
4. Cable según una de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque las aberturas (5) tienen una sección
libre rectangular.
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