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Die Erfindung betrifft die Dämpfung von störenden Mantelwellen auf signalführenden Wellenleitungen.
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Beim Betrieb erdfreier Quellen bzw. Lasten können sogenannte Mantelwellen auftreten, wenn in der von der Quelle zur Last führenden Leitung, bspw. in einer Koaxialleitung, der Hinstrom im Innenleiter der Koaxleitung nicht exakt dem Rückstrom im Außenleiter der Koaxleitung entspricht. In Summe entsteht somit ein nicht geschirmter Strom auf dem Außenleiter, der als Mantelwelle oder auch als Gleichtaktwelle bezeichnet wird.
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Derartige Mantelwellen erfüllen den die Leitung umgebenden Freiraum mit einem elektromagnetischen Feld und können somit je nach Anwendungsgebiet der Leitung nachteilige und störende Effekte hervorrufen, bspw. unerwünschte Schwingungen bei Verstärkersystemen oder gefährliche Wirkungen auf die unmittelbare Umgebung, bspw. Hautverbrennungen bei Patienten in einer Magnetresonanz-Anlage.
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Zur Unterdrückung der Mantelwelle wurden verschiedene sogenannte Mantelwellensperren vorgeschlagen, wie bspw. in der
EP 0337204 A1 . In der Regel wird zur Realisierung einer Mantelwellensperre lokal ein Teil der Koaxleitung zu einer Induktivität aufgerollt und ihr Schirm am Anfang und Ende der so entstehenden Spule mit einer Kapazität überbrückt, so dass die Kapazität zusammen mit der Induktivität einen Parallelresonanzkreis bei der Betriebsfrequenz der Leitung bildet. Aufgrund der endlichen Spulengüte verbleibt für die Mantelwelle der parallel zur Spule liegende Verlustwiderstand Rp als Restpfad. Dabei gilt, dass die Unterdrückung der Mantelwelle mit höherem Rp = wLQ besser wird. Hierbei ist w die Kreisfrequenz, L die Induktivität der Spule und Q die Spulengüte. Eine gute Unterdrückung erfordert demnach eine hohe Spulengüte Q, erreichbar durch ein großes Volumen der Spule, und/oder eine hohe Induktivität L, erreichbar durch eine hohe Anzahl von Windungen sowie wieder durch ein großes Spulenvolumen. Mit den Maßnahmen zur Vergrößerung des Spulenvolumens und/oder zur Erhöhung der Windungszahl geht aber eine entsprechende Verlängerung des zur Spule aufzurollenden Koaxkabels einher und somit eine Zunahme der Dämpfung des Nutzsignals im Kabel, welches auch als Gegentaktsignal bezeichnet wird.
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Weiterhin wirkt sich nachteilig aus, dass derartige Mantelwellensperren stets Sonderbauteile sind, die in der Regel teuer und insbesondere aufgrund der räumlichen Dimensionen schlecht handhabbar und somit auch nicht SMD bestückbar sind (SMD: „surface-mounted device“ bzw. oberflächenmontiertes Bauelement).
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Als Alternative zu den beschriebenen Mantelwellensperren kann zur Unterdrückung von Mantelwellen die sogenannte Boucherotbrücke verwendet werden, die aus jeweils zwei gleichen Induktivitäten (L1, L2 mit L1 = L2) und Kapazitäten (C1, C2 mit C1 = C2) besteht. Diese wäre zwar kostengünstig und SMD bestückbar, allerdings ist der Induktivitätswert über die Berechnung zur Einhaltung des Wellenwiderstandes für das Nutzsignal fest vorgegeben und relativ niedrig. Bezüglich der Gleichtaktunterdrückung wirkt auch nur die halbe Induktivität der Boucherotbrücke, so dass die Unterdrückungswirkung der Brücke in den meisten Fällen letztendlich nicht ausreichend ist. Auch eine Kaskadierung mehrerer der o.g. Boucherotbrücken führt zu keiner wesentlichen Verbesserung. Die entsprechenden einzelnen Unterdrückungswiderstände der Brücken liegen für die Gleichtaktwelle in Reihe, so dass sich die Widerstände addieren. Werden bspw. zwei Brücken mit gleichen Unterdrückungswiderständen verwendet, so entspricht der Gesamtwiderstand dem doppelten Unterdrückungswiderstand. Der resultierende Gesamtwiderstand ist prinzipiell vergleichbar mit dem oben genannten Rp. Da Rp in der Regel sehr viel größer ist als die Bezugsimpedanz (in der Regel 50 Ω), gewinnt man im aufgezeigten Beispiel nur 6dB mehr Unterdrückung für eine Kaskade aus zwei gleichen Boucherotbrücken (2-fach Kaskade), 9,5dB für eine 3-fach Kaskade, 12dB für eine 4-fach Kaskade usw.
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Die existierenden Ansätze zur Dämpfung von Mantelwellen weisen demnach diverse Nachteile auf. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges und reproduzierbares Verfahren sowie ein entsprechendes System zur wirkungsvollen Beeinflussung von Mantelwellen anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 beschriebene Vorrichtung gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen.
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Das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept liegt darin, den Induktivitätswert einer Boucherotbrücke selbst zu vergrößern, so dass eine Mantelwelle wirkungsvoll gedämpft wird. Der erhöhte Induktivitätswert zusammen mit einem entsprechend verringerten Kapazitätswert verursacht eine Impedanztransformation zu einer erhöhten Zwischenimpedanz.
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Es wird eine Kaskade aus zumindest einer impedanzaufwärtstransformierenden sowie einer impedanzabwärtstransformierenden Boucherot-Brückenanordnung einsetzt, wobei jede der Boucherot-Brückenanordnungen selbst aus einer oder mehreren Boucherotbrücken aufgebaut sein kann. Die aufwärtstransformierende Brückenanordung weist eine gegenüber der Impedanz des Wellenleiters erhöhte Impedanz auf und bewirkt, dass lokal eine erhöhte Impedanz und damit eine wirkungsvolle Dämpfung der Mantelwelle erreicht wird. Die abwärtstransformierende Brückenanordnung wird eingesetzt, um wieder die ursprüngliche Impedanz des Wellenleiters zu erhalten, so dass Signalreflexionen vermieden werden. D.h. man transformiert mit einer Boucherot-Brückenanordnung bspw. von der typischen Impedanz einer Koaxleitung von Z1 = 50Ω nach 500Ω und dann wieder zurück von 500Ω nach 50Ω. Somit ergeben sich lokal deutlich höhere Induktivitätswerte und damit eine deutlich verbesserte Mantelwellenunterdrückung bzw. -dämpfung.
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Eine Boucherotbrücke bzw. Boucherot-Brückenanordnung bewirkt die Anpassung zweier elektrischer Tore mit im Allgemeinen unterschiedlich hohen Impedanzen Z1 und Z2, wenn die Impedanz ZB der Boucherotbrücke bzw. Boucherot-Brückenanordnung bspw. durch Auswahl geeigneter Parameter der die Brücke bildenden Kapazitäten und Induktivitäten dem geometrischen Mittelwert der Einzelimpedanzen entspricht, d.h. wenn gilt ZB = sqrt(Z1·Z2). Mit anderen Worten ist eine Boucherot-Brückenanordnung derart auszulegen, dass ihre Impedanz ZB der Wurzel aus dem Produkt der Impedanzen Z1, Z2 der an die Brücke anzuschließenden elektrischen Bauteile entspricht. Eine derartig ausgelegte Boucherotbrücke bzw. Boucherot-Brückenanordnung mit einer Impedanz ZB = sqrt(Z1·Z2) ermöglicht also, dass ein elektrisches Tor mit einer Impedanz Z1 mit Hilfe dieser Boucherotbrücke bzw. Boucherot-Brückenanordnung an ein elektrisches Bauteil einer Impedanz Z2 reflexionsfrei angeschlossen werden kann. Dies wird im „Antennenbuch“ (K. Rothammel, DM2ABK, Telekosmos-Verlag, Franckhsche Verlagshandlung, Stuttgart, 4. Auflage, 1973, S. 116–118) detailliert dargestellt. Bspw. wird dort beschrieben, dass zum Anschluss einer 20Ω-Leitung an eine 240Ω-Leitung eine Boucherotbrücke mit einer Impedanz ZB = sqrt(20Ω·240Ω) ≈ 70Ω zwischen die beiden Leitungen geschaltet werden kann, woraus sich in einfacher Weise die benötigten Kapazitäten und Induktivitäten der Boucherotbrücke ergeben.
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Die elektrischen Tore können bspw. Enden oder Anfänge elektrischer Leitungen sein.
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Bei bekannten Impedanzwerten Z1, Z2 der an die Boucherotbrücke bzw. Boucherot-Brückenanordnung anzuschließenden elektrischen Bauteile, kann die benötigte Impedanz ZB der Boucherotbrücke bzw. Boucherot-Brückenanordnung leicht berechnet und damit die die Boucherotbrücke bzw. Boucherot-Brückenanordnung bildenden Induktivitäten und Kapazitäten ausgewählt werden.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dämpfung einer Mantelwelle auf einem ein Signal in einer Laufrichtung P führenden Wellenleiter mit einer Impedanz Z1 weist auf
- – einen Eingang zum Einspeisen des Signals aus dem Wellenleiter, insbesondere aus einem ersten Abschnitt des Wellenleiters mit einer Impedanz Z1A, in die Vorrichtung,
- – einen Ausgang zum Ausgeben des Signals aus der Vorrichtung in den Wellenleiter, insbesondere in einen zweiten Abschnitt des Wellenleiters mit einer Impedanz Z1B,
- – eine oder mehrere Gruppen von impedanztransformierenden Boucherot-Brückenanordnungen, wobei die Boucherot-Brückenanordnungen für jede Gruppe hintereinander bzw. in Kette zwischen den Eingang zum Einspeisen des Signals S in die Vorrichtung und den Ausgang zum Ausgeben des Signals S aus der Vorrichtung geschaltet sind, so dass das Signal aus dem ersten Abschnitt des Wellenleiters die Boucherot-Brückenanordnungen der ersten Gruppe nacheinander durchläuft, um anschließend in den zweiten Abschnitt des Wellenleiters eingespeist zu werden. Dabei weist jede der Boucherot-Brückenanordnungen der jeweiligen Gruppe eine Impedanz auf, die größer ist als die Impedanz Z1 des Wellenleiters.
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Durch die erfindungsgemäße Verwendung und Auslegung von zumindest zwei Boucherot-Brückenanordnungen BBup1, BBdn1 wird erreicht, dass zum Einen innerhalb der impedanzauf- als auch innerhalb der impedanzabwärtstransformierenden Brücke BBup1 bzw. BBdn1 ein wesentlich erhöhter Induktivitätswert vorhanden ist, was für das die Vorrichtung durchlaufende Signal S eine deutlich verbesserte Dämpfung von Mantelwellen bewirkt. Zum Anderen bewirkt die nachgeschaltete impedanzabwärtstransformierenden Brücke BBdn1, dass die Vorrichtung am Ausgang der Vorrichtung an die ursprüngliche Impedanz Z1 des Wellenleiters bzw. an die Impedanz Z1B des zweiten Abschnitts angepasst sein kann, so dass Signalreflexionen verhindert werden können.
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Für jede Gruppe sind die Boucherot-Brückenanordnungen der jeweiligen Gruppe derart ausgelegt, dass das Signal die jeweilige Gruppe reflexionsfrei passieren kann, so dass Signalverluste minimiert sind.
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Für jede Gruppe sind die Boucherot-Brückenanordnungen der jeweiligen Gruppe derart ausgelegt, dass innerhalb der jeweiligen Gruppe in Laufrichtung P des Signals durch die Vorrichtung gesehen zunächst eine Aufwärtstransformation der Impedanz von einer Eingangsimpedanz auf eine jeweilige Zwischenimpedanz erfolgt, wobei die jeweilige Zwischenimpedanz höher ist als die Eingangsimpedanz. Die Eingangsimpedanz kann bspw. die Impedanz Z1 des Wellenleiters sein. Anschließend erfolgt eine Abwärtstransformation der Impedanz von der jeweiligen Zwischenimpedanz auf eine niedrigere Impedanz, insbesondere zurück auf die Eingangsimpedanz. Hierdurch wird erreicht, dass lokal erhöhte Impedanzen und Induktivitäten vorhanden sind, so dass sich eine wirkungsvolle Dämpfung der Mantelwelle ergibt.
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Dabei erfolgt in zumindest einer Gruppe die Aufwärtstransformation von der Eingangsimpedanz auf die jeweilige Zwischenimpedanz in einer anderen Anzahl von Schritten als die Abwärtstransformation von der jeweiligen Zwischenimpedanz auf die niedrigere Impedanz.
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Zumindest eine Gruppe weist mehr als zwei Boucherot-Brückenanordnungen auf, wobei in Laufrichtung P des Signals durch die Vorrichtung gesehen die zweite Boucherot-Brückenanordnung der zumindest einen Gruppe eine höhere Impedanz aufweist als die erste Boucherot-Brückenanordnung der zumindest einen Gruppe und die letzte Boucherot-Brückenanordnung der zumindest einen Gruppe eine niedrigere Impedanz aufweist als die vorletzte Boucherot-Brückenanordnung der zumindest einen Gruppe.
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Dabei weist die in Laufrichtung P des Signals durch die Vorrichtung gesehen erste Boucherot-Brückenanordnung der zumindest einen Gruppe eine höhere Impedanz auf als die letzte Boucherot-Brückenanordnung der zumindest einen Gruppe. Dementsprechend erfolgt die Aufwärtstransformation von Z1 auf die Zwischenimpedanz in weniger Schritten als die Abwärtstransformation. Bspw. bei einer Anzahl von nur drei Brückenanordnungen in der Gruppe erfolgt also zunächst eine Transformation auf die höchste Impedanz, anschließend eine Abwärtstransformation auf eine geringere Impedanz und schließlich eine weitere Abwärtstransformation auf die niedrigste Impedanz, bspw. die Eingangsimpedanz bzw. die Impedanz Z1 des Wellenleiters.
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Alternativ weist die in Signallaufrichtung des Signals durch die Vorrichtung gesehen erste Boucherot-Brückenanordnung der zumindest einen Gruppe eine niedrigere Impedanz auf als die letzte Boucherot-Brückenanordnung der zumindest einen Gruppe. Dementsprechend erfolgt die Aufwärtstransformation von Z1 auf die Zwischenimpedanz in mehr Schritten als die Abwärtstransformation.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist zumindest eine Gruppe genau ein Paar von Boucherot-Brückenanordnungen auf, d.h. genau zwei Boucherot-Brückenanordnungen, wobei die Impedanzen der beiden Boucherot-Brückenanordnungen des Paares gleich sind. Hiermit kann eine wirkungsvolle Vorrichtung zur Dämpfung einer Mantelwelle zur Verfügung gestellt werden, die zudem aufgrund der Indentität der beiden Brückenanordnungen günstig herzustellen und einfach aufgebaut ist.
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Die Boucherot-Brückenanordnungen sind derart aufgebaut, dass jede Boucherot-Brückenanordnung zumindest eine Boucherot-Brücke aufweist. Damit ist ein einfacher und kostengünstiger Aufbau der Boucherot-Brückenanordnungen möglich. Zusätzlich oder alternativ weist zumindest eine der Boucherot-Brückenanordnungen eine Vielzahl von Boucherot-Brücken auf, welche derart ausgelegt und miteinander verschaltet sind, dass die eine Boucherot-Brückenanordnung die für die eine Boucherot-Brückenanordnung vorgegebene Impedanz aufweist. Damit wird eine größere Flexibilität der Brückenanordnungen erreicht.
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In zumindest einer Gruppe sind zumindest zwei aufeinanderfolgende Boucherot-Brückenanordnungen der jeweiligen Gruppe direkt miteinander verbunden sind. Dabei zeichnet sich die „direkte“ Verbindung dadurch aus, dass die verbundenen Brückenanordnungen räumlich so „dicht“ benachbart sind, dass für die Länge X einer zur Herstellung der Verbindung notwendigen Verbindungsleitung gilt X << λ/4, wobei λ die Wellenlänge des Signals S ist. Dann nämlich ist auch die Impedanz der Verbindungsleitung irrelevant. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass Signalverluste in der genannten Verbindungsleitung vernachlässigbar sind.
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In zumindest einer Gruppe sind sämtliche Boucherot-Brückenanordnungen der jeweiligen Gruppe direkt miteinander verbunden.
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In einer weiteren Ausführungsform sind zumindest eine erste und eine zweite Gruppe von derartigen impedanztransformierenden Boucherot-Brückenanordnungen vorhanden, wobei die in Signalflussrichtung letzte Boucherot-Brückenanordnungen der ersten Gruppe mit der in Signalflussrichtung ersten Boucherot-Brückenanordnungen der zweiten Gruppe über eine Leitung W2 und nicht direkt verbunden ist. Mit anderen Worten sind die beiden Brückenanordnungen räumlich über den Wellenleiter verteilt, d.h. die Leitung W2 ist in der Praxis der Wellenleiter bzw. weist die gleichen Eigenschaften auf wie der Wellenleiten, bspw. eine Impedanz Z1. Hiermit ergibt sich faktisch, dass mehrere separate Mantelwellensperren über die Länge des Wellenleiters verteilt angeordnet sein können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Wellenleiter eine große Länge aufweist, bspw. in der Größenordnung mehrerer Meter.
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Das hier vorgestellte Konzept offenbart eine Vielzahl von Vorteilen. Da bspw. die Boucherotbrücken lediglