DE4336226C2

DE4336226C2 - Line transformer

Info

Publication number: DE4336226C2
Application number: DE19934336226
Authority: DE
Inventors: Siegfried Lechler
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-10-23
Filing date: 1993-10-23
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2013-10-24
Also published as: DE4336226A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Leitungstransformator mit zwei Anschlüssen, von denen mindestens einer symmetrisch ist.The invention relates to a line transformer with two Connections, at least one of which is symmetrical.

Anordnungen dieser Art sind bekannt, z. B. aus Kovac′s: "Hochfrequenzanwendungen von Halbleiterbauelementen", Franzis Verlag, 1977, S. 197. Hier werden Transformatoren beschrieben, bei denen als Wellenleiter aufgefaßte Zweidrahtleitungen auf einem Toroid-Ferritkern aufgewickelt sind.Arrangements of this type are known, e.g. B. from Kovac's: "High Frequency Applications of Semiconductor Devices", Franzis Verlag, 1977, p. 197. Here are transformers described in which interpreted as waveguides Two-wire lines wound on a toroidal ferrite core are.

Übertrager zur Symmetrierung und Impedanz-Wandlung, speziell für den Kurzwellenbereich, werden in K. Rothammel: Antennenbuch, Militär-Verlag der DDR, 9. Auflage, 1979, S. 137 beschrieben. Hier sind ebenfalls Wicklungen, die als Zweidrahtleitungen ausgeführt sind, auf Toroid-Ferritkernen aufgetragen.Special transformer for balancing and impedance conversion for the shortwave range, in K. Rothammel: Antenna book, military publisher of the GDR, 9th edition, 1979, p. 137 described. Here are also windings that are considered Two-wire lines are executed on toroidal ferrite cores applied.

Bei diesen bekannten Übertragern wird keine galvanische Entkopplung zwischen Eingangs- und Ausgangskreis erreicht.In these known transformers there is no galvanic Decoupling between input and output circuit reached.

In der US 3 731 237 sind Breitbandübertrager mit Mehrfachleitungen auf einem Toroidkern offenbart, die sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Anschlüsse aufweisen, und die galvanisch entkoppelt sind. Die Mehrfachleitungen sind gleich- oder gegensinnig zusammengeschaltet. Mehrere Wicklungen sind hier auch zu Leitungszügen mit gleichem Wicklungssinn zusammenschaltbar. In US 3,731,237 broadband transmitters are included Multiple lines on a toroidal core disclosed both have symmetrical as well as asymmetrical connections, and which are galvanically decoupled. The multiple lines are interconnected in the same or opposite directions. Several Windings are also the same for cable runs Interconnectable winding direction.

Aus C.W. Allen und H. L. Krauss "Wide-Band Rotary Transformer-Unbalanced Current Analysis", Proceedings of the IEEE, Vol. 65, No. 2, Febr. 1977 ist ein breitbandiger Leitungstransformator mit einem symmetrischen Ausgang und einem unsymmetrischen Eingang bekannt. Bei diesem Leitungstransformator sind galvanisch entkoppelte Wicklungen auf einem Toroid-Ferritkern aufgebracht, die ebenfalls als Wellenleiter verkoppelte Zweidrahtleitungen darstellen. From C.W. Allen and H. L. Krauss "Wide-Band Rotary Transformer-Unbalanced Current Analysis ", Proceedings of the IEEE, Vol. 65, No. February 2, 1977 is a broadband Line transformer with a balanced output and known an unbalanced input. With this Line transformers are galvanically decoupled windings applied to a toroidal ferrite core, which also as Represent waveguide coupled two-wire lines.

In der DE 43 02 929 C1 ist ein Breitband-Übertrager nach dem Prinzip der Leitungskopplung beschrieben, der ebenfalls eine galvanische Entkopplung aufweist. Dieser besitzt jedoch unsymmetrische Anschlüsse.DE 43 02 929 C1 is a Broadband transmitter after described the principle of line coupling, which also has a galvanic decoupling. However, this has unbalanced connections.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen breitbandigen Leitungstransformator mit mindestens einem symmetrischen Anschluß anzugeben. Die Bandbreite soll insbesondere mindestens 4 Dekaden betragen.The object of the present invention is one broadband line transformer with at least one specify symmetrical connection. The bandwidth should in particular be at least 4 decades.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.This object is achieved by the features of Claim 1 solved. Advantageous embodiments are based the subclaims.

Der erfindungsgemäße Leitungstransformator ermöglicht bei einer Anwendung als Eingangsübertrager in einem Empfänger durch seinen symmetrischen Eingang die Verwendung einer symmetrischen Übertragungsleitung. Dies bewirkt eine erhöhte Störfestigkeit. Durch die Verwendung von Wicklungen in Wellenleitertechnik mit Wellenleitungskopplung wird eine große Bandbreite erreicht. Diese kann bei Verwendung eines optionalen Serienresonanzkreises im oberen Frequenzbereich erweitert werden. Mittels einer galvanischen Entkopplung des Eingangs- und Ausgangskreises wird eine hohe Isolationsfestigkeit erzielt. Durch unterschiedliche Windungszahlen kann eine Impedanztransformation innerhalb eines großen Bereiches frei vorgenommen werden.The line transformer according to the invention enables an application as an input transmitter in a receiver thanks to its balanced input, the use of a symmetrical transmission line. This causes an increased Immunity to interference. By using windings in Waveguide technology with waveguide coupling will be a big one Bandwidth reached. This can be done using a optional series resonance circuit in the upper frequency range be expanded. By means of a galvanic decoupling of the Input and output circuit becomes high Insulation strength achieved. By different Number of turns can be an impedance transformation within of a large area can be made freely.

Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:An exemplary embodiment of the invention is based on the schematic drawings explained. Show it:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Leitungstransformators mit einem symmetrischen und einem unsymmetrischen Eingang, Fig. 1 is a schematic diagram of a line transformer with a symmetrical and an asymmetrical input,

Fig. 2 ein Leitungstransformator mit Wicklungen auf einem Toroid-Ferritkern, und Fig. 2 is a line transformer with windings on a toroidal ferrite core, and

Fig. 3 den Amplitudengang des Leitungstransformators nach Fig. 2. Fig. 3 shows the amplitude response of the line transformer of FIG. 2.

In der Fig. 1 sind auf einem Kern K eine erste Wicklung, bestehend aus vier einzelnen Leitungen w1, w2, w3 und w4, und eine zweite Wicklung, bestehend aus den Leitungen w5 und w6, aufgetragen. Die Enden der sechs Leitungen w1 bis w6 sind durchnumeriert von 1 bis 12. Die vier Leitungen w1 bis w4 der ersten Wicklung bilden eine vierfache Mehrfachleitung, beispielsweise eine verdrillte Vierdrahtleitung. Durch eine geeignete Anordnung der vier Leitungen w1 bis w4 untereinander, die bei hohen Frequenzen eine elektromagnetische Verkopplung ergibt, entsteht eine Wellenleitung mit einem in einem weiten Frequenzbereich konstanten Wellenwiderstand.In Fig. 1, on a core K a first winding consisting of four individual wires w1, w2, w3 and w4, and a second winding, consisting of the lines W5 and W6, is applied. The ends of the six lines w1 to w6 are numbered from 1 to 12 . The four lines w1 to w4 of the first winding form a fourfold multiple line, for example a twisted four-wire line. A suitable arrangement of the four lines w1 to w4 with one another, which results in electromagnetic coupling at high frequencies, results in a waveguide with a constant impedance over a wide frequency range.

Die zwei Leitungen w1 und w2 sind miteinander zu einem ersten Leitungszug w1, w2 verknüpft durch eine Verbindung zwischen den Enden 2 und 3. Dies ergibt eine Serienschaltung der Leitungen w1 und w2 mit gleichem Wicklungssinn. Das Ende 1 der ersten Leitung ist herausgeführt zu einer ersten Klemme P1 des symmetrischen Anschlusses A_s. Das Ende 4 der zweiten Leitung ist über die Leitung w5 mit der zweiten Klemme P2 des symmetrischen Anschlusses A_s verbunden.The two lines w1 and w2 are connected to one another to form a first line train w1, w2 by a connection between the ends 2 and 3 . This results in a series connection of the lines w1 and w2 with the same winding sense. The end 1 of the first line is led out to a first terminal P1 of the symmetrical connection A _s . The end 4 of the second line is connected via line w5 to the second terminal P2 of the symmetrical connection A _s .

