DE4106890A1

DE4106890A1 - Strahlendes hochfrequenzkabel

Info

Publication number: DE4106890A1
Application number: DE4106890A
Authority: DE
Inventors: Karl Schulze-Buxloh
Original assignee: AEG Kabel AG
Current assignee: Kabel Rheydt AG
Priority date: 1991-03-05
Filing date: 1991-03-05
Publication date: 1992-09-10
Also published as: US5276413A; EP0502337B1; CA2062245C; DE59201244D1; EP0502337A1; TR26740A; CA2062245A1; ATE117840T1; JPH0645821A; FI920955A0; FI920955A

Description

Die Erfindung betrifft ein strahlendes Hochfrequenzkabel nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein strahlendes Kabel oder Leckkabel ist ein Wellenleiter, welcher aus einem Koaxialkabel dadurch hergestellt wird, daß dessen Außenleiter eine periodi sche Folge von Schlitzen aufweist. Aus diesen Schlitzen dringen elektromagnetische Felder in den Außenraum des Kabels. Die abzu strahlende Leistung wird an einem Ende des Kabels zugeführt. Längs des Kabels ergibt sich aufgrund der natürlichen Kabeldämp fung und der Abstrahlung eine Intensitätsabnahme der abgestrahl ten Leistung. In der Praxis bedeutet dies, daß die Kopplungs dämpfung zwischen einem Fahrzeug und dem strahlenden Wellenlei ter mit dem Abstand des Fahrzeugs vom Einspeisepunkt der Hoch frequenzenergie zunimmt. Es wäre also erwünscht, die Energieaus kopplung längs des Wellenleiters oder Kabels so zu variieren, daß die Empfangsfeldstärke beim mobilen Teilnehmer konstant ge halten wird.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 88 347 ist ein Leckka bel bekannt, bei dem der Außenleiter des Koaxialkabels aus Bän dern besteht, welche den zentralen Leiter wendelförmig umgeben und sich so überlappen, daß rautenförmige Lücken entstehen. Diese Lücken werden am Ende des Kabels, d. h. mit wachsender Entfernung vom Einspeisepunkt immer größer, so daß auch mehr Energie abgestrahlt werden kann.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht neben hohem Aufwand bei der Produktion darin, daß eine Vergrößerung der Öffnungen oder Löcher nur eine relativ geringe Erhöhung der Abstrahlung zur Folge hat. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein strahlendes Hochfrequenzkabel anzugeben, bei dem die längs des Kabels auftretenden Verluste in möglichst einfacher Weise ausge glichen werden, so daß die Empfangsfeldstärke längs des Kabels in erster Näherung konstant bleibt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in Kennzeichen des Anspruchs 1 erwähnten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausge staltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Einsatzgebiete der Erfindung sind vor allem längere Tunnel, die mit Hilfe eines strahlenden Kabels mit hochfrequenter Strahlung versorgt werden sollen, um Nachrichten übermitteln zu können. Weitere Anwendungsfälle sind Straßen und Autobahnen, für welche eine Verkehrsleittechnik vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Lösung bezieht sich auf relativ schmalbandige Nachrichtenüber tragung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert; dabei zeigt

Fig. 1 den Dämpfungsverlauf längs des Kabels,

Fig. 2 die Anordnung der Schlitze in den ersten Abschnitten und ein weiteres Beispiel einer Schlitzanordnung im Periodizitätsintervall.

Im sogenannten D-Netz werden Frequenzen von 925 ± 35 MHz be nutzt. Ein einfaches strahlendes Kabel zur Übertragung dieses Bereiches besteht aus einem Koaxialkabel, in dessen Außenleiter alle fünfundzwanzig Zentimeter ein Schlitz angebracht ist. Man bekommt so eine nutzbare Bandbreite von 600-1100 MHz.

Da besondere Maßnahmen zur Unterdrückung von Oberwellen nicht notwendig sind, erhält man für die Anordnung der Schlitze Frei heiten in der Anordnung der Öffnungen pro Periodenlänge, welche hier zur Kompensation der Dämpfung ausgenutzt werden können. Ein handelsübliches Koaxialkabel (7/8 Zoll) hat zwischen 890 und 960 MHz eine Wellendämpfung von ca. 3.7 bis 3,9 dB/100 m. Man er hält aus diesem Koaxialkabel ein strahlendes Kabel oder Leckka bel, indem man beispielsweise gleichgroße Schlitze im gleichen gegenseitigen Abstand von 25 cm anbringt. Die Abstrahlung eines derartigen Kabels kann anschließend gemessen werden. Sie nimmt vom Einspeisepunkt der Hf aus gesehen längs des Kabels ab.

Bei einem ungeschlitzten Koaxialkabel wäre die Koppeldämpfung "unendlich" groß, (da die Antenne nichts empfangen kann) die Wellendämpfung beträgt dabei ca. 3,7 dB/100 m. Bei einem Leckka bel mit einem Schlitz von 20·3 mm² pro Periodenlänge von ca. 25 cm beträgt die Koppeldämpfung im Mittel etwa 95 dB, die Wel lendämpfung 4.0 dB/100 m. Durch die lineare Zunahme der Wellen dämpfung mit der Kabellänge bei konstanter Betriebsfrequenz er gibt sich, daß das Signal am Leckkabelende um die Wellendämpfung der Kabellänge abgeschwächt ist. Dies bezieht sich auf das Si gnal nahe dem Einspeisepunkt, wo noch fast keine Wellendämpfung auftritt.

Diese Abnahme der Abstrahlleistung soll nun so ausgeglichen wer den, daß die Dämpfung als Summe aus Kopplungs- und Wellendämp fung über der Leckkabellänge möglichst konstant ist. Dies kann mit zunehmender Kabellänge durch sukzessive Erhöhung der Ab strahlung erreicht werden. Diese Erhöhung der Abstrahlung erhöht ihrerseits wieder die Wellendämpfung, so daß die Maßnahmen zur Kompensation gegen Ende des Kabels immer aufwendiger werden, d. h. daß hier die Zahl der Schlitze sehr stark zunimmt.

Um die günstigsten Anordnungen der Schlitze zu erhalten, geht man von einem Schlitz pro Periodenlänge aus und erhöht die An zahl der Schlitze auf das Doppelte, sobald die Leitungsdämpfung um einen aus Messungen ermittelten Wert, beispielsweise 5,6 dB zugenommen hat. Aus der Theorie und den anschließenden Messungen wurde ermittelt, daß die Zunahme der Abstrahlung bei Verdopplung der Zahl der Öffnungen pro Längeneinheit nicht ganz den Faktor 2 bzw. 6 dB erreicht, sondern nur ca. 5,6 dB. Dieser Wert ist ein Mittelwert aus Meßdaten im D-Netz bei einer Frequenz von 890 bis 960 MHz. Diese Verhältnisse sind in der Fig. 1 an einem 560 m langen Koaxialkabel dargestellt. Die Gerade A stellt die Leitungsdämpfung des Kabels ohne Schlitze dar, während die Kurve B die Leitungsdämpfung (theoretisch) mit Schlitzen zeigt, je weils in Abhängigkeit von der Entfernung vom Einspeisepunkt des Signals im Kabelanfang aufgetragen. Im unteren Teil der Fig. 1 ist dann die Summe aus Kopplungs- und Leitungsdämpfung darge stellt. Die Kurve B fällt durch die zusätzlichen Abstrahlungs verluste stärker ab. Der Wert von 3,7 dB/100 m bei 900 MHz Be triebsfrequenz erhöht sich durch die Abstrahlung etwa um 0,35 dB/100m, bei einer Schlitzanordnung von einem Schlitz pro 25 cm. Die Leitungsdämpfung beträgt somit 4,05 dB/100 m.

Wenn man also die Leitungsdämpfung durch eine Verdoppelung der Zahl der Schlitze kompensieren will, benötigt man diese Kombina tion erst ab einer Kabellänge von mehr als 130 m. Diese Erhöhung der Zahl der Schlitze hebt die Summe aus Kopplungs- und Lei tungsdämpfung auf den alten Wert von 90 dB an, wie aus der Kurve C hervorgeht. Ab da fällt dann gemäß Kurve B die Lei tungsdämpfung etwas stärker ab. Durch die doppelte Zahl von Schlitzen vergrößert sich auch die Dämpfung durch Abstrah lungsverluste von 0,35 dB/100 m auf 0,7 dB/100 m. Nach etwa 130 m mißt man längs des Kabels wieder einen so starken Dämpfungsab fall, daß bald wieder eine Verdoppelung der Zahl der Schlitze vonnöten ist, um den alten Systemwert von 90 dB zu erhalten. Im dritten Abschnitt hat man also 4 Schlitze pro Periodenlänge und im vierten Abschnitt deren 8. Die Dämpfungsverluste werden da durch immer wieder ausgeglichen, wie aus Kurve C hervorgeht. Die Längen der Abschnitte nehmen wegen der immer stärker werdenden Strahlungsverluste ab. Dies zeigt die Kurve B, welche sich am Ende immer stärker nach unten neigt.

Die folgende Tabelle zeigt an einem Beispiel für etwa 900 MHz, wie die Länge der einzelnen Abschnitte von der Zahl der Schlitze abhängt.

Tabelle

Die Länge der Abschnitte errechnet sich in erster Näherung aus:

errechnet und durch Messungen im wesentlichen bestätigt. Die Messungen zeigen Signalschwankungen mit einer Standardabweichung von ±5 dB. Die Strahlungsverstärkung beträgt jeweils 5,6 dB, die Dämpfung (3,7 + 2^n-1·0,35) dB/100 m.

Bei Messungen hat sich gezeigt, daß die Längen der einzelnen Ab schnitte auch relativ gut geschätzt waren. Der erste Abschnitt kann bei dem hier zu übertragenden Frequenzband auch etwas län ger sein, bevor eine Verdopplung oder anderweitige Vergrößerung der Zahl der Schlitze notwendig ist.

Der zweite und die weiteren Schlitze, welche in jedem neuen Ab schnitt hinzugefügt werden, dürfen nicht in der Mitte zwischen den bereits bestehenden Löchern angebracht werden, damit nicht die Periodenlänge halbiert und infolgedessen erst ab der dop pelten Frequenz 2f_o abgestrahlt wird. Die Lage ist ansonsten nicht festgelegt. Man bringt jeweils soviel Schlitze mehr an, wie zur Kompensation nötig sind.

Es können natürlich auch andere Frequenzbänder übertragen wer den, wobei die Periodenlänge P so gewählt wird, daß sie der un teren Grenzfrequenz f_o des übertragenen Frequenzbandes angepaßt ist. Außer der Verdopplung der Zahl der Löcher können auch an dere Algorithmen zur Lochzahlvermehrung verwendet werden; statt des Faktors 2 beispielsweise eine Vermehrung jeweils um den Fak tor 1,5. Die Verdoppelung der Zahl der Schlitze ist zunächst sehr einfach auszuführen und der damit erzielte Ausgleich der Dämpfung für die praktische Anwendung ausreichend.

In Fig. 2 sind als ein Beispiel die Schlitzmuster verschiedener Abschnitte einander gegenübergestellt.

In Fig. 3 sind 16 Schlitze pro Periode vorhanden. Diese relativ unregelmäßige Anordnung von 16 Schlitzen ist für den 5. Ab schnitt vorgesehen. Dabei ist darauf zu achten, daß eine Schlitzfolge mit der halben Periodenlänge vermieden wird.

Claims

1. Strahlendes Hochfrequenzkabel mit Gruppen von Öffnungen, welche eine periodische Anordnung aufweisen, wobei die Öffnungen Schlitze im Außenleiter eines Koaxialkabels senkrecht zu dessen Achse sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schlitze pro Periodenlänge längs des Kabels zunimmt.

2. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Zunahme der Anzahl der Schlitze die durch die Leitungsdämpfung hervorgerufene Ab nahme der Abstrahlleistung mit der Entfernung des Empfän gers vom Einspeisepunkt des Kabels annähernd ausgeglichen ist.

3. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schlitze über mehrere Periodenlängen zunächst konstant gehalten ist und sich anschließend verdoppelt, so daß im n-ten Abschnitt des Kabels die Zahl der Öffnungen 2^n-1 ist, mit n=1, 2, 3, 4, ....

4. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der n-te Abschnitt in der Länge so bemessen ist, daß bei einem meßbaren Absinken der Abstrahlleistung um 3 bis 6 dB durch Zunahme der An zahl der Schlitze im n+1-ten Abschnitt die Abstrahllei stung wieder auf den Wert am Anfang des n-ten Abschnitts angehoben ist.

5. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß längs des Kabels die Zahl der Schlitze zwar in jedem Abschnitt konstant ist, jedoch um jeweils eine bestimmte Zahl k(n) von Schlitzen pro Abschnitt n zunimmt.

6. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem ersten Ab schnitt des Kabels mit einer Länge von mehr als 100 m bei Abstrahlung im Bereich um 900 MHz innerhalb der Pe riodenlänge kein weiterer Schlitz angebracht ist.

7. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übergang von einem auf mehrere Schlitze pro Periodenlänge die pro Periode hinzukommenden Schlitze derart zwischen den bisherigen Schlitzen angeordnet sind, so daß keine neue Periodizität der Schlitzanordnung entsteht.

8. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze wesentlich höher als lang sind und senkrecht zur Kabelachse angeord net sind.

9. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schlitze gleiche Länge und gleiche Höhe aufweisen.

10. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schlitze eines Ab schnitts gleiche Länge oder Breite und gleiche Höhe aufweisen.

11. Strahlendes Hochfrequenzkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Entfernung der Schlitze vom Einspeisepunkt auch ihre Länge zunimmt.