CH690150A5

CH690150A5 - Electromagnetic protection filter has coaxial quarter-wavelength short as helical winding mounted in electrically insulated manner inside sleeve forming outer conductor

Info

Publication number: CH690150A5
Application number: CH03926/94A
Authority: CH
Inventors: Gregor Kuehne
Original assignee: Huber+Suhner Ag
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 2000-05-15

Abstract

The filter is connected in an antenna cable (11) with a coaxial quarter-wavelength short circuit (19) in the form of a helical winding (30) mounted in electrically insulated manner inside a sleeve (20) acting as the outer conductor. The inner conductor is electrically connected to the sleeve at the end remote from the antenna cable. The inner conductor of the antenna cable is fed via an electrically separated open circuit (310 in the antenna line on the equipment side of the quarter-wavelength short circuit.

Description

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein EMP-Filter in einer koaxialen Antennenleitung mit einem >74 Kurzschluss in koaxialer Ausbildung. The present invention relates to an EMP filter in a coaxial antenna line with a> 74 short circuit in a coaxial configuration.

Elektromagnetische Impulse können durch direkte Blitzeinschläge oder durch Störfelder durch die Antennenleitungen in Geräte geleitet werden und dort Schaden anrichten. Aus diesem Grunde ist es schon seit längerem bekannt, die Geräte gegen die hohen Spannungen an deren Eingang durch >74 Stubs, auch EMP-Filter genannt, zu schützen. Eine dieser bekannten Ausführungen ist beispielsweise in der CH-A 676 900 beschrieben. Ein zwischen Innenleiter der Antennenleitung und Gehäuse eingeschraubter Keramikresonator oder >74 Stub ist in einer wasserdicht verschlossenen Hülse untergebracht und wirkt als frequenzselektives Filter. Der Frequenzgang und die Bandbreite der durchgeleiteten Signale können durch verändern der geometrischen Dimensionen des >74 Stubs, oder des Innenleiters der Antennenleitung beeinflusst werden, die sich schliesslich in einem Ersatzschema in der Form eines Zweilors darstellen lässt. Nachteilig an solchen Filtern ist, dass die mechanischen Abmessungen im Gebiet UKWIVHF gross sind. So beträgt die Abmessung eines konventionellen >74 - Stubs bei 100 MHz ca. 75 cm. Dies hat nicht nur einen Nachteil in bezug auf die Einbauabmessungen, sondern sie haben auch eine grössere Längsinduktivität sowie eine kleinere Isolation bezüglich des Frequenzspektrums des Blitzpulses, die sich dann negativ auf den Restpuls auswirkt, und so noch schädliche Spannungsimpulse zu den Geräten gelangen können. Electromagnetic impulses can be conducted into devices by direct lightning strikes or by interference fields through the antenna cables and cause damage there. For this reason, it has been known for a long time to protect the devices against the high voltages at their input with> 74 stubs, also called EMP filters. One of these known designs is described, for example, in CH-A 676 900. A ceramic resonator or> 74 stub screwed between the inner conductor of the antenna cable and the housing is housed in a watertight sealed sleeve and acts as a frequency-selective filter. The frequency response and the bandwidth of the signals passed through can be influenced by changing the geometric dimensions of the> 74 stub, or the inner conductor of the antenna line, which can finally be represented in an equivalent scheme in the form of a two-lor. A disadvantage of such filters is that the mechanical dimensions in the UKWIVHF area are large. The dimension of a conventional> 74 stub at 100 MHz is approx. 75 cm. Not only does this have a disadvantage with regard to the installation dimensions, but they also have a greater longitudinal inductance and a smaller insulation with regard to the frequency spectrum of the lightning pulse, which then has a negative effect on the residual pulse, and harmful voltage pulses can still reach the devices.

Eine Verbesserung der Isolation des EMP-Filters gegenüber dem Frequenzspektrum des Blitzpulses kann durch Verwendung eines zusätzlichen Hochpassfilters, gebildet durch eine Kapazität, erfolgen. Das Buch «EMP Radiation und Protective Techniques», herausgegeben 1976 durch J. Wiley & Sons, Ine, zeigt auf Seite 206 eine Anordnung mit einem Kondensator zwischen einem Hochlastüber-spannungsableiter und einem Niedriglastüberspan-nungsableiter zur Potentialtrennung. The isolation of the EMP filter from the frequency spectrum of the lightning pulse can be improved by using an additional high-pass filter formed by a capacitance. On page 206 of the book «EMP Radiation and Protective Techniques», published in 1976 by J. Wiley & Sons, Ine, shows an arrangement with a capacitor between a high-load surge arrester and a low-load surge arrester for electrical isolation.

Eine weitere Art einer Schutzanordnung ist in der CH-A 654 149 dargestellt. Hier wird vorgeschlagen, die Störenergie frequenzmässig aufzuteilen, wobei der ausserhalb des Bereiches der Arbeitsfrequenz liegende Anteil reflektiert wird und der innerhalb des Bereichs der Arbeitsfrequenz liegende Teil wird verzögert und begrenzt. Dazu ist zwischen einer Grobschutz- und einer Feinschutzanordnung ein frequenzselektives Verzögerungsglied geschaltet. Another type of protective arrangement is shown in CH-A 654 149. It is proposed here to divide the interference energy in terms of frequency, the portion lying outside the range of the operating frequency being reflected and the portion lying within the range of the operating frequency being delayed and limited. For this purpose, a frequency-selective delay element is connected between a coarse protection and a fine protection arrangement.

Die Nachteile dieser bekannten Anordnungen können darin gesehen werden, dass sie für grosse Bandbreiten ausgelegt sind und eine nur begrenzte Stossspannungsfestigkeit aufweisen. The disadvantages of these known arrangements can be seen in the fact that they are designed for large bandwidths and have only a limited surge voltage resistance.

Es ist dementsprechend eine Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beheben indem die Bandbreite eingestellt werden kann und die Stossspannungsfestigkeit erhöht wird. Accordingly, it is an object of the invention to overcome these drawbacks by adjusting the bandwidth and increasing the surge resistance.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Innenleiter des >74 Kurzschlusses als eine schraubenförmig gewickelte Wendel elektrisch isoliert in einer als Aussenleiter dienenden Hülse angeordnet ist, in dem der Innenleiter an dem der Antennenleitung entfernten Ende mit der Hülse elektrisch leitend verbunden ist, dass ferner der Innenleiter der Antennenleitung apparateseitig des X/4 Kurzschlusses über einen galvanisch getrennten Unterbruch im Innenleiter der Antennenleitung geführt ist. According to the invention, this is achieved in that the inner conductor of the> 74 short circuit is arranged as a helically wound coil in an electrically insulated sleeve serving as an outer conductor, in which the inner conductor is electrically conductively connected to the sleeve at the end remote from the antenna line, and that Inner conductor of the antenna line of the X / 4 short circuit is routed via a galvanically isolated interruption in the inner conductor of the antenna line.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert. In der einzigen Figur ist eine Schnittansicht eines erfin-dungsgemässen EMP-Filters dargestellt. An exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. The single figure shows a sectional view of an EMP filter according to the invention.

