La présente invention est relative à un coupleur directionnel perfectionné à utiliser dans un système de télévision par câble ou "télédistribution " et, plus particulièrement, à un coupleur directionnel possédant une valeur d'insertion relati-
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élevées.
Dans les systèmes de télévision par câble, des signaux de télévision à large bande sont transmis d'une façon typique par
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amplificateurs sont situés à divers intervalles le long des lignes pour maintenir l'intensité du signal à un niveau d'exploita-
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diffusé sont extraits de la ligne à des distances croissantes
de l'amplificateur. Les signaux diffuses sont prélevés à partir de la ligne de transmission principale à l'aide de coupleurs directionnels.
Un coupleur directionnel utilisé couramment comprend un premier transformateur de détection de courant connecté en série avec le conducteur central du câble afin d'appliquer un premier échantillon de courant à un point de prélèvement de sortie. Un second transformateur est placé en shunt entre le conducteur central et le conducteur externe mis à la masse ou à la terre du câble et est agencé de façon à appliquer un second échantillon de tension à la prise de sortie. Les signaux transmis par le cable se déplaçant sur la ligne de l'amplificateur vers la charge amènent les signaux d'échantillon à s'additionner au point de prélèvement de sortie. Des signaux réfléchis se déplaçant dans le sens opposé le.long du câble amènent, d'autre part, les signaux d'échantillon <EMI ID=4.1>
que ces signaux s'annulent mutuellement. Le coupleur empêche en fait ces signaux réfléchis indésirables d'atteindre le récepteur de l'abonné ou ils produiraient des distorsions.
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on a décrit un agencement de cable typique dans lequel un amplificateur est utilisé pour transmettre un signal à large bande sur une longueur de câble spécifiée. Sept coupleurs directionnels sont situés à des intervalles d'environ 45 mètres. Comme indiqué dans ce brevet, des pertes d'insertion et une perte en ligne sont subies alors que le signal s'écarte toujours plus de l'amplificateur. Il en résulte que la valeur d'insertion ou de prélèvement des coupleurs est réduite périodiquement afin de maintenir le niveau du signal au poste d'abonné à un niveau requis pour une bonne réception. La perte d'insertion nominale du coupleur est comprimée plus le coupleur est éloigné de l' amplificateur.
Normalement, la valeur d'insertion du coupleur n'est généralement pas laissée devenir inférieure à 12 dB, parce que les pertes de réflexion à de telles faibles valeurs sont d'une façon typique élevées.
Certains inconvénients supplémentaires des prises directionnelles classiques offrant de faibles valeurs sont une mauvaise réponse en fréquence, des pertes d'insertion élevées et un isolement réduit.
Par conséquent, un but de l'invention est d'accroître la longueur utilisable d'une ligne de transmission de télévision par câble sans augmenter le niveau de sortie de l'amplificateur de ligne.
Un autre but de l'invention est d'offrir un coupleur di-rectionnel possédant une valeur d'insertion relativement faible et des caractéristiques d'accord d'impédance de l'entrée vers la sortie améliorées.
Un autre but encore de l'invention est d'offrir un coupleur directionnel possédant une faible valeur de prélèvement ou d'insertion et une faible porta par insertion.
Toujours un autre but de l'invention est d'offrir un coupleur directionnel possédant une faible valeur d'insertion et une bonne directivité.
Un autre but de l'invention est encore d'offrir un coupleur directionnel possédant une faible valeur d'insertion et une bonne réponse en fréquence.
Ces buts et d'autres de l'invention sont obtenus avec
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à offrir un échantillon de tension d'un signal de télévision à large bande se déplaçant suivant une direction prédéterminée le long d'un câble de transmission coaxial, et un transformateur série destiné à offrir un échantillon de courant du signal à large bande. Les deux signaux d'échantillon sont appliqués à un point de prélèvement de sortie commun d'ou ils peuvent être divisés et envoyés à un terminal d'abonné ou plus. Les deux transformateurs sont bobinés de façon à donner au coupleur une valeur d'insertion nominale relativement faible, de telle sorte que le coupleur puisse être utilisé à une distance importante depuis l'amplificateur de ligne.
Les enroulements du transformateur shunt sont agencés de manière à augmenter l'impédance interne du coupleur à l'entrée vers le transformateur série jusqu'à une valeur qui est supérieure à l'impédance caractéristique de ligne, ce qui rend par conséquent maximum la perte en retour et la directivité du dispositif.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 est un schéma d'une ligne de transmission typique utilisant un coupleur directionnel suivant l'invention. La figure 2 est un schéma de câblage d'un coupleur directionnel suivant l'invention. La figure 3 est un autre schéma de câblage illustrant une seconde forme de réalisation de l'invention.
En se référant tout d'abord à la figure 1, on a représenté une ligne de transmission 13 telle qu'utilisée d'une façon typique dans un système de télévision par câble. La ligne ost desservie par un amplificateur 12 qui est destiné à relever le niveau du signal diffusé jusqu'à un niveau d'exploitation désiré, habituellement voisin d'environ 43 dBmv, et transmettre les signaux le long du cable suivant la direction des flèches. Sur la longueur de la ligne est située une série de coupleurs directionnels 10 utilisés pour extraire un échantillon du signal transmis à partir de la ligne et l'envoyer à un ou plusieurs postes d'abonnés.
D'une façon classique, la ligne 13 est un cable coaxial possédant un conducteur central 14 et un conducteur externe mis à la masse ou à la terre 15, qui se présente sous la forme d'un blindage. La ligne est généralement interrompue à chaque emplacement de coupleur et le coupleur est connecté en série avec le conducteur central en utilieant une borne d'entrée 21 et une borne de sortie
22. Le coupleur comprend en outre un point de prélèvement de sor-tie 16 auquel sont appliqués les signaux d'échantillon qui sont prélevés à partir de la ligne de transmission principale. La prise de sortie est normalement couplée à un diviseur de signaux 11 où le signal est divisé et envoyé à plusieurs points de chute différents 17. Le diviseur peut être d'une conception appropriée quelconque, faisant appel à des bobines offrant une résistance aux fréquences radiophoniques avec des rapports prédéterminés vis-àvis des impédances caractéristiques des lignes d'entrée et de sortie. Chaque point de chute est capable d'être mis en activité pour permettre au signal d'échantillon d'atteindre le récepteur de télévision 20 d'un abonné.
En se référant à présent à la figure 2, on a représenté le schéma de câblage d'un coupleur directionnel incorporant les
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est interrompue à la station d'échantillonnage et son conducteur central 14 est connecté à la borne d'entrée 21 et à la borne de sortie 22 du coupleur. Ce dernier comprend un transformateur d'échantillonnage de courant, portant la référence générale 26, avec une section primaire 30 qui se trouve en série avec le conducteur central du câble. La section secondaire 31 du transformateur de courant est connectée entre la masse ou terre et le point de prélèvement de sortie 16 utilisé pour engendrer un premier échantillon de détection de courant.
Un second auto-transformateur portant la référence générale 25 est placé en une position shunt à l'entrée du coupleur. L'auto-transformateur contient un seul jeu d'enroulements connectés électriquement entre un noeud 23 et la masse. Les enroulements comprennent aussi une paire de prises intermédiaires qui seront dénommées ici première prise intermédiaire 35 et seconde prise in- <EMI ID=8.1>
termédiaire 29. La première prise intermédiaire 35 est connectée directement à la borne d'entrée du coupleur. La seconde prise intermédiaire 29 est à son tour connectée au point de prélèvement de prise de sortie 16 par l'intermédiaire d'une résistance 33.
L'enroulement du transformateur entre la prise 28 et la masse sert à engendrer un échantillon de détection de tension qui est
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mier échantillon de détection de courant. Un condensateur de compensation 34 est connecté en parallèle avec la résistance 33.
Comme on peut l'observer, une partie des enroulements d'auto-transformateur 28 est connectée entre la prise intermédiaire et le noeud 23. La section primaire 30 du transformateur série 26 est connectée entre le noeud 23 et la borne de sortie 22 du coupleur. A cause de cet aqencement, la partie supérieure 28
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les bornes d'entrée du coupleur et la section primaire du transformateur série. Par conséquent, l'impédance à l'entrée vers le transformateur série est relevée à une valeur qui est supérieure à l'impédance caractéristique de la ligne.
Les enroulements des deux transformateurs sont agencés
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vers l'extérieur à partir de l'amplificateur de ligne, vers la charge du système, comme indiqué par la flèche à la figure 2, provoqueront l'application au point do prise de sortie 16 d'une paire de signaux d'échantillon qui sont en phase. Par conséquent, les deux signaux d'échantillon s'additionnent à la prise. A cause de la terminaison non parfaite des signaux diffusés aux di-
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envoyées dans la direction opposée sur la ligne de transmission, en retour vers l'amplificateur. Les enroulements, des transformateurs, toutefois, sont tels que les signaux d'échantillon produits
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de sortie et s'annulent par conséquent mutuellement.
Comme indiqué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique précité, les signaux à large bande, alors qu'ils se déplacent à partir de l'amplificateur, sont soumis à plusieurs pertes. A l'origine, une perte en ligne est rencontrée qui est en rapport
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courir. Chaque coupleur introduit dans la ligne produit également une atténuation des signaux qui survient entre les bornes d'entrée et de sortie du coupleur. Cette pert� "si-, généralement dénommée perte d' insertion. L'effet de ces pertes en ligne et d'insertion sur le signal diffusé est cumulatif, de telle sorte que le niveau du signal est continuellement réduit alors qu'il se déplace vers l'extérieur depuis l'amplificateur. Ceci comprime à son tour le niveau de la perte de prise ou d'insertion qui peut être accepté à chaque prise suivante. Finalement, la perte de prise devient tellement faible que les pertes de réflexion deviennent un problème sérieux. En introduisant un transformateur élévateur dans le système, comme décrit ici, les effets de la perte en retour sont réduits au minimum et la directivité est améliorée.
Il a été découvert que l'introduction d'une spire de l'auto-transformateur dans le parcours électrique entre la borne d'entrée du coupleur et la section primaire du transformateur série offrira une impédance suffisante pour améliorer la perte de retour, tout en réduisant en même temps au minimum les pertes d'insertion. Il sera entendu par un technicien en la matière que la configuration des deux transformateurs pour une valeur de prise ou de prélèvement nominale donnée sera déterminée dans une certaine mesure par la limitation à une spire. Un coupleur possédant un taux de prise nominal de 8 dB est illustré à la figure 2, le rapport entre les spires primaires et secondaires du transformateur série étant alors de 2/4 et le rapport entre les spires
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En se référant à présent à la figure 3, on a représenté
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éléments identiques à ceux de la figure 2 portent les mêmes références. Dans cet agencement particulier, l'auto-transformateur, qui a été représenté en position shunt à la figure 2, est rempla-
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maire 41 et une section secondaire 43. La section primaire du transformateur shunt est dotée d'une prise intermédiaire 45 qui est connectée directement à la borne d'entrée du coupleur. Une seule spire 42 des enroulements primaires est située entre la borne d'entrée 21 du coupleur et la section d'entrée 30 du transformateur série 26. Dans ce cas à nouveau; l'impédance interne ajoutée sert à réduire au minimum les pertes de retour, ce qui permet au dispositif de travailler à de faibles valeurs de prise ou d'insertion.
Le secondaire 43 du transformateur shunt est connecté entre la masse et la résistance 33 pour engendrer le signal d'échantillon de tension requis au point de prise ou de prélèvement de sortie 16. Les enroulements des deux transformateurs sont agencés de telle sorte que les signaux d'échantillon au point de prise de sortie sont additifs quand les signaux diffusés circulent le long du câble dans le sens de la flèche et s'annulent mutuellement
The present invention relates to an improved directional coupler for use in a cable television or "cable television" system and, more particularly, to a directional coupler having a relative insertion value.
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high.
In cable television systems, broadband television signals are typically transmitted by
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amplifiers are located at various intervals along the lines to keep the signal strength at an operational level
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broadcast are taken from the line at increasing distances
of the amplifier. Diffuse signals are taken from the main transmission line using directional couplers.
A commonly used directional coupler includes a first current sensing transformer connected in series with the central conductor of the cable to apply a first current sample to an output draw point. A second transformer is placed in shunt between the central conductor and the external conductor grounded or earthed of the cable and is arranged so as to apply a second voltage sample to the output socket. The signals transmitted by the cable traveling on the line from the amplifier to the load cause the sample signals to add up to the output sampling point. Reflected signals moving in the opposite direction along the cable lead, on the other hand, to the sample signals <EMI ID = 4.1>
that these signals cancel each other out. The coupler actually prevents these unwanted reflected signals from reaching the subscriber's receiver or they would cause distortions.
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a typical cable arrangement has been described in which an amplifier is used to transmit a broadband signal over a specified cable length. Seven directional couplers are located at intervals of approximately 45 meters. As indicated in this patent, insertion losses and line loss are suffered while the signal is always moving away from the amplifier. As a result, the insertion or withdrawal value of the couplers is periodically reduced in order to maintain the signal level at the subscriber station at a level required for good reception. The nominal insertion loss of the coupler is compressed the further the coupler is from the amplifier.
Normally, the coupler insertion value is generally not allowed to fall below 12 dB, because the reflection losses at such low values are typically high.
Some additional disadvantages of conventional directional sockets with low values are poor frequency response, high insertion losses and reduced isolation.
It is therefore an object of the invention to increase the usable length of a cable television transmission line without increasing the output level of the line amplifier.
Another object of the invention is to provide a directional coupler having a relatively low insertion value and improved impedance tuning characteristics from the input to the output.
Yet another object of the invention is to offer a directional coupler having a low removal or insertion value and a low insertion port.
Still another object of the invention is to offer a directional coupler having a low insertion value and good directivity.
Another object of the invention is also to offer a directional coupler having a low insertion value and a good frequency response.
These and other objects of the invention are obtained with
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providing a voltage sample of a broadband television signal moving in a predetermined direction along a coaxial transmission cable, and a serial transformer for providing a current sample of the broadband signal. The two sample signals are applied to a common egress point from where they can be divided and sent to one or more subscriber terminals. The two transformers are wound so as to give the coupler a relatively low nominal insertion value, so that the coupler can be used at a great distance from the line amplifier.
The windings of the shunt transformer are arranged so as to increase the internal impedance of the coupler at the input to the serial transformer to a value which is greater than the characteristic line impedance, which consequently maximizes the loss in feedback and directivity of the device.
Other details and particularities of the invention will emerge from the description below, given by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings, in which:
Figure 1 is a diagram of a typical transmission line using a directional coupler according to the invention. Figure 2 is a wiring diagram of a directional coupler according to the invention. Figure 3 is another wiring diagram illustrating a second embodiment of the invention.
Referring first to Figure 1, there is shown a transmission line 13 as typically used in a cable television system. The line is served by an amplifier 12 which is intended to raise the level of the signal broadcast to a desired operating level, usually around 43 dBmv, and transmit the signals along the cable in the direction of the arrows. Along the length of the line is located a series of directional couplers 10 used to extract a sample of the signal transmitted from the line and send it to one or more subscriber stations.
Conventionally, the line 13 is a coaxial cable having a central conductor 14 and an external conductor grounded or earthed 15, which is in the form of a shield. The line is generally interrupted at each coupler location and the coupler is connected in series with the central conductor using an input terminal 21 and an output terminal
22. The coupler further comprises an output sampling point 16 to which the sample signals are applied which are collected from the main transmission line. The output socket is normally coupled to a signal splitter 11 where the signal is divided and sent to several different drop points 17. The splitter can be of any suitable design, using coils offering resistance to radio frequencies with predetermined ratios with respect to the characteristic impedances of the input and output lines. Each drop point is capable of being activated to allow the sample signal to reach a subscriber's television receiver 20.
Referring now to Figure 2, there is shown the wiring diagram of a directional coupler incorporating the
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is interrupted at the sampling station and its central conductor 14 is connected to the input terminal 21 and to the output terminal 22 of the coupler. The latter comprises a current sampling transformer, bearing the general reference 26, with a primary section 30 which is in series with the central conductor of the cable. The secondary section 31 of the current transformer is connected between earth or earth and the output sampling point 16 used to generate a first current detection sample.
A second auto-transformer bearing the general reference 25 is placed in a shunt position at the input of the coupler. The auto-transformer contains a single set of windings electrically connected between a node 23 and the ground. The windings also include a pair of intermediate taps which will be called here first intermediate tap 35 and second plug <EMI ID = 8.1>
intermediate 29. The first intermediate socket 35 is connected directly to the input terminal of the coupler. The second intermediate outlet 29 is in turn connected to the outlet outlet sampling point 16 via a resistor 33.
The winding of the transformer between socket 28 and earth is used to generate a voltage detection sample which is
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mier current detection sample. A compensation capacitor 34 is connected in parallel with the resistor 33.
As can be observed, part of the auto-transformer windings 28 is connected between the intermediate tap and the node 23. The primary section 30 of the series transformer 26 is connected between the node 23 and the output terminal 22 of the coupler . Because of this layout, the upper part 28
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the coupler input terminals and the primary section of the series transformer. Consequently, the impedance at the input to the series transformer is raised to a value which is higher than the characteristic impedance of the line.
The windings of the two transformers are arranged
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outward from the line amplifier, to the system load, as indicated by the arrow in Figure 2, will cause the application to the outlet 16 of a pair of sample signals which are in phase. Therefore, the two sample signals add up to the tap. Because of the non-perfect termination of the signals broadcast at the di-
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sent in the opposite direction on the transmission line, back to the amplifier. The windings, transformers, however, are such that the sample signals produced
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exit and therefore cancel each other out.
As stated in the aforementioned United States patent, broadband signals, as they travel from the amplifier, are subject to several losses. Originally, an online loss is encountered which is related
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run. Each coupler inserted in the line also produces an attenuation of the signals which occurs between the input and output terminals of the coupler. This pert � "si-, generally referred to as insertion loss. The effect of these line and insertion losses on the broadcast signal is cumulative, such that the signal level is continuously reduced as it travels towards the outside from the amplifier. This in turn compresses the level of loss of grip or insertion that can be accepted on each subsequent take. Finally, the loss of grip becomes so small that loss of reflection becomes a serious problem. By introducing a step-up transformer into the system, as described here, the effects of return loss are minimized and the directivity is improved.
It has been discovered that the introduction of a coil of the auto-transformer into the electrical path between the input terminal of the coupler and the primary section of the series transformer will provide sufficient impedance to improve the loss of return, while at the same time minimizing insertion losses. It will be understood by a technician in the field that the configuration of the two transformers for a given nominal tap or sample value will be determined to a certain extent by the limitation to one turn. A coupler with a nominal tap rate of 8 dB is illustrated in Figure 2, the ratio between the primary and secondary turns of the series transformer then being 2/4 and the ratio between the turns
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Referring now to Figure 3, there is shown
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elements identical to those of FIG. 2 bear the same references. In this particular arrangement, the auto-transformer, which has been shown in the shunt position in FIG. 2, is replaced
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mayor 41 and a secondary section 43. The primary section of the shunt transformer has an intermediate socket 45 which is connected directly to the input terminal of the coupler. A single turn 42 of the primary windings is located between the input terminal 21 of the coupler and the input section 30 of the series transformer 26. In this case again; the added internal impedance is used to minimize return losses, allowing the device to work at low tap or insert values.
The secondary 43 of the shunt transformer is connected between ground and resistor 33 to generate the required voltage sample signal at the outlet or draw-out point 16. The windings of the two transformers are arranged so that the signals d sample at the outlet point are additive when the scattered signals circulate along the cable in the direction of the arrow and cancel each other out