DE3856476T2

DE3856476T2 - Strahlendes Kabel

Info

Publication number: DE3856476T2
Application number: DE3856476T
Authority: DE
Inventors: Keith R. Harman; Kenneth L. Smith
Original assignee: Senstar Stellar Corp
Current assignee: Senstar Stellar Corp
Priority date: 1987-12-01
Filing date: 1988-12-01
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2008-12-02
Also published as: EP0322128A2; DE3856476D1; US4987394A; EP0322128B1; EP0322128A3

Description

Diese Erfindung betrifft verlustbehaftete oder strahlende Kabelstrukturen, die z. B. als Antennen zur Übertragung in Bergwerken oder in Einbruchsdetektorsensoren verwendet werden, und eine Doppelform von verlustbehafteten Kabeln.
Ein Sensor für ein Einbruchserkennungssystem besteht typischerweise aus einem verlustbehafteten (strahlenden) Koaxialkabel, mit dessen einem Ende ein Sender verbunden ist, der typischerweise mit 40 MHz Dauerstrich arbeitet. Das abgestrahlte Feld des übertragenen Signals durchdringt ein paralleles verlustbehaftetes Empfangskabel, das typischerweise 3-8 Fuß beabstandet ist, und wird von einem Empfänger empfangen, der mit einem Ende des Empfangskabels verbunden ist. Wenn ein Eindringling in das Strahlungsfeld gelangt, welches das Empfangskabel durchdringt, verursacht er eine Amplituden- und Phasenänderung in dem Feld, die im Empfänger erfaßt wird, wobei somit festgestellt wird, daß ein eindringender Körper vorhanden ist. Die Kabel können entweder vergraben sein oder in oder oberhalb Erdbodenhöhe angeordnet sein. Einbruchserkennungssysteme dieser Art wurden in einem Dokument von Dr. R. Keith Harman und John E. Siedlarz, präsentiert auf der 1982 Carnahan Conference on Security Technology, an der Universität von Kentucky, 12.-14. Mai 1982, beschrieben. Obwohl frühe Dokumente den Betrieb auf oder über dem Erdboden vorschlagen, hat sich dies aufgrund der enormen Umgebungsauswirkungen für Kabel auf der Oberfläche und Modenaufhebungen für in der Luft montierte Kabel nicht als durchführbar erwiesen.
Im Fall von vergrabenen Kabeln beeinflussen Änderungen der Dielektrizitätskonstante des Vergrabungsmediums, z. B. lokale nasse, sandige, ölige usw. Bereiche, die Empfindlichkeit des Systems signifikant, so daß lange Sensoren häufig Bereiche mit äußerst hoher Empfindlichkeit benachbart zu bestimmten Teilen des Sensors und (Null-) Bereiche mit schlechter Empfindlichkeit benachbart zu anderen Teilen aufweisen. Dies kann die Erzeugung von Fehlalarmen und Punkten mit unerkennbarem Einbruch verursachen. Außerdem ist es kostenaufwendig, zwei beabstandete Gräben zum Vergraben des Kabels auszuheben; im Fall eines Erfordernisses für eine Wartung müssen zwei Gräben aufgegraben werden.
Kabel, die sich in oder oberhalb Erdbodenhöhe befinden, sind sichtbar, was somit potentiellen Eindringlingen ermöglicht, deren Positionen zu bemerken und möglicherweise zu meiden, weisen jedoch auch regelmäßig beabstandete Spitzen und Täler in der Empfindlichkeit auf. Folglich werden Sensoren mit Kabeln über dem Erdboden gewöhnlich vermieden, wo immer es möglich ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verlustbehaftete Kabelstruktur, die in einem Sensor oder als Antenne verwendet werden kann, und einen Sensor, der gegen Schwankungen der Dielektrizitätskonstante und der Leitfähigkeit im Vergrabungsmedium eines Sensors im wesentlichen unempfindlich ist. Der Sensor, der sowohl Sende- als auch Empfangselemente enthält, kann als einzelnes Kabel hergestellt werden, und somit muß für seine Vergrabung nur ein einzelner Graben ausgehoben werden. Dasselbe Kabel kann in oder oberhalb Erdbodenhöhe mit wesentlicher Verringerung oder Beseitigung der Spitzen und Nullpunkte, die von Sensoren des Standes der Technik über dem Erdboden gezeigt wurden, verwendet werden. Folglich kann ein Sensor oder strahlendes Kabel über dem Erdboden zum ersten Mal mit der Vorhersagbarkeit und dem Vertrauen, daß Spitzen und Nullpunkte die Sensorleistung nicht signifikant beeinträchtigen, verwendet werden.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Das US-Patent 4 339 733, herausgegeben am 13. Juli 1982, Erfinder Kenneth L. Smith, richtet sich auf ein verlustbehaftetes oder strahlendes Koaxialkabel mit einem zentralen Leiter, einem Dielektrikum, das den zentralen Leiter umgibt, und einer ersten leitenden Folienabschirmung, die das Dielektrikum umgibt, welche einen langgestreckten Schlitz enthält, der sich entlang des Kabels erstreckt. Eine zweite äußere Folienabschirmung, die von der ersten Folienabschirmung durch einen Isolator getrennt ist, umgibt einen Teil des Durchmessers der ersten Folienabschirmung, was einen zweiten langgestreckten Schlitz beläßt, der sich auf der Länge des Kabels erstreckt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Schlitz in der externen Abschirmung so angeordnet, daß er mit dem Schlitz in der inneren ersten Abschirmung nicht überlappt. Es wird berichtet, daß die strahlenden Abschirmungen aus Kupfer oder Aluminium oder Metallaminaten mit Öffnungen oder anderen Vorrichtungen zum Ermöglichen einer Strahlung ausgebildet sind. Das Patent gibt an, daß die Anwesenheit der Vielzahl von strahlenden Mänteln in dem strahlenden Kabel der Erfindung die Dämpfung des internen TEM- Signals beachtlich vermindert, während Strahlungspegel äquivalent zu herkömmlichen strahlenden Koaxialkabeln bereitgestellt werden. Es gibt auch an, daß die Umgebungsempfindlichkeit des internen TEM-Signals minimiert wird, so daß das Kabel in verschiedenen Installationsumgebungen gleichmäßig funktioniert. Es wurde jedoch festgestellt, daß das externe Signal dieses Kabels anders wäre, wenn es sich über dem Erdboden befindet, und daß, wenn es vergraben ist, das externe Signal durch Schwankungen im Vergrabungsmedium beeinflußt wird. Ferner sind zwei Verlegungsgräben erforderlich, um beide Kabel unterzubringen, wenn sie in einem vergrabenen Sensor in einem Einbruchsdetektor verwendet werden.
Das US-Patent 3 668 573, herausgegeben am 6. Juni 1972, Erfinder Helmut Martin, beschreibt ein Paar von parallelen beabstandeten Leitern, die innerhalb desselben Dielektrikums enthalten sind, das, abgesehen von einem Schlitz, von einer Abschirmung umgeben ist. Es wird berichtet, daß die Abschirmung den Austritt der elektrischen und elektromagnetischen Komponenten des Feldes dort, wo sie sich befindet, sperrt. Der Schlitz ist mit einer Kupferfolie bedeckt, von der behauptet wird, daß sie das elektrische Feld blockiert. Das elektromagnetische Feld tritt durch den Schlitz hindurch. Dieses Kabel ermöglicht, daß das elektrische Feld von einem Leiter direkt zum anderen innerhalb der Abschirmung gelangt, und das elektromagnetische Feld von einem Leiter den anderen mit dem kürzesten möglichen Abstand umgibt. Folglich weist das aufgebaute resultierende elektromagnetische Feld einen kleinen Radius auf, was den Erfassungsabstand einschränkt. Ferner würde das Kabel Spitzen und Nullpunkte im Ansprechen aufweisen, wenn es sich über dem Erdboden befinden würde.
Das UK-Patent 1 466 171, veröffentlicht am 2. März 1977, Erfinder Rolf Johannessen, beschreibt ein einzelnes Koaxialkabel mit einem zentralen Leiter, der von einem dielektrischen Medium umgeben ist, wobei das dielektrische Medium von einer mit einem Schlitz versehenen leitenden Abschirmung umgeben ist. Die Außenfläche der Abschirmung ist mit einem elektrisch leitenden Material mit einer Leitfähigkeit, die geringer ist als jene der Abschirmung, besprüht. Das gesamte Kabel ist dann in einem verlustarmen Schutzmantel eingeschlossen. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel befindet sich keine aufgesprühte Beschichtung über der Abschirmung, sondern der Schutzmantel besteht aus einem Kunststoff, der ein, leitendes Füllmaterial enthält, wie z. B. mit Kohlenstoff gefülltes Polyethylen oder Polyvinylchlorid. Gemäß der in dem Patent beschriebenen Theorie verursachen zwei oder mehrere elektrische Ströme, die entweder in verschiedene Richtungen oder mit verschiedenen Ausbreitungsgeschwindigkeiten fließen, Muster von stehenden Wellen (Spitze und Tal) in dem Feld. Das Patent stellt die Theorie auf, daß eine Kabelübertragungs-Primärmode, die sich mit der normalen Kabelfortpflanzungsgeschwindigkeit bewegt, und eine Übertragungs-Sekundärmode, die durch die Wechselwirkung der elektrischen Ströme in der Außenfläche des äußeren Leiters mit der Erdebene außerhalb des Kabels verursacht wird, existiert. Es wird behauptet, daß die Struktur der Erfindung den in der Außenfläche fließenden Strom dämpft, wobei folglich die Übertragungs-Sekundärmode gedämpft wird, was zu einer Verringerung des Musters von stehenden Wellen führen sollte. Wenn diese Struktur in einem Sensor verwendet wird, erfordert sie natürlich die Verwendung von zwei Kabeln und somit die Verlegung in zwei Gräben.
In jedem Fall, in dem Sensoren unter Verwendung der vorstehenden Erfindungen aus beabstandeten vergrabenen Koaxialkabeln ausgebildet werden, tritt eine unsymmetrische und symmetrische bifilare Fortpflanzung zwischen den Abschirmungen der zwei strahlenden Kabel auf. Es wurde festgestellt, daß diese Fortpflanzungsmoden von den Eigenschaften der Umgebung abhängen und. Spitzen und Täler im Ansprechen verursachen.
Im US-Patent 4 383 225, herausgegeben am 10. Mai 1983, Erfinder Ferdy Mayer, ist ein Koaxialkabel beschrieben, das eine innere leitende und eine zwischenliegende magnetische Absorptionsschicht und äußere leitende Schichten aufweist, die die Reihenimpedanz für den Weg zwischen den zwei leitenden Mänteln erhöhen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird angegeben, daß eine äußere magnetische Absorptionsschicht vorliegt, die die Impedanz der äußeren Oberfläche der Abschirmung des Koaxialkabels erhöht. Es wird behauptet, daß diese Struktur den Durchtritt von Hochfrequenz- Störfeldern in das Kabel beseitigt, wobei sie die Üertragung von Signalen innerhalb des Kabels stören würden. Das Kabel eignet sich nicht zur Verwendung in einem Erkennungssystem mit verlustbehaftetem Kabel, da die Bereitstellung eines Austrittsschlitzes oder eines Austrittslochs das Ziel der Erfindung, das heißt, Felder von der Störung des internen Leitungssignals abzuhalten, vernichten würde. Ferner ist keine Vorrichtung zum Behandeln einer bifilaren Fortpflanzung beschrieben, und es wären zwei Gräben erforderlich, wenn es als Sensor in einem Einbruchserkennungssystem mit verlustbehaftetem Kabel verwendet werden würde.
Das US-Patent 4 371 742, herausgegeben am 1. Februar 1983, Erfinder William A. Manly, beschreibt mehrlagige Abschirmungen für Übertragungsleitungen zum Blockieren der Strahlung von elektromagnetischen Feldern von Starkstromleitungen. Eine doppellagige Abschirmung wird verwendet, die aus einer inneren Schicht aus Kupfer und einer äußeren Schicht, die mit ferromagnetischen oder fernmagnetischen Materialien gefüllt ist, besteht; der Mantel kann auch mit ferromagnetischen Teilchen gefüllt sein. Die Dicke der Leistungsabsorptionsschicht wird so eingestellt, daß sie in derselben Größenordnung liegt wie die Eindringtiefe. Von der EMI-Abschirmung wird behauptet, daß sie 90,4% der abgestrahlten Leistung eines RF-Stroms von 66 MHz absorbiert. Aus demselben Grund wie mit Bezug auf das Patent von Mayer beschrieben, eignet sich dieses Kabel nicht zur Verwendung in einem Sensor oder als verlustbehaftetes Kabel.
Das US-Patent 4 323 721, herausgegeben am 6. April 1982, Erfinder John W. Kincaid et al., beschreibt ein Paar von Koaxialkabeln in einer einzigen Einheit unter Verwendung einer sogenannten Siamesenkonstruktion. Jedes der Koaxialkabel ist vollständig von einer Abschirmung umgeben; jedes der Kabel ist innerhalb der Arme eines (im Querschnitt) S-förmigen Isolators enthalten, der beide Kabel trennt. Das Patent gibt an, daß die versetzte Art der Abschirmung und die isolierten Schichten des abgeschirmten Elements eine Bedeckung mit der Abschirmung von 100% und eine ausgezeichnete elektrische Isolation zwischen den Kabelschaltungen ermöglicht. Diese Struktur kann nicht in einem System mit verlustbehaftetem Kabel verwendet werden, da keine Stelle vorhanden ist, damit das elektromagnetische Feld durch die Abschirmungen hindurchtritt.
Das US-Patent 3 906 492, herausgegeben am 16. September 1975, Erfinder Jean- Raymond Narbaits-Jaureguy et al., beschreibt einen Doppelkabelsensor, wobei jeder Leiter in einem dielektrischen Medium versenkt ist und durch einen sehr kurzen einzelnen Metallstreifen getrennt ist, der als teilweise Abschirmung wirkt und die zwei Leiter ein wenig gegenseitig entkoppelt. Die gesamte Anordnung ist auf einer Metallunterlage angeordnet, die mit der Abschirmung verbunden ist und die nach oben gerichtete Strahlung von den Leitern unterstützt. Der Radius des elektromagnetischen Feldes ist sehr kurz. Der Bereich einer solchen Struktur ist sehr klein und es besteht eine sehr hohe Dämpfung. Ferner würde diese Struktur" wenn sie vergraben ist, stark von dem Umgebungsmedium abhängen, da das elektrische Feld, das aus dem Kabel austritt, verursacht, daß das Ansprechen stark von der Umgebung abhängt; es besteht eine enge kapazitive Kopplung mit dem Vergrabungsmedium. Somit kann der Sensor aufgrund der hohen Dämpfung und zum Minimieren von Schwankungen im Umgebungsmedium, das seine Empfindlichkeit beeinflußt, nur für kurze Längen zuverlässig verwendet werden.
In der Beschreibung des Patents der Vereinigten Staaten mit der Nummer 4 339 733, das am 13. Juli 1982 veröffentlicht wurde, wurde ein strahlendes Kabel mit einem zentralen Leiter, einem dielektrischen Kern, der den Leiter umgibt, und einer Vielzahl von externen Abschirmungen, die strahlende Mäntel genannt werden und koaxial um den Leiter entlang der Länge des dielektrischen Kerns angeordnet sind, vorgeschlagen. In einigen der Ausführungsbeispiele ist die äußere externe Abschirmung spiralförmig gewickelt, damit sie eine Induktivität aufweist.
Allgemein weisen die nachstehend zu beschreibenden Kabel Signale, die sich entlang des inneren Koaxialkabels ausbreiten, und Signale, die sich entlang der Außenseite der Kabelstruktur ausbreiten, auf. Die zwei Signale sind hauptsächlich magnetisch gekoppelt, aber sie sind ansonsten getrennt. Die Struktur des externen Leiters ist wichtig. Er ist in mindestens zwei Komponenten aufgeteilt: eine erste (innere) externe Abschirmung und eine zweite externe Abschirmung. Sie sind so ausgelegt, daß die magnetische Kopplung betont wird, während die kapazitive Kopplung minimiert wird. Sie begrenzen auch den UKW-Leitungsstrom zwischen der äußeren Oberfläche des zweiten externen Leiters und der inneren Oberfläche des ersten externen Leiters.
Nachstehend wird eine verlustbehaftete Kabelstruktur beschrieben, die als Antenne oder als Einbruchsdetektorsensor entweder vergraben in einem einzelnen Graben oder über dem Erdboden verwendet werden kann und die Empfindlichkeitsschwankungen aufgrund der Umgebung im wesentlichen beseitigt. Dies wird durch im wesentlichen Blockieren des Austritts des elektrischen Feldes aus dem Kabel, aber Ermöglichen, daß Magnetfelder ausdringen, und durch wesentliches Verlangsamen der Geschwindigkeit und Dämpfen des sich extern fortpflanzenden elektromagnetischen Feldes bewirkt.
Es wurde festgestellt, daß die Magnetfeldkopplung gegen Umgebungsbedingungen weniger empfindlich ist als die Kopplung von elektrischen Feldern. Die Kopplung von elektrischen Feldern hängt stark von der relativen Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials, das das Kabel umgibt, ab. Es wurde festgestellt, daß, wenn ein Kabel im Erdboden vergraben wird, sich die Dielektrizitätskonstante drastisch mit dem Erdbodenfeuchtigkeitsgehalt und -frost ändert. Die Magnetfeldkopplung hängt stark von der magnetischen Permeabilität des dielektrischen Materials, das das Kabel umgibt, ab. Da festgestellt wurde, daß die magnetische Permeabilität durch Erdbodenfeuchtigkeit oder -frost nicht verändert wird, wird die magnetische Kopplung nicht durch die Umgebung beeinflußt.
Der äußere Leiter des Kabels bildet eine Übertragungsleitung innerhalb des umgebenden Erdbodens. Diese Übertragungsleitung weist eine Impedanz pro Einheitslänge auf, die zwei Komponenten umfaßt. Die erste Komponente ist die Impedanz der Übertragungsleitung vom Koaxialtyp, die durch den Leiter und das Umgebungsmedium gebildet wird. Diese Impedanz hängt stark von dem Umgebungsmedium ab. Die zweite Komponente ist die Eigenimpedanz des Leiters selbst. Unter Verwendung eines spiralförmigen Leiters kann diese Impedanz signifikant erhöht werden. Die Koaxial- und die Eigenimpedanz befinden sich in Reihe. Indem die Eigenimpedanz im Vergleich zur Koaxialimpedanz groß gemacht wird, wird die resultierende Impedanz der Übertragungsleitung vom Umgebungsmedium unabhängig.
Die äußere Übertragungsleitung weist auch einen Scheinleitwert pro Einheitslänge auf. Dieser Scheinleitwert umfaßt ebenfalls zwei Komponenten. Die erste Komponente ist der Scheinleitwert einer Übertragungsleitung vom Koaxialtyp zwischen der Kabelmanteloberfläche und dem Umgebungsmedium. Dieser Scheinleitwert hängt stark von dem Umgebungsmedium ab. Die zweite Komponente ist der Scheinleitwert der durch den äußeren Leiter und die Oberfläche des Kabelmantels gebildeten Koaxialleitung. Indem der Mantel dick und aus einem Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante hergestellt wird, wird dieser Mantelscheinleitwert relativ zum Erdbodenscheinleitwert sehr klein gemacht. In diesem Fall befinden sich die zwei Scheinleitwerte in Reihe, und durch Erzeugen eines sehr kleinen Mantelscheinleitwerts wird der resultierende Scheinleitwert der Übertragungsleitung pro Einheitslänge von dem Umgebungsmedium unabhängig.
Die Fortpflanzungseigenschaften der externen Übertragungsleitung sind hinsichtlich der Impedanz und des Scheinleitwerts pro Einheitslänge eindeutig definiert. Wenn beide von diesen vom Umgebungsmedium unabhängig sind, dann sind die Fortpflanzungseigenschaften unabhängig. Diese Fortpflanzungseigenschaften und die Kabelkopplung bestimmen die Leistung eines Sensors mit verlustbehaftetem Kabel.
Es wird ein Paar von verlustbehafteten koaxialen Abschirmungen verwendet, von denen eine erste eine stark leitende erste externe Abschirmung ist, die eine Übertragung einer internen Mode mit einer relativ hohen Fortpflanzungsgeschwindigkeit (etwa 79% derjenigen im freien Raum) ermöglicht, und von denen eine zweite eine zweite externe Abschirmung ist, die von der inneren ersten externen Abschirmung isoliert ist. Die zweite externe Abschirmung weist vorzugsweise einen hohen Widerstand und eine hohe Induktivität auf und kann eine hohe (oder kontrollierbare) Permeabilität aufweisen zum Erreichen einer hohen Dämpfung in der zweiten externen Abschirmung und einer wesentlichen Verlangsamung der WellenfortpflanzurLgsgeschwindigkeit auf der äußeren Oberfläche. Die Abschirmungen sperren oder dämpfen wesentlich den Austritt des elektrischen Feldes aus dem Kabel. Es sind auch Vorrichtungen zum Bewirken, daß das elektromagnetische Feld aus dem Kabel ausdringt, enthalten.
Der Kabelmantel weist vorzugsweise eine niedrige Dielektrizitätskonstante (relative Dielektrizitätskonstante) auf, um die Nebenschlußkapazität zum umgebenden Vergrabungsmedium zu verringern. Es werden weitere Vorrichtungen verwendet, um die Geschwindigkeit der Fortpflanzung von elektromagnetischen Wellen außerhalb des Kabels wesentlich zu verlangsamen. Es wurde festgestellt, daß das resultierende Kabel gegen die Eigenschaften der Umgebung unempfindlicher ist als existierende Kabel und ermöglicht, daß dasselbe Kabel in einem umfangreich veränderlichen Vergrabungsmedium verwendet wird.
Man kann die Impedanz der zweiten externen Abschirmung erhöhen, ohne den internen Fortpflanzungsweg zu beeinflussen, indem zwischen der ersten und der zweiten externen Abschirmung ein Ferritmaterial hinzugefügt wird.
Es werden Vorrichtungen zum Verändern der Permeabilität innerhalb des Kabels beansprucht und beschrieben, wobei somit die Induktivität gesteuert wird und die Steuerung der Geschwindigkeit des elektromagnetischen Signals, das in der externen Abschirmung und im Mantel übertragen wird, erleichtert wird. Der zentrale Kabelkern und die zweite externe Abschirmung können beispielsweise bis zur Sättigung vorgespannt werden. Indem ein Gleichstrom die Spule der zweiten externen Abschirmung hinabgleitet wird, was ein sekundäres Gleichstrom-Magnetfeld innerhalb des Kabels aufbaut und die Kabelpermeabilität ändern kann, kann der Ort von irgendwelchen Nullpunkten und Spitzen im Ansprechen, die auftreten könnten, geändert werden, so daß sie mit anderen Spitzen und Nullpunkten kombiniert werden, was somit das Ansprechen glättet. Indem ein Wechselstrom die Spule hinabgeleitet wird, wird ein sich schnell änderndes Feld aufgebaut, was somit irgendwelche Spitzen und Nullpunkte mittelt, was ihre Wirkung in Wirklichkeit aufhebt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt eine verlustbehaftete Koaxialkabelstruktur einen inneren Leiter, ein Dielektrikum, das den inneren Leiter umgibt, eine erste externe Abschirmung mit einer geringen Reihenimpedanz bei UKW-Frequenzen, die das Dielektrikum umgibt, eine Vorrichtung zum Koppeln eines Magnetfeldes durch die erste externe Abschirmung, eine die erste externe Abschirmung umgebende zweite externe Abschirmung mit einer hohen Reihenimpedanz relativ zur Reihenimpedanz der ersten externen Abschirmung, und eine Vorrichtung zum Begrenzen des UKW-Leitungsstroms zwischen den Abschirmungen, was effektiv die Trennung der internen und externen Fortpflanzungsfelder der Kabel bewirkt.
Die externen Abschirmungen sind so angeordnet, daß die erste externe Abschirmung mit geringer Reihenimpedanz die zweite externe Abschirmung mit hoher Reihenimpedanz nicht kurzschließt, wobei somit die internen und externen Fortpflanzungsfelder des Kabels getrennt werden. Eine Möglichkeit zum Erreichen dieses Ergebnisses besteht darin, einen dünnen Halbleiter- oder Isolationsmantel zwischen den zwei Abschirmungen anzuordnen. Eine zweite Möglichkeit besteht darin sicherzustellen, daß die Eindringtiefen bei UKW in den zwei Abschirmungen angemessen sind, um die zwei Signale effektiv zu trennen. Das externe Signal, das sich auf der Außenseite der zweiten externen Abschirmung fortpflanzt, und das interne Signal, das sich auf der ersten externen Abschirmung fortpflanzt, werden dadurch effektiv getrennt.
Im allgemeinen besteht gemäß der in Anspruch 1 beanspruchten Erfindung das verlustbehaftete Kabel aus einem inneren Leiter, einem Dielektrikum, das den inneren Leiter umgibt, und einer mit einer Öffnung versehenen externen leitenden Abschirmung, die das Dielektrikum umgibt, wobei ein interner Forlpflanzungsweg mit einer niedrigen Fortpflanzungskonstante bereitgestellt wird, und welche ferner eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines externen Fortpflanzungsweges mit einer hohen Fortpflanzungskonstante umfaßt. Der externe Fortpflanzungsweg besteht aus einem Element mit hoher Reihenimpedanz, das hauptsächlich ohmisch, hauptsächlich induktiv oder beides sein kann.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht der externe Fortpflanzungsweg aus einem Element mit verteilter niedriger Nebenschlußkapazität, das vorzugsweise aus einem dicken Mantel ausgebildet ist, der aus einem Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante besteht.
Das vorstehend angeführte einzelne verlustbehaftete Koaxialkabel wird nachstehend genauer beschrieben und kann als Antenne in Bergwerken oder in anderen Umgebungen verwendet werden, die in der Vergangenheit unter übermäßigen Nullpunkten und Spitzen gelitten haben, wobei der Empfang der elektromagnetischen Energie jeweils verschwand oder als übermäßig befunden wurde.
Gemäß dem Sensorausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die bifilare Übertragungsmode, die zu einer übermäßigen Empfindlichkeitsabhängigkeit vom Vergrabungsmedium oder von der Umgebung geführt hat, im wesentlichen beseitigt.
Dies wurde durch Bereitstellung einer einzigen Kabelstruktur erreicht, wobei die ersten 7. externen Abschirmungen eines Paars von verlustbehafteten Koaxialkabeln, die jeweils im allgemeinen ähnliche Eigenschaften aufweisen wie das vorstehend beschriebene einzelne Kabel, entlang ihrer Längen entweder durchgehend oder zumindest an mehreren Stellen für jede Wellenlänge entlang des Kabels kurzgeschlossen sind. Die zweite externe Abschirmung umgibt beide Kabel zusammen. Es wird eine Vorrichtung zum Begrenzen des UKW-Stromflusses zwischen der ersten und der zweiten externen Abschirmung bereitgestellt, z. B. durch Isolieren der zweiten externen Abschirmung von der ersten externen Abschirmung. Da die ersten externen Abschirmungen kurzgeschlossen sind, kann der Sensor als einzelne Doppelkabeleinheit hergestellt werden, was die Bereitstellung von nur einem einzigen Verlegungsgraben erfordert.
Vorzugsweise wird die Kabelstruktur in Siamesenkenstruktion hergestellt, das heißt, mit einer ersten externen Abschirmung mit einem S-förmigen Querschnitt, von der jeder der Arme eine mit Spalt versehene Abschirmung bildet, die eines der Dielektrika umgibt. Im Gegensatz zum Kincaid-Patent wird eine einzelne erste externe Abschirmung verwendet, um beide Koaxialkabel im wesentlichem zu umgeben. Außerdem wird die erste externe Abschirmung mit Schlitz belassen. Eine zweite, stark induktive und hochohmige externe Abschirmung ist vorzugsweise von der ersten externen Abschirmung isoliert und umgibt diese vollständig. Die Spalte sind so angeordnet, daß eine direkte Kopplung zwischen einer aus den zwei langgestreckten Leitern gebildeten Übertragungsleitung und den ersten externen Abschirmungen vermieden wird. Das Magnetfeld, das aus einem Spalt austritt, koppelt durch die zweite Abschirmung, was ein relativ starkes elektromagnetisches Feld außerhalb des Kabels erzeugt.
Zumindest die Innenseiten der inneren mit Spalt versehenen Abschirmungen, die jedes der Koaxialkabel umgeben, sind stark leitend und sind vorzugsweise aus einer stark leitenden, mit Polyester verstärkten Folie ausgebildet. Drähte können in elektrischem Kontakt mit der Folie hinzugefügt werden, um die Anschlüsse zu erleichtern und einen geringeren Widerstand vorzusehen, insbesondere bei niedrigen Frequenzen. Die Drähte können entweder innerhalb oder außerhalb des Folienbandes liegen. Die externe Abschirmung wird aus verlustbehaftetem leitenden Material vorzugsweise mit hoher Permeabilität ausgebildet, welches eine Spule bildet, wie es z. B. bezüglich des Ausführungsbeispiels des einzelnen Kabels beschrieben wurde. Ein äußerer Mantel hält die gesamte Anordnung in einer einheitlichen Kabelstruktur zusammen. Der Mantel sollte eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweisen.
Im allgemeinen besteht gemäß der in Anspruch 11 beanspruchten Erfindung die Form der verlustbehafteten Doppelkabelstruktur der Erfindung aus einem Paar von beabstandeten, parallelen, langgestreckten Leitern, einem Dielektrikum, das jeden der Leiter umgibt, separaten ersten externen leitenden Abschirmvorrichtungen, die den Hauptteil von jedem der Dielektrika umgeben, wobei die Abschirmvorrichtungen entlang des Kabels parallel zum Paar von Leitern kurzgeschlossen sind, einer zweiten externen Abschirmvorrichtung, die jede der ersten externen Abschirmvorrichtungen umgibt, einer Vorrichtung, die zu den externen Abschirmvorrichtungen gehört, zum selektiven Koppeln von Magnetfeldern, die jeden der langgestreckten Leiter (7A, 7B) umgeben, durch die ersten und zweiten umgebenden externen Abschirmvorrichtungen, und einer Vorrichtung zum Trennen der einzelnen betreffenden zweiten externen Abschirmvorrichtung um einen Abstand, der ein Bruchteil des Durchmessers der zweiten externen Abschirmvorrichtung (18) ist, die beide ersten externen Abschirmvorrichtungen umgibt.
Vorzugsweise besteht die zweite externe Abschirmung aus einem Material mit hoher Reihenimpedanz, das beide der ersten externen leitenden Abschirmvorrichtungen umgibt und von diesen isoliert ist, wobei die ersten (inneren) leitenden Abschirmvorrichtungen miteinander in leitendem Kontakt stehen. Die ersten externen Abschirmvorrichtungen enthalten darin vorzugsweise langgestreckte Spalte entlang von jedem der Kabel, um die elektromagnetischen Felder, die die zentralen Leiter umgeben, durch die ersten Abschirmvorrichtungen zu koppeln. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die ersten externen Abschirmvorrichtungen als einzelne Abschirmung mit einem S-förmigen Querschnitt mit Armen ausgebildet, die die Dielektrika, welche jeden der Kabelleiter umgeben, enthalten und mit diesen in Kontakt stehen. Die erste externe Abschirmvorrichtung in der S-förmigen Gestalt kann selbst die Vorrichtung zum Verhindern des Durchtritts des elektrischen Feldes bilden, wie nachstehend genauer beschrieben wird.
Das Ergebnis ist die Ausbildung eines Sensors mit verlustbehaftetem Kabel, der eine wesentlich verlangsamte Fortpflanzungsgeschwindigkeit der externen elektromagnetischen Felder aufweist und im wesentlichen unempfindlich gegen Schwankungen der dielektrischen Eigenschaften seiner Umgebungen ist, welcher in einem einzelnen Graben versenkt werden kann oder auf oder über dem Erdboden angeordnet sein kann, und ein wesentlich gleichmäßigeres Ansprechen aufweist als Kabel des Standes der Technik, wobei die hohen Spitzen und Nullpunkte der Strukturen des Standes der Technik vermieden werden.
Es sollte beachtet werden, daß, obwohl hierin eine Terminologie verwendet wird, die am engsten mit einem Übertragungskabel verbunden ist, die Beschreibung aufgrund der Gegenseitigkeit gleichermaßen auf ein Empfangskabel anwendbar ist.
Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen offenbaren eine vorher vorgeschlagene Anordnung und mit Hilfe eines Beispiels die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen gekennzeichnet ist, deren Bedingungen den Umfang des hierdurch erteilten Schutzes festlegen.
In den Zeichnungen gilt:
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das Kabel des Standes der Technik in einem Einbrucherkennungssystem mit verlustbehaftetem Kabel darstellt,
Fig. 2 ist eine vertikale Schnittansicht der Erde durch eines der vergrabenen Kabel, das durch ein Volumen des Vergrabungsmediums verläuft, das eine höhere Dielektrizitätskonstante und Leitfähigkeit aufweist als der Rest des Vergrabungsmediums,
Fig. 3 ist ein Ansprechdiagramm des in Fig. 2 gezeigten Kabels,
Fig. 4 ist ein Ansprechdiagramm einer Antenne oder eines Sensors mit verlustbehaftetem Kabel über dem Erdboden,
Fig. 5 ist ein Schnitt eines einzelnen Kabels, das bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird,
Fig. 6 ist ein Schnitt des inneren Teils des Kabels von Fig. 5, der eine Struktur zum Verzerren des elektromagnetischen Feldes zeigt,
Fig. 7 ist eine perspektivische und aufgeschnittene Darstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels eines einzelnen Kabels gemäß dieser Erfindung,
Fig. 8A und 8B stellen verschiedene alternative Formen von externen Abschirmungen dar,
Fig. 8C stellt in Kantenansicht eine weitere alternative Form einer externen Abschirmung dar,
Fig. 9 ist ein Schnitt eines Einbruchsdetektor-Doppelkabelsensors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung der Grundform des in Fig. 5 gezeigten Kabels,
Fig. 10 ist ein Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels des Doppelkabelsensors,
Fig. 11 ist ein Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
Fig. 12 ist ein Kurvenbild, das Störungen, die mit dem Stand der Technik und der vorliegenden Erfindung verbunden sind, mit dem Abstand der Kabel, die einen Sensor in einem Einbrucherkennungssystem bilden, darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Wenn man sich zuerst Fig. 1 zuwendet, ist ein Sensor, der in einem Einbruchserkennungssystem verwendet wird, in schematischer Form dargestellt. Der Sensor besteht aus einem verlustbehafteten Koaxialkabel 1, mit dessen einem Ende ein Sender 2 verbunden ist. Parallel zu und beabstandet von dem verlustbehafteten Koaxialkabel 1 ist ein zweites verlustbehaftetes Koaxialkabel 3 angeordnet, mit dessen einem Ende ein Empfänger 4 verbunden ist. Die verlustbehafteten Koaxialkabel werden typischerweise unter Verwendung einer Kupfergeflechtabschirmung mit offener Bindung oder einer mit Schlitz versehenen oder mit Öffnung versehenen ungeflochtenen Abschirmung ausgebildet und sind gewöhnlich abgestuft, um das Feld, das durch ein Kabel aufgebaut wird und beide umgibt, mit dem Abstand vom Sender so konstant wie möglich zu halten. Die Kabel sind typischerweise um z. B. 3-8 Fuß getrennt und werden etwa einen Fuß unterhalb der Oberfläche der Erde vergraben.
Ein typisches Einbruchserkennungssystem der Art, die solche Kabel verwendet, ist im US-Patent 4 091 367, herausgegeben am 23. Mai 1978, Erfinder R. Keith Harman, beschrieben. Die Schlitze oder Öffnungen in den Kabeln öffnen sich fortschreitend vom Sender und Empfänger zu den fernen Enden des Kabels, um die Dämpfung in den Kabeln zu kompensieren. Diese Kompensation wird Abstufung genannt.
Wenn man sich nun Fig. 2 zuwendet, ist das abgestufte Kabel 1 unterhalb der Oberfläche der Erde 5 vergraben dargestellt. Das Kabel verläuft beispielsweise durch einen Bereich 6 mit höherer Dielektrizitätskonstante und höherer Leitfähigkeit (höherem Verlust), wie z. B. nassem Erdboden, wobei der Rest des Vergrabungsmediums trockener Sand ist.
Fig. 3 stellt das Ansprechen des Beispielkabels von Fig. 2 dar. Es ist zu sehen, daß in einem zweckmäßig abgestuften System das mittlere Ansprechen 6A ziemlich gleichmäßig ist, außer in dem Bereich 6B mit einer hohen Dielektrizitätskonstante und höherer Leitfähigkeit, wo das mittlere Ansprechen signifikant verringert ist. Somit wäre in diesem Bereich 6B das System, das das Kabel verwendet, beträchtlich weniger empfindlich und hätte eine signifikant geringere Fähigkeit, einen Eindringling zu erkennen.
In allgemeineren Medien mit hohem Verlust könnten Bereiche vorliegen, wobei Bereiche mit geringerem Verlust vorhanden sind, wo das Ansprechen übermäßig hoch wird, was die Erkennung von Personen oder Fahrzeugen in einem unerwarteten Abstand von den Kabeln verursachen würde, was somit Fehlalarme verursacht.
Periodische Empfindlichkeitsspitzen und -nullpunkte treten häufig entlang der Sensorkabel auf, wie in Fig. 4 gezeigt, insbesondere bei Kabeln über dem Erdboden. Das Spitze-Nullpunkt-Verhältnis scheint am vorderen Ende des Systems wegen der Vorwärtsfortpflanzung höher zu sein und nimmt in Richtung des fernen Endes allmählich ab, wie in Fig. 4 gezeigt. Die Rückwärtswellenfortpflanzung erzeugt jedoch ein zunehmendes Spitze-Nullpunkt-Verhältnis in Richtung des fernen Endes (nicht dargestellt). Das Summenansprechen wäre die Summe der zwei Ansprechkurven. Dieses Phänomen wird mit abnehmender Dämpfung und erhöhter Fortpflanzungsgeschwindigkeit, die mit den externen bifilaren und monofilaren Moden verbunden ist, verstärkt.
Wie vorher angemerkt wurde, könnten Kabel in Einbruchsdetektoren nicht zuverlässig über dem Erdboden verwendet werden, oder tatsächlich könnten Antennen mit verlustbehaftetem Kabel nicht zuverlässig über dem Erdboden bei typischen Frequenzen von 30-100 MHz verwendet werden, da extreme Spitzen und extreme Nullpunkte im Ansprechen beobachtet werden. Daher könnte ein Eindringling mit der Kenntnis der Stellen der Nullpunkte durch das System hindurchgehen. Ebenso könnte in einem Übertragungssystem, d. h. in einem Tunnel, in den Nullpunktbereichen keine Übertragung bewirkt werden, was die Synchronisation des Senders und der Empfänger unterbrechen könnte, einen Verlust der Steuerung einer funkferngesteuerten Vorrichtung verursachen könnte und gefährliche Bedingungen für den Betrieb von Vorrichtungen, die von der elektromagnetischen Übertragung abhängen, erzeugen könnte.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Wirkung der Umgebung auf die Kabel wesentlich abgeschwächt, nämlich ausreichend, so daß ein gleichmäßiges Ansprechen im wesentlichen ohne Spitzen und Nullpunkte beobachtet wird. Wenn ein Doppelkabelsensor gemäß dieser Erfindung über dein Erdboden verwendet wird, wäre folglich ein Eindringling außerstande, ihn zu umgehen, da die Nullpunkte und Spitzen signifikant verringert sind, und Fehlalarme, die durch eine übermäßige Empfindlichkeit verursacht werden, können im wesentlichen vermieden werden. In dem Doppelkabelsensor, der vergraben ist, wird eine wesentliche Unabhängigkeit des Umgebungsmediums erhalten, was zu einem konstanten mittleren Ansprechen in einem abgestuften Kabel oder zu einem gleichmäßig abnehmenden mittleren Ansprechen in einem nicht abgestuften Kabel führt.
Fig. 5 ist ein Querschnitt des einzelnen verlustbehafteten Kabels, das bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie in Anspruch 1 beansprucht, verwendet wird. Das Kabel besteht aus einem zentralen Leiter 7, der von einem Dielektrikum 8 umgeben ist. Das Dielektrikum ist von einer ersten externen Abschirmung 9 umgeben, die von einem dünnen Isolations- oder Halbleitermantel 10 umgeben ist. Der dünne Mantel 10 ist von einer zweiten externen Abschirmung 11 umgeben, die vorzugsweise von einem Schutzmantel 12 umgeben ist. In der Tat kann der Trennmantel 10 in Abhängigkeit von den für die erste und zweite externe Abschirmung ausgewählten Materialien weggelassen werden. Wenn die Eindringtiefen der Leiter bei den UKW-Frequenzen der übertragenen Signale beispielsweise geringer sind als die Dicke der Abschirmungen, kann der Mantel beseitigt werden. Diese Strukturen erfüllen die Funktion der Begrenzung des UKW-Stromflusses zwischen der ersten und der zweiten externen Ab Schirmung.
Es ist eine Struktur integriert, so daß das elektromagnetische Feld infolge eines UKW- Radiofrequenzsignals, das durch das Kabel übertragen wird und den zentralen Leiter 7 umgibt, durch die erste externe Abschirmung gekoppelt wird. Dies kann durch Vorsehen von Öffnungen, die in Form eines einzelnen langgestreckten Schlitzes vorliegen können, in der ersten externen Abschirmung erreicht werden.
Zumindest die Außenseite des zentralen Leiters 7 sollte stark leitend sein, ebenso wie zumindest die Innenseite der ersten externen Abschirmung 9. Die zweite externe Abschirmung 11 sollte jedoch eine hohe Reihenimpedanz aufweisen und ist vorzugsweise sowohl hochohmig als auch stark induktiv, kann jedoch eines von beiden sein. Der Mantel 12 wird vorzugsweise aus einem Material mit geringer Dielektrizitätskonstante und mit ausreichender Dicke, um eine minimale Kapazität zum Vergrabungsmedium zu erzeugen, beispielsweise einer Dielektrizitätskonstante von zumindest nicht mehr als 1,6 und einem Mantelaußendurchmesser von zumindest ungefähr viermal dem Durchmesser des Außendurchmessers der zweiten externen Abschirmung, ausgebildet.
Da das UKW-Signal typischerweise an der Außenseite des Leiters übertragen wird, kann der zentrale Leiter 7 beispielsweise aus Kupfer oder nützlicherweise aus einem Material mit hoher Permeabilität, wie z. B. rostfreiem Stahl, der mit einer Kupferschicht bedeckt ist, ausgebildet werden. Das Dielektrikum 8 kann geschäumtes Polyethylen sein, das eine relative Fortpflanzungsgeschwindigkeit von 79% in dem Kabel vorsieht. Die erste externe Abschirmung 9 kann aus einer leitenden Folie ausgebildet sein, wie z. B. mit Polyester verstärktem Aluminium, das als Zigarettenfolie auf das Kabel aufgebracht werden kann, die das Dielektrikum 8 bedeckt und parallel zum zentralen Leiter 7 liegt, wobei das Aluminium nach innen gewandt ist. Eine Vielzahl von Drähten (in Fig. 5 nicht dargestellt, aber in den anderen Figuren gezeigt), wie z. B. Stahldrähte mit verzinntem Kupfermantel, können unterhalb der ersten externen Abschirmung und in elektrischem Kontakt mit dem Aluminium mit einem geringen Steigungswinkel um das Dielektrikum gewickelt sein, um die Verbindung mit der Abschirmung zu erleichtern und um die Niederfrequenzleitung zu verbessern. Sie können jedoch alternativ um die Außenseite der ersten externen Abschirmung gewickelt sein oder unter Verwendung einer ausreichend leitenden Folie, wie z. B. Kupfer, weggelassen werden.
Die dünne Schicht 10 kann, falls sie verwendet wird, ein Polyesterband oder ein halbleitendes Kunststoffband sein.
Die zweite externe Abschirmung 11 kann auf verschiedene Arten ausgebildet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel kann sie aus einem Material mit hohem Widerstand und hoher Permeabilität, wie z. B. einem Mumetallband oder rostfreiem Stahl oder mit Polyester verstärktem Eisen, das mit einem hohen Steigungswinkel um das Kabel gewickelt wird, ausgebildet werden. Ein spiralförmiger äußerer Draht, wie z. B. Stahl, umgibt das hochohmige Band, um ein Element mit hoher Induktivität auszubilden.
Der hohe Widerstand und die hohe Induktivität der externen Abschirmung stellen die erforderliche hohe Dämpfung der äußeren Fortpflanzungsmode bereit, um die Geschwindigkeit der sich extern fortpflanzenden elektromagnetischen Welle wesentlich zu verlangsamen.
Mumetall weist einen spezifischen Widerstand von 62 · 10&sup8; Ohm·m und eine relative Permeabilität bei 0,002 Weber/m² von 20000 auf. Ein als Band in der zweiten externen Abschirmung zu verwendendes alternatives Metall ist eine Superlegierung, die beispielsweise einen spezifischen Widerstand von 60 · 10&sup8; Ohm·m und eine relative Permeabilität bei 0,002 Weber/m² von 10&sup5; aufweist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der zweiten externen Abschirmung ist eine Vielzahl von Drähten mit hoher Permeabilität und hohem Widerstand, wie z. B. rostfreiem Stahl, die mit einem hohen Steigungswinkel und einer optischen Bedeckung von 100% spiralförmig um das Kabel gewickelt sind. Das Material der Drähte stellt somit den erforderlichen hohen Widerstand bereit und die große Anzahl an Windungen mit hohem Steigungswinkel stellt die hohe Induktivität bereit. Mit dem Draht mit hoher Permeabilität wird die Induktivität weiter erhöht. Wenn der zentrale Leiter 7 ferner einen Kern mit hoher Permeabilität, wie z. B. rostfreien Stahl, aufweist, wird die Induktivität weiter erhöht.
Überdies wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der in Anspruch 1 beanspruchten Erfindung durch Leiten eines Gleichstroms den Draht hinab, der die zweite externe Abschirmung bildet, oder durch Leiten eines Gleichstroms den Draht hinab, der die äußere Schicht der zweiten externen Abschirmung bildet, ein sekundäres Gleichstrom- Magnetfeld innerhalb des Kabels aufgebaut, die Permeabilität des Kabels kann erhöht werden und, falls erwünscht, kann es tatsächlich magnetisch bis zur Sättigung vorgespannt werden. Folglich kann die Geschwindigkeit der sich extern fortpflanzenden Welle weiter verlangsamt werden und kann tatsächlich mittels des Gleichstroms, der den Induktor der externen Abschirmung hinabfließt, gesteuert werden. Ein Wechselstrom kann statt dessen verwendet werden, um jegliche Spitzen und Nullpunkte, die existieren können, zu mitteln.
Es wurde vorher bemerkt, daß das elektromagnetische Feld innerhalb des Kabels aus dem Kabel ausgekoppelt werden soll. Die Kabelstruktur zwischen und mit dem zentralen Leiter und der ersten externen Abschirmung erfüllt diese Funktion. Die Funktion der zweiten externen Abschirmung besteht darin, sowohl den Austritt des elektrischen Feldes zu blockieren als auch die Geschwindigkeit der sich extern fortpflanzenden elektromagnetischen Welle wesentlich zu verlangsamen und deren Dämpfung zu erhöhen.
Die Kopplung des elektromagnetischen Feldes kann durch verschiedene Vorrichtungen erreicht werden. Die erste externe Abschirmung 9 kann beispielsweise mit einem Schlitz versehen sein, wie im Querschnitt in Fig. 6 dargestellt, oder sie kann ansonsten mit einem Spalt versehen sein. Tatsächlich kann ein beliebiger strahlender Mantel verwendet werden. Fig. 6 stellt den zentralen Leiter 7 innerhalb des Dielektrikums 8 eingebettet und mit der ersten externen Abschirmung 9 bedeckt dar. Die Abschirmung enthält in diesem Fall einen Schlitz 13, der sich parallel zum zentralen Leiter erstreckt. In dem Fall, in dem die erste externe Abschirmung; eine Zigarettenfolie, z. B. ein mit Polyester verstärktes Aluminiumfolienband, ist, wird das Band schmäler gemacht als der Durchmesser des Dielektrikums 8, und wenn es einmal um das Kabel gewickelt ist, wird der Schlitz 13 ausgebildet. Die Struktur außerhalb der ersten externen Abschirmung 9 ist wie vorher beschrieben und ist in Fig. 6 nicht wiedergegeben. Durch fortschreitendes Erhöhen der Größe des Schlitzes kann das Kabel abgestuft werden.
Die erste externe Abschirmung 9 kann auch so ausgebildet werden, daß sie das Dielektrikum 8 vollständig umgibt, aber Löcher, Schlitze usw. entlang des Kabels enthält. Schlitze enthaltende Abschirmungen, die sich zur Verwendung eignen würden, sind im Kanadischen Patent 1 014 245, Figuren A, B, D und E, gezeigt.
Fig. 7 stellt eine teilweise von der Umhüllung befreite Darstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Form der Erfindung eines einzelnen Kabels perspektivisch dar. Der zentrale Leiter 7, der aus Kupfer bestehen kann, aber vorzugsweise rostfreier Stahl mit einem Kupfermantel ist, ist von einem Dielektrikum 8 aus geschäumtem Polyethylen umgeben. Eine erste externe Abschirmung ist aus einer inneren Schicht ausgebildet, die aus einer Zigarettenfolie aus einem mit Polyester verstärkten Aluminiumfolienband 16 besteht. Ein Schlitz 13 erstreckt sich entlang des Kabels parallel zum zentralen Leiter 7.
Um die Verbindung eines Verbindungselements mit dem Kabel zu erleichtern, kann eine Gruppe von Drähten (nicht dargestellt) über oder unter der ersten externen Abschirmung 16 liegen und einen durchgehenden leitenden Kontakt mit dieser herstellen. Das Verbindungselement würde mit den Drähten in Kontakt stehen, welche mit der Abschirmung in Kontakt stehen. Wenn jedoch die Abschirmung ausreichend leitend ist und eine ausreichende Festigkeit aufweist, können die Drähte weggelassen werden.
Falls verwendet, umgibt eine dünne Schicht aus einem isolierenden oder halbleitenden Kunststoff, z. B. ein Polyesterband 17, das Kabel über dem Band 16, welche es von der zweiten externen Abschirmung trennt.
Die zweite externe Abschirmung besteht aus einem Band 18, das aus einem Material mit hohem Widerstand und vorzugsweise mit hohem Widerstand und hoher Permeabilität, wie z. B. Mumetall, Superlegierung oder rostfreiem Stahl, besteht. Das Band 18 ist von Drähten 19 mit hohem Widerstand umgeben, die um die Windungen des Bandes 18 in leitendem Kontakt mit diesen gewickelt sind. Sowohl das Band 18 als auch die Drähte 19 sind mit einem hohen Steigungswinkel (z. B. 70º) gewickelt, um eine hohe Induktivität vorzusehen. Durch Wickeln des Bandes 18 mit einem hohen Steigungswinkel wird ferner der Widerstand erhöht. Die zweite externe Abschirmung bedeckt ein dicker Schutzmantel 12 mit niedriger Dielektrizitätskonstante.
Die Steigungsrichtung der leitenden Drähte 19 kann entweder in derselben oder der entgegengesetzten Richtung wie jener der Drähte, die mit der ersten externen Abschirmung in Kontakt stehen, sein, falls die letzteren Drähte verwendet werden.
Die stark leitende erste externe Abschirmung erfüllt die Funktion der Kopplung des elektromagnetischen Feldes, was ermöglicht, daß die interne Fortpflanzungsmode mit geringer Dämpfung und hoher Geschwindigkeit übertragen wird. Andererseits sperrt die hochohmige und stark induktive zweite externe Abschirmung mit ihrer virtuell 100%igen optischen Bedeckung den Austritt des elektrischen Feldes, verlangsamt die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des äußeren elektromagnetischen Feldes relativ zur Geschwindigkeit des elektromagnetischen Feldes innerhalb des Kabels und stellt eine merkliche Dämpfung des äußeren elektromagnetischen Feldes bereit (z. B. 0,1 bis 1,0 dB pro Meter). Die Kapazität des Kabels zur Umgebung wird durch die Verwendung des dicken Mantels mit geringer Dielektrizitätskonstante auch wesentlich verringert. Dies ist von Bedeutung, wenn das Kabel vergraben wird.
Wenn man einen Gleichstrom (mittels eines Stromgenerators 20) die externe Abschirmung hinabfließen läßt, wird ein sekundäres Magnetfeld innerhalb des Kabels durch die spiralförmige Spule, die durch die Drähte 19 gebildet wird, aufgebaut, und die Permeabilität des Kabels, z. B. die Permeabilität der zweiten externen Abschirmung und des zentralen Leiters, kann bis zur Sättigung verändert werden (beispielsweise zwischen 2000 und 500000). Daher kann der Strom zum Verändern der Geschwindigkeit und zur Dämpfung der äußeren sich fortpflanzenden elektromagnetischen Welle durch Ändern der Impedanz des externen Weges verwendet werden. Sollte eine unvollkommene Konstruktion, Restfehler oder Reflexionen verursachen, daß einige Spitzen und Nullpunkte im Ansprechen beobachtet werden, können sie folglich durch Aufhebung, durch Verändern ihrer Stelle infolge der Veränderung des Stroms in der externen Abschirmung ausgeglichen werden. Tatsächlich kann der Strom zu einem Wechselstrom gemacht werden, um die Wirkung der Nullpunkte und Spitzen zu mitteln und somit aufzuheben. Wenn Regen oder Staub die Geschwindigkeit des externen elektromagnetischen Feldes ändert, kann die Nettogeschwindigkeit mit Hilfe des Gleichstroms korrigiert werden. Die radiale Abklingrate der Stärke des externen Feldes kann auch verändert werden.
Für dieses Ausführungsbeispiel ist es erwünscht, daß ein Isolator oder Halbleiter mit einem viel höheren Widerstand als jenem der zweiten externen Abschirmung zwischen die Abschirmungen eingefügt ist.
Anstatt die zweite externe Abschirmung wie in Fig. 7 gezeigt auszubilden, können eine Vielzahl von parallelen Drähten mit hoher Permeabilität ohne Spalt eng mit einem hohen Steigungswinkel um den Isolator 17 gewickelt werden. Wenn sehr dünne Drähte aus rostfreiem Stahl verwendet werden, weisen sie einen hohen Widerstand auf und ihr hoher Steigungswinkel erzeugt die erwünschte hohe Induktivität.
Andere Formen von zweiten externen Abschirmungen mit hohem Widerstand sind in den Fig. 8A, 8B und 8C dargestellt. In Fig. 8A wird der Widerstand durch Vergrößern der Stromweglänge erhöht. Eine solche Abschirmung ist ausgebreitet dargestellt. Die externe Abschirmung 24, die aus Mumetall oder dergleichen, wie vorher beschrieben, ausgebildet ist, enthält nach innen gerichtete Schnitte 25, wobei die Schnitte von jeder Kante der Abschirmung abwechseln. Es ist zu sehen, daß der entlang der Abschirmung von links nach rechts fließende Strom einen sinusförmigen und daher längeren Weg als sonst nehmen muß, wobei er somit einen erhöhten Widerstand antrifft.
Eine weitere Form der Abschirmung mit höherem Widerstand ist in Fig. 8B gezeigt. In diesem Fall enthält die Abschirmung 24 Schnitte 25, die sich in Richtung der entgegengesetzten Kanten der Abschirmung zueinander erstrecken, wobei schmale Spalte zwischen jedem Paar von Schnitten belassen werden. In diesem Fall fließt der die Länge der Abschirmung hinabfließende Strom durch die schmalen Spalte zwischen den benachbarten Enden der Schnitte, wobei er somit einen erhöhten Widerstand antrifft.
Eine weitere Variation in der externen Abschirmung ist in Fig. 8C dargestellt, wobei die Abschirmung kantenweise dargestellt ist. In dieser Struktur sind kurze Stücke aus Mumetall oder einem anderen geeigneten Material ähnlich Fischschuppen so angeordnet, daß eines das nächste überlappt.
In jedem Fall kann zum Erhöhen der Induktivität ein Draht wie vorher beschrieben spiralförmig um das geschnittene Band, aus dem die Abschirmung besteht, gewickelt werden.
Für die Verwendung als Doppelkabelsensor wird angenommen, daß Schwankungen in der Empfindlichkeit, wie vorher bezüglich Fig. 4 beschrieben, aufgrund einer bifilaren Signalfortpflanzungsmode auftreten, und am stärksten ausgeprägt sind, wenn sich der Doppelkabelsensor in der Luft befindet. Anstatt die Kabel wie im Stand der Technik zu beabstanden, sind gemäß der vorliegenden Erfindung die ersten externen Abschirmungen eines Paars von Kabeln, von denen jedes im allgemeinen ähnlich den vorstehend beschriebenen Kabeln ist, entlang des Kabels kurzgeschlossen. Wenn man sich Fig. 9 zuwendet, ist ein Paar von Kabeln mit zentralen Leitern 7A und 7B von Dielektrika 8A und 8B umgeben. Jedes der Dielehtrika ist von einer ersten externen Abschirmung umgeben, die vorzugsweise aus leitenden Bändern 16A und 16B mit einer ähnlichen Struktur wie vorher beschrieben besteht. Die Bänder sind so angeordnet, daß ihre Spalte 13A und 13B voneinander abgewandt sind. Im allgemeinen sollten die Spalte so angeordnet sein, daß eine direkte Kopplung zwischen den einzelnen Koaxialkabeln vermieden wird.
Die bisher beschriebenen gesamten Strukturen bedeckt ein dünner Isolator 10A, der die Außenseite beider Kabel zusammen, einschließlich der Spalte 13A und 13B, vollständig umgibt, um den UKW-Leitungsstrom zwischen der ersten und der zweiten externen Abschirmung zu begrenzen. Es kann jedoch die Struktur mit ausreichender Eindringtiefe, wie vorher beschrieben, verwendet werden (wenn das sekundäre Magnetfeld nicht verwendet werden soll) und der Isolator 10A weggelassen werden.
Die zweite externe Abschirmung umgibt den Isolator 10A und besteht aus den Materialien, die vorher beschrieben wurden. Sie kann beispielsweise aus einem Band 18A mit hohem Widerstand und hoher Permeabilität, über das mit einem hohen Steigungswinkel Drähte 19A gewickelt sind, bestehen. Die gesamte Struktur ist von einem Mantel 12A mit geringer Dielektrizitätskonstante umgeben.
Die externe Abschirmung blockiert den Austritt des elektrischen Feldes aus dem Kabel und senkt somit mit dem Mantel mit geringer Dielektrizitätskonstante die Kapazität des Kabels zu dem Umgebungsvergrabungsmedium. Indem die Spalte 13A und 13B in entgegengesetzte Richtungen weisen, minimieren sie die direkte Kopplung von einem zentralen Leiter zum anderen.
Die Abschirmungen können in durchgehendem Kontakt stehen oder können entlang ihrer Längen mehrere Male in jeder Wellenlänge, z. B. alle 6 oder 12 Inch, wenn ein Signal von 40 MHz verwendet wird, kurgeschlossen sein.
Fig. 10 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel. Die zentralen Leiter 7A und 7B sind innerhalb der Dielektrika 8A und 8B wie vorher beschrieben enthalten. In diesem Fall umhüllt und enthält jedoch eine einzelne Folie 26 mit einem S-förmigen Querschnitt innerhalb jedes Arms die Struktur des Dielektrikums 8A und des zentralen Leiters 7A bzw. des Dielektrikums 8B und des zentralen Leiters 7B. Drähte zum Anschluß eines Verbindungselements können wie vorher beschrieben verwendet werden.
Die Spalte 27A und 27B befinden sich zwischen den Enden der jeweiligen Arme der S- förmigen Folie und des Rückgrats und erstrecken sich parallel zur Achse des Kabels. Die Anwesenheit der Spalte bewirkt eine Kopplung der elektromagnetischen Felder durch die Abschirmung in jedem der Arme.
Eine Vorrichtung zum Begrenzen des UKW-Leitungsstroms zwischen der ersten und der zweiten Abschirmung, z. B. ein dünner Isolator 10A ähnlich dem vorher mit Bezug auf Fig. 10 beschriebenen, umgibt die Folie 26. Alternativ kann die vorher beschriebene Struktur mit ausreichender Eindringtiefe verwendet werden. Eine zweite externe Abschirmung ähnlich der vorher beschriebenen, die z. B. aus einem Band 18A besteht, das von spiralförmig gewickelten Drähten 19A umgeben ist, umgibt den dünnen Isolator 10. Das Band sollte natürlich hochohmig sein, vorzugsweise eine hohe Permeabilität aufweisen, und die Drähte 19A, die mit einem hohen Steigungswinkel, wie vorher beschrieben, um das Band 18A gewickelt sind, sollten eine hohe Induktivität bereitstellen. Die externe Abschirmung kann in einer beliebigen der vorher beschriebenen Formen vorliegen.
Die zweite externe Abschirmung umgibt ein Mantel 12A, wie vorher beschrieben, der vorzugsweise eine geringe relative Dielektrizitätskonstante aufweist. Es ist jedoch zu erkennen, daß die relative Dielektrizitätskonstante dieses Mantels auch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit beeinflußt und daß eine zu geringe relative Dielektrizitätskonstante (die sich Eins nähert) verursachen kann, daß genau wie bei einem in Luft montierten Sensor wieder Spitzen und Nullpunkte erscheinen. Daher ist es die Kombination einer zweiten Abschirmung mit hoher Impedanz und eines Mantels mit geringer Dielektrizitätskonstante, die den gewünschten Effekt bereitstellt. In einigen Fällen kann die Mantelempfindlichkeit dennoch relativ hoch sein, um die gewünschte Wirkung zu erreichen, solange die Impedanz der zweiten Abschirmung hoch ist. Mit der Verwendung des Begriffs hohe Impedanz bezüglich der zweiten Abschirmung ist gemeint, daß ihre Reihenimpedanz höher ist als jene der Eigenimpedanz mit dem Rückweg.
Die Struktur von Fig. 10, die eine einzelne Form mit S5-Querschnitt für die erste externe Abschirmung verwendet, erzeugt eine Kopplung der elektromagnetischen Felder, die die zentralen Leiter 7A und 7B umgeben, und die elektrischen Felder, die aus den Spalten austreten, werden durch die zweite externe Abschirmung blockiert. Die zweite externe Abschirmung stellt auch eine wesentliche Verlangsamung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des elektromagnetischen Feldes, das aus dem Kabel austritt, bereit. Es ist auch möglich, daß mehr als zwei externe Abschirmung verwendet werden können, um die gewünschten internen und externen Fortpflanzungswege zusammen mit der gewünschten Kopplung zwischen der Antenne und den externen Fortpflanzungsmoden vorzusehen. Der dicke Mantel mit geringer Dielektrizitätskonstante senkt die Kapazität des Kabels zum Vergrabungsmedium weiter.
Da bei den ersten externen Abschirmungen beider Kabel eine einzelne S-förmige Folie verwendet wird, ist die Wirkung die Bereitstellung von kurzgeschlossenen ersten externen Abschirmungen, die Beseitigung der bifilaren Fortpflanzung und der Spitzen und Nullpunkte im Ansprechen, die durch die bifilare Fortpflanzung verursacht werden.
Es wurde festgestellt, daß eben diese hierin beschriebene Struktur, die als Sensor verwendet wird, sowohl unter dem Erdboden erfolgreich vergraben werden kann und gegen das Dielektrikum des umgebenden Vergrabungsmediums und Verlustschwankungen im wesentlichen unempfindlich ist, als auch über dem Erdboden mit wesentlich verringerten Spitzen und Nullpunkten gegenüber den vorher erlebten verwendet werden kann. Das Ansprechen des Kabels ist in beiden Fällen in einem abgestuften Kabel im wesentlichen gleichmäßig und unveränderlich oder gleichmäßig abnehmend von einem Ende eines nicht abgestuften Kabels zum anderen (wobei Reflexionen ignoriert werden). Aufgrund der einheitlichen Konstruktion muß nur ein einziger Graben ausgehoben werden, was die Installationskosten wesentlich verringert. Da das Kabelansprechen so vorhersagbar ist, sind ferner wesentlich verringerte Einstellungen während der Installation des Kabels erforderlich, was die Kosten des Systems weiter verringert. Im Fall einer Anforderung für eine Wartung muß nur ein einzelner Graben aufgegraben werden. Da der Sensor im wesentlichen gegen seine Umgebung unempfindlich ist, werden Schwankungen im Ansprechen mit den Änderungen des Wetters, z. B. Regen, Eis und Schnee, Trockenheit usw., minimiert. Somit kann dasselbe Kabel mit einem vorhersagbaren, zuverlässigen Ansprechen über oder vergraben unter dem Erdboden verwendet werden.
Durch Leiten eines Gleichstroms entlang der externen Kabelabschirmung können Schwankungen in der Geschwindigkeit des sich extern fortpflanzenden elektromagnetischen Feldes, die beispielsweise dadurch verursacht werden, daß das Kabel im Regen naß wird, durch Verändern der Permeabilität und somit der Geschwindigkeit des externen sich fortpflanzenden Feldes kompensiert werden. Dies verändert auch die radiale Abklingrate des externen Feldes.
Die einzelne verlustbehaftete, abstufbare Kabelstruktur ist auch als Antenne entweder unterhalb des Erdbodens oder oberhalb des Erdbodens mit wesentlich verringerten Spitzen und Nullpunkten oder Abnahmen der Empfindlichkeit verwendbar. Durch Verändern der Permeabilität bewegen sich die Spitzen und Nullpunkte, die existieren. Wenn dies mit ausreichend hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird, verschwinden sie effektiv.
Es wurde angenommen, daß es in einem Einbruchserkennungssystem mit einem Sensor mit verlustbehaftetem Kabel der im vorstehend erwähnten Dokument der 1982 Carnahan Conference on Security Technology beschriebenen Art erforderlich war, daß die Sende- und Empfangskabel um ein Minimum von mehreren Malen dem Durchmesser eines Kabels, typischerweise ein Minimum von etwa 18 Inch, getrennt sind. In den vorstehend beschriebenen Kabelausführungsbeispielen, bei denen ein Paar von parallelen zentralen Leitern verwendet wird, werden die Abschirmungen der äquivalenten verlustbehafteten Kabel entlang der gesamten Kabel kurzgeschlossen. In Tests mit den getrennten Kabeln des Standes der Technik wurde festgestellt, daß das Stören (Rauschen) sehr schnell zunimmt, wenn die zwei Kabel nahe beieinander angeordnet werden, und der minimale Abstand für einen annehmbaren Störpegel etwa 18 Inch betrug. Es wurde jedoch überraschend festgestellt, daß die Störung bei der vorstehend beschriebenen Struktur mit kurzgeschlossenen Abschirmungen auf einem sehr niedrigen Pegel liegt.
Es wurde auch überraschend entdeckt, daß separate einzelne verlustbehaftete Koaxialkabel der hierin z. B. bezüglich der Fig. 5-8C beschriebenen Art, anstatt daß sie einen sehr hohen Störpegel aufweisen, ohne Zunahme der Störung auf einen unbrauchbaren Pegel um ein Ausmaß getrennt werden können, das bis zu einem Bruchteil eines Kabeldurchmessers beträgt. Die Abschirmungen der zwei separaten Kabel sollten nicht kurzgeschlossen werden. Der Störwert nimmt von einem niedrigen Pegel zu, wenn die Abschirmungen kurzgeschlossen sind, aber der Doppelkabelsensor ist für einen Trennungsabstand bis zu einem Bruchteil des Durchmessers von einem der Kabel verwendbar.
Bei der Verwendung dieser Struktur nach Anspruch 11 werden enorme Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erhalten. Erstens muß, anstatt zwei Gräben auszuheben, in denen die Sende- und Empfangskabel vergraben werden sollen, nur ein einzelner schmaler Graben ausgehoben werden. Zweitens können die Kabel unter Verwendung von normalen Verfahren hergestellt werden; es ist nicht erforderlich, eine spezielle Art Montagelinie einzurichten, um zwei teilweise hergestellte Kabel mit einer Abschirmung in "S"-Querschnittsform zu kombinieren, wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 10, und es ist auch nicht erforderlich, die Stellen der Abschirmungsschlitze sorgfältig auszurichten, wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 9. Zwei separate identische Kabel, die gemäß der hierin beschriebenen Erfindung des einzelnen Kabels hergestellt werden, können derart miteinander verbunden werden, daß ein Abstand von nicht mehr als einem Bruchteil des Durchmessers von einem Kabel vorliegt, und in einen einzelnen schmalen Graben verlegt werden. Die Kabel können mit Hilfe von Wärmeerweichung der Außenmäntel und Zusammenbringen der Mäntel, woraufhin das Kunststoffmaterial fließt und einen an den anderen bindet, miteinander verbunden werden. Die Kabel könnten alternativ mit Hilfe eines externen elektrisch inerten und nicht porösen Bindestrangs, wie z. B. TYVEC usw., miteinander verbunden werden. Die äußeren Leiter sollten vorzugsweise durch die Kabelmäntel voneinander isoliert werden.
Fig. 11 stellt einen Doppelkabelsensor der in Fig. 5 dargestellten Art für einen Einbruchsdetektor der vorstehend angegebenen Art dar. Eine ausführliche Beschreibung der Struktur von jedem Kabel wurde bereits ausgeführt und eine Wiederholung wird als überflüssig betrachtet. Zwei identische Kabel 100 und 101 sind Seite an Seite, nebeneinander angeordnet, wobei ihre äußeren Mäntel in Kontakt stehen. Die äußeren Mäntel bilden Isolationsbarrieren, so daß der äußere Leiter von einem Kabel den äußeren Leiter des anderen Kabels nicht berührt. Wie vorstehend beschrieben, können die Mäntel entlang einer langgestreckten Linie 102 haften.
Jede der Kabelstrukturen kann alternativ das Ausführungsbeispiel, das mit Bezug auf die Fig. 5 oder 7 beschrieben und gezeigt wurde (vorzugsweise), sein oder wie mit Bezug auf Fig. 8A-8C beschrieben modifiziert sein.
In allen derartigen Fällen sollte der Kabelabstand nicht größer sein als ein Bruchteil des Durchmessers von einem Kabel.
Fig. 12 ist ein Kurvenbild der Störung als Funktion des Kabelabstands für Kabel, wie z. B. die bei Fig. 7 beschriebenen. Aus der Kurve 103 ist zu sehen, daß, wenn der Abstand der Kabel abnimmt, die Störung zunimmt. Bei etwa 18 Inch wird die Störung typischerweise gewöhnlich als so hoch betrachtet, daß ein höherer Störwert untragbar wäre, was die Erkennung von Eindringlingen unmöglich macht. Aus diesem Grund wurde ein Abstand von ungefähr 18 Inch als minimaler tolerierbarer Kabelabstand betrachtet. Tests mit Kabeln, die näher beieinander liegen, haben eine kontinuierliche Zunahme der Störung gezeigt. Dies entspricht noch höheren Störwerten, die mit verlustbehafteten Kabeln der Art des Standes der Technik gemessen werden.
Es wurde überraschend festgestellt, daß bei einem sehr engen Abstand, einem Bruchteil eines Kabeldurchmessers, einzelne isolierte verlustbehaftete Koaxialkabel der hierin beschriebenen Art eine ausgeprägte Abnahme der Störung auf einen sehr niedrigen Pegel aufweisen, wenn der Kabelabstand vergrößert wird, wie auf der äußersten linken Seite der Kurve 103 gezeigt. Eine maximale tolerierbare Störung scheint bei einem Bruchteil des Kabeldurchmessers aufzutreten, und nimmt ab, wenn die Kabel näher zusammen gebracht werden. Ein sehr geringer Störpegel tritt bei der maximalen Nachbarschaft der Kabel auf. Eine minimale Störung tritt bei den mit Bezug auf die Fig. 9 und 10 beschriebenen kurzgeschlossenen Strukturen auf.
Andererseits wurde festgestellt, daß unter Verwendung eines Sensors, der mit gewöhnlichen Formen des Standes der Technik von verlustbehafteten Koaxialkabeln ausgebildet ist, in Einbruchsdetektoren der vorstehend angeführten Art die Störung riesig zunimmt, wenn die Kabel um einen Bruchteil eines Kabeldurchmessers beabstandet angeordnet werden, wie durch die gestrichelte Kurve 104 dargestellt. Diese Kurve stellt sowohl die Zunahme der Störung bei engem Abstand als auch einen viel höheren Gesamtstörwert dar, der von einem Sensor gezeigt wird, verglichen mit einem Sensor unter Verwendung der vorliegenden Erfindung, der durch die Kurve 103 dargestellt ist.
Für den Einsatz können die Enden der zwei Kabel in dem Doppelkabelsensor des vorliegenden Ausführungsbeispiels getrennt werden und Mäntel mit diesen verbunden werden wie bei normalen Koaxialkabeln zur Verbindung mit einem Sender, einem Empfänger, Abschlußimpedanzen oder mit einer Steuer- oder einer anderen Vorrichtung. Der Doppelkabelsensor, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann in einem einzelnen Graben verlegt oder in einer Position parallel zum Erdboden über dem Erdboden gehalten werden, z. B. an einer Wand oder einem Zaun montiert werden. Die Vorteile der mit Bezug auf die Fig. 9 und 10 beschriebenen Strukturen werden dadurch ebenso erhalten.
Es wird angenommen, daß das vorliegende Ausführungsbeispiel, bei dem zwei separate Kabel mit der Struktur von Fig. 7 verwendet werden, aufgrund des sehr hohen Verlusts, der mit der Zweidrahtleitung verbunden ist, die durch die zwei spiralförmig gewickelten äußeren Leiter, die nahe beieinander liegen, erzeugt wird, erfolgreich arbeitet. Der spiralförmig gewickelte äußere Leiter mit hohem Widerstand stellt einen Weg mit hohem Widerstand für die Zweidrahtleitung bereit. Die Dämpfung dieser Leitung wird durch
a = R/2Z&sub0; Neper/Meter
angenähert, wobei R der Gesamtwiderstand von beiden äußeren Leitern pro Meter ist und Z&sub0; der Wellenwiderstand der Zweidrahtleitung ist. Indem die zwei Leiter näher zueinander gebracht werden, verringert sich der Wellenwiderstand 4, wodurch die Dämpfung erhöht wird. Indem die Dämpfung sehr hoch gemacht wird, wird die feste Kopplung, die durch Reflexionen an der Zweidrahtleitung verursacht wird, minimiert.
Personen, die diese Erfindung verstehen, können sich nun verschiedene alternative Strukturen oder Variationen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der hierin beschriebenen Prinzipien vorstellen.
Es ist beispielsweise selbstverständlich, daß die zweite externe Abschirmung aus einem Material mit hohem Widerstand, einem Element mit hoher Induktivität oder einem Material mit hohem Blindwiderstand bestehen kann.
Die erste externe Abschirmung kann beispielsweise eine langgestreckte leitende Folie sein, die der Länge nach entlang des Kabels angeordnet ist, wobei die Kanten der Folie einen Längsspalt bilden, der sich der Länge nach entlang des Kabels erstreckt, oder eine Schicht von beabstandeten Drähten, die spiralförmig mit geringem Steigungswinkel um das Dielektrikum gewickelt sind, und eine langgestreckte leitende Folie in leitendem Kontakt mit den Drähten, die die Drähte umgibt und der Länge nach entlang des Kabels angeordnet ist, wobei die Kanten der Folie einen Längsspalt bilden, der sich der Länge nach entlang des Kabels erstreckt, oder eine innere Schicht, die aus einer langgestreckten leitenden Folie besteht, welche der Länge nach entlang des Kabels angeordnet ist, und eine äußere Schicht, die aus beabstandeten Drähten besteht, die spiralförmig mit geringem Steigungswinkel um die und in leitendem Kontakt mit der leitenden Folie gewickelt sind, wobei die Kanten der Folie einen Längsspalt bilden, der sich der Länge nach entlang des Kabels erstreckt.
Es ist auch selbstverständlich, daß die zweite externe Abschirmung beispielsweise ein Folienband sein kann, das spiralförmig um die erste externe Abschirmung gewickelt ist, oder ein Drahtleiter, der ein Draht mit hohem Blindwiderstand sein kann, welcher spiralförmig mit einem hohen Steigungswinkel um die erste externe Abschirmung gewickelt ist, was das Element mit hoher Induktivität bildet.
Die zweite externe Abschirmung kann beispielsweise aus einer Folie mit einer hohen magnetischen Permeabilität ausgebildet sein, die von einem spiralförmig gewickelten Drahtleiter in leitendem Kontakt mit dieser umgeben ist, was das Element mit hoher Induktivität bildet.
Der innere Leiter kann beispielsweise aus einem Materialkern mit hoher Permeabilität, der mit einer Schicht aus stark leitendem Material bedeckt ist, ausgebildet sein. Bei einem Ausführungsbeispiel besteht der innere Leiter aus einem Stahldraht mit Kupfermantel.
Es ist möglich, daß die Folie der zweiten externen Abschirmung spiralförmig um das Kabel gewickelt wird, wobei überlappende Windungen voneinander isoliert werden, um eine Abschirmung des elektrischen Feldes von virtuell 100% bereitzustellen. Die Verwendung einer zweiten externen Abschirmung in Form einer Folie mit kurzen überlappenden Segmenten, wobei die Segmente voneinander isoliert sind, verhindert im wesentlichen, daß Längsströme durch diese fließen, während eine Abschirmung des elektrischen Feldes von virtuell 100% bereitgestellt wird, wobei die Segmente mit dem spiralförmig gewickelten Drahtleiter in elektrischem Kontakt stehen.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Folie der zweiten externen Abschirmung teilweise in Segmente aufgeteilt und enthält Schnitte durch abwechselnde Seiten, die eine Mäanderlinie bilden.
Bei Anordnungen, bei denen ein interner Fortpflanzungsweg mit einer niedrigen Fortpflanzungskonstante und ein externer Fortpflanzungsweg mit einer hohen Fortpflanzungskonstante vorliegen, kann der externe Fortpflanzungsweg ein Element mit verteilter hoher Reihenimpedanz oder ein Element mit verteilter geringer Nebenschlußkapazität, die entlang des Kabels verteilt ist, umfassen, und das Element mit hoher Impedanz kann eines oder beide eines Elements mit verteilter hoher Induktivität und eines Elements mit verteiltem hohen Widerstand umfassen, eine zweite externe Abschirmung mit hohem Widerstand, die eine erste externe Abschirmung umgibt, und eine Vorrichtung zum Begrenzen des UKW-Leitungsstroms zwischen der ersten und der zweiten externen Abschirmung, oder einen Draht, der spiralförmig mit hohem Steigungswinkel um die erste externe Abschirmung gewickelt ist.
Ferner kann ein Mantel, der das Element mit hoher Induktivität und/oder hohem Widerstand umgibt und eine geringe Dielektrizitätskonstante aufweist, eine Vorrichtung zum Verändern der Permeabilität von einem oder mehreren des inneren Leiters und der externen Abschirmungen, eine Vorrichtung zum Anlegen eines sekundären Magnetfeldes an den inneren Leiter und eine externe Abschirmung zum Verändern ihrer Permeabilität, eine Vorrichtung zum Leiten eines Gleichstroms entlang eines spiralförmig gewickelten Drahtleiters einer zweiten externen Abschirmung oder ein dicker Isolationsmantel, der aus einem Material mit geringer Dielektrizitätskonstante besteht, welcher eine zweite externe Abschirmung umgibt, bereitgestellt werden.
Bei einer Anordnung, bei der eine äußere Abschirmung eines Kabels einen spiralförmig gewickelten Draht umfaßt, kann eine Vorrichtung zum Leiten eines Gleich- oder Wechselstroms den spiralförmig gewickelten Draht hinab vorgesehen sein, um dadurch ein unveränderliches oder veränderliches Magnetfeld aufzubauen und somit die magnetische Permeabilität zu verändern.
Eine zweite externe Abschirmung kann aus einem Folienmaterial mit hohem Widerstand ausgebildet sein, das von einem spiralförmig gewickelten Drahtleiter umgeben ist und mit diesem in leitendem Kontakt steht, welcher ein Element mit hoher Induktivität bildet.
Bei Anordnungen mit ersten externen Abschirmungen können die Abschirmungen an einem Minimum von mehreren Punkten pro Wellenlänge entlang des Kabels kurzgeschlossen sein.
Es kann eine Vorrichtung zum Verändern der Permeabilität der inneren Leiter und/oder der ersten externen Abschirmungen bereitgestellt werden.
Ein sekundäres Magnetfeld kann an die inneren Leiter und an die ersten externen Abschirmungen zum Verändern ihrer Permeabilität angelegt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel mit ersten externen Abschirmungen kann jede erste externe Abschirmung eine Schicht aus Drähten umfassen, die spiralförmig mit einem niedrigen Steigungswinkel um jedes von einer Vielzahl von Dielektrika gewickelt sind, wobei jede Schicht mit einer Folie bedeckt ist, oder jede erste externe Abschirmung kann durch eine Folie um ein Dielektrikum uni eine Schicht von Drähten, die spiralförmig mit einem geringen Steigungswinkel um die Folie gewickelt sind, bereitgestellt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel mit einer zweiten externen Abschirmung kann die zweite externe Abschirmung ein Draht, der spiralförmig mit einem hohen Steigungswinkel um eine Folie mit hohem Widerstand gewickelt ist und mit dieser in Kontakt steht, oder ein Draht mit hohem Blindwiderstand, der mit einem hohen Steigungswinkel um die Struktur gewickelt ist, sein, und eine Vorrichtung zum Begrenzen des UKW-Leitungsstroms zwischen der ersten und der zweiten Abschirmung kann einen dünnen Isolator oder Halbleiter umfassen.
Ein Kabel kann eine zweite externe Abschirmvorrichtung mit hoher Reihenimpedanz und einen Draht, der spiralförmig um das Kabel gewickelt ist, um eine hohe Induktivität zu bilden, aufweisen, und eine erste externe Abschirmvorrichtung kann aus einer inneren Schicht von Drähten ausgebildet sein, die mit einem niedrigen Steigungswinkel um jedes der von einer Folie umgebenen Dielektrika gewickelt sind.
Eine Vorrichtung zum Begrenzen des UKW-Leitungsstroms zwischen der ersten und der zweiten Abschirmung kann eine dünne Isolator- oder Halbleiterschicht umfassen, die die zweite externe Abschirmvorrichtung von der ersten externen Abschirmvorrichtung trennt.
Bei Anordnungen mit zentralen Leitern kann mindestens einer der zentralen Leiter und die erste und zweite externe Abschirmvorrichtung ein Kernmaterial mit hoher Permeabilität, das mit einem Material mit hoher Leitfähigkeit beschichtet ist, umfassen, jeder von einem Paar von ersten Leitern kann aus einem Kernmaterial mit hoher Permeabilität, das mit einem Material mit hoher Leitfähigkeit beschichtet ist, ausgebildet sein, und die zweite externe Abschirmvorrichtung kann ein Material mit hohem Widerstand, das aus einem Material mit hoher Permeabilität ausgebildet ist, unmittelbar unter dem spiralförmig gewickelten Draht umfassen.
Jeder von einem Paar von ersten Leitern kann aus einem Kernmaterial mit hoher Permeabilität ausgebildet sein, welches mit einem Material mit hoher Leitfähigkeit beschichtet ist, die zweite externe Abschirmvorrichtung kann ein Material mit hohem Widerstand, das aus einem Material mit hoher Permeabilität ausgebildet ist, unmittelbar unter dem spiralförmig gewickelten Draht umfassen, und eine Vorrichtung zum Leiten eines Gleichstroms durch den Draht zum Ändern der Permeabilität des Kernmaterials und des Materials mit hohem Widerstand kann bereitgestellt sein. Ein Mantel aus einem Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante kann die zweite externe Abschirmvorrichtung umgeben.
Diese und weitere Merkmale können in einer Vielfalt von Kombinationen miteinander kombiniert werden.

Claims

1. Kabelstruktur mit mindestens einem verlustbehafteten Koaxialkabel (1) mit einem inneren Leiter (7), einem Dielektrikum (8), das den inneren Leiter (7) umgibt, und einer mit einer Öffnung versehenen leitenden Abschirmung (16), die das Dielektrikum (8) umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur zur Einbruchserkennung oder Übertragung vorgesehen ist, daß in dem Kabel (1) ein interner Fortpflanzungsweg mit einer niedrigen Fortpflanzungskonstante und ein externer Fortpflanzungsweg mit einer hohen Fortpflanzungskonstante vorgesehen sind, und daß eine Vorrichtung zum Verändern der magnetischen Permeabilität von einem oder mehreren des inneren Leiters (7) und der leitenden Abschirmung (16) vorgesehen ist, wobei die Reiheninduktivität des Kabels verändert werden kann, wodurch seine Fortpflanzungseigenschaften verändert werden.

2. Kabelstruktur nach Anspruch 1 mit einer ersten externen Abschirmung (9), die das Dielektrikum (8) umgibt, einer zweiten externen Abschirmung (11), die die erste externe Abschirmung (9) umgibt, und einer Vorrichtung (13) zum Ermöglichen, daß eine Kopplung des Magnetfeldes durch die Abschirmungen (9, 11) auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelstruktur zur Einbruchserkennung oder Übertragung vorgesehen ist, daß die erste externe Abschirmung (9) einen niedrigen Widerstand bei UKW-Frequenzen aufweist, daß die zweite externe Abschirmung (11) eine Reihenimpedanz aufweist, die relativ zur Reihenimpedanz der ersten externen Abschirmung hoch ist, wobei die internen und externen Fortpflanzungsfelder getrennt sind, und daß eine Vorrichtung (10) zum Begrenzen des UKW-Leitungsstroms zwischen den ersten und zweiten externen Abschirmungen vorgesehen ist.

3. Verlustbehaftetes Koaxialkabel nach Anspruch 2 mit einem Paar von beabstandeten, parallelen, langgestreckten Leitern (7A, 7B), einem Dielektrikum (8A, 8B), das jeden der Leiter (7A, 7B) umgibt, ersten externen Abschirmungen (16A, 16B), die jeweils zumindest den Hauptteil jedes Dielektrikums (8A, 8B) umgeben, wobei jede erste externe Abschirmung (16A, 16B) Öffnungen (13A, 13B) aufweist, die so angeordnet sind, daß die direkte Kopplung zwischen einer Übertragungsleitung, die aus den zwei langgestreckten Leitern (7A, 7B) besteht, und den ersten externen Abschirmungen (16A, 16B) minimiert wird, wobei die ersten externen Abschirmungen (16A, 16B) entlang ihrer Längen in leitendem Kontakt stehen, einer zweiten externen Abschirmung (18), die die gesamte Struktur umgibt, und einer Vorrichtung (10A) zum Begrenzen der UKW- Leitungsströme zwischen den ersten externen Abschirmungen (16A, 16B) und der zweiten externen Abschirmung (18).

4. Verlustbehaftetes Koaxialkabel nach Anspruch 1 mit einem Paar von beabstandeten, parallelen, langgestreckten Leitern (7A, 7B), einem Dielektrikum (8A, 8B), das jeden der Leiter (7A, 7B) umgibt, einer ersten externen Abschirmung (26) mit einem S-förmigen Querschnitt, die aus einem langgestreckten leitenden Material ausgebildet ist, wobei die externe Abschirmung (26) jedes Dielektrikum (8A, 8B) in einem entsprechenden ihrer Arme umfaßt, wobei jedes Dielektrikum (8A, 8B) von dem leitenden Material der Abschirmung (26) auf einer entgegengesetzten Seite des Rückgrats der S-Form des leitenden Materials der Abschirmung (26) von der anderen unbedeckt ist (27A, 27B), einer zweiten stark induktiven externen Abschirmung (18A, 19A), die die gesamte Struktur umgibt, und einer Vorrichtung (10A) zum Begrenzen des UKW- Leitungsstroms zwischen der ersten (26) und der zweiten Abschirmung (18A, 19A).

5. Verlustbehaftetes Koaxialkabel nach Anspruch 1, mit einem Paar von beabstandeten, parallelen, langgestreckten Leitern (7A, 7B), einem Dielektrikum (8A, 8B), das jeweils jeden der Leiter (7A, 7B) umgibt, ersten externen leitenden Abschirmungen (16A, 16B), die zumindest den Hauptteil von jedem der Dielektrika (8A, 8B) umgeben, wobei die ersten externen leitenden Abschirmungen entlang des Kabels parallel zu dem Paar von Leitern (7A, 7B) kurzgeschlossen sind, einer zweiten externen Abschirmung (18), die beide ersten leitenden Abschirmungen (16A, 16B) zusammen umgibt, einer Vorrichtung (13A, 13B) zum Koppeln von Magnetfeldern, die jeden der zentralen Leiter umgeben können, durch beide erste externe Abschirmungen (16A, 16B), und einer Vorrichtung (10A) zum Begrenzen des UKW-Leitungsstroms zwischen den ersten Abschirmungen (16A, 16B) und der zweiten Abschirmung (18).

6. Sensor für einen Einbruchsdetektor, der ein Paar von verlustbehafteten Koaxialkabeln (100, 101) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Kabel (100, 101) zum Übertragen eines Dauerstrich- oder eines Radiofrequenz-Impulssignals vorgesehen ist, und das andere Kabel (101, 100) zum Empfangen des Signals vorgesehen ist, wobei die Kabel (100, 101) parallel zueinander angeordnet sind und um einen maximalen Abstand getrennt sind, der ein Bruchteil des Durchmessers von einem der Kabel (100, 101) ist.

7. Sensor für einen Einbruchsdetektor, der ein Paar von verlustbehafteten Koaxialkabeln (100, 101) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Kabel zum Übertragen eines Dauerstrich- oder eines Radiofrequenz-Impulssignals vorgesehen ist, und das andere Kabel (101, 100) zum Empfangen des Signals vorgesehen ist, wobei die Kabel (100, 101) parallel zueinander angeordnet sind, und daß die Kabel (100, 101) äußere Isolationsmäntel aufweisen, die entlang im wesentlichen ihrer gesamten Länge miteinander in Kontakt stehen.

8. Sensor nach Anspruch 6, wobei die Kabel (100, 101) aneinander befestigt (102) sind und wobei die Kabel (100, 101) jeweilige äußere Abschirmungen aufweisen, die voneinander isoliert sind.

9. Sensor nach entweder Anspruch 6 oder Anspruch 8, welcher in einem einzelnen Graben vergraben ist, wobei eines des Paars von Kabeln (100, 101) mit einem Radiofrequenz-Gleichwellensender (2) verbunden ist und das andere mit einem Radiofrequenz-Empfänger (4) im Einbruchsdetektor verbunden ist.

10. Sensor nach entweder Anspruch 6 oder Anspruch 8, der in einer Position parallel zum und über dem Erdboden gehalten wird.

11. Verlustbehaftetes Doppel-Koaxialkabel, welches folgendes umfaßt:

(a) ein Paar von parallelen, langgestreckten Leitern (7A, 7B),

(b) ein Dielektrikum (8A, 8B), das jeden der Leiter (7A, 7B) umgibt,

(c) separate erste externe leitende Abschirmvorrichtungen (16A, 16B), die den Hauptteil von jedem der Dielektrika (8A, 8B) umgeben, und

(d) eine zweite externe Abschirmvorrichtung (18), die jede der ersten externen Abschirmvorrichtungen (16A, 16B) umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß folgendes bereitgestellt ist:

(e) eine Vorrichtung, die zu den externen Abschirmvorrichtungen (16A, 16B, 18) gehört, zum selektiven Koppeln von Magnetfeldern, die jeden der langgestreckten Leiter (7A, 7B) umgeben, durch die ersten und zweiten umgebenden externen Abschirmvorrichtungen (16A, 16B, 18), und eine Vorrichtung zum Trennen der einzelnen betreffenden zweiten externen Abschirmvorrichtung (18A) um einen Abstand, der ein Bruchteil des Durchmessers der zweiten externen Abschirmvorrichtung (18) ist, welche beide ersten externen Abschirmvorrichtungen (16A, 16B) umgibt.

12. Doppel-Koaxialkabel nach Anspruch 11 mit einer Vorrichtung (10), die zu den Abschirmvorrichtungen (16A, 16B, 18) gehört, zum Begrenzen des Radiofrequenz- (RF) Leitungsstroms zwischen den ersten externen Abschirmvorrichtungen (16A, 16B) und der zweiten externen Abschirmvorrichtung (18A).

13. Kabel nach Anspruch 1, wobei jede der ersten externen Abschirmvorrichtungen (16A, 16B) aus einer mit einem Spalt versehenen Folie (16) besteht.

14. Kabel nach den Ansprüchen 11, 12 oder 13, wobei der Abstand zwischen den jeweiligen externen Abschirmvorrichtungen mit Hilfe eines Deckmantels (12), der beide zweiten externen Abschirmvorrichtungen. (18A) umgibt, beibehalten wird.