Der dargestellte EMP-Filter 1 besteht in koaxialer Ausbildung aus einem Aussenleiter 10 und einem Innenleiter 11, und er weist links in der Zeichnung einen Anschluss 3 für den Übergang zur Antenneneinspeisung (nicht dargestellt) und rechts in der Zeichnung einen Stecker 2 für den Anschluss eines ebenfalls nicht dargestellten elektronischen Gerätes, wie z.B. einer Mobilfunk Basisstation oder eines Mobiltelefones, auf Beim geräteseitigen Anschluss ist der Aussenleiter 10 mit einem Aussengewinde 4 versehen auf das eine Mutter 4a geschraubt ist und das mit einem Flansch 4b abgeschlossen ist. Im Flansch 4b befindet sich eine Dichtung 4c und eine Unterlagsscheibe 4d dient zur Anpressung mittels der Mutter 4a an ein nicht dargestelltes geerdetes Einführungsblech. Auf das Mittelteil 12, das mit einem Auge 13 mit Gewinde 14 versehen ist, ist eine Hülse 20 aufgeschraubt. Diese Hülse 20 ist mit einem Schraubdeckel 21 mit zentralem Zapfen 22 verschliessbar. Zentral zur Hülse 20 ist in den Innenleiter 11 ein Schraubzapfen 23 eingeschraubt. Der Kopf des Schraubzapfens 23 und der zentrale Zapfen 22 am Deckel 21 sind je mit einer schraubenförmigen Nut 24, 25 versehen. The EMP filter 1 shown consists of a coaxial design of an outer conductor 10 and an inner conductor 11, and it has a connection 3 on the left in the drawing for the transition to the antenna feed (not shown) and on the right in the drawing a connector 2 for connecting an also not shown electronic device, such as a mobile radio base station or a mobile telephone, on the device-side connection, the outer conductor 10 is provided with an external thread 4 onto which a nut 4a is screwed and which is closed with a flange 4b. In the flange 4b there is a seal 4c and a washer 4d is used for pressing by means of the nut 4a against a grounded insertion plate (not shown). A sleeve 20 is screwed onto the middle part 12, which is provided with an eye 13 with thread 14. This sleeve 20 can be closed with a screw cap 21 with a central pin 22. A screw pin 23 is screwed into the inner conductor 11 centrally to the sleeve 20. The head of the screw pin 23 and the central pin 22 on the cover 21 are each provided with a helical groove 24, 25.

Ein Leiterstück 30 ist als Wendel mit einer Länge von X/4 ausgebildet, deren Steigung etwa 15% grösser ist als die Steigung der Nuten 24, 25, dadurch ergibt sich eine Selbsthemmung und ein erhöhter Anpressdruck. Apparateseitig des Schraubzapfens 23 befindet sich eine Kapazität, gebildet aus einem beidseits offenen keramischen Röhrchen 31 mit elektrisch leitender Innen- und Aussenbe-schichtung. Diese Anordnung stellt im Ersatzschaltbild eine Reihenanordnung einer Kapazität und einer Induktivität dar und bildet einen Saugkreis in Form eines Hochpassfilters. A conductor piece 30 is designed as a helix with a length of X / 4, the slope of which is approximately 15% greater than the slope of the grooves 24, 25, which results in self-locking and an increased contact pressure. On the apparatus side of the screw pin 23 there is a capacitance, formed from a ceramic tube 31 which is open on both sides and has an electrically conductive inner and outer coating. In the equivalent circuit diagram, this arrangement represents a series arrangement of a capacitance and an inductance and forms a suction circuit in the form of a high-pass filter.

Das Wickeln des X74-Iangen Leiters 30 zu einer Wendel bewirkt eine mechanische Verkürzung des Leiters 30. Bedingt durch die Länge der Wicklung ergibt sich aber eine höhere Längsinduktivität und dies hat eine grössere Restspannung zur Folge. Diese Restspannung kann nun durch die galvanische Trennung mittels des keramischen Röhrchens 31 unterdrückt werden. Die beidseitig offene elektrisch leitende Beschichtung des keramischen Röhrchens 31 und des daraus resultierenden Hochpassfilters ergibt nicht nur eine galvanische Trennung mit einer hohen Spannungsfestigkeit sondern erzielt noch eine erwünschte Bandpasswirkung. The winding of the X74-long conductor 30 into a spiral causes the conductor 30 to be shortened mechanically. However, the length of the winding results in a higher longitudinal inductance and this results in a greater residual voltage. This residual voltage can now be suppressed by the galvanic separation by means of the ceramic tube 31. The electrically conductive coating of the ceramic tube 31 and the resulting high-pass filter, which is open on both sides, not only results in a galvanic separation with a high dielectric strength, but also achieves a desired band-pass effect.

