DE4231387A1 - Verfahren zur Herstellung von Lötverbindungen zwischen Koaxialkabeln und nach dem Verfahren hergestellte Verbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Lötverbindungen zwischen Koaxialkabeln der HF-Technik gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und nach diesem Verfahren hergestellte Lötverbindungen.

Die Verbindung von Längenabschnitten von Koaxialkabeln in unterschiedlicher Konfiguration und Zahl ist z. B. erforderlich bei der Herstellung von Speiseleitungsnetzen für Funkantennen mit Gruppenanordnung der Strahlerelemente.

Eine derartige Verbindung wäre ideal, wenn sie in den Parametern und in den Gebrauchseigenschaften vollkommen identisch und gleichwertig mit dem ungetrennten Kabel wäre oder wenn sich bestimmte Kennwerte, z. B. eine gewünschte Impedanzänderung, gezielt - und vor allem reproduzierbar - einstellen ließen.

Die Verbindung soll HF-dicht sein und sich auch in den mechanischen Eigenschaften nicht vom ungetrennten Kabel unterscheiden. Es ist sogar günstig, wenn die Formstabilität des Verbindungsaufbaus höher als die des - biegsamen - Kabels ist, weil man damit eine höhere Sicherheit gegen Bruch der Innenleiter-Lötstelle oder gegen einen Kurzschluß zwischen Innen- und Außenleiter durch Ausknicken des Innenleiters, z. B. bei der Montage, erhält.

Um genau definierte elektrische Werte auch durchgängig in der Massenfertigung zu gewährleisten, ist der Lötprozeß möglichst allseitig zu determinieren.

Die Verbindungen müssen nach außen dauerhaft feuchtigkeits- und staubdicht ausgebildet sein (Korrosionsschutz). Nicht zuletzt wird für bestimmte Anwendungsfälle gewünscht, daß die Außenabmessungen der Verbindungsstelle die Kabelmaße selbst möglichst nicht übersteigen. Das gilt u. a. immer dann, wenn das Speiseleitungsnetz im Standrohr der Antenne, z. B. einer Gruppenantenne mit Rundstrahlcharakteristik, und damit unter extrem beengten Platzverhältnissen angeordnet wird.

Mit den Lösungen des bekannten Stands der Technik werden diese Forderungen nicht oder nur ungenügend erfüllt.

So werden in DE-P 23 29 908 und DE-P 27 23 029 für die Lötverbindung metallische Hülsen vorgeschlagen, in denen Leiterdrähte lagefixiert bzw. zusätzlich verklemmt und dann verlötet werden.

Bei der Lösung nach DE-P 23 29 908 sind in einer solchen Hülse zusätzlich seitliche Öffnungen vorgesehen, die der Kontrolle der Lötstelle dienen. Man kann nach diesem Prinzip z. B. die Innenleiter von Koaxialkabeln verbinden; zu den weiteren Aufgaben entsprechend dem vorliegenden Forderungskomplex ist jedoch nichts gesagt.

In der DE-P 28 41 143 wird der komplette Aufbau einer Verbindung zweier Koaxialkabel und in der DE-P 32 34 059 die Verbindung zweier paralleler Leiterpaare beschrieben. In beiden Fällen werden die Leiterenden vor dem Löten in Körper aus dielektrischem Material eingelegt, die nach Herstellung der Verbindung als isolierende Umhüllung verbleiben. Bei der Lösung nach DE-P 28 41 143 hat der Isolierkörper eine seitliche schlitzartige Öffnung, und bei der Lösung nach DE-P 32 34 059 sind Ausnehmungen vorgesehen, um die Lotzugabe und die Kontrolle des Lötvorgangs zu ermöglichen. Der Schlitz und die Ausnehmungen bleiben offen. Das ist bei der Verbindung nach DE-P 32 34 059 ohne Belang, denn hier ist nur der einfache galvanische Kontakt zweier Leiter zur Stromführung bezweckt; bei der Anordnung nach DE-P 28 41 143 bedeutet die zwangsläufige Änderung des ε_r-Werts im Schlitzbereich eine - ungünstige - zusätzliche Beeinflussung des Wellen­ widerstands (den die Erfinder an sich durch die Wahl unterschiedlicher Außendurchmesser des Isolierkörpers und damit durch unterschiedlichem Abstand zwischen Innen- und Außenleiter gezielt auf vorgegebene Werte einstellen wollen). Darüber hinaus ist die mechanische Sicherung, gerade für die Lötstelle, bei dieser Lösung ungenügend. Die Umhüllung im Verbindungsbereich (Außenleiter) ist flexibel. Dadurch ist es möglich, daß die Innenleiterverbindung innerhalb des Schlitzes im Isolierkörper, in dem sie frei beweglich ist, bei Biege­ beanspruchung in radialer Richtung ausknickt.

