DE2306995C3 - Process for the production of an RF coaxial cable with constant wave impedance - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hf-Koaxialkabels konstanten Wellenwiderstandes mit einem Innen- und einem Außenleiter und mit geschlitzten, scheibenförmigen Abstandshaltern, bei dem die Abstandshalter in einer Aufsteckvorrichtung mit unterschiedlichem gegenseitigem Abstand aufgebracht werden. 'The invention relates to a method for producing an RF coaxial cable with constant characteristic impedance with an inner and an outer conductor and with slotted, disc-shaped spacers which the spacers are applied in a plug-on device with different mutual spacing will. '

Ein offensichtlich nach einem solchen Verfahren hergestelltes Koaxialkabel ist in der GB-PS 5 70 136 beschrieben. Bei diesem Kabel sind die Abstände der Abstandshalter über die Länge des Kabels hinweg nicht konstant, sondern variieren nach einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit, wodurch das Kabel eine über einen sehr großen Frequenzbereich konstante Übertragungscharakteristik erhalten soll.A coaxial cable apparently made by such a process is disclosed in GB-PS 5 70 136 described. With this cable, the spacing between the spacers along the length of the cable is not constant, but vary according to a given law, which makes the cable one over one very large frequency range should receive constant transmission characteristics.

Demgegenüber befaßt sich die Erfindung mit der Problematik, die daraus entsteht, daß bei der Herstellung eines Koaxialkabels hinsichtlich der Abweichungen des Wellenwiderstandes vom Soll- bzw. Nominalwert sehr enge Toleranzgrenzen eingehalten werden müssen. So sind im allgemeinen die Schwankungen zwischen dem minimalen und dem maximalen Wert des Wellenwiderstandes Zo eines Koaxialkabels auf etwa 1% beschränkt. Für ein Koaxialkabel mit einem nominellen Wellenwiderstand von 75 Ohm beträgt beispielsweise die Auslegungstoleranz ±0,5 Ohm. Dies stellt zwar die absoluten Grenzen für den Wellenwiderstand des Kabels dar, doch sind heutzutage häufig noch engere Toleranzen notwendig, um eine optimale Wellenwiderstandsanpassung zwischen zusammengefügten Kabeln zu erreichen und somit die Reflexionen kleinzuhalten, die sich ansonsten sehr störend auswirken können. Bei einem Kabel mit einem nominalen Wellenwiderstand von 75 Ohm ist daher eine tatsächliche Toleranz von etwa ±0,2 Ohm vorzuziehen, wobei man vollständig innerhalb der Auslegungstoleranz von 75 ±0,5 Ohm bleibt.In contrast, the invention deals with the problem that arises from the fact that in the manufacture of a coaxial cable, very narrow tolerance limits must be adhered to with regard to the deviations of the characteristic impedance from the setpoint or nominal value. In general, the fluctuations between the minimum and the maximum value of the characteristic impedance Zo of a coaxial cable are limited to about 1%. For a coaxial cable with a nominal characteristic impedance of 75 ohms, for example, the design tolerance is ± 0.5 ohms. Although this represents the absolute limits for the wave resistance of the cable, nowadays even tighter tolerances are often necessary in order to achieve an optimal wave resistance adjustment between joined cables and thus to keep the reflections small, which can otherwise be very disruptive. For a cable with a nominal wave impedance of 75 ohms, an actual tolerance of about ± 0.2 ohms is therefore preferable, while staying completely within the design tolerance of 75 ± 0.5 ohms.

Mit den bekannten Hersteilungsverfanren, von denen eines beispielsweise in der DT-OS 16 40 095 beschrieben ist ist es nicht möglich, den Wellenwiderstand innerhalb derartig enger Toleranzgrenzen zu hallen. Gewöhnlich erfolgte bisher die Kontrolle des Wellenwiderstandes empirisch nach dem sogenannten »Versuchs-Irrtum-Verfahren«, d.h. es wurde ein Kabelstück hergestellt und sofort auf seinen Wellenwiderstand hin eeprüft Korrekturen erfolgten durch Änderungen der Abmessungen entweder des Innenleiters oder des Außenleiters des nächsten herzustellenden Kabelstücks. Dieses Verfahren ist sowohl zeitraubend als auch sehr kostspielig, weil mit der Herstellung des nächsten Kabelstücks gewartet werden muß, bis die erforderlichen Nachstellungen, beispielsweise das Auswechseln der Matrize für den Feinzug des Innenleiters vorgenommen worden sind. Außerdem waren bisher gewöhnlich weitere Nachstellungen bei mehreren aufeinanderfolgenden Kabelstücken nötwendig, bis der Wert des Wellecwiderstandes innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzgrenzen lag.With the known manufacturing processes, one of which is described, for example, in DT-OS 16 40 095 it is not possible to reverberate the wave resistance within such narrow tolerance limits. Usually the control of the wave resistance has been done empirically according to the so-called "trial-and-error method", i.e. a piece of cable was produced and immediately checked for its wave impedance eeprüft corrections were made through changes to the Dimensions of either the inner conductor or the outer conductor of the next piece of cable to be manufactured. This process is both time consuming and very costly because of the manufacture of the next Cable piece must be waited until the necessary adjustments, such as replacement the die for the fine pulling of the inner conductor have been made. Besides, so far were common further readjustments are necessary for several successive pieces of cable until the value of the Wave resistance was within the prescribed tolerance limits.

Auf diesem Stand der Technik aufbauend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem es möglich ist, auf einfache Weise den Wellenwiderstand bereits während der Herstellung so zu beeinflussen, daß auch engste Toleranzgrenzen eingehalten werden können.Building on this prior art, the invention is based on the object of a manufacturing method to create the type described above, in which it is possible to easily adjust the wave resistance to influence already during the production so that even the tightest tolerance limits are observed can be.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Wellenwiderstand bereits fertiggestellter Kabelabschnitte gemessen wird und daß im Falle einer Abweichung vom Sollwert der Abstand zwischen den weiterhin auf den Leiter aufzubringenden Abstandshaltern derart vergrößert oder verkleinert wird, daß es zu einer Kompensation der Abweichung kommt.To solve this problem, the invention provides that the wave resistance is already completed Cable sections is measured and that in the event of a deviation from the nominal value, the distance between the continue to be applied to the conductor spacers so enlarged or reduced that it is too a compensation of the deviation comes.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der Wellenwiderstand eines mit scheibenförmigen Abstandshaltern versehenen Koaxialkabels dadurch beeinflußt werden kann, daß man den Abstand zwischen benachbarten, auf dem Innenleiter sitzenden Abstandshaltern verändert. Von dieser Erkenntnis ausgehend ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, den Wellenwiderstand eines Koaxialkabels während der Herstellung des Kabels ständig zu kontrollieren und durch Änderung des Abstandes zwischen den Abstandshaltern auf dem Innenleiter auf dem gewünschten Wert zu halten.The invention is based on the knowledge that the wave resistance of a disk-shaped spacer provided coaxial cable can be influenced by the distance between adjacent spacers on the inner conductor changed. Based on this knowledge allows the method according to the invention, the characteristic impedance of a coaxial cable during the Constantly control the manufacture of the cable and by changing the distance between the spacers to hold on the inner conductor at the desired value.

Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Anpassung des Wellenwiderstandes an den Sollwert kontinuierlich erfolgen kann, ohne daß es zu einer Beeinträchtigung oder gar Unterbrechung des gleichmäßig ablaufenden Herstellungsprozesses kommt.A particular advantage of this method is that the wave resistance can be adapted to the setpoint can be carried out continuously without impairing or even interrupting the evenly running manufacturing process.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den kennzeichnenden Teilen der Unteransprüche 2 und 3 niedergelegt.Advantageous embodiments of the method according to the invention are in the characterizing parts the subclaims 2 and 3 laid down.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigtAn embodiment of the invention is described below with reference to the drawing; in this indicates

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein typisches Koaxialkabel mit scheibenförmigen AbstandshalternF i g. 1 shows a longitudinal section through a typical coaxial cable with disc-shaped spacers

und _m and _m

F i g. 2 schematisch einen l eii einer Vorrichtung zum Aufbringen der Abstandshalter auf einen Innenleiter.F i g. 2 schematically shows a device for Applying the spacers to an inner conductor.

Das in F i g. 1 gezeigte Koaxialkabel tO besteht aus einem Innenleiter 12, der koaxial innerhalb einesThe in Fig. 1 shown coaxial cable tO consists of an inner conductor 12, the coaxially within a

