DE3929990C1 - Low ohmic coaxial cable - consists of parallel leads for HF or power pulse transmission - Google Patents
Low ohmic coaxial cable - consists of parallel leads for HF or power pulse transmissionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine niederohmige koaxiale Leitung für Übertragung hoher HF- oder Impulsleistungen.The invention relates to a low-resistance coaxial line for transmission of high RF or pulse powers.
Der Begriff "niederohmig" ist im vorliegenden Zusammenhang so zu verstehen, daß der Wellenwiderstand der koaxialen Leitung um etwa eine Größenordnung kleiner als der für koaxiale Leitungen und Kabel weithin übliche Wellenwiderstand von 50 Ohm liegt. Koaxiale Leitungen mit einem Wellenwiderstand von einigen Ohm werden vor allem zur Übertragung von steilflankigen Impulsen hoher Leistung (z. B. einige Megawatt) benötigt um die Flankensteilheit der Impulse nicht zu verschlechtern.The term "low-resistance" is in the present context to understand that the wave impedance of the coaxial line about an order of magnitude smaller than the most common for coaxial cables Characteristic impedance of 50 ohms. Coaxial lines with a characteristic impedance of a few ohms all for the transmission of steep-edged impulses high Power (e.g. a few megawatts) is required around the slope the impulses do not deteriorate.
Es ist selbstverständlich längst bekannt, daß sich der Wellenwiderstand einer Koaxialleitung durch Parallelschaltung mehrerer Koaxialkabel auf den entsprechenden Bruchteil des Wellenwiderstandes jedes einzelnen Kabels erniedrigen läßt.Of course, it has long been known that the characteristic impedance of a coaxial line through parallel connection several coaxial cables on the corresponding Fraction of the characteristic impedance of each individual cable lowers.
Während sich eine niederohmige koaxiale Leitung in Form einer starren Rohrleitung mit im Verhältnis zum Durchmesser relativ dünnem Dielektrikum zwischen dem den Außenleiter bildenden Rohr und dem entsprechend dicken, gewöhnlich ebenfalls rohrförmigen Innenleiter ohne weiteres verwirklichen läßt, ist es bisher nicht gelungen, eine derartige koaxiale Leitung biegsam oder flexibel, also in Kabelform herzustellen. Da der Innenleiter zur Übertragung der geforderten Leistungen extrem dick sein muß, müßte eine entsprechend dicke Litze verwendet werden, die ihrerseits zur Erzielung der angestrebten Flexibilität einen erheblichen Drall haben muß. Da die Eindringtiefe wegen der Steilflankigkeit der Impulse gering ist, andererseits den übertragenen hohen Leistungen hohe Längsströme entsprechen, treten zwischen den einzelnen Litzendrähten Brandstellen auf. Problematisch ist auch die Herstellung eines Außenleiters entsprechend großen Durchmessers mit ausreichender Flexibilität, sowie die Erzielung einer hoch im Kilovoltbereich liegenden Spannungsfestigkeit des aus Gründen des Wellenwiderstandes relativ dünnen Kabeldielektrikums.While a low-resistance coaxial line is in shape a rigid pipe with in relation to the diameter relatively thin dielectric between the Outer conductor forming tube and the correspondingly thick, usually also tubular inner conductor easily has not been achieved so far, such a coaxial line is flexible or flexible, so to manufacture in cable form. Since the inner conductor for Transmission of the required services can be extremely thick a correspondingly thick wire would have to be used be, which in turn to achieve the desired Flexibility must have a significant twist. Since the Depth of penetration due to the steep slope of the impulses is low, on the other hand the transferred high performance correspond to high longitudinal currents occur between the individual strands of fire. Problematic the production of an outer conductor is also appropriate large diameter with sufficient flexibility, as well achieving a high in the kilovolt range Dielectric strength for reasons of wave resistance relatively thin cable dielectric.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine niederohmige koaxiale Leitung für den genannten Einsatzzweck zu schaffen, die flexibel ist.The invention has for its object a low impedance coaxial cable for the stated purpose to create that is flexible.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the characterizing Part of claim 1 specified Features solved.
Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es erstmals, die Innenleiter und die Außenleiter einer größeren Anzahl von Koaxialkabeln wellenwiderstandsrichtig und mit gleichmäßiger Leistungsaufteilung auf die einzelnen Kabel zusammen- und weiterzuführen, so daß eine niederohmige, flexible koaxiale Leitung geschaffen wird.The present invention succeeds it for the first time, the inner conductor and the outer conductor a larger number of coaxial cables with correct wave resistance and with even power distribution the individual cables together and continue, so that created a low-resistance, flexible coaxial line becomes.
In den Ansprüchen 2 und 3 sind vorteilhafte Weiterbildungen der Leitung angegeben.In the claims 2 and 3 are advantageous developments the line indicated.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Übergangsbereiches zwischen den Enden der flexiblen Kabel und der ankommenden oder weiterführenden starren Leitung ist Gegenstand des Anspruches 4.A particularly preferred embodiment of the transition area between the ends of the flexible cables and the incoming or outgoing rigid line is the subject of claim 4.
Der Anspruch 5 betrifft eine zweckmäßige Ausgestaltung der Kontaktierung der zahlreichen Kabelinnenleiter mit dem gemeinsamen starken Leitungsinnenleiter. The claim 5 relates to an appropriate embodiment contacting the numerous inner cables with the common strong internal manager.
In den Ansprüchen 6 und 7 sind Maßnahmen angegeben, durch die ein Wellenwiderstandssprung im Verbindungsbereich der starren Leitung und der flexiblen Kabel weitgehend vermieden werden kann.In claims 6 and 7 measures are indicated by which a wave resistance jump in the connection area of the rigid line and flexible cable largely avoided can be.
Die Ansprüche 8 und 9 betreffen alternative Ausgestaltungen zur Erzielung der erforderlichen Spannungsfestigkeit auch im Übergangsbereich zwischen der starren Leitung und den flexiblen Kabeln.Claims 8 and 9 relate to alternative configurations to achieve the required dielectric strength also in the transition area between the rigid Line and the flexible cables.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der koaxialen Leitung nach der Erfindung dargestellt. Es zeigtIn the drawing is an embodiment of the coaxial Line shown according to the invention. It shows
Fig. 1 den Verbindungsbereich zwischen der starren Leitung und den flexiblen Kabeln, Fig. 1 shows the connecting portion between the rigid pipe and the flexible cables,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1, Fig. 2 shows a section along the line AA in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 1 und Fig. 3 is a section along the line BB in Fig. 1 and
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie C-C in Fig. 1. Fig. 4 shows a section along the line CC in FIG. 1.
Die niederohmige flexible koaxiale Leitung besteht aus einem den linken Teil der Fig. 1 einnehmenden, starren Leitungsteil 1, an den sich nach links beispielsweise eine Quelle oder ein Verbraucher anschließen kann, sowie einem Bündel 2 parallel geschalteter flexibler Koaxialkabel der dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechenden Länge von z. B. einigen Metern, deren nicht dargestellte andere Enden in gleicher Weise zusammengeführt sind wie die in Fig. 1 gezeichneten Enden.The low-impedance flexible coaxial line consists of a rigid line part 1 , which takes up the left part of FIG. 1, to which, for example, a source or a consumer can be connected to the left, as well as a bundle of 2 flexible coaxial cables connected in parallel of the length corresponding to the respective application e.g. B. a few meters, the other ends, not shown, are brought together in the same way as the ends shown in Fig. 1.
Der starre Leitungsabschnitt 1 umfaßt einen rohrförmigen Innenleiter 3, der in einer geschlossenen Stirnfläche 3 a endet, ein Leitungsdielektrikum 4 und einen starren rohrförmigen Außenleiter 5.The rigid line section 1 comprises a tubular inner conductor 3 , which ends in a closed end face 3 a , a line dielectric 4 and a rigid tubular outer conductor 5 .
Das Kabelbündel 2 besteht jenseits des Verbindungsbereiches mit dem starren Leitungsabschnitt 1 aus n einzelnen Koaxialkabeln in dichtester Packung, die von einer gemeinsamen Abschirmung 6 und einer gemeinsamen Isolierung in Form eines Kunststoffmantels 7 umschlossen sind (vgl. auch Fig. 4). Jedes einzelne Koaxialkabel 8 hat wie üblich einen Innenleiter 81, ein Dielektrikum 82 und einen Außenleiter 83, der z. B. als Kupfergeflecht ausgeführt sein kann. Die Anzahl n richtet sich nach dem gewöhnlich zwischen 50 und 70 Ohm liegenden Wellenwiderstand der Koaxialkabel und dem angestrebten Wellenwiderstand der flexiblen Koaxialleitung insgesamt. Im Ausführungsbeispiel ist n=7, kann jedoch in der Praxis sehr viel größer sein.Beyond the connection area with the rigid line section 1, the cable bundle 2 consists of n individual coaxial cables in the densest packing, which are enclosed by a common shield 6 and a common insulation in the form of a plastic jacket 7 (cf. also FIG. 4). Each individual coaxial cable 8 has, as usual, an inner conductor 81 , a dielectric 82 and an outer conductor 83 , which, for. B. can be designed as a copper braid. The number n depends on the wave resistance of the coaxial cables, which is usually between 50 and 70 ohms, and the desired wave resistance of the flexible coaxial line as a whole. In the exemplary embodiment, n = 7, but can be much larger in practice.
Würden die Koaxialkabel 8 nun in ihrer Bündelkonfiguration gemäß Fig. 4 in irgendeiner Weise mit dem Innenleiter 3 des starren Leitungsabschnittes 1 verbunden, so würden alle innen liegenden Koaxialkabel, im Ausführungsbeispiel also das im Zentrum liegende siebte Kabel, wegen des Skin-Effektes stromlos werden und wären an der Leistungsübertragung nicht beteiligt. Daher werden die Enden der Kabel 8 im Übergangsbereich (siehe Schnittlinie B-B in Fig. 1 und den Schnitt in Fig. 3), z. B. mittels eines Kunststoffkerns 10, so auseinandergezogen, daß sie gleichmäßig verteilt auf den Umfang einer zylindrischen Äquipotentialfläche zu liegen kommen. Hieraus ergibt sich, daß der Umfang dieser Äquipotentialfläche mindestens gleich der Summe der Durchmesser der Koaxialkabel 8 sein muß. Im Ausführungsbeispiel beträgt dieser Umfang (aus dem sich dann der Durchmesser des Kunststoffkerns 10 ergibt), etwa das eineinhalbfache der Summe der Durchmesser der Koaxialkabel 8, da hierdurch die Kontaktierung der Kabelaußenleiter 83 mit dem starren Leitungsaußenleiter 5 erleichtert wird.If the coaxial cables 8 in their bundle configuration according to FIG. 4 were connected in any way to the inner conductor 3 of the rigid line section 1 , all the inner coaxial cables, in the exemplary embodiment thus the seventh cable lying in the center, would become currentless due to the skin effect and would not be involved in the power transfer. Therefore, the ends of the cables 8 in the transition region (see section line BB in Fig. 1 and the section in Fig. 3), z. B. by means of a plastic core 10 , pulled apart so that they come to lie evenly distributed on the circumference of a cylindrical equipotential surface. It follows from this that the circumference of this equipotential surface must be at least equal to the sum of the diameters of the coaxial cables 8 . In the exemplary embodiment, this scope (from which the diameter of the plastic core 10 results) is approximately one and a half times the sum of the diameters of the coaxial cables 8 , since this makes contacting the outer cable conductor 83 with the rigid outer conductor line 5 easier.
Um diese Kontaktierung zu bewerkstelligen, hat der Leitungsaußenleiter 5 eine zylindrische Ausnehmung mit Innengewinde. In dieser zylindrischen Ausnehmung ist eine metallische Klemmscheibe 11 aufgenommen, die mit Bohrungen für den Durchtritt der Koaxialkabel 8 versehen ist. Die Kabelaußenleiter 83 sind soweit gekürzt, daß sie nach dem Durchtritt durch die Bohrungen in der Klemmscheibe 11 umgeschlagen werden können. Die gemeinsame Abschirmung 6 ist etwa um die Dicke der Klemmscheibe 11 stärker gekürzt und an deren vorderer (rechter) Stirnfläche nach außen umgeschlagen. Die sichere Kontaktierung wird durch Einschrauben einer mit Außengewinde versehenen Hohlschraube oder Büchse 12 unter Zwischenschaltung eines Klemmringes 13 in die Ausnehmung des starren Außenleiters 5 erzielt. Die angedeuteten Kabelmäntel der Koaxialkabel 8 und der gemeinsame Kunststoffmantel 7 des Bündels 2 sind jeweils soweit gekürzt, daß sie die Kontaktierung nicht beeinträchtigen.In order to accomplish this contacting, the outer conductor 5 has a cylindrical recess with an internal thread. In this cylindrical recess, a metallic clamping disk 11 is received, which is provided with holes for the passage of the coaxial cable 8 . The cable outer conductors 83 are shortened to such an extent that they can be turned over after passing through the bores in the clamping disk 11 . The common shield 6 is shortened more or less by the thickness of the clamping disk 11 and turned over at the front (right) end face thereof. Secure contacting is achieved by screwing in an externally threaded banjo bolt or bushing 12 with the interposition of a clamping ring 13 into the recess of the rigid outer conductor 5 . The indicated cable sheaths of the coaxial cable 8 and the common plastic sheath 7 of the bundle 2 are each shortened to such an extent that they do not impair the contact.
Jenseits der metallischen Klemmscheibe 11 durchqueren die Innenleiter 81 und die Dielektrika 82 der Kabel 8 in dem Boden der zylindrischen Ausnehmung des starren Leitungsaußenleiters vorgesehene Bohrungen und einen anschließenden Isolierstoffzylinder 14 (vgl. Fig. 2). Der Isolierstoffzylinder 14 ist in einer im wesentlichen durchmessergleichen Ausdrehung des Dielektrikums 4 des starren Leitungsabschnitts 1 aufgenommen. Die Länge des Isolierstoffzylinders 14 richtet sich nach der im Betrieb auftretenden Spitzenspannung, damit Spannungsüberschläge in der Kriechstrecke zwischen dem äußeren Umfang des Isolierstoffzylinders 14 und der Innenfläche der Ausdrehung des Dielektrikums 4 verhindert werden. Um den Wellenwiderstand der Anordnung im Bereich des Isolierstoffzylinders 14 niedrig zu halten, besteht dieser zweckmäßig aus einem Material, dessen relative Dielektrizitätskonstante wesentlich größer als diejenige des Kabeldielektrikums 82 ist. Ebenfalls zu dem Zweck, den Wellenwiderstand im Bereich des Isolierstoffzylinders 14 niedrig zu halten, hat dieser eine zentrische, topfförmige Vertiefung, die von einem Metallzylinder 5 a ausgefüllt ist, der sich auf dem Potential des starren Außenleiters 5 befindet und im Ausführungsbeispiel mit diesem einstückig ist. Die axiale Länge des Isolierstoffzylinders 14 läßt sich verringern, wenn dieser einstückig mit dem Dielektrikum 4 ausgebildet ist, was z. B. durch Vergießen möglich ist. In diesem Fall vereinfachen sich auch die zuvor geschilderten Maßnahmen zur Verhinderung eines Anstieges des Wellenwiderstandes in diesem Bereich.Beyond the metallic clamping disk 11 , the inner conductors 81 and the dielectrics 82 of the cables 8 pass through bores provided in the bottom of the cylindrical recess of the rigid outer conductor and a subsequent insulating material cylinder 14 (cf. FIG. 2). The insulating material cylinder 14 is received in a substantially diameter-equal turning of the dielectric 4 of the rigid line section 1 . The length of the insulating material cylinder 14 depends on the peak voltage occurring during operation, so that voltage flashovers in the creepage distance between the outer circumference of the insulating material cylinder 14 and the inner surface of the turning of the dielectric 4 are prevented. In order to keep the characteristic impedance of the arrangement in the region of the insulating material cylinder 14 low, the latter advantageously consists of a material whose relative dielectric constant is substantially greater than that of the cable dielectric 82 . Also for the purpose of keeping the wave resistance in the region of the insulating cylinder 14 low, it has a central, cup-shaped depression which is filled by a metal cylinder 5 a , which is at the potential of the rigid outer conductor 5 and is in one piece with it in the exemplary embodiment . The axial length of the insulating cylinder 14 can be reduced if it is formed in one piece with the dielectric 4 , which z. B. is possible by casting. In this case, the measures described above for preventing an increase in the wave resistance in this area are also simplified.
Die Innenleiter 81 der Koaxialkabel 8 reichen über den Isolierstoffzylinder 14 hinaus durch am Umfang einer Metallplatte 15 vorgesehene Schlitze oder Bohrungen hindurch und sind dann nach innen in den Spalt zwischen dem Boden 3 a des starren Innenleiters 3 und der Metallscheibe 15 umgeschlagen. Die Kontaktierung der Kabelinnenleiter mit dem starren Leitungsinnenleiter 3 erfolgt durch Festdrehen einer Zentralschraube 16, jedoch sind auch andere Arten der Kontaktierung und Fixierung der Kabelinnenleiter 81 möglich.The inner conductors 81 of the coaxial cables 8 extend beyond the insulating material cylinder 14 through slots or bores provided on the circumference of a metal plate 15 and are then turned inwards into the gap between the bottom 3 a of the rigid inner conductor 3 and the metal disk 15 . The contacting of the inner cable with the rigid inner conductor 3 is done by tightening a central screw 16 , but other types of contacting and fixing the inner cable 81 are possible.
Während in dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel der Umfang der Äquipotentialfläche, auf der die Koaxialkabel 8 in Höhe des Schnittes B-B in Fig. 1 angeordnet sind, gleich dem Umfang des starren Innenleiters 3 ist, kann sich links von der strichpunktierten Linie in Fig. 1 ein weiterer koaxialer Leitungsabschnitt anschließen, dessen Innen- und Außenleiter von den dargestellten Durchmessern abweichende Durchmesser haben. Die wellenwiderstandsrichtige Dimensionierung des dann benötigten Übergangsstückes ist dem Fachmann jedoch bekannt.While in the exemplary embodiment shown in the drawing the circumference of the equipotential surface on which the coaxial cables 8 are arranged at the section BB in FIG. 1 is equal to the circumference of the rigid inner conductor 3 , another can be to the left of the dash-dotted line in FIG. 1 Connect the coaxial line section, the inner and outer conductors of which differ from the diameters shown. However, the dimensioning of the transition piece then required with the correct wave resistance is known to the person skilled in the art.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19893929990 DE3929990C1 (en) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | Low ohmic coaxial cable - consists of parallel leads for HF or power pulse transmission |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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DE3929990C1 true DE3929990C1 (en) | 1990-07-05 |
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Family Applications (1)
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DE19893929990 Expired - Lifetime DE3929990C1 (en) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | Low ohmic coaxial cable - consists of parallel leads for HF or power pulse transmission |
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DE (1) | DE3929990C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19905971A1 (en) * | 1999-02-12 | 2000-08-31 | Siemens Ag | X-ray device with cable connection |
US9210257B2 (en) | 2010-06-11 | 2015-12-08 | Utilx Corporation | Systems and methods employing time domain reflectometry |
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1989
- 1989-09-08 DE DE19893929990 patent/DE3929990C1/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
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