Ein weiteres Lösungsprinzip findet sich bei dem Speise­ leitungsnetz für einen Rundstrahler der englischen Fa. JAYBEAM LTD., Northampton) und bei Gruppenantennen der Kathrein-Werke KG, Rosenheim.

JAYBEAM legt - koaxial und bzw. oder achsparallel - zwei einzelne Kabel oder ein Kabelpaar und ein einzelnes Kabel in ein zu einer Schale gebogenes Blechteil und verlötet das Geflecht der Außenleiter-Enden mit der Schale. Die im Mittenbereich der Schale frei liegenden Innenleiter-Enden werden stumpf aneinander gelötet und bleiben freiliegend. Das ganze wird mit Klebband umwickelt.

Wenn ein einzelnes zusätzliches Kabel mit einem Kabelpaar zu verbinden ist, wird einer der Innenleiterdrähte des Kabelpaars zu den anderen beiden Innenleitern herübergebogen. Abgesehen von den Unsicherheiten beim paßgerechten Zusammen­ führen der Innenleiter-Enden und dann beim Lötvorgang, hat diese Lösung vor allem zum Nachteil, daß sie weder allseitig HF-dicht noch mit der notwendigen Sicherheit feuchtigkeits­ dicht ist und daß die ε_r-Unterschiede zwischen der Luft im Verbindungsbereich und dem Dielektrikum der Kabelisolierung zu unerwünschten Impedanzsprüngen führen.

Die andere Lösung sieht die kreuz- oder "Stern"-artige Verbindung zweier oder mehrerer Koaxialkabel vor. Die Kabel werden mit dem Außenleiter-Ende in ein Metallteil eingelötet, das im Prinzip aus einem Rohrabschnitt oder zwei konzen­ trischen Rohrabschnitten mit über den Umfang verteilten Durchführungen für die Kabel besteht. Die Innenleiter werden im freien Raum innerhalb des Verbindungsteils ohne erkennbare weitere Vorkehrungen zusammengelötet und bleiben freiliegend. Auch diese Anordnung ist mit einfacher Klebband-Umwicklung bekannt.

Die Vorteile des "Stern"-Prinzips gegenüber der JAYBEAM-Lösung bestehen darin, daß es variabler ist und die Verbindung einer größeren Zahl Kabel erlaubt. Andererseits wird durch das Verbindungsteil selbst und vor allem bei Zusammenführen von mehr als zwei Kabeln recht viel Platz benötigt, so daß die Lösung nicht für jeden Anwendungsfall geeignet ist. Im übrigen sind hier die gleichen Nachteile zu verzeichnen, wie sie bei dem JAYBEAM-Produkt beschrieben sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Verbindung von Koaxialkabeln durch Löten einen kostengünstigen, formstabilen und platzsparenden Verbindungsaufbau mit geringer Impedanzbeeinflussung zu finden, der genau definierte und auch bei Massenfertigung reproduzierbare elektrische Werte und eine hohe Nutzungsdauer gewährleistet, und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Verbindungen zwischen zwei oder mehreren Kabeln zu bestimmen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den kennzeichnenden Teilen des Haupt- und des Nebenanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst. In den Unteransprüchen werden weitere Lösungsdetails angegeben.

Der wesentliche, der Erfindung zugrunde liegende Gedanke - und der wichtigste Vorteil - ist, daß der Faktor Zufall weitgehend ausgeschlossen wird, der das Ergebnis bei den weniger mechanisierten und automatisierten Lötprozessen immer noch mitbestimmt. Dazu ist auch das Handlöten der Innen- und Außenleiter von Koaxialkabeln zu zählen, wie es bei den oft individuell zu konfigurierenden Speiseleitungsnetzen für Gruppenantennen noch anzutreffen ist.

Die erfindungsgemäße kleine Scheibe ist in ihrer Lage zu den Kabelenden genau definiert. Das gleiche gilt für die Lage der Innenleiter-Enden zur Scheibe. Dabei ist sekundär, ob die Innenleiter einander im Stoß berühren oder oder ob ein kleiner Spalt besteht; die Leiterenden müssen nur ausreichend auf die Scheibe ragen.

Auf die Scheibe wird dann immer die gleiche, vorportionierte Lotmenge gegeben. Der Lotmeniskus auf der Scheibe umschließt alle auf die Scheibe ragenden Innenleiter-Enden, so daß immer eine sichere Verbindung mit hoher Qualität gewährleistet ist. Durch die Erfindung ist garantiert, daß alle Verbindungen ein und desselben Typs, mit gleichem Aufbau, weitgehend die gleichen elektrischen Eigenschaften haben.

Zu diesem Ergebnis tragen auch die beiden Kunststoff-Formteile bei, die die Innenleiter-Verbindung vollständig umschließen und sie allseitig in ihrem Abstand zu der metallischen Außenhülse fixieren und in dieser Lage stützen.

Der bei den Koaxialkabel-Verbindungen des Stands der Technik unvermeidliche und störende Impedanzsprung kann mit den erfindungsgemäßen Mitteln - vor allem durch die mögliche Optimierung der Scheibenabmessungen und der Lotmenge - gezielt auf ein Minimum gesenkt werden.

Die metallische Hülse, die über die beiden Kunststoff- Formteile geschoben - oder um sie herumgebogen - wird, bildet durch Verlöten mit dem Außenleiter-Geflecht der Kabelenden den allseitig HF- und feuchtigkeitsdichten Abschluß der Verbin­ dung. Dabei sind die Außenabmessungen der Verbindungszone nur um die Dicke des Hülsenmaterials größer als die Abmessungen des Kabelverbunds, und man erhält eine mechanisch starre und formstabile Struktur, die günstige Voraussetzungen für die nachfolgende Montage wie auch für die Anwendung bei beliebigen Antennenkonstruktionen bildet.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 Schematische Darstellung der Verbindung zweier Kabelpaare in verschiedenen Schnitten,

Fig. 2 Aufbau einer Innenleiter-Verbindung bei unsymmetrischer Kabelanordnung.

Mit der Verbindung in Fig. 1 werden vier Kabel gleichen Wellenwiderstands verbunden. Dabei sind:

1 Innenleiter,
2 Außenleiter-Geflecht,
3 dielektrisches Formteil,
4 Scheibe,
5 Lotmeniskus auf der Scheibe 4,
6 metallische Hülse.

Die Koaxialkabel werden, paarig, in einer Spannvorrichtung dicht aneinandergelegt und arretiert. Den Anschlag in axialer Richtung bildet - im vorliegenden Fall - das untere Formteil 3, das gleichzeitig als Lötform dienen kann. In die Ausnehmung am inneren Boden des Formteils 3 wurde vorher die Scheibe 4 gelegt. Es ist günstig, wenn die Scheibe auf der den Innenleiter-Enden zugewendeten Oberfläche vorverzinnt ist und die Innenleiter-Enden schon mit Flußmittel benetzt sind. Nach Zugabe der vorportionierten Lotmenge bei Fügetemperatur bildet sich auf der Scheibe der entsprechend der Lotmenge gewölbte Lotmeniskus 5. Er umschließt die Innenleiter-Enden, und auf Grund der für alle Verbindungen eines Typs gleichen Lotzugabe sind die Reflexions- und Transmissionskoeffizienten für alle diese Verbindungen in großer Näherung identisch.

Nach dem Lötvorgang werden die beiden dielektrischen Formteile 3 zusammengesteckt. Sie haben vorzugsweise beide gleiche Innenkonturen, und die Außenmaße sind gleich den Außenmaßen des jeweiligen Kabelverbunds, gemessen am Außenleiter- Geflecht. Die Formteile können an der Stoßfuge verklebt werden; es ist auch denkbar, sie durch federnde und hakende Elemente form- und bzw. oder kraftschlüssig, lösbar oder unlösbar miteinander zu verbinden.

Ebenso können im Formteil 3 Absätze oder Vorsprünge vorgesehen sein, die der Führung und Lagefixierung der Innenleiter-Enden dienen. In jedem Fall kann das Prinzip eines einzigen verein­ heitlichten, beidseitig verwendeten Formteils beibehalten werden.

Über die Formteile 3 wird zuletzt die Hülse 6 geschoben - oder um die Verbindung herumgebogen und verlötet - und dann durch Löten beidseitig verschlossen und mit dem Geflecht der Außenleiter verbunden.