en Außenleiters 14 mittels dünner, scheiben-Abstandshalter 16 gehalten wird, die in hintereinander auf dem Innenleiter 12 sitzen, ise besteht sowohl der Innen- als auch der iSSter aus Kupfer, jedoch kann der Außenleiter h aus einer Kombination von Kupfer und Stahl bestehen. Das bevorzugte Material für die Abstandshal^tCnf_r ^ISW°llenwiderstand Z₀ des in Fig. 1 gezeigten i/ KpK ist eine Funktion des Innendurchmessers (Ttydes ARpnleiters 14, des Außendurchmessers (d) des ι nlpiters 12 und der effektiven Dielektrizitätskon- ?ⁿn.e T)der isolation. Es wurde gefunden, daß die fiktive Dielektrizitätskonstante der Isolation vom Ahctand der Abstandshalter 16 auf den Innenleiter 12 wlanet so daß der Wellenwiderstand Z₀ des Kabels hPnfails durch diesen Abstand beeinflußt wird. Die «rfnndene Beziehung zwischen dem Wellenviderstand 7 ind dem Abstandshalterabstand läßt sich unteren outer conductor 14 is held by means of thin, disc spacers 16, which sit one behind the other on the inner conductor 12, both the inner and the iSSter are made of copper, but the outer conductor h can consist of a combination of copper and steel. The preferred material for the Abstandshal ^tC nf _r ^IS W ° llenwiderstand Z ₀ of the i / KpK shown in Fig. 1 is a function of the inside diameter (Ttydes ARpnleiters 14, the outer diameter (d) of the ι nlpiters 12 and the effective Dielektrizitätskon-? ^N ne T) isolation. It has been found that the fictitious dielectric constant of the insulation wlanet from the adapter of the spacers 16 to the inner conductor 12 so that the characteristic impedance Z _{0 of} the cable hPnfails is influenced by this distance. The resulting relationship between the wave resistance 7 and the spacer distance can be omitted

d Fig1 wie folgt mathematisch Setzt man Gleichungen (3) und (ό) in Gleichung (1) ein, dann erhält man:d Fig1 mathematically as follows If one sets equations (3) and (ό) in equation (1) one, then you get:

JlJl

(7)(7)

7 ind dem Absta7 in the spacing

Heranziehung der Fig.1 wie folgtReferring to Figure 1 as follows

DieÄnderung des Wellenwiderstands Z₀ mit dem Abstandshalterabstand L läßt sich ausdrucken als Mit Gleichung (7) wird der Wellenwiderstand in Ohm pro Abslandslängeneinheit ausgedrückt durch die beKannten Parameter des Kabels.The change in the characteristic impedance Z ₀ with the spacer distance L can be expressed as Equation (7), the characteristic impedance in ohms per unit of offshore length is expressed by the known parameters of the cable.

Als Beispiel sei ein Ö,375er Koaxialkabel mit Abstandshaltern genommen, bei welchemAn Ö, 375 coaxial cable with spacers is taken as an example, in which

f, = 1,095f, = 1.095

, = 2,28, = 2.28

ι = 0,085ZoIl = 2,159 mmι = 0.085 inch = 2.159 mm

L = 1,0 Zoll = 25,4 mm L = 1.0 inch = 25.4 mm

Die Lösung der Gleichung (7) ist dann: dZ₀ The solution to equation (7) is then: dZ ₀

dLdL

= 3,73 Ohm/Zoll = 1,47 Ohm/cm= 3.73 ohms / inch = 1.47 ohms / cm

*h- und beträgt: * h- and amounts to:

oder anders ausgedrückt:or in other words:

dLdL

άε.άε.

dL 'dL '

U) dZ₀ = 3,73 χ dL Ohm (mit dLxn Zoll) (8) = 1,47 χ dLOhm (mit dL in cm) U) dZ ₀ = 3.73 χ dL Ohm (with dLxn inches) (8) = 1.47 χ dLOhm (with dL in cm)

-effektive Dielektrizitätskonstante des ,0 Wird beispielsweise der Abstandshalterabstand um &SL Polyäthylen-Luft in einem Ko- 5% geändert, dann ,st mit Abstandshaltern. _ „,.,.,._:„: dL = 0,05 Zoll = 0,127 cm-effective dielectric constant des, 0 If, for example, the spacer spacing is changed by & SL polyethylene-air in a Ko- 5%, then, st with spacers. _ ",.,., ._:": dL = 0.05 inch = 0.127 cm

avialkabeimitADsiaiiuaiiain.1... . .avialkabeimitADsiaiiuaiiain.1 .... .

