DE19642034A1

DE19642034A1 - Elektrische Datenübertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE19642034A1
Application number: DE19642034A
Authority: DE
Inventors: Stellan Olsson
Original assignee: WL Gore and Associates GmbH
Current assignee: WL Gore and Associates GmbH
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 1998-04-23
Also published as: DE69727072T2; WO1998017036A1; EP0935865B1; AU4866697A; DE69727072D1; EP0935865A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Datenübertragungseinrichtung zur Übertragung digitaler Daten in einem vorbestimmten Frequenzbereich. Die Datenübertragungseinrichtung umfaßt eine Busleitung mit einem vorbestimmten Wellenwiderstand und eine Anzahl von an vorbestimmten Stellen entlang der Busleitung angeordneten Koppeleinrichtungen zur Dateneinkopplung in die Busleitung und/oder Datenauskopplung aus der Busleitung.

Mittels dieser Datenübertragungseinrichtung kann eine Mehrzahl von sendenden und/oder empfangenden, räumlich voneinander getrennten Subsystemen eines Datenübertragungssystems elektrisch miteinander verbunden werden. Bei einem Subsystemen kann es sich um eine direkt an den Bus angeschlossene Datenendstelle oder um eine Abzweigleitung, an den wieder weiter Subsysteme angekoppelt sind, handeln. Beispiels weise greift man bei modernen Luftfahrtelektroniksystemen auf Daten busnetzwerke zurück, um eine Datenübertragung zwischen räumlich getrennten Subsystemen zu ermöglichen, welche Flug- und Navigations elektronik und Flugsteuerungseinrichtungen umfassen.

Im Flugzeugbereich sind derzeit drei Lösungen zur Datenübertragung mit galvanischer Ankopplung an die Busleitung in Verwendung.

1. Viele der derzeitigen kommerziellen Flugzeuge sind mit einem Bussystem ausgerüstet, bei welchem ein Datenbus ausschließlich einer einzigen datensendenden Endstelle zugeordnet ist (ARINC 429). Daten, die von dieser datensendenden Endstelle ausgehen, können von einer Anzahl an diesen Datenbus angeschlossener daten empfangender Endstellen aufgenommen werden. Da das Elektronik system eines Flugzeugs eine recht große Anzahl über das Flugzeug verteilter und damit teilweise recht weit voneinander entfernter Subsysteme mit je einer datensendenden Endstelle enthalten kann, kann die hierfür erforderliche Verdrahtung recht umfangreich sein.
2. Für viele militärische Anwendungen ist die Verwendung einer Lösung mit Multiplex-Datenbus vorgeschrieben (MIL-Standard 1553). Diese Lösung basiert auf der Verwendung einer softwarege steuerten zentralen Bussteuerungseinrichtung, welche höchste Auto rität über den Datenbus sowie über alle daran angeschlossenen Endstellen hat, bei denen es sich je um sendende und/oder empfan gende Endstellen handeln kann. Diese Multiplex-Datenbus-Lösung reduziert immens den Verdrahtungsumfang eines Flugzeugelektro niksystems, womit eine Verringerung von Gewicht und Kosten und eine Erhöhung der Zuverlässigkeit einhergehen. Bei dieser Lösung verwendet man derzeit einen Datenbus mit Spannungsbetrieb. Das heißt, die Daten werden als Spannungssignale übertragen, welche über ein verdrilltes Leiterpaar als Übertragungsmedium geschickt werden. Bei einem Datenbus mit Spannungsbetrieb geschieht die Datenkopplung zwischen dem Datenbus und davon abzweigenden Endstellen mittels spannungsmäßig koppelnder Kopplereinrichtungen in Form von Spannungsübertragern mit Primärwicklungen, deren Wicklungsenden mit je einem von zwei Busleitern verbunden sind. Jede Kopplereinrichtung weist eine Kopplerimpedanz auf, die den Busleitern an der Koppelstelle parallel geschaltet ist. An jeder Kop pelstelle entsteht daher eine Impedanz, die aus der Parallelschaltung von Bus-Wellenwiderstand und Kopplerimpedanz resultiert und daher niedriger ist als der Wellenwiderstand der Busleitung. Daher erzeugt jede Abzweigkopplung einen Impedanzsprung, der auf dem Datenbus eine negative Reflexion der über den Datenbus geschick ten elektromagnetischen Wellen hervorruft, also eine reflektierte elektromagnetische Welle mit einer Polarität, die der Polarität der über den Datenbus geschickten Welle entgegengesetzt ist. Die Impe danzfehlanpassungen und daraus resultierenden Reflexionen an den Koppelstellen führen zu einer Grenze hinsichtlich der Anzahl der an einen Datenbus anschließbaren Datenendstellen.
3. Das neueste für kommerzielle Flugzeuge verwendete Bussystem mit dem Namen "Multi-Transmitter Data Bus" (ARINC 629) ist eine Lösung mit Vielfachzugriff und bidirektionalem Protokoll. Existie rende Realisierungen dieses Systems betreiben den Datenbus im Strombetrieb. Dabei werden Daten als Stromsignal durch ein ver drilltes Leiterpaar als Übertragungsmedium geschickt. Ankopplun gen an den Datenbus finden durch strommäßige Kopplung statt. Hierfür können strommäßig koppelnde Stromübertrager verwendet werden, deren Primärwicklungen seriell in einen der Busleiter ein gefügt sind. Dadurch entsteht an der Koppelstelle eine Impedanz, die höher ist als der Wellenwiderstand der Busleitung. Auch dies führt zu einem Impedanzsprung an jeder Koppelstelle. Diese Art Impedanzsprung erzeugt eine positive Reflexion der über den Daten bus geschickten elektromagnetischen Wellen, also eine reflektierte elektromagnetische Welle mit einer Polarität, die mit der Polarität der über den Datenbus geschickten Welle übereinstimmt. Auch diese Reflexion führt zu einer Grenze hinsichtlich der Anzahl der an einen Datenbus anschließbaren Datenendstellen.
Ein Beispiel eines Bussystems mit strommäßigen Ankopplungen an eine Busleitung, die durch ein verdrilltes Leiterpaar gebildet ist, mittels Stromübertragern ist in der US-A-4 264 827 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Datenübertragungsein richtung mit einer Busleitung und an die Busleitung ankoppelnden Kop peleinrichtungen zu schaffen bei welcher an den Koppelstellen keine oder stark reduzierte Reflexionen auftreten.