Die Leitungen w3 und w4 sind in der gleichen Weise zu einem zweiten Leitungszug w3, w4 miteinander verbunden. Das Ende 5 der dritten Leitung ist mit einem Referenzpotential, z. B. Masse, verbunden, und das Ende 8 der vierten Leitung ist als Klemme P3 des unsymmetrischen Anschlusses A_u herausgeführt. The lines w3 and w4 are connected to one another in the same way to form a second line w3, w4. The end 5 of the third line is connected to a reference potential, e.g. B. ground, and the end 8 of the fourth line is led out as a terminal P3 of the unbalanced connection A _u .

Die zweite Wicklung mit den zwei Leitungen w5 und w6 ist beispielsweise als verdrillte Zweidrahtleitung ausgeführt.The second winding with the two lines w5 and w6 is for example designed as a twisted two-wire line.

Die Leitung w6 hat mit einem Ende 12 ebenfalls Kontakt mit der Klemme P3 und mit dem Ende 11 ist sie über eine kapazitiv wirkende Impedanz in Form eines einstellbaren Kondensators C1 auf Referenzpotential gelegt. Kondensator C1 und Leitung w6 ergeben zusammen einen Serienresonanzkreis, dessen Resonanzfrequenz in der Weise eingestellt ist, daß eine Resonanzüberhöhung im oberen Frequenzbereich entsteht. Dies vergrößert die Bandbreite des Leitungstransformators.The line w6 also has an end 12 in contact with the terminal P3 and with the end 11 it is connected to reference potential via a capacitively acting impedance in the form of an adjustable capacitor C1. Capacitor C1 and line w6 together form a series resonance circuit, the resonance frequency of which is set in such a way that an increase in resonance occurs in the upper frequency range. This increases the bandwidth of the line transformer.

Das Übersetzungsverhältnis (die Impedanztransformation) des Breitbandübertragers bestimmt sich im unteren Frequenzbereich nach dem Verhältnis der Windungszahlen von w1, w2 und w5 zu w3 und w4. Im oberen Frequenzbereich ist das Übersetzungsverhältnis durch das Verhältnis der Leitungslängen dieser Wellenleiter bestimmt. Für ein über dem gesamten Frequenzbereich gleiches Übersetzungsverhältnis sind die Windungszahlen und Leiterlängen aufeinander abzustimmen.The transformation ratio (the impedance transformation) of the Broadband transmitter is determined in the lower frequency range according to the ratio of the number of turns of w1, w2 and w5 to w3 and w4. In the upper frequency range that is Ratio through the ratio of the cable lengths this waveguide determines. For one over the entire Frequency range same gear ratio are the Coordinate numbers of turns and conductor lengths.

Den Klemmen der beiden Anschlüsse A_s und A_u ist jeweils eine kapazitiv wirkende Reaktanz in Form eines einstellbaren Kondensators C2, C3 parallelgeschaltet. Mit diesen kann die Anpassung an vorgegebene Impedanzen verbessert werden.A capacitive reactance in the form of an adjustable capacitor C2, C3 is connected in parallel to the terminals of the two connections A _s and A _u . These can be used to improve the adaptation to predetermined impedances.

In der Fig. 2 ist die Anordnung nach Fig. 1 auf einem Ringkern, z. B. einem toroidalen Ferritkern FK, realisiert. Es sind vierzehn Windungen der ersten Wicklung mit den vier Leitungen w1, w2, w3 und w4 aufgetragen. In dem verbleibenden Raum auf dem Ferritkern FK ist die zweite Wicklung w5, w6 mit drei Windungen aufgetragen.In Fig. 2, the arrangement of FIG. 1 is on a ring core, for. B. a toroidal ferrite core FK, realized. Fourteen turns of the first winding with the four lines w1, w2, w3 and w4 are plotted. In the remaining space on the ferrite core FK, the second winding w5, w6 is applied with three turns.

Durch die verdrillte vierfache Leitung ist die erste Wicklung w1, w2, w3, w4 in sich symmetrisch und die vier Leitungen w1 bis w4 sind stark miteinander verkoppelt. Der erste Leitungszug w1, w2 ist an seinen Enden 1 und 4 ebenfalls symmetrisch, da die zwischen dem Leitungszug w1, w2 und der Klemme P2 vorgesehene weitere Leitung w5, wie nachfolgend ausgeführt, wenig stört. Eine elektrische Welle durchläuft bei definierter Impedanz die Kernwicklung zweimal. Dadurch ergeben sich für die Enden 1 und 4 die gleichen Bedingungen zwischen den Windungen.Due to the twisted quadruple line, the first winding w1, w2, w3, w4 is symmetrical in itself and the four lines w1 to w4 are strongly coupled to one another. The first line w1, w2 is also symmetrical at its ends 1 and 4 , since the further line w5 provided between the line w1, w2 and the terminal P2, as explained below, has little interference. With a defined impedance, an electrical wave passes through the core winding twice. This results in the same conditions between the turns for ends 1 and 4 .

Durch die weitere Leitung w5 (in Fig. 2 oben) wird die Symmetrie an den Anschlüssen des ersten Leitungszuges w1, w2 nicht wesentlich gestört, so daß die Klemmen P1 und P2 des Anschlusses A_s ebenfalls zueinander symmetrisch sind. Die Eingangskapazitäten der Klemmen P1 und P2 in bezug auf das Referenzpotential sind gleich. In einem praktisch realisierten Übertrager betragen sie jeweils 52 pF. Die Impedanz des symmetrischen Anschlusses A_s beträgt 110 Ohm, die des unsymmetrischen Anschlusses 90 Ohm. Wird ein Breitbandübertrager mit einer ersten Wicklung aufgebaut, die aus 28 Windungen einer verdrillten zweifachen Leitung (bei gleichem Draht) besteht, so ergeben sich zwar die gleichen Impedanzverhältnisse, aber die Klemmen P1 und P2 sind stark unsymmetrisch belastet; zum Beispiel 30 und 70 pF.The symmetry at the connections of the first line w1, w2 is not significantly disturbed by the further line w5 (top in FIG. 2), so that the terminals P1 and P2 of the connection A _{s are} also symmetrical to one another. The input capacitances of terminals P1 and P2 with respect to the reference potential are the same. In a practically implemented transformer, they are 52 pF each. The impedance of the symmetrical connection A _s is 110 ohms, that of the unbalanced connection 90 ohms. If a broadband transformer is built with a first winding, which consists of 28 turns of a twisted double cable (with the same wire), the same impedance conditions result, but the terminals P1 and P2 are heavily asymmetrically loaded; for example 30 and 70 pF.

In der Fig. 3 ist das Übertragungsverhalten dieses Leitungstransformators dokumentiert. Auf der Ordinate ist die Amplitude (Dämpfung a/dB) aufgetragen, auf der Abszisse die Frequenz f. Die Markierungen M1 und M2 bezeichnen den 3 dB- Abfall der Amplitude. Die Bandbreite ist vergleichsweise sehr groß, etwa 600 Hz bis 25 MHz. Dies ermöglicht Anwendungen in Datenübertragungssystemen mit wechselnden Bitraten.The transmission behavior of this line transformer is documented in FIG. 3. The amplitude (attenuation a / dB) is plotted on the ordinate, the frequency f on the abscissa. The markings M1 and M2 indicate the 3 dB drop in amplitude. The bandwidth is comparatively very large, around 600 Hz to 25 MHz. This enables applications in data transmission systems with changing bit rates.

Mit nur einer Wicklung, die aus einer vierfachen Mehrfachleitung w1, w2, w3, w4 besteht, ergibt sich ein Leitungstransformator mit zwei symmetrischen Anschlüssen und mit einem Übersetzungsverhältnis von 1 : 1. Die Leitungen w1 und w2 sind gleichsinnig in Serie zu einem Leitungszug w1, w2 zusammengeschaltet, indem das Ende 2 der Leitung w1 mit dem auf der gegenüberliegenden Seite der Wicklung w1-w4 liegenden Ende 3 der Leitung w2 verbunden ist (siehe Fig. 1 und 2). Ein zweiter Leitungszug w3, w4 ergibt sich in gleicher Weise aus den beiden Leitungen w3 und w4. Die beiden Enden 1 und 4 des ersten Leitungszuges w1, w2 bilden die zwei Klemmen des ersten symmetrischen Anschlusses, die beiden Enden 5 und 8 des zweiten Leitungszuges w3, w4 die zwei Klemmen des zweiten symmetrischen Anschlusses. Dieser Leitungstransformator ermöglicht die galvanische Entkopplung zwischen einem Eingangs- und einem Ausgangskreis.With just one winding, which consists of a fourfold multiple line w1, w2, w3, w4, a line transformer with two symmetrical connections and with a transmission ratio of 1: 1 results. The lines w1 and w2 are in the same direction in series with a line w1 w2 interconnected by connecting end 2 of line w1 to end 3 of line w2 on the opposite side of winding w1-w4 (see FIGS . 1 and 2). A second line w3, w4 results in the same way from the two lines w3 and w4. The two ends 1 and 4 of the first line w1, w2 form the two terminals of the first symmetrical connection, the two ends 5 and 8 of the second line w3, w4 form the two terminals of the second symmetrical connection. This line transformer enables galvanic decoupling between an input and an output circuit.

Anstatt einer Realisierung mit verdrillten Leitungen kann auch ein anderer Leitungstyp verwendet werden, z. B. eine Bandleitung. Für diese gelten die hier offenbarten Ausführungen sinngemäß. Für die vierfache Leitung der ersten Wicklung kann auch eine Leitung verwendet werden, die mehr als vier Leitungen beinhaltet. So kann mit einer fünften Leitung der Wellenwiderstand dieser Wicklung beeinflußt werden. Mit einer sechsfachen Leitung können zwei Leitungszüge aufgebaut werden, die aus jeweils drei in Serie geschalteten Leitungen bestehen. Durch diese Maßnahme kann die Windungszahl der ersten Wicklung verringert werden. Für die zweite Wicklung kann eine Mehrfachleitung genommen werden, die aus mehr als zwei Leitungen besteht, z. B. eine Vierfach-Leitung.Instead of a realization with twisted lines, too another type of line can be used, e.g. Legs Tape line. The ones disclosed here apply to these Similar explanations. For the quadruple management of the first Winding can also be used a line that is more than includes four lines. So with a fifth line the wave resistance of this winding can be influenced. With a sixfold line can be built up two lines are made up of three lines connected in series consist. By this measure, the number of turns of the first winding can be reduced. For the second winding can be taken a multiple line that consists of more than there are two lines, e.g. B. a quadruple line.

Claims

1. Line transformer with two connections, at least one of which is symmetrical, with the following features:

at least one winding of the line transformer is designed as at least four times the multiple line (w1, w2, w3, w4),
- In each case at least two lines (w1, w2; w3, w4) of this multiple line (w1, w2, w3, w4) are connected to each other to form a line train (w1, w2; w3, w4) by one end ( 2 ) of a first one Line (w1) is connected to one end ( 3 ) of a second line (w2), which is on the opposite side of the winding,
- One end ( 1 ) of one line (w1, w2) forms one terminal (P1) of the symmetrical connection (A _s ), and the other end ( 4 ) of this line (w1, w2) is with the other terminal (P2 ) of the symmetrical connection (A _s ) directly or indirectly connected,
- One end ( 8 ) of the second line (w3, w4) forms a first terminal (P3) of the second connection (A _u ), and the other end ( 5 ) of this line (w3, w4) is with the second terminal of the second Connection (A _u ) connected.

2. Line transformer according to claim 1 with the following additional feature:

- The winding (w1, w2, w3, w4) is applied to a toroidal core (FK).

3. Line transformer according to claim 2 with the following additional features:

- A second winding, consisting of at least two multiple lines (w5, w6), is applied to the toroidal core (FK), one end ( 11 ) of a line (w6) of this multiple line (w5, w6) is via a capacitively acting impedance ( C1) connected to a reference potential and the other end ( 12 ) of this line to the first terminal (P3) of the second connection (A _u ), and
- A second line (w5) of the second winding (w5, w6) is connected in series with the first line (w1, w2) by one end ( 9 ) of this second line (w5) with a terminal (P2) of the symmetrical connection (A _s ) and the other end ( 10 ) is connected to one end ( 4 ) of the first line (w1, w2).

4. Line transformer according to claim 3 with the following additional feature:

- The capacitively acting impedance (C1) is an adjustable capacitive reactance which, together with the line (w6) of the second winding (w5, w6) connected to it, forms a series resonance circuit with a resonance frequency in the upper frequency range.

5. Line transformer according to one of the preceding claims with the following additional feature:

- An adjustable capacitive reactance (C2, C3) is connected in parallel to the terminals (P1, P2, P3) of the two connections (A _s , A _u ).