Die Beziehung zwischen der »effektiven« Dielektrizitätskonstante Be und der Dielektrizitätskonstante ε des Polyäthylens allein ist:The relationship between the "effective" dielectric constant Be and the dielectric constant ε of the polyethylene alone is:

dZ₀ - 3J3 x 0,05 oder 1,47 χ 0,127 dZ₀ = 0,1865 Ohm . dZ ₀ - 3J3 x 0.05 or 1.47 χ 0.127 dZ ₀ = 0.1865 Ohm.

nut t = Abstandshalterdicke.
Aus Gleichung (2) folgt:groove t = spacer thickness.
From equation (2) it follows:

dL
und nach Differentiation dieser Gleichung erhält man: dL
and after differentiating this equation one obtains:

de_e de _e

dLdL

-(ε-I)- (ε-I)

(3)(3)

ist:is:

Aus Gleichung (8) ist zu erkennen, daß bei hohem Wellenwiderstand einer Kabellänge eine Verkleinerung des Abstandshalterabstandes zu einer Verkleinerung des Wellenwiderstands führt und daß andererseits bei niedrigem Wellenwiderstand eine Vergrößerung des Abstandshalterabstands zu einer Erhöhung des Wellenwiderstands führt.It can be seen from equation (8) that a cable length decreases when the characteristic impedance is high the spacer distance leads to a reduction in the wave resistance and that on the other hand in low wave impedance, an increase in the spacer distance leads to an increase in the wave impedance leads.

In Fig.2 ist ein Teil einer Vorrichtung gezeigt, mit welcher Abstandshalter auf einen Leiter aufgebracht werden können. Eine vollständige Beschreibung dieser Vorrichtung findet sich in der US-Patentschrift 36 34 606. Diese Abstandshalteraufbi ingvorrichtung ist mit der linearen Vorschubgeschwindigkeit des Leiters gekoppelt, damit die Abstandshalter mit gleichmäßigemIn Fig.2 part of a device is shown with which spacers can be applied to a conductor. A full description of this Apparatus is found in US Pat. No. 3,634,606. This spacer opener is coupled with the linear feed rate of the conductor so that the spacers with uniform

Die Standardformel für den Wellenwiderstand Z₀ und vorgegebenem Abstand aufgebracht werden. DerThe standard formula for the wave resistance Z ₀ and the given distance can be applied. the

Abstandshalterabstand läßt sich mit einer derartigen Vorrichtung dadurch verändern, daß man die Vorschubgeschwindigkeit des Leiters erhöht oder vermindert, während man die Geschwindigkeit, mit der die Abstandshalter auf der Leiter aufgebracht werden, konstant hält. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Frequenz bzw. Geschwindigkeit der Abstandshalterzuffihrung zu erhöhen oder zu vermindern, während die Vorschubgeschwindigkeit des Leiters konstant bleibt. Obwohl beide Möglichkeiten realisierbar sind, wird im vorliegenden Fall die letztere bevorzugt, um konstante Produktionsgeschwindigkeiten zu erhalten.Spacer spacing can be changed with such a device by changing the feed rate of the conductor increases or decreases while adjusting the speed at which the Spacers are applied to the ladder, keeps constant. Another option is to use the Frequency or speed of the spacer feed to increase or decrease while the feed rate of the conductor remains constant. Although both possibilities are feasible, in the present case the latter is preferred in order to achieve constant Maintain production speeds.

Bei der in F i g. 2 gezeigten Abstandshalteraufbring-65 vorrichtung befinden sich zwei Aufbringräder 18 und 18' beidseitig eines Leiters 19, der mit konstanter Geschwindigkeit vorwandert. Jedes Aufbringrad ist mit mehreren Haltezähnen 20 bzw. 20' versehen, die inIn the case of the in FIG. 2 there are two application wheels 18 and 18 ' on both sides of a conductor 19 which moves forward at a constant speed. Each application wheel is with a plurality of retaining teeth 20 and 20 ', which are shown in

(4)(4)

mit D = Innendurchmesser des Außenleiters d = Außendurchmesser des Innenleiters. Hieraus folgt:with D = inner diameter of the outer conductor d = outer diameter of the inner conductor. It follows from this:

dr_e dr _e

Gleichung (5) differenziert ergibt:Equation (5) differentiated gives:

(6)(6)

gleichmäßigem Abstand rund um den Rand des Rades angeordnet sind und einzelne geschlitzte Abstandshalter 16 auf den Innenleiter 12 zuführen. Die geschlitzten Abstandshalter 16 können von einer geeigneten Zufuhreinrichtung herangeschafft werden, beispielsweise wie sie in der oben genannten US-Patentschrift 36 34 606 beschrieben ist. Die Aufbringräder drehen sich mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit V und sind synchronisiert, so daß sie die Abstandshalter 16 immer abwechselnd auf den Leiter 12 setzen.are arranged evenly spaced around the edge of the wheel and feed individual slotted spacers 16 onto the inner conductor 12. The slotted spacers 16 can be obtained from a suitable supply device, for example as described in the above-mentioned US Pat. No. 3,634,606. The application wheels rotate at the same peripheral speed V and are synchronized so that they always place the spacers 16 alternately on the conductor 12.

Die Vorrichtung ist für eine Nenngeschwindigkeit ausgelegt, bei welcher die Umfangsgeschwindigkeit der Aufbringräder gleich der Vorschubgeschwindigkeit des Leiters 12 ist. Dies und der Durchmesser der Räder bestimmen die Anzahl der Haltezähne 20 und 20', die zum Aufbringen von Abstandshaltern auf den Leiter 12 im Nennabstand notwendig sind. Zur Realisierung der vorliegenden Erfindung kann eine solche Vorrichtung mit einem Regelantrieb versehen sein, mit welchem sich die Geschwindigkeit der Aufbringräder zur Änderung des Abstandshalterabstands auf den Leiter 12 variieren läßt.The device is designed for a nominal speed at which the peripheral speed of Aufbringräder equal to the feed speed of the conductor 12 is. This and the diameter of the wheels determine the number of retaining teeth 20 and 20 'that are used to apply spacers to conductor 12 are necessary in the nominal distance. To implement the present invention, such a device be provided with a control drive, with which the speed of the application wheels to change the spacer distance on the conductor 12 can vary.

Eine solche Anordnung ist ein einfaches Mittel zur Einstellung des Wellenwiderstandes eines mit Abstandshaltern aufgebauten Koaxialkabels, wobei übermäßige Stillstandzeiten der Kabelherstellungsmaschine vermieden werden, wie sie bisher für die Änderung oder den Austausch von Teilen erforderlich waren. Ein erstes Kabelstück kann hergestellt und auf seinen Wellenwiderstand untersucht werden. In der Zwischenzeit kann die Herstellung eines weiteren Kabelabschnitts beginnen. Sobald man anhand des ersten Kabelstücks festgestellt hat, daß eine Änderung des Wellenwiderstands notwendig ist, kann während der Herstellung des zweiten Kabelabschnitts eine entsprechende Änderung des Abstandshalterabstands herbeigeführt werden, indem einfach die Umfangsgeschwindigkeit der Aufbringräder verstellt wird.Such an arrangement is a simple means of adjusting the wave impedance of one with spacers built-up coaxial cable, avoiding excessive downtime of the cable manufacturing machine as they were previously required for changing or replacing parts. A first A piece of cable can be manufactured and examined for its wave resistance. In the meantime the production of another cable section can begin. As soon as you use the first piece of cable has found that a change in the wave impedance is necessary, during the manufacture of the a corresponding change in the spacer spacing can be brought about in the second cable section, by simply adjusting the peripheral speed of the application wheels.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Palentansprüche:Palent claims: 1. Verfahren zur Hersteilung eines Hf-Koaxialka· bels konstanten Wellenwiderstandes : einem Innen- und einem Außenleiter und mit g. ,.liizten, scheibenförmigen Abstandshaltern, bei dem die Abstandshalter in einer Aufsteckvorrichtung mit unterschiedlichem gegenseitigem Abstand aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand bereits fertiggestellter Kabelabschnitte gemessen wird und daß im Falle einer Abweichung vom Sollwert der Abstand zwischen den weiterhin auf den Leiter aufzubringenden Abstandshaltern derart vergrößert oder verkleinert wird, daß es zu einer Kompensation der Abweichung kommt.1. Process for the production of an RF coaxial cable bels constant wave resistance: an inner and an outer conductor and with g. , .liizten, disc-shaped spacers, in which the spacers in a plug-on device with different mutual distance are applied, characterized in that, that the wave resistance of already completed cable sections is measured and that in the case of a deviation from the nominal value, the distance between the still to be applied to the conductor Spacers is so enlarged or reduced that there is a compensation of Deviation comes. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung des Abstandes zwischen aufeinanderfolgenden Abstandshaltern die Oeschwindigkeit geändert wird, mit der die Abstandshalter auf den mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit vorrückenden Leiter aufgebracht werden.2. The method according to claim 1, characterized in that to change the distance between successive spacers, the speed with which the spacers are changed are applied to the conductor advancing at a constant feed rate. 3 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung des Abstandes zwischen aufeinanderfolgenden Abstandshaltern die Vorschubgeschwindigkeit des Leiters geändert wird, auf den die Abstandshalter mit konstanter Geschwindigkeit aufgebracht werden.3 The method according to claim 1, characterized in that to change the distance between successive spacers the feed speed of the conductor is changed on that the spacers are applied at a constant speed. 3030th