Eine Datenübertragungseinrichtung, mit welcher sich diese Aufgabe lösen läßt, ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Datenübertragungseinrich tung sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.

Die vorliegende Erfindung besteht im Kern darin, an jeder Koppelstelle der Busleitung sowohl eine spannungsmäßige Kopplung als auch eine strommäßige Kopplung vorzusehen und die für Reflexionen verantwortli chen Komponenten der hierfür verwendeten Koppeleinrichtungen derart auszulegen, daß sich die polaritätsmäßig entgegengesetzt gerichteten Reflexionen von spannungsmäßiger Kopplung und strommäßiger Kopp lung gänzlich oder mindestens wesentlich gegeneinander aufheben.

Eine erfindungsgemäße Datenübertragungseinrichtung weist daher an jeder Koppelstelle mindestens sowohl einen spannungsmäßig koppelnden Spannungsübertrager als auch einen strommäßig koppelnden Stromüber trager auf, deren impedanzbestimmende Komponenten derart aufeinander abgestimmt sind, daß sich die durch die spannungsmäßige Kopplung verursachte negative Reflexion und die von der strommäßigen Reflexion verursachte positive Reflexion im wesentlichen gegeneinander aufheben.

Zum leichteren Ankoppeln von Subsystemen an den Datenbus können die Sekundärwicklungen der Übertrager mit lösbaren Steckverbindern versehen sein, über welche sendende und/oder empfangende Datenend stellen direkt oder über Subsystem-Busleitungen anschließbar sind.

Bei praktischen Ausführungsformen braucht man nicht unbedingt alle an der Entstehung von Reflexionen beteiligten Komponenten der Koppeleinrichtungen bei der Aufhebung der entgegengesetzt gerichteten Reflexionen zu berücksichtigen. Es gibt Komponenten, die stark zum Entstehen von Reflexionen beitragen, und Komponenten, deren Anteil an der Entstehung von Reflexionen schwach ist. Man erhält bereits gute Ergebnisse, wenn man bei der Auslegung von Komponenten für eine Aufhebung der entgegengesetzt gerichteten Reflexionen nur die in stär kerem Maß an der Entstehung von Reflexionen beteiligten Komponenten berücksichtigt.

Als Datenbus kann ein Koaxialkabel mit einem Innenleiter und einem diesen umgebenden, als Außenleiter dienenden Schirmleiter verwendet werden, wobei der Innenleiter und der Außenleiter die beiden Busleiter des Datenbus bilden. Als Datenbus kann aber auch ein verdrilltes Leiter paar verwendet werden, das die beiden Busleiter bildet, wobei entweder keine Abschirmung vorhanden ist, jeder der beiden Busleiter einen eige nen Schirmleiter aufweist oder beide Busleiter von einem gemeinsamen Schirmleiter umgeben sind.

Die spannungsmäßige Ankopplung mittels des Spannungsübertragers geschieht dadurch, daß die beiden Busleiter an der Koppelstelle von der Primärwicklung des Spannungsübertragers überbrückt werden. Die strommäßige Ankopplung geschieht dadurch, daß die Primärwicklung des Stromübertragers an der Koppelstelle seriell in einen der beiden Busleiter eingefügt wird. Bei einem Koaxialkabel als Busleiter weist der Stromübertrager eine einzige Primärwicklung auf, die seriell in den Innenleiter des Koaxialkabels eingelügt wird. Bei einem verdrillten Leiterpaar als Datenbus weist der Stromübertrager zwei Primärwick lungen auf, die in je einen der beiden verdrillten Leiter seriell eingefügt sind.

Damit das Bussystem insgesamt reflexionsfrei bleibt, darf es keine Bus leiterenden haben, an denen Reflexion auftritt. Verwendet man für das Bussystem einen Ringbus, bei dem die Busleitung in sich geschlossen ist, besteht an allen Stellen entlang der Datenbusleitung ein "Abschluß" mit deren Wellenwiderstand. Ist der Datenbus nicht in sich beschlossen sondern weist zwei Busenden auf, werden diese je mit einem Widerstand abgeschlossen, dessen Widerstandswert gleich dem Wellenwiderstand der Busleitung ist.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In den beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Datenüber tragungseinrichtung mit einer Busleitung in Form eines verdrillten Lei terpaares und einer Anzahl Koppeleinrichtungen;

Fig. 2 einen Teil der in Fig. 1 gezeigten Datenübertragungsein richtung mit der Darstellung nur einer Koppeleinrichtung;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Datenübertragungseinrichtung mit einer Busleitung in Form eines Ko axialkabels und einer Anzahl Koppeleinrichtungen;

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild einer Koppeleinrichtung der in Fig. 2 gezeigten Datenübertragungseinrichtung;

Fig. 5 eine modifizierte Form des in Fig. 4 gezeigten Ersatz schaltbildes, bei welcher hinsichtlich der Koppeleinrichtung nur die hauptsächlich für Reflexionen verantwortlichen Impedanzen dargestellt sind;

Fig. 6 negative und positive Reflexion auf einer Leitung;

Fig. 7 eine Rechteckwanderwelle auf einer Leitung;

Fig. 8 ein negativ reflektierter Anteil der Rechteckwanderweile:

Fig. 9 ein positiv reflektierter Anteil der Rechteckwanderwelle; und

Fig. 10 das Ergebnis der erfindungsgemäßen Reflexionskompensa tion.

Fig. 1 zeigt in schematisierter Darstellung eine Datenübertragungsein richtung 11 mit einer Busleitung 13, die durch ein verdrilltes Leiterpaar mit einem ersten Busleiter 15 und einem zweiten Busleiter 17 gebildet ist und einen Wellenwiderstand Zo aufweist. An entgegengesetzten Ka belenden ist die Busleitung 13 je mit einem Abschlußwiderstand 19 bzw. 21 abgeschlossen, die je einen Widerstandswert gleich dem Wellen widerstand Zo der Busleitung haben. Entlang der Busleitung 13 und mit Abstand voneinander ist eine Anzahl Terminals TM₁, TM₁ . . . TM_N-1 und TM_N angeordnet sind, bei denen es sich je um ein sendendes und/oder empfangendes Terminal handeln kann. Jedes der Terminals TM₁ bis TM_N ist mittels einer zugehörigen Koppeleinrichtung C₁, C₂ . . . C_N-1 bzw. C_N mit der Busleitung 13 nicht-galvanisch gekoppelt. Jede der Koppeleinrichtungen umfaßt einen in Fig. 1 je links dargestellten Span nungsübertrager zur spannungsmäßigen Ankopplung an die Busleitung 13 und einen in Fig. 1 je rechts dargestellten Stromübertrager zur strom mäßigen Ankopplung an die Busleitung 13.

Eine der Koppeleinrichtungen wird nun ausführlicher anhand von Fig. 2 betrachtet. In dieser ist neben der Busleitung 13 mit den Busleitern 15 und 17 und den wellenwiderstandsmäßig abschließenden Abschluß widerständen 19 und 21 nur eine einzige Koppeleinrichtung zum An schluß eines der Terminals dargestellt. Erfindungsgemäß umfaßt diese Koppeleinrichtung einen spannungsmäßigen Koppelteil und einen strom mäßigen Koppelteil.

Der spannungsmäßige Koppelteil umfaßt einen Spannungsübertrager 23 mit einer Spannungsübertragerprimärwicklung 25 und einer Spannungsü bertragersekundärwicklung 27. Die Spannungsübertragerprimärwicklung 25 überbrückt die beiden Busleiter 15 und 17 dadurch, daß ihre freien Enden an Verbindungspunkten 29 bzw. 31 mit den Busleitern 15 bzw. 17 verbunden sind, beispielsweise durch eine Lötverbindung. Die Span nungsübertragersekundärwicklung 27 weist freie Enden 33 und 35 auf, die mit (nicht dargestellten) Anschlußelementen versehen sind, mittels welchen an 33 und 35 eine Tx-(Sender-) oder Rx-(Empfänger-)Einheit (nicht dargestellt) anschließbar ist, beispielsweise über eine lösbare Steckverbindung. In Fig. 2 ist dies ersatzweise durch je eine Lastimpe danz Rx oder Tx dargestellt, welche die Impedanz eines Empfängerteils bzw. eines Senderteils des zugehörigen Terminals repräsentieren. An die Koppeleinrichtungen können Terminals angeschlossen sein, die reine Sender oder reine Empfänger sind oder die sowohl als Sender als auch als Empfänger fungieren können.

Zur strommäßigen Kopplung ist ein Stromübertrager 37 vorgesehen, der zwei Stromübertragerprimärwicklungen 39 und 41 sowie eine Strom übertragersekundärwicklung 43 aufweist. Eine erste Stromübertragerprimärwicklung 39 ist seriell in den ersten Busleiter 15 eingefügt, während die zweite Stromübertragerprimärwicklung 41 seriell in den zweiten Busleiter 17 eingefügt ist. Die Stromübertragersekun därwicklung 43 weist zwei freie Enden 45 und 47 auf, an welche ein strommäßig gekoppelter Teil des zugehörigen Terminals anschließbar ist, beispielsweise wieder mittels einer Steckverbindung, wobei der zuge hörige Schaltungsteil des an diese Koppeleinrichtung angeschlossenen Terminals durch eine Lastimpedanz Rx oder Tx dargestellt ist, welche wie im Fall der Spannungsübertragersekundärwicklung 27 die Impedanz eines Empfängerteils bzw. eines Senderteils des zugehörigen Terminals repräsentiert.

Zwischen den Verbindungspunkten 29 und 31 ist eine Impedanz Ztr angegeben, welche die Impedanz darstellt, welche zwischen den Ver bindungspunkten 29 und 31 erscheint und gebildet wird durch eine Pa rallelschaltung des Busleitungswellenwiderstandes Zo und der Abzweig impedanz Za, welche vom Spannungsübertrager 23 und der an dessen Sekundärseite angeschlossenen Last gebildet wird.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Datenübertragungseinrichtung 11 dargestellt, die mit einer Busleitung 49 in Form eines Koaxialkabels mit einem Innenleiter 51 und einem Außen leiter 53 aufgebaut ist. An entgegengesetzten Kabelenden ist die Buslei tung 49 wie im Fall der Fig. 1 je mit einem Abschlußwiderstand 19 bzw. 21 versehen, dessen Widerstandswert gleich dem Wellenwiderstand Zo der Busleitung 49 ist. Wie im Fall der Fig. 1 sind mittels Koppel einrichtungen C₁ bis C_N Terminals TM₁ bis TM_N angekoppelt. Wie im Fall der Fig. 1 umfaßt bei der Ausführungsform in Fig. 2 jede Koppel einrichtung einen spannungsmäßig koppelnden Spannungsübertrager 23 und einen strommäßig koppelnden Stromübertrager 37. Abweichend von der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform weist bei der Ausführungsform der Fig. 3 der Stromübertrager 37 nur eine Stromübertragerprimär wicklung 39 auf, die seriell in den Innenleiter 51 der Busleitung 49 eingefügt ist. Ansonsten besteht Übereinstimmung mit der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform. Dies gilt auch hinsichtlich der ausführliche ren Darstellung in Fig. 2, die man für eine Betrachtung der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform verwenden kann, wenn man die zweite Stromübertragerprimärwicklung 41 wegläßt.

Fig. 4 zeigt ein Ersatzschaltbild der Ausführungsform nach Fig. 3, allerdings nur mit einer Koppeleinrichtung, wobei Stellen A, B, C und D dargestellt sind, die für die Ersatzschaltbildbetrachtungen als Einfü gungsstellen bezeichnet werden können, an denen mindestens eine Kop peleinrichtung zwischen die Busleitung gefügt ist. Links von den Einfü gungsstellen A und B einerseits und rechts von den Einfügungsstellen C und D andererseits befindet sich je ein Busleitungsteil, der in an sich bekannter Weise je durch einen Leitungslängswiderstand R, eine Lei tungslängsinduktivität L, einen Leitungsquerleitwert G und eine Lei tungsquerkapazität C dargestellt ist. Zwischen den Einfügungsstellen A, B und C, D befinden sich die Ersatzschaltbildkomponenten der kom biniert spannungsmäßig und strommäßig übertragenden Koppeleinrich tung, wobei sich die Ersatzschaltbildkomponenten des spannungsmäßig koppelnden Teils links und die Ersatzschaltbildkomponenten des strom mäßig koppelnden Teils rechts von einer punktiert dargestellten schrägen Trennlinie EF befinden. Zu dem die spannungsmäßige Kopplung bewir kenden Spannungsübertrager gehören folgende Ersatzschaltbildkompo nenten: Die primärseitig wirkende Spannungsübertragungsinduktivität L_V, der Drahtleitwert G_V der Spannungsübertragerprimärwicklung 25. die Windungskapazität C_V des Spannungsübertragers 23, die Leckinduk tivität L_VL des Spannungsübertragers 23 und ein Leitwert G_VS, welcher den Drahtwiderstand der Spannungsübertragersekundärwicklung 37 und den Widerstand der an die Spannungsübertragersekundärwicklung ange schlossenen Last repräsentiert. L_V und G_V bilden eine zwischen die Einfügungsstellen A und B gefügte Serienschaltung. C_V liegt parallel zu G_V. L_VL und G_VS bilden eine Reihenschaltung, die C_V parallel geschaltet ist.

Der die strommäßige Ankopplung bewirkende Stromübertrager 37 um faßt folgende Ersatzschaltbildkomponenten: Eine Stromübertragerindukti vität L_C, einen Drahtwiderstand R_C der Stromübertragerprimärwicklung 39, eine Wicklungskapazität C_C, eine Leckinduktivität L_CL und einen Widerstand R_CS, welcher den Drahtwiderstand der Stromübertrager sekundärwicklung 43 und den Widerstand der an die Stromübertrager sekundärwicklung 43 angeschlossenen Last repräsentiert. L_C und R_C befinden sich in Reihenschaltung im Längszweig zwischen den Ein fügungsstellen A und C. C_C ist R_C parallel geschaltet. L_CL und R_CS bilden eine C_C parallel geschaltete Reihenschaltung.

Ein vereinfachtes Ersatzschaltbild, bei dem die Ersatzschaltungskom ponenten von Spannungsübertrager und Stromübertrager zusammengefaßt sind, ist in Fig. 5 gezeigt. Die zu den beiden Busleitungsteilen gehören den Ersatzschaltbildkomponenten sind identisch wie in Fig. 4. Eine Zusammenfassung gibt es hinsichtlich der zwischen den Einfügungs stellen A bis D dargestellten spannungs- und strommäßig koppelnden Übertrager. Diese umfaßt bei der vereinfachten Ersatzschaltbilddarstel lung nur noch eine im Längszweig zwischen den Einfügungsstellen A und B befindliche Reihenschaltung aus einem Längswiderstand Ru und einer Kopplerinduktivität Lcm und eine im Querzweig zwischen den beiden Langszweigen befindliche Reihenschaltung aus einem Querleit wert Gu und einer Kopplerkapazität Cvm.

In Fig. 5 sind Impedanzen angegeben, nämlich die Längsleitungswider stände R, die Querleitwerte G, die induktiven Blindwiderstände jωL und die kapazitiven Blindwiderstände 1/jωC der Busleitung einerseits sowie der induktive Blindwiderstand jωLcm, der Längswiderstand Ru, der kapazitive Blindwiderstand 1/jωCvm und der Querleitwert Gu der Span nungs- und strommäßig koppelnden Koppeleinrichtung. In Fig. 5 sind außerdem für die beiden Busleitungsteile deren Wellenwiderstand Zo und für den Koppeleinrichtungsteil dessen charakteristische Impedanz Zc angegeben, nämlich für die Busleitungsteile

Zo = √(R+jωL)/(G+jωC) (1)

und für den KoppeleinrichtungsteilZc = √(Ru+jωLcm)/(Gu+jωCvm) (2).

Damit die betrachtete Koppeleinrichtung keine Reflexion verursacht, muß die charakteristische Impedanz Zc der Koppeleinrichtung gleich dem Wellenwiderstand Zo der Busleitung sein, also

Zc = Zo (3).

Vorausgehend ist eine Betrachtung zur Vermeidung von Reflexion an den Koppeleinrichtungen anhand der charakteristischen Widerstände vorgenommen worden.

Eine andere Möglichkeit ist die Betrachtung der Reflexionskoeffizienten τ. Durch die Spannungskopplung wird ein Reflexionskoeffizient

τvm = (Ztr-Zo)/Ztr+Zo (4)

erzeugt mitZtr = Zo || Za (5).

Der durch die Stromkopplung erzeugte Reflexionskoeffizient ist

τcm = [(jωLcm-Zo)+Zo]/[(jωLcm+Zo)-Zo] (6).

Da τvm und τcm Reflexionen entgegengesetzter Polarität sind, kommt es zur gegenseitigen Kompensation der positiven und der negativen Refle xion, wenn

τvm = τcm (7)

erfüllt ist.

Die positive und negative Reflexion sowie deren gegenseitige Aus löschung werden nun noch anhand graphischer Darstellungen in den Fig. 6 bis 10 erläutert.

Fig. 6 zeigt schematisch eine Busleitung 11 mit einer Koppeleinrichtung C_N mit einem spannungsmäßig koppelnden Teil VM, der eine negative Reflexion mit einem Reflexionsfaktor τvm erzeugt, und einem strom mäßig koppelnden Teil CM, der eine positive Reflexion mit einem Re flexionsfaktor τcm erzeugt. Beide Reflexionen bewirken, daß eine in Richtung des in Fig. 6 gezeigten Pfeils über die Busleitung laufende Wanderwelle teilweise reflektiert wird, so daß ein von der Stärke der jeweiligen Reflexion abhängender Bruchteil der Wanderwelle in eine der Laufrichtung der Wanderwelle entgegengesetzten Richtung zurückge schickt wird.

Fig. 7 zeigt eine Wanderwelle in Form einer Rechteckwelle. In Fig. 8 ist ein negativ reflektierter Teil und in Fig. 9 ist ein positiv reflektierter Teil dieser Rechteckwelle dargestellt. Wie die Fig. 8 und 9 zeigen, haben die beiden reflektierten Teile entgegengesetzte Polarität. Beein flußt man die die Reflexion verursachenden Komponenten der Koppel einrichtung derart, daß die negative und die positive Reflexion betrags mäßig gleich groß sind, kommt es zur gegenseitigen Kompensation oder Auslöschung der Reflexion, wie in Fig. 10 angedeutet ist. (Hierbei ist angenommen, daß die positive Reflexion und die negative Reflexion an Stellen entlang der Busleitung entstehen, die so dicht beieinander liegen, daß Laufzeitunterschiede vernachlässigbar sind). In diesem Fall ergibt sich ein Gesamtreflexionsfaktor

τS = 0 (8).

Zur Auslegung der Koppeleinrichtung derart, daß es zu einer reflexions freien Kopplung kommt, kann man folgendermaßen vorgehen:
Soweit man ihn noch nicht kennt, bestimmt man zunächst den Wellenwi derstand des als Busleiter verwendeten Kabeltyps. Übliche für Busleitun gen geeignete Kabel haben einen Wellenwiderstand Zo von etwa 50 bis 130 Ω. Danach bestimmt oder beeinflußt man die Impedanzen der an die Sekundärwicklungen 27 und 43 der Koppelübertrager angeschlossenen Lasten. Durch Auslegung des Spannungsübertragers 23 und des Strom überträgers 37 werden dann die Impedanzen jωCvm in Fig. 4 und damit jωLcm solange verändert, bis die beiden Reflexionskoeffizienten τvm und τcm der Beziehung (7) genügen. Hierfür werden hauptsächlich die Induktivität L_C des Stromübertragers 37 und die Wicklungskapazität C_V des Spannungsübertragers 23 verändert. L_C kann man über die primär seitigen und/oder sekundärseitigen Spannungsübertragerwicklungen beeinflussen. C_C kann man über das Windungsverhältnis, die Draht dicke, die Windungstechnik und die Lackdichte des zur Isolierung des Wicklungsdrahtes verwendeten Lackes beeinflussen.

Sollte im Einzelfall der von der spannungsmäßigen Kopplung stammende Reflexionskoeffizient τvm so groß sein, daß er sich durch den von der Stromkopplung stammenden Reflexionskoeffizienten τcm nicht kompen sieren läßt kann man die Induktivität des Stromübertragers 37 durch Hinzufügen einer entsprechend dimensionierten Induktivität soweit erhö hen, daß τcm betragsmäßig gleich groß wie τvm wird.

Claims

1. Elektrische Datenübertragungseinrichtung (11) zur Übertragung digitaler Daten in einem vorbestimmten Frequenzbereich,
mit einer der Übertragung von Datenwanderwellen dienenden Bus leitung (13; 49), die einen vorbestimmten Wellenwiderstand (Zo) aufweist und keine nicht mit dem Wellenwiderstand (Zo) abge schlossenen Enden aufweist,
und mit einer Anzahl von an vorbestimmten Stellen entlang der Busleitung (11; 49) angeordneten Koppeleinrichtungen (C_N) zur Dateneinkopplung in die Busleitung (13; 49) und/oder Datenaus kopplung aus der Busleitung (11; 49),
wobei jede Koppeleinrichtung (C_N) sowohl einen spannungsmäßig mit der Busleitung (13; 49) koppelnden, auf der Busleitung (13; 49) eine bezüglich der Polarität der Datenwanderwelle negative Refle xion (τvm) verursachenden Spannungsübertrager (23) als auch einen strommäßig mit der Busleitung (13; 49) koppelnden, auf der Buslei tung (13; 49) eine bezüglich der Datenwanderwelle positive Refle xion (τcm) verursachenden Stromübertrager (37) aufweist
und wobei die für die Reflexionsverursachung hauptsächlich bestim menden Parameter von Spannungsübertrager (23) und Stromübertrager (37) derart dimensioniert sind, daß sich die vom Spannungsübertrager (23) und vom Stromübertrager (37) verursach ten Reflexionen entgegengesetzter Polarität in dem vorbestimmten Frequenzbereich im wesentlichen kompensieren.

2. Datenübertragungseinrichtung (11) nach Anspruch 1, bei welcher die Busleitung (13; 49) als Ringleitung ausgebildet ist.

3. Datenübertragungseinrichtung (11) nach Anspruch 1, bei welcher die Busleitung (11; 49) zwei Enden aufweist, die je mit dem Wellenwiderstand (Zo) der Busleitung (13; 49) abgeschlossen sind.

4. Datenübertragungseinrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei welcher der Spannungsübertrager (23) eine Spannungsübertragerprimärwicklung (25) und eine Spannungsüber tragersekundärwicklung (27) und der Stromübertrager (37) minde stens eine Stromübertragerprimärwicklung (39, 41) und eine Strom übertragersekundärwicklung (43) aufweist,
wobei die Primärwicklungen (25, 439, 41) je mit der Busleitung (13; 49) verbunden sind und an die Sekundärwicklungen (25, 43) je ein Datensender und/oder ein Datenempfänger anschließbar sind,
und wobei jeder der beiden Übertrager (23, 37) mindestens eine für Reflexionsverursachung hauptsächlich bestimmende Impedanz auf weist und die beiden Übertrager (23, 37) derart dimensioniert sind, daß sich diese Impedanzen gegenseitig kompensieren.

5. Datenübertragungseinrichtung (11) nach Anspruch 1, 3 oder 4, bei welcher die Busleitung (13) zwei miteinander verdrillte Busleiter (15, 17) aufweist, zwischen die an jedem Busleitungsende ein Ab schlußwiderstand (19, 21) mit dem Widerstandswert des Wellen widerstandes (Zo) der Busleitung (13; 49) geschaltet ist.

6. Datenübertragungseinrichtung (11) nach Anspruch 5, bei welcher jeder der beiden Busleiter (15, 17) von einem Schirm leiter umgeben ist.

7. Datenübertragungseinrichtung (11) nach Anspruch 5, bei welcher die beiden Busleiter (15, 17) von einem gemeinsamen Schirmleiter umgeben sind.

8. Datenübertragungseinrichtung (11) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei welcher die Spannungsübertragerprimärwicklung (25) zwischen die beiden Busleiter (15, 17) geschaltet ist und der Stromübertrager (37) zwei Stromübertragerprimärwicklungen (39, 41) aufweist, die je seriell in einen der beiden Busleiter (15, 17) eingefügt sind.

9. Datenübertragungseinrichtung (11) nach Anspruch 1, 3 oder 4, bei welcher die Busleitung (49) durch ein Koaxialkabel mit einem Innenieiter (51) und einem diesen umgebenden Außenieiter (53) gebildet ist, zwischen die an jedem Busleitungsende ein Abschluß widerstand (19, 21) mit dem Widerstandswert des Wellenwider standes (Zo) des Koaxialkabels geschaltet ist.

10. Datenübertragungseinrichtung (11) nach Anspruch 9, bei welcher die Spannungsübertragerprimärwicklung (25) zwischen den Innenleiter (51) und den Außenleiter (53) des Koaxialkabels geschaltet ist und der Stromübertrager (37) eine in den Innenleiter (51) des Koaxialkabels seriell eingefügte Stromübertragerprimär wicklung (39) aufweist.

11. Datenübertragungseinrichtung (11) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welcher freie Primärwicklungsenden der beiden Übertrager (23, 37) durch Lötverbindung mit den Busleitern (15, 17; 51, 53) ver bunden sind.

12. Datenübertragungseinrichtung (11) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, bei welcher freie Primärwicklungsenden der beiden Übertrager (23, 37) mittels Steckverbindern mit den Busleitern (15, 17; 51, 53) verbunden sind.

13. Datenübertragungseinrichtung (11) nach einem der Ansprüche 4 bis 13, bei welcher freie Sekundärwicklungsenden (33, 35 bzw. 45, 47) mit Steckverbindern zum lösbaren Anschließen eines Datensenders und/oder Datenempfängers versehen sind.