So kann festgestellt werden, dass der übliche Restpuls bei einem Normblitzpuls von 8/20 usec und 4 kV durch den >74 Filter für etwa 100 Mhz auf etwa 150 V verkleinert werden kann, der daraufhin It can thus be determined that the usual residual pulse at a standard flash pulse of 8/20 usec and 4 kV can be reduced to about 150 V for about 100 MHz by the> 74 filter, which then

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durch die galvanische Trennung mit dem beidseits offenen Schwingkreis durch das Röhrchen 31 auf unter 30 V verringert werden kann. can be reduced to below 30 V by the electrical isolation with the oscillating circuit open on both sides through the tube 31.

Die elektrische Länge des Leiters 30 und damit die Mittenfrequenz kann durch die Länge des zentralen Zapfens 22 als Kurzschluss der Wendel verkürzt bzw variiert werden. Es lassen sich so mechanische Abmessungen der Hülse 20 von etwa 60 mm für eine Frequenz von 100 Mhz erreichen. Die grossflächige und induktionsarme Kontaktierung der Wendel 30 mittels der Nuten 24, 25 in den Schrauben 21, 23 führt zu einer Vergrösserung der Stromtragfähigkeit. Die keramische, aussen und innen elektrisch leitend beschichtete Hülse 31 ergibt einen L-C Serieschwingkreis mit der Wirkung als Hochpassfilter. Mit einem 20 mm langen Röhrchen 31 können elektronische Hochfrequenzgeräte im Frequenzbereich von 70 Mhz bis 700 Mhz geschützt werden. The electrical length of the conductor 30 and thus the center frequency can be shortened or varied by the length of the central pin 22 as a short circuit of the coil. Mechanical dimensions of the sleeve 20 of approximately 60 mm for a frequency of 100 MHz can thus be achieved. The large-area and low-induction contacting of the coil 30 by means of the grooves 24, 25 in the screws 21, 23 leads to an increase in the current carrying capacity. The ceramic, externally and internally electrically coated sleeve 31 results in an L-C series resonant circuit with the effect of a high pass filter. With a 20 mm long tube 31, electronic high-frequency devices in the frequency range from 70 Mhz to 700 Mhz can be protected.

Claims

1. EMP filter in a coaxial antenna line (1, 11) with an X / 4 short circuit in a coaxial configuration (19), characterized in that the inner conductor of the X / 4 short circuit (19) as a helically wound coil (30) electrically insulated in a sleeve (20) serving as an outer conductor, of which the inner conductor is electrically conductively connected to the sleeve (20) at the end remote from the antenna line (11), and that the inner conductor of the antenna line (11) on the apparatus side (2 ) of the XI4 short circuit (19) via a galvanically isolated interruption (31) in the inner conductor of the antenna line (11).

2. Filter according to claim 1, characterized in that the conductor of the helix (30) is contacted at both ends over a large area and with low inductance.

3. Filter according to claim 2, characterized in that the contacting on both sides of the helix (30) by means of a screw (24, 23), one of which is a connecting screw (23) in the inner conductor of the antenna conductor (11) and the other in an end cover (21) of the sleeve (20) is screwed in.

4. Filter according to claim 3, characterized in that the large-area contact is made at the head of the screw screwed into the antenna conductor (23), which is provided with a helical groove (25) with the same pitch as the helix (30).

5. Filter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the center frequency is determined by the length of the sleeve (20), with the hollow cylinder (26) and by the length of the coil (30).

6. Filter according to claim 5, characterized in that the center frequency is determined on the one hand by the length of the free turns of the helix (30) and by the depth of penetration of the central pin (22) into the helix (30).

7. Filter according to one of claims 1 to 6, characterized in that the bandwidth is determined by means of the diameter of the hollow cylinder (26).

8. Filter according to claim 7, characterized in that the galvanic separation takes place by means of a ceramic, on both sides open capacitance sleeve (31).

9. Filter according to claim 8, characterized in that the capacitance sleeve (31) is internally coated on the inside and outside.

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