Die dielektrischen Formteile 3 und der allseitige HF- und feuchtigkeitsdichte Abschluß mit Hilfe der aufgelöteten metallischen Hülse 6 tragen in vorteilhafter Weise zu dem erfindungsgemäßen Effekt der Optimierung und gleichzeitig der Reproduzierbarkeit der elektrischen Parameter - auch bei Massenfertigung - bei.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 werden drei 50-Ω-Kabel 7 und zwei 75-Ω-Kabel 8 über eine gemeinsame Scheibe 9 verbunden. An Stelle des auf der einen Seite fehlenden Kabels wird ein zylindrisches Teil als Abschluß 10 eingefügt und mit eingelötet, das - hier - ein Stück von dem 50-Ω-Kabel oder ein passendes Metallteil sein kann. Aus der Abbildung geht auch hervor, daß man, in Abhängigkeit von der gewünschten Verbindung, von der "Ideal"-Form der runden Scheibe abweichen kann.

Die Eignung des Formteils 3 gleichzeitig als Lötform für die Innenleiter wirkt sich vor allem günstig aus, wenn in öfterem Wechsel Verbindungen mit unterschiedlichem Aufbau anzufertigen sind. Die Lötvorrichtung selbst dient dann nur als Aufnahme für die unterschiedlichen Formteile 3 und als Spannvorrichtung für die Kabelenden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen von Lötverbindungen zwischen Koaxialkabeln der Hochfrequenztechnik, die mit Mitteln zur Lagefixierung und Isolierung der Innenleiter-Verbindung und mit einer die Verbindungsstelle umgebenden Hülse versehen werden, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• - in eine Form, die den Konturen der herzustellenden Innenleiter-Verbindung entspricht, wird eine metallische Scheibe (4) eingelegt,
• - die Enden der Innenleiter (1) werden koaxial und bzw. oder parallel auf die Scheibe (4) gelegt und die Kabelenden festgespannt,
• - die Enden der Innenleiter (1) und die Scheibe (4) werden erhitzt und durch eine vorportionierte Lotmenge verbunden,
• - die Verbindungsstelle wird mit zwei Formteilen (3) aus einem dielektrischen Material umschlossen, die den gesamten Bereich der freigelegten Innenleiter (1) überdecken und ausfüllen,
• - über die Verbindungsstelle wird eine metallische Hülse (6) geschoben oder um sie herumgebogen, die seitlich bis über das Außenleiter-Geflecht (2) der Kabelenden reicht, und beidseitig mit dem Außenleiter-Geflecht (2) verlötet.

2. Lötverbindung zwischen Koaxialkabeln der Hochfrequenz­ technik, mit Mitteln zur Lagefixierung und Isolierung der Innenleiter-Verbindung und mit einer die Verbindungsstelle umgebenden Hülse, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• - die Form, in der die Innenleiter-Lötung erfolgt, stellt gleichzeitig eines der beiden Formteile (3) aus dielektrischem Material dar, und das andere Formteil (3) ist identisch ausgebildet und seine Innenkonturen entsprechen ebenfalls der Innenleiter-Verbindung, oder es wird eigens eine spezielle Lötform als Teil der Lötvorrichtung verwendet,
• - die Außenmaße der beiden Formteile (3) entsprechen im zusammengefügten Zustand den peripheren Maßen des Kabel­ verbunds, gemessen über das Außenleiter-Geflecht (2),
• - der Durchmesser D der metallischen Scheibe (4) bzw. ihre Breite B rechtwinklig zur Achsrichtung der Kabel ist vorzugsweise gleich der entsprechenden Breitenerstreckung der Innenleiter-Verbindung,
• - die äußere metallische Hülse (6) hat für eine koaxiale Verbindung zweier einzelner Kabelenden einen Kreis­ querschnitt, und bei Verbindung von mehr als einem Kabel beidseitig ergibt sich ihr Querschnitt aus der Hüllkurve der nebeneinander liegenden Kabelquerschnitte.

3. Lötverbindung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anordnung von zwei einzelnen koaxialen Kabelenden oder von mehreren parallelen und koaxialen Kabelenden beidseitig in gleicher oder ungleicher Zahl.

4. Lötverbindung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zusammengeführten Kabel gleiche oder unterschiedliche Wellenwiderstandswerte und gleiche oder unterschiedliche Außendurchmesser haben.

5. Verfahren zur Herstellung von Lötverbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei koaxialer Verbindung zweier einzelner Kabelenden in spaltfreiem Stoß der Innenleiter (1) die Lötung in der Lötform bzw. im Formteil (3) und mit vorportionierter Lotmenge, aber ohne Scheibe (4) erfolgen kann.