DE3731394C2 - Hochfrequenz-Entstörfilter für eine an eine Leitung anzuschließende Schaltung, insbesondere für Zweidraht-Sensoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenz-Entstörfilter für eine an eine Leitung anzuschließende Schaltung, insbesondere für Zweidraht-Sensoren, welche die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruches 1 aufweist.

Bekannte Hochfrequenz-Entstörfilter dieser Art sind so dimen­ sioniert, daß die Fehlanpassung zwischen Filter und Leitung möglichst groß wird (Meinke, Grundlach "Taschenbuch der Hochfre­ quenztechnik", 4. Auflage, Band 1, E 25). Die Wirkung derartiger Entstörfilter ist in vielen Fällen, beispielsweise dann, wenn sich in der Nähe der Leitung ein Sprechfunkgerät in Betrieb befindet, nicht ausreichend.

Unzureichend ist auch die Wirkung einer bekannten Störungs-Unter­ drückungsschaltung (GB 11 90 374), die aus einem im wesentlichen verlustfreien Tiefpaßfilter und einem sich an dieses seriell anschließenden Endabschnitt besteht, der eine verlustbehaftete Induktivität enthält, wobei der optimale Wert des ohm′schen Widerstandes dieses Endabschnittes gleich der charakteristischen Impedanz des Tiefpaßfilters ist. Strukturbedingt hat eine der­ artige Schaltung nur für eine einzige Frequenz oder ein schmales Frequenzband und nur für einen bestimmten Abschlußwiderstand einen reellen Wert. Es läßt sich deshalb nicht in einem breiten Frequenzband eine Reflexionsfreiheit erreichen, wie dies zu einer wirksamen Unterdrückung von Störungen erforderlich ist.

Hinweise für eine wirksame Unterdrückung von Störsignalen lassen sich auch der DE 28 30 957 C2 nicht entnehmen, in der ein Fern­ sehsignal-Eingangsübertrager mit einer Zusatzbeschaltung beschrie­ ben ist, bei dem die störunterdrückenden Eigenschaften durch die Schirmwirkung einer Übertragerwicklung aus Koaxialkabel erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochfrequenz-Ent­ störfilter zu schaffen, das möglichst wenige Bauteile benötigt und eine gegenüber den bekannten Ausfüh­ rungsformen verbesserte Entstörwirkung hat. Diese Aufgabe löst ein Hochfrequenz-Entstörfilter mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Durch die Anpassung des ohmschen Reihenwiderstandes an den Wellenwiderstand der Leitung erreicht man in Verbindung mit dem parallel zu der zu schützenden Schaltung liegenden kapazitiven Widerstand, daß der Eingangswiderstand auf der Leitungsseite des Entstörfilters, auf der die Störungen auftreten, in einem breiten Frequenzbereich identisch ist mit dem Wellenwiderstand der Leitung, unabhängig vom ausgangs­ seitigen Abschlußwiderstand. Oberhalb der Grenzfrequenz ist deshalb der Reflexionsfaktor gleich Null. Es spielt daher im Gegensatz zu einer Entstörung mit den bekannten Entstörfiltern keine Rolle mehr, in welchem Abstand vom Entstörfilter die Einspeisung der Hochfrequenzenergie in die Leitung erfolgt, die in einem breiten Frequenzband in dem ohmschen Reihenwiderstand in Wärme umgesetzt und damit unterdrückt wird. Auch Leitungsresonanzen werden verhindert. Ferner kann eine Transformation des Abschlußwiderstandes, der beispielsweise bei einem Näherungsschalter je nach Schalt­ zustand einem Kurzschluß bzw. einem Leerlauf der Leitung entspricht, nicht mehr erfolgen, woraus sich der weitere Vorteil ergibt, daß die Entstörwirkung bei einer Änderung des Abschlußwiderstandes, also beispielsweise einer Änderung des Schaltzustandes eines Sensors, nicht verändert wird. Auch der quellenseitige Abschlußwiderstand, der vielfach gar nicht bekannt ist, braucht deshalb bei der Dimensionierung des Entstörfilters nicht mehr berücksichtigt zu werden.

Infolge der Parallelschaltung des induktiven Widerstandes zum ohmschen Reihenwiderstand können die Versorgungsspannungen der nachgeschalteten Schaltung, bei der es sich um eine Gleichspannung oder eine niederfrequente Spannung handeln kann, und auch die beispielsweise von einem Sensor gelieferten, über die Leitung zu übertragenden Signale praktisch dämpfungs­ los über den induktiven Widerstand an dem ohmschen Reihenwider­ stand vorbeigeleitet werden. Der induktive Widerstand wird deshalb so bemessen, daß er für die Versorgungsspannung und gegebenenfalls zu übertragende Signale einen sehr geringen Widerstand und für die hochfrequenten Störungen einen sehr hohen Widerstand hat. Der kapazitive Widerstand wird so bemessen, daß er für niederfrequente Spannungen und Signale einen sehr hohen und für die hochfrequenten Störungen einen sehr geringen Widerstandswert hat.

Ein optimales Entstörverhalten erhält man bei einer symme­ trischen Ausbildung des Entstörfilters. Dies bedeutet bei einer Leitung mit zwei Leitern eine Aufteilung des ohmschen Reihenwiderstandes in zwei Teilwiderstände, deren Widerstands­ wert je dem halben Wellenwiderstand entspricht, und des induktiven Widerstandes in zwei gleich große Teilwiderstände sowie eine Anordnung je einer der beiden aus diesen Teil­ widerständen gebildeten Parallelschaltungen in Reihe mit dem einen bzw. anderen Leiter der Leitung. Bei einer Leitung mit drei Leitern oder zwei Leitern und einem Schutzleiter ist zur Erzielung der vollkommenen Symmetrie sowohl der ohmsche Reihenwiderstand als auch der induktive Widerstand in drei Teilwiderstände zu unterteilen. Der Widerstandswert jeder der drei ohmschen Teilwiderstände, die zusammen mit je einem der induktiven Teilwiderstände drei Parallelschaltun­ gen bilden, von denen je eine mit jedem der Leiter in Reihe geschaltet ist, ist ebenfalls gleich dem halben Wellenwider­ stand.

Weist die Leitung mehr als zwei Drähte auf, dann ist auch eine Symmetrie der kapazitiven Widerstände vorteilhaft.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Leitung mit zwei Leitern im eingebauten Zustand,

Fig. 2 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel für eine Lei­ tung mit zwei Leitern,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine Leitung mit drei Leitern.

Ein berührungsloser, induktiver Näherungsschalter 1, mittels des­ sen eine Last 2 geschaltet werden soll, ist über einen ersten Leiter 3 einer Verbindungsleitung 4 mit dem einen Pol einer Ener­ giequelle 5 verbunden, welche eine Gleichspannung oder eine nie­ derfrequente Wechselspannung liefert. Mit dem anderen Pol der Energiequelle 5 ist der eine Anschluß der Last 2 verbunden. Ihr anderer Anschluß steht über den zweiten Leiter 3′ der Verbin­ dungsleitung 4 mit dem zweiten Anschluß des Näherungsschalters 1 in Verbindung.

Der in bekannter Weise ausgebildete Näherungsschalter 1 enthält einen mechanischen oder elektronischen Schalter 6 sowie eine Sen­ sorelektronik 7 und eine an diese angeschlossene Induktivität 8. Der Schalter 6 und die Sensorelektronik 7 sind abgeschirmt in einem Metallgehäuse 9 angeordnet.

Um zu verhindern, daß über eine Antenne, beispielsweise eines Sprechfunkgerätes, hochfrequente Störungen auf die beiden Leiter 3 und 3′ der Verbindungsleitung 4 gelangen und den Näherungs­ schalter 1 stören oder ihn funktionsunfähig machen, ist zwischen die beiden Anschlüsse des Näherungsschalters 1 und das mit ihm zu verbindende Ende der Verbindungsleitung 4 ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Hochfrequenz-Entstörfilter geschaltet. Wie Fig. 1 zeigt, weist dieses Entstörfilter 10 einen ohmschen Reihenwider­ stand 11 auf, welcher im Ausführungsbeispiel zwischen dem einen Ende des Leiters 3′ und dem einen Anschluß des Näherungsschalters 1 liegt, jedoch auch in Reihe mit dem zweiten Leiter 3 geschaltet sein könnte. Der Widerstandswert des Reihenwiderstandes 11 ist gleich dem Wellenwiderstand der Verbindungsleitung 4 gewählt. Dies hat zur Folge, daß im Reihenwiderstand 11 die über eine An­ tenne eingespeiste Hochfrequenzleistung vernichtet wird. Es spielt deshalb keine Rolle, an welcher Stelle der Verbindungslei­ tung 4 die Antenne sich befindet und wie groß ihr Abstand von der Verbindungsleitung 4 ist.

Damit die von der Energiequelle 5 zum Näherungsschalter 1 zu übertragende Energie praktisch verlustlos den ohmschen Reihen­ widerstand 11 passieren kann, ist zu diesem eine Induktivität 12 parallel geschaltet, welche auch für die Signale des Näherungs­ schalter 1 einen äußerst geringen Widerstandswert, für die Hoch­ frequenzstörungen hingegen einen sehr hohen Widerstandswert hat. Ferner ist parallel zu den beiden Anschlüssen des Näherungsschal­ ters 1 ein Kondensator 13 angeordnet, welcher für die hochfre­ quenten Störungen einen äußerst geringen Widerstandswert und für die Versorgungsspannung des Näherungsschalters 1 sowie dessen Signale einen sehr hohen Widerstandswert hat. Wie Fig. 1 zeigt, liegt der ohmsche Reihenwiderstand 11 in Reihe mit der aus dem Kondensator 13 und dem Näherungsschalter 1 gebildeten Parallel­ schaltung.

Eine optimale Entstörung erhält man dann, wenn das Hochfrequenz- Entstörfilter einen symmetrischen Aufbau hat, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 der Fall ist. Mit diesem als Ganzes mit 110 bezeichnetem Entstörfilter für eine nur zwei Lei­ ter 103 und 103′ aufweisende Leitung 104 ist der ohmsche Reihen­ widerstand in zwei gleich große Teilwiderstände 111 und 111′ auf­ geteilt, deren Widerstandswert gleich dem halben Wellenwiderstand der Leitung 104 gewählt ist. Zu den beiden Teilwiderständen 111 und 111′ ist je eine Induktivität 112 bzw. 112′ parallel geschaltet, die beide die gleiche Größe haben und wie die Induktivität 12 des ersten Ausführungsbeispiels dimensioniert sind. Ein Kondensator 113 ist wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 angeordnet und dimensioniert.

Weist die Leitung 204 drei Leiter auf, beispielsweise zwei span­ nungführende Leiter 203 und 203′ und einen Schutzleiter 203′′, dann erhalt man ebenfalls eine optimale Entstörwirkung, wenn das als Ganzes mit 210 bezeichnete Entstörfilter einen symmetrischen Aufbau hat. Dies bedeutet, wie Fig. 3 zeigt, daß mit jedem der drei Leiter 203, 203′ und 203′′ ein Teilwiderstand 211, 211′, 211′′ in Reihe geschaltet wird, deren Widerstandswert gleich dem halben Wellenwiderstand der Leitung 204 ist. Parallel zu diesen Teilwiderstanden 211, 211′ und 211′′ ist je eine Induktivität 212 bzw. 212′ bzw. 212′′ geschaltet, die alle entsprechend der Induktivität 12 des ersten Ausführungsbeispiels dimensioniert sind. Die drei Ausgänge des Entstörfilters 210 sind über je einen Kondensator 213 miteinander verbunden, welche alle gleich und entsprechend dem Kondensator 13 des ersten Ausführungsbeispiels dimensioniert sind.

Claims (5)

1. Hochfrequenz-Entstörfilter für eine an eine Leitung anzu­ schließende Schaltung, insbesondere für Zweidraht-Sensoren, mit einem induktiven Widerstand in Reihe mit der vor Störungen zu schützenden Schaltung und einem kapazitiven Widerstand parallel zu den beiden Anschlüssen für diese Schaltung, gekennzeichnet durch einen ohmschen Reihenwiderstand (11; 111, 111′; 211, 211′, 211′′), der an den Wellenwiderstand der Leitung (4; 104; 204) angepaßt ist und dem der induktive Widerstand (12; 112, 112′; 212, 212′, 212′′) parallel geschaltet ist.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Leitung (104) mit zwei Leitern (103, 103′) sowohl der induktive Widerstand als auch der ohmsche Reihenwi­ derstand in zwei Teilwiderstände (111, 111′; 112, 112′) aufgeteilt ist, wobei der Widerstandswert der beiden ohmschen Teil­ widerstände (111, 111′) gleich dem halben Wellenwiderstand ist und mit jedem der beiden Leiter (103, 103′) die Pa­ rallelschaltung aus dem einen ohmschen Teilwiderstand (111, 111′) und dem einen induktiven Teilwiderstand (112, 112′) in Reihe geschaltet ist.

3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Leitung (204) mit drei Leitern oder zwei Leitern (203, 203′) und einem Schutzleiter (203′′) sowohl der in­ duktive Widerstand als auch der ohmsche Reihenwiderstand in drei Teilwiderstände (212, 212′, 212′′; 211, 211′, 211′′) aufgeteilt ist, wobei der Widerstandswert der ohmschen Teilwiderstände (211, 211′, 211′′) gleich der Hälfte des Wellenwiderstandes der Leitung (204) ist und mit jedem der drei Leiter (203, 203′, 203′′) eine der Parallelschaltungen aus dem einen ohmschen Teilwiderstand (211, 211′; 211′′) und dem einen induktiven Teilwiderstand (212, 212′, 212′′) in Reihe geschaltet ist, und daß die drei Ausgänge des Filters (210) über je einen der kapazitiven Teilwiderstände (213) miteinander verbunden sind, in die der kapazitive Widerstand aufgeteilt ist.

4. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der induktive Widerstand (12; 112, 112′; 212, 212′, 212′′) so bemessen ist, daß er für die Versorgungsspannung der Schaltung und für deren Signale einen sehr geringen Wi­ derstandswert und für die Hochfrequenz einen sehr hohen Widerstandswert hat.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der kapazitive Widerstand (13; 113; 213) so bemessen ist, daß er für die Versorgungsspannung der Schaltung (1) und deren Signale einen sehr hohen Widerstands­ wert und für die Hochfrequenz einen sehr niedrigen Wider­ standswert hat.