DE2703258C2 - Abzweiger nach dem Richtkopplerprinzip mit unterschiedlichen Rohrkernübertragern - Google Patents

Description

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Übertragungseinrichtungen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sind aus der Praxis bekannt und werden insbesondere als Einzel- oder in Kettenschaltung als Mehrfachabzweiger in Gemeinschafts-Antennenanlagen verwendet.

Derartige Geräte sollen innerhalb ihres gesamten Betriebsfrequenzbereiches hauptsächlich folgende technische Forderungen erfüllen:

1. Hohe Kopplungsdämpfung (gute Entkopplung) zwischen erstem Ausgang und zweitem Ausgang (Abzweig)

2. Kleine Dämpfung zwischen Eingang und erstem Ausgang (Stammdurchgangsdämpfung)

3. Hohe Rückflußdämpfung (gute Anpassung) an allen Anschlüssen.

Die bekannten Übertragungseinrichtungen der genannten Art weisen jeweils zwei identische Rohrkernübertrager auf und genügen damit zwar der Forderung

65 1 durch genaues Einhalten der Grundbedingung für das Richtkopplerprinzip, nämlich gleiches Übersetzungsverhältnis der beiden Übertrager. Dagegen erfüllen sie die beiden anderen wichtigen Anforderungen für viele Anwendungsfälle nur in unzureichendem Maße. Das gilt besonders für die Stanirndurchgangsdämpfung bei höheren Frequenzen und für die Rückflußdämpfungen bei tiefen Frequenzen.

Dieser schwerwiegende Nachteil resultiert daraus, daß für die beiden genannten Forderungen die Kernabmessungen und die Primärwindungszahl (mit »primär« sind jeweils die Übertragerwicklungen mit der kleinen Windungszahl bezeichnet) des ersten Übertragers konträren Bedingungen genügen müßten: für kleine Stammdurchgangsdämpfung sollten sie möglichst klein bemessen sein, für möglichst hohe Rückflußdämpfung am zweiten Ausgang (Abzweig) bei niedrigen Frequenzen dagegen groß, damit die Induktivität der Sekundärwicklung möglichst groß ist. Beides läßt sich nicht zugleich realisieren, da das Übersetzungsverhältnis der Übertrager durch den gewünschten Wert der Dämpfung des zweiten Ausgangs (Abzweigdämpfung) festliegt. Da die Übertrager identisch sind, ist auch der induktive Widerstand der Sekundärwicklung des zweiten Übertragers verhältnismäßig klein, so daß die Rückflußdämpfungen von Ein- und Ausgang ebenfalls zu niedrig sind.

Bei den bekannten Übertragungseinrichtungen der genannten Art ist daher bei der Bemessung der beiden identischen Übertrager ein technisch nicht befriedigender Kompromiß zwischen geringer Durchgangsdämpfung und der Übertragungsqualität bei tiefen Frequenzen getroffen. Dieser Nachteil kann insbesondere bei Kettenschaltung mehrerer solcher Übertragungseinrichtungen, bei der sich die Stammdurchgangsdämpfungen addieren und der resultierende Widerstand der sekundären Übertragungswicklungen verringert ist, dazu führen, daß ein sinnvoller praktischer Einsatz nicht mehr möglich ist.

Zur Verbesserung der Rückflußdämpfungen bei tiefen Frequenzen ist es bei einem Differentialübertrager mit Doppellochkern aus der DE-OS 23 43 403 bekannt, zwischen Fußpunkt und Masse ein ferromagnetisches Bauteil 29,30 einzuschalten, das die Induktivität der Sekundärwicklungen erhöht. Diese Lösung hat aber nicht nur den Nachteil, daß ein zusätzliches Bauteil erforderlich ist, sondern auch, daß durch die Richtkopplerwirkung beeinträchtigende Phasen- und Amplitudenfehler die Kopplungsdämpfung zw^:schen Ausgang und Abzweig verringert wird. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist noch eine weitere Induktivität 32, 33, 34 erforderlich. Diese bekannte I Ibertragungseinrichtung arbeitet also mit einer recht aufwendigen Schaltung, die zudem die Stammdurchgangsdämpfung in keiner Weise verbessert.

Dies gilt auch für eine bekannte Übertragungseinrichtung nach der DE-AS 24 48 737, bei der die Sekundärwicklungen unterschiedliche Windungszahlen aufweisen und die sich im übrigen ebenfalls auf einen Übertrager mit Doppellochkern und nicht auf zwei getrennte Rohrkernübertrager bezieht wie der Anmeldungsgegenstand. Außerdem konnte offensichtlich das im Anspruch 2 geforderte annähernd gleiche Übersetzungsverhältnis der beiden Übertrager nicht realisiert werden (siehe Spalte 3, vorletzter Absatz: 1 :7 beim ersten, 1 : 9 beim zweiten Übertrager), so daß wegen der dadurch auftretenden Amplitudenfehler die Richtwirkung vermindert und damit nicht die optimale

Entkopplung erreicht ist (Koppeldampfung nur 3OdB gegenüber >40dB beim Ausführungsbeispiel des Anmeldungsgegenstandes gemäß F i g. 3).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Übertragungseinrichtung nach dem Obei begriff des Anspruches 1 zu schaffen, bei der unter Vermeidung aller genannten Nachteile auf möglichst einfache und preisgünstige Weise eine für den gesamten Übertragungsfrequenzbereich geringe Stammdurchgangsdämpfung und hohe Rückflußdämpfung für alle Anschlüsse gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches angegebenen Maßnahmen gelöst.

Dabei ergeben die kleinen Abmessungen des Rohrkerns des ersten Übertragers geringe magnetische Kernverluste und wegen der kurzen Windungen auch geringe Streuverluste. Durch die Wahl eines Kernmaterials geringer relativer Permeabilität können die Kernverluste noch weiter verringert werden, so daC insgesamt eine minimale Staromdurchgangsdämpfung erreicht ist. Demgegenüber ist durch den größeren Rohrkern des zweiten Übertragers die Induktivität seiner Sekundärwicklung groß genug, um eine hohe Rückflußdämpfung am Ein- und Ausgang auch bei niedrigen Frequenzen zu gewährleisten.

Bei der praktischen Bemessung der Windungszahlen wird z. B. folgendermaßen vorgegangen:

Als Primärwicklung des ersten Übertragers wird lediglich ein durch die Rohrkernbohrung geführter gerader Leiter verwendet (entspricht elektrisch ungefähr ²Λ Windungen), weil dies sowohl eine dazu symmetrische Anordnung der Sekundärwicklung und damit eine optimale Anwendung der Maßnahmen nach Anspruch 3 und 4, sowie des ersten Merkmals des Anspruches 2 ermöglicht und im Hinblick auf eine geringe Stammdurchgangsdämpfung ohnehin eine möglichst geringe Primärwindungszahl angestrebt wird.

Es ist vorteilhaft, den Draht wegen der geringen Dämpfung zu ve. silbern. Bei der Bemessung seines Durchmessers ist ein Kompromiß zu schließen: Einerseits darf der Draht wegen der geforderten geringen Dämpfung nicht zu dünn sein, und andererseits nicht zu dick, weil sonst die zur Sekundärwicklung bestehende Wicklungskapazität steigt und die obere Grenzfrequenz ungünstig beeinflußt.

Mit der Primärwindungszahl und das durch die gewünschte Abzweigdämpfung festgelegte Übersetzungsverhältnis is*, auch die Sekundärwindungszahl des ersten Übertragers bestimmt. Nun werden die Abmessungen und/oder das Material des Rohrkerns so gewählt, daß der zum Anschlußwiderstand des zweiten Ausgangs (Abzweig) parallel liegende induktive Widerstand der Sekundärwicklung des ersten Übertragers gerade groß genug ist, um den jeweils geforderten Wert der Rückflußdämpfung am Abzweig zu gewährleisten.

Eine derartige Bemessung des ersten Übertragers mit den kleinstmöglichen Werten der Primärwindungszahl und der Abmessungen und/oder der relativen Permeabilität des Rohrkerns ergibt sehr geringe Kern- und Streuverluste, so daß die Stammdurchgangsdämpfung klein ist und vor allem zu hohen Frequenzen hin nur äußerst geringfügig ansteigt.

Die Praxis zeigt, daß es nicht nötig ist, die Windungszahl des zweiten Übertragers gegenüber denen des ersten zu ändern; es sind lediglich die Abmessungen und/oder das Material des Kerns so zu wählen, daß die Induktivität ieiner Sekundärwicklung und damit deren zur Ein- und Aurgangsimpedanz des Abzweigers parallelgeschalteter induktiver Widerstand groß genug ist, um den gewünschten Wert der entsprechenden Rückflußdämpfungen auch bei den tiefsten Frequenzen des Übertragungsfrequenzbereiches zu erreichen. Die dadurch hervorgerufene höhere Induktivität der Primärwicklung macht sich beim zweiten Übertrager bei weitem nicht so störend bemerkbar wie beim ersten und bewirkt keine nennenswerte Beeinträchtigung der Stammdurchgangsdämpfung. Natürlich können auch andere Windungszahlen als beim ersten Übertrager gewählt werden, wobei aber zu beachten ist, daß die gewünschte Induktivität durch entsprechende Kernänderung besser zu erreichen ist, als durch Vergrößerung der Windungszahlen.

Durch die erfinderischen Maßnahmen nach Anspruch 1 sind also ohne den geringsten Mehraufwand an Material ode^r bei der Herstellung und bei maximaler Koppeidämpfung zwischen den Ausgängen auf elegante Weise die eingangs genannten technischen Forderungen erfüllt.

Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Übertragungseinrichtung nach Anspruch 2 ist durch das erstgenannte kennzeichnende Merkmal die die Stammleitung belastende Streuinduktivität der Sekundärwicklung gegenüber einer Wicklung mit aneinanderüegenden Windungen wesentlich vermindert und trägt somit zu einer weiteren Verringerung der Stammdurchgangsdämpfung bei.

jo Durch das zweiie kennzeichnende Merkmal dieses Anspruchs ist als günstiger Kompromiß zwischen einer mit wachsender Frequenz steigenden bzw. kleiner werdenden Auskoppeldämpfung bei eng zusammen- bzw. weit auseinanderliegenden Windungen ein konstanter Verlauf über den gesamten Übertragungsfrequenzbereich erzieh.

Bei einer Übertragungseinrichtung nach Anspruch 3 weist der erste Übertrager in vorteilhafter Weise die von Fertigungsstreuungen unabhängige geringstmögliehe Wicklungskapazität zwischen Primär- und Sekundärwicklung auf und damit eine auch in der Mengenfertigung gleichbleibende Kopplungsdämpfung zwischen erstem und zweitem Ausgang, auch bei den höchsten Frequenzen des zu übertragenden Bereiches. Besonders einfach und kostengünstig ist die Herstellung derartiger Übertrager durch eine Ausgestaltung nach Anspruch 4.

Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Übertragungseinrichtung als Zweifach-Abzweiger. Dabei ist F i g. 1 ein Prinzipschaltbild und Fig. 2 die perspektivische Ansicht der beiden Rohrkernübertrager jedes der in F i g. 1 durch einen gestrichelten Rahmen gekennzeichneten Einzelabzweiger, wobei der erste Übertrager in Fig. 2a und der zweite Übertrager in F i g. 2b dargestellt ist. F i g. 3 zeigt die Frequenzgänge folgender Dämpfungen eines Einzelabzweigers: Stammdurchgangsdämpfung zwischen Ein- und Ausgang, Kopplungsdämpfung zwischen Ausgang und Abzweig, Abzweigdämpfung zwischen Eingang und Abzweig, sowie der Rückflußdämpfungen für alle drei Anschlüsse. Dabei sind jeweils die Kurven eines Abzweigers mit in bekannter Weise verwendeten identischen Übertragern (gestrichelt) denen eines Abzweigers mit erfindungsgemäßem Aufbau (durchgeb5 zöge::) gegenübergestellt, wobei beide Abzweiger für konstante Auskoppeldämpfung ausgelegt sind.

Gemäß Fig. 1 weist der Zweifach-Abzweiger einen Eingang 1, einen Ausgang 2, sowie zwei gleichberechtig-

te Abzweiganschlüsse 3 und 4 auf. Während der Hauptteil der Hochfrequenzenergie über die Stammleitung 5 vom Eingang 1 zum Ausgang 2 geleitet wird, gelangt nur ein verhältnismäßig kleiner Teil zu den Anschlüssen 3 und 4.

Er wird bestimmt durch die gewählte Auskoppeldämpfung, die durch ein entsprechendes Übersetzungsverhältnis (Verhältnis der Windungszahlen von Priniärzu Sekundärwicklung der beiden Übertrager Ü 1 und Ö2) erreicht ist. Diese sind in Richtkopplertechnik zusammengeschaltet, damit eine möglichst hohe Entkopplung zwischen Ausgang 2 und dem jeweiligen Abzweig 3, 4 gewährleistet ist. Dazu ist die Schaltung folgendermaßen aufgebaut: Die Primärwicklungen der Übertrager Öl sind in die Stammleitung 5 eingeschaltet, die Sekundärwicklung liegt jeweils über eine Leitung 6 einseitig an Masse und führt auf der anderen Seite über die Leitung 7 zum jeweiligen Abzweiganschluß 3,4.

Die Primärwicklung 5' der zweiten Übertrager L/2 ist jeweils einmal an die Leitung 7 angeschlossen und zum anderen über eine Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand 8 und einem Kondensator 9 an Masse; ihre Sekundärwicklungen liegen jeweils über Leitungen 10 bzw. 11 zwischen dem Eingang 1 bzw. Stammleitung 5 und Masse.

Die beiden auf getrennte Rohrkerne 12 bzw. 13 gewickelten Übertrager Öl bzw. Ü2 jedes Einzelabzweigers weisen gleiche Übersetzungsverhältnisse auf, damit sich die für das Richtkopplerprinzip entscheidenden gegenphasigen Spannungen an den Abzweiganschlüssen in gleicher Größe ergeben und damit auslöschen. Der ohmsche Widerstand 8 ist als Abschlußwiderstand eines gedachten vierten Tores und damit als notwendiger Bestandteil des Richtkopplers zu verstehen. Er ist daher so bemessen, daß einerseits die Entkopplung möglichst groß ist und andererseits die Rückflußdämpfung am Abzweig besonders bei tiefen Frequenzen den geforderten Wert erreicht (im vorliegenden Ausführungsbeispiel ca. 75 Ohm). Der Kondensator9 kompensiert unvermeidliche Streuinduktivitäten und -kapazitäten und verbessert daniit die Entkopplung bei hohen Frequenzen.

Die Abzweigdämpfung beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 13 dB, das Übersetzungsverhältnis dementsprechend etwa 1 :4,5.

Da die Primärwicklungen lediglich aus einem geraden, durch die jeweilige Kernbohrung 14 geführten Drahtleiter 5, 5' (elektrisch etwa ²/₃ Windungen) bestehen, müssen die jeweiligen Sekundärwicklungen

drei Windungen 15,16,17 bzw. 15', 16', 17' aufweisen.

Bei den bekannten Abzweigern dieser Art sind die Rohrkerne 12, 13 der beiden Übertrager Öl, Ö2 in Größe und Beschaffenheit gleich.

Damit erhält man den Einzelabzweiger im Frequenzbereich von 40—860MHz die in F i g. 3 gestrichelt dargestellten Kurven 18 bis 23 in dieser Reihenfolge für die Stammdurchgangsdämpfung, die Abzweigdämpfung, die Koppeldämpfung zwischen Ausgang 2 und Abzweigen 3, 4, sowie die Rückflußdämpfungen für die Anschlüsse 1,2 und 3 bzw. 4.

Wählt man jedoch gemäß der Erfindung den Rohrkern 12 bei sonst gleichen Abmessungen und gleichem Material nur etwa halb so lang wie den Rohrkern 13, verteilt die drei Windungen 15, 16, 17 der Sekundärwicklung des Übertragers Ü1 gleichmäßig am Umfang (F i g. 2a) und ordnet diejenigen 15', 16', 17' der Sekundärwicklung des Übertragers Ö2 verhältnismäßig naheliegend beieinander an (Fig. 2b), sie ist auf einfache Weise ohne irgendwelche Mehraufwendungen eine entscheidende Verbesserung der Stammdurchgangsdämpfung, dei Koppeldämpfung zwischen Ausgang 2 und den Abzweigen 3, 4, sowie der Rückflußdämpfungen an Ein- und Ausgang gemäß den durchgezogen gezeichneten Kurven 24, 26, 27 und 28 in F i g. 3 erreicht. Die Forderung nach konstanter Auskoppeldämpfung ist gemäß Kurve 25 erfüllt, die Rückflußdämpfung am Abzweig 3,4 liegt noch über den Werten gemäß Empfehlung des Fachverbandes Empfangsant. im ZVEl.

Ein Isolierschlauch 30, der den geraden Leiter 5 des Übertragers Öl umhüllt, ist in seiner Stärke so gewählt, daß er eine zentrische Führung in der Kernbohrung 14 und die symmetrische Anordnung der Sekundärwicklung nach Anspruch 2 ermöglicht.

Es wurde bereits ausgeführt, daß die durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielten Vorteile bzgl. der Stammdurchgangsdämpfung und der Rückflußdämpfung von Ein- und Ausgang gegenüber den bekannten Lösungen um so mehr zu Buche schlagen, je mehr Einzelabzweiger in Kette zu einem Mehrfachabzweiger zusammengeschaltet sind. Trotzdem werden dabei diese Rückflußdämpfungen absolut gesehen natürlich kleinen Zur weitgehenden Vermeidung dieses Nachteils ist es in Fortbildung der Erfindung zweckmäßig, bei derartigen Geräten das Verhältnis der Rohrkernabmessungen von Übertrager Ö2 zu Übertrager Öl mit steigender Anzahl der Einzelabzweiger stufenweise zu vergrößern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung mit einem Eingang und zwei Ausgängen zum breitbandig richtungsabhängigen Übertragen von Hochfrequenzsignalen, bestehend aus zwei getrennten Rohrkernübertragern, die derart aufgebaut und zusammengeschaitet sind, daß eine zwischen dem Eingang und dem ersten Ausgang liegende erste Wicklung und eine zwischen dem zweiten Ausgang und Masse liegende zweite Wicklung auf den ersten Rohrkern, sowie eine zwischen dem Eingang und Masse liegende dritte Wicklung und eine zwischen dem zweiten Ausgang und einen mit Masse verbundenen Widerstand vorgesehenen vierten Wicklung auf den zweiten Rohrkern gewickelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen und/oder die relative Permeabilität des Rohrkerns (!2) des ersten Übertragers (Cl 1) kleiner in als die des Rohrkerns

(13) des zweiten Übertragers (Ü2).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Sekundärwicklung des ersten Übertragers (Ü\) gleichmäßig am Umfang des Rohrkerns (12) verteilt sind und diejenigen der Sekundärwicklung des zweiten Übertragers (Ü2) verhältnismäßig nahe beieinander liegen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kernbohrung

(14) des ersten Übertragers (Cl \) die Primärwicklung einen konstanten Abstand von der Sekundärwicklung aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Primär- und Sekundärwicklung Isoliermaterial (30) mit möglichst kleinem Verlustwinkel und kleiner relativen Dielektrizitätskonstante angeordnet ist.

5. Kettenschaltung von Einrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Ro'nrkernabmessungen des zweiten Übertragers (Ü2) zum ersten Übertrager (Cl \) mit steigender Anzahl der Einrichtungen stufenweise vergrößert ist.