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Die Erfindung betrifft eine Übertragungseinrichtung mit einem Eingang und zwei Ausgängen zum breitbandig richtungsabhängigen Übertragen von Hochfrequenzsignalen, vorzugsweise Abzweiger für Gemeinschafts-Antennenanlagen, mit zwei getrennten, gleiche Übersetzungsverhältnisse aufweisen- den Rohrkernübertragern, wobei jeweils die Primärwicklung des ersten Rohrkernübertragers zwi- schen Eingang und dem ersten Ausgang, seine Sekundärwicklung zwischen dem zweiten Ausgang und Masse, die Primärwicklung des zweiten Rohrkernübertragers zwischen dem zweiten Ausgang und einem mit Masse verbundenen ohm'schen Widerstand, sowie seine Sekundärwicklung zwischen dem Eingang und Masse geschaltet ist, wobei als Primärwicklung jeweils die Obertragerwicklung mit der kleineren Windungszahl bezeichnet ist.
Übertragungseinrichtungen dieser Art sind aus der Praxis bekannt und werden insbesondere als Einzel- oder in Kettenschaltung als Mehrfachabzweiger in Gemeinschaftsantennenanlagen verwen- det. Derartige Geräte sollen innerhalb ihres gesamten Betriebsfrequenzbereichs hauptsächlich folgende technische Forderungen erfüllen :
1. Hohe Kopplungsdämpfung (gute Entkopplung) zwischen erstem Ausgang und zweitem Aus- gang (Abzweig)
2. Kleine Dämpfung zwischen Eingang und erstem Ausgang (Stammdurchgangsdämpfung)
3. Hohe Rückflussdämpfung (gute Anpassung) an allen Anschlüssen.
Die z. B. aus der US-PS Nr. 3, 716, 806 bekannten Übertragungseinrichtungen der genannten Art weisen jeweils zwei identische Rohrkernübertrager auf und genügen damit zwar der Forderung 1 durch genaues Einhalten der Grundbedingung für das Richtkopplerprinzip, nämlich gleiches Übersetzungsverhältnis der beiden Übertrager. Dagegen erfüllen sie die beiden andern wichtigen Anforderungen für viele Anwendungsfälle nur in unzureichendem Masse. Das gilt besonders für die Stammdurchgangsdämpfung 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 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 Differential- übertrager mit Doppellochkern aus der DE-OS 2343403 bekannt, zwischen den zusammengeschalteten masseseitigen Enden der Sekundärwicklungen (Fusspunkt) und Masse einen ferromagnetischen Bauteil einzuschalten, der die Induktivität der Sekundärwicklungen erhöht. Diese Lösung hat aber nicht nur den Nachteil, dass ein zusätzlicher Bauteil erforderlich ist, sondern auch, dass durch die Richtkopplerwirkung beeinträchtigende Phasen- und Amplitudenfehler die Kopplungsdämpfung zwischen Ausgang und Abzweig verringert wird. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist noch eine weitere parallel zur Primärwicklung des ersten Übertragers liegende Induktivität erforderlich.
Diese bekannte Übertragungseinrichtung 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 2448737, 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 die Erfindung. Ausserdem konnte das im Anspruch 2 dieser Auslegeschrift geforderte
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annähernd gleiche Übersetzungsverhältnis der beiden Übertrager im angeführten Ausführungsbeispiel offenbar nicht realisiert werden (s.
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 (Koppeldämpfung nur 30 dB gegen- über > 40 dB beim Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäss Kurve 26 in Fig. 3).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Übertragungseinrichtung mit einem Eingang und zwei Ausgängen zum breitbandig richtungsabhängigen Übertragen von Hochfrequenzsignalen, vorzugsweise Abzweiger für Gemeinschaftsantennenanlagen mit zwei getrennten Rohrkernübertragern, wobei jeweils die Primärwicklung des ersten Rohrkernübertragers zwischen Eingang und dem ersten Ausgang, seine Sekundärwicklung zwischen dem zweiten Ausgang und Masse, die Primärwicklung des zweiten Rohrkernübertragers zwischen dem zweiten Ausgang und einem mit Masse verbundenen ohm'schen Widerstand, sowie seine Sekundärwicklung zwischen den Eingang und Masse geschaltet ist, wobei als Primärwicklung jeweils die Übertragerwicklung mit der kleineren Windungszahl bezeichnet ist, zu schaffen,
bei der unter Vermeidung aller genannten Nachteile auf möglichst einfache und preisgünstige Weise eine für den gesamten Ubertragungsfrequenzbereich geringe Stammdurchgangsdämpfung und hohe Rückflussdämpfung für alle Anschlüsse gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Volumen und/oder die relative Permeabilität des Rohrkerns des ersten Übertragers kleiner ist als die des Rohrkerns des zweiten Übertragers.
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 dass insgesamt eine minimale Stammdurchgangsdämpfung 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 2/3 Windungen), weil dies eine dazu symmetrische Anordnung der Sekundärwicklung 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 versilbern. Bei der Bemessung seines Durchmessers ist ein Kompromiss zu schliessen : Einerseits darf der Draht wegen der geforderten geringen Dämpfung nicht zu dünn sein, und anderseits nicht zu dick, weil sonst die zur Sekundärwicklung bestehende Wicklungskapazität steigt und die obere Grenzfrequenz ungünstig beeinfluss.
Mit der Primärwindungszahl und dem durch die gewünschte Abzweigdämpfung festgelegten Übersetzungsverhältnis ist 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) parallelliegende 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 gegen- über denen des ersten zu ändern ; es sind lediglich die Abmessungen und/oder das Material des Kerns so zu wählen, dass die Induktivität seiner Sekundärwicklung und damit deren zur Ein- und Ausgangsimpedanz des Abzweigers parallelgeschalteter induktiver Widerstand gross genug ist, um den gewünschten Wert der entsprechenden Rückflussdämpfungen auch bei den tiefsten Frequenzen des Übertragungsfrequenzbereichs zu erreichen. Die dadurch hervorgerufene höhere Induktivität der Primärwicklung macht sich beim zweiten Übertrager bei weitem nicht so störend bemerkbar
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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 höhere Induktivität durch entsprechende Kernänderung besser zu erreichen ist, als durch Vergrösserung der Windungszahlen.
Durch die genannten erfinderischen Massnahmen sind also ohne den geringsten Mehraufwand an Bauteilen, Material oder bei der Herstellung die eingangs genannten technischen Forderungen selbst bei maximaler Koppeldämpfung zwischen den Ausgängen erfüllt.
Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemässen Übertragungseinrichtung sind die Windungen der Sekundärwicklung des ersten Übertragers gleichmässig am Umfang seines Rohrkerns verteilt und die Windungen der Sekundärwicklung des zweiten Übertragers innerhalb eines Bereichs von höchstens einem Viertel des Umfangs seines Rohrkerns in gleichmässigen Abständen voneinander angeordnet.
Durch die gleichmässige Verteilung der Windungen der Sekundärwicklung des ersten Übertra- gers am Umfang seines Rohrkerns ist die die Stammleitung belastende Streuinduktivität der Sekun- därwicklung gegenüber einer Wicklung mit aneinanderliegenden Windungen wesentlich vermindert, was zu einer weiteren Verringerung der Stammdurchgangsdämpfung beiträgt. Dadurch, dass die
Windungen der Sekundärwicklung des zweiten Übertragers innerhalb eines Bereichs von höchstens einem Viertel des Umfangs seines Rohrkerns in gleichmässigen Abständen voneinander angeordnet sind, ist als günstiger Kompromiss zwischen einer mit wachsender Frequenz steigender bzw. kleiner werdenden Auskoppeldämpfung bei eng zusammen-bzw. weit auseinanderliegenden Windungen ein konstanter Verlauf über den gesamten Übertragungsfrequenzbereich erzielt.
Bei einer Ausgestaltung der Übertragungseinrichtung weist die Primärwicklung in an sich bekannter Weise innerhalb der Kernbohrung des ersten Übertragers einen konstanten Abstand von der Sekundärwicklung auf. Dadurch erreicht der erste Übertrager in vorteilhafter Weise die von Fertigungsstreuungen unabhängige geringstmögliche Wicklungskapazität zwischen Primär- und Sekundärwicklung und somit eine auch in der Mengenfertigung und bei den höchsten Frequenzen des zu übertragenden Bereichs gleichbleibende Kopplungsdämpfung zwischen erstem und zweitem Ausgang.
Besonders einfach und kostengünstig ist die Herstellung derartiger Übertrager durch eine Ausgestaltung, bei der zwischen Primär- und Sekundärwicklung Isoliermaterial mit möglichst kleinem Verlustwinkel und kleiner relativer Dielektrizitätskonstante angeordnet ist.
Eine Übertragungseinrichtung, die als Primärwicklung des ersten Übertragers nur einen die Bohrung seines Rohrkerns durchsetzenden geraden Leiter aufweist, bewirkt nicht nur eine Verringerung der Dämpfung zwischen Eingang und erstem Ausgang, sondern ermöglicht es darüber hinaus in optimaler Weise, beim ersten Übertrager die Windungen der Sekundärwicklung gleichmässig am Rohrkernumfang zu verteilen, sowie zwischen Primär- und Sekundärwicklung einen konstanten Abstand einzuhalten und Isoliermaterial anzuordnen.
Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Übertragungseinrichtung als Zweifach-Abzweiger. Dabei ist Fig. 1 ein Prinzipschaltbild und Fig. 2 die perspektivische Ansicht der beiden Rohrkernübertrager jedes der in Fig. l durch einen strichlierten Rahmen gekennzeichneten Einzelabzweiger, wobei der erste Übertrager in Fig. 2a und der zweite Übertrager in Fig. 2b dargestellt ist.
Fig. 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 (strichliert) denen eines Abzweigers mit erfindungsgemässem Aufbau (durchgezogen) gegenübergestellt, wobei beide Abzweiger für konstante Auskoppeldämpfung ausgelegt sind.
Gemäss Fig. l weist der Zweifach-Abzweiger einen Eingang --1--, einen Ausgang --2--, sowie zwei gleichberechtigte 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
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der Windungszahlen von Primär-zu Sekundärwicklung) der beiden Übertrager--Ü1 und Ü2--er- reicht ist.
Diese sind in Richtkopplertechnik zusammengeschaltet, damit eine möglichst hohe Ent- kopplung zwischen Ausgang-2-und dem jeweiligen Abzweig-3, 4-gewährleistet ist. Dazu ist die Schaltung folgendermassen aufgebaut : Die Primärwicklungen der Übertrager--l- sind in die Stammleitung-5-- eingeschaltet, die Sekundärwicklung liegt jeweils über eine Leitung - einseitig an Masse und führt auf der andern Seite über die Leitung --7-- zum jeweiligen
Abzweiganschluss-3, 4-.
Die Primärwicklung -51-- der zweiten Übertrager ist jeweils einmal an die Leitung - angeschlossen und zum andern über eine Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand - und einem Kondensator-9-an Masse ; ihre Sekundärwicklungen liegen jeweils über Leitun- gen --10 bzw. 11-- zwischen der Stammleitung --5-- und Masse.
Die beiden auf getrennte Rohrkerne --12 bzw. 13-- gewickelten Übertrager--l bzw. Ü2-- jedes Einzelabzweigers weisen gleiche Übersetzungsverhältnisse auf, damit sich die für das Richt- kopplerprinzip entscheidenden gegenphasigen Spannungen an den Abzweiganschlüssen in gleicher
Grösse ergeben und damit auslöschen.
Der ohm'sche Widerstand -8- ist als Abschlusswiderstand eines gedachten vierten Tores und damit als notwendiger Bestandteil des Richtkopplers zu verstehen. Er ist daher so bemessen (im vorliegenden Ausführungsbeispiel zirka 75 Ohm), dass einerseits die Entkopplung möglichst gross ist und anderseits die Rückflussdämpfung am Abzweig besonders bei tiefen Frequenzen den gefor- derten Wert erreicht. Der Kondensator-9-kompensiert unvermeidliche Streuinduktivitäten und - kapazitäten und verbessert damit 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 - 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 Übertra- ger --01, 02- in Grösse und Beschaffenheit gleich (Aus den DE-AS 2445982 und 2446031, sowie der FR-PS Nr. 7. 536. 504 und der US-PS Nr. 3, 399, 340 sind zwar auch zwei zusammenwirkende Übertrager mit unterschiedlich grossen Rohrkernübertragern bekannt, die jedoch nicht in Übertragungseinrichtungen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und nicht zur Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe verwendet sind).
Damit erhält man für den Einzelabzweiger im Frequenzbereich von 40 bis 860 MHz die in Fig. 3 strichliert dargestellten Kurven-18. bis 23-in dieser Reihenfolge für die Stammdurchgangsdämpfung (18), die Abzweigdämpfung (19), die Koppeldämpfung zwischen Ausgang --2-- und Abzwei- gen-3- (20),-4- (21), sowie die Rückflussdämpfungen für die Anschlüsse --1, 2-- (22) und - -3 bzw. 4-- (23).
Wählt man jedoch gemäss dem Ausführungsbeispiel 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 Obertragers --01-- gleichmässig am Umfang (Fig. 2a) und ordnet die Windungen-15', 16', 17'-der Sekundärwicklung des Übertragerws --Ü2-- innerhalb eines Rohrkernsektors von etwa 60 an (Fig. 2b), so ist auf einfache Weise ohne irgendwelche Mehraufwendungen eine entscheidende Verbesserung der Stammdurchgangsdämpfung, der 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 Fig. 3 erreicht.
Die Forderung nach konstanter Auskoppeldämpfung ist gemäss Kurve -25-- erfüllt, die Rückflussdämpfung am Abzweig --3, 4-- liegt noch über den vom Fachver-
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(s. Fig. 2a), ist in seiner Stärke so gewählt, dass er eine zentrische Führung in der Kernbohrung --14-- und die symmetrische Anordnung der Sekundärwicklung ermöglicht.
Es wurde bereits ausgeführt, dass sich die durch die Anwendung der erfindungsgemässen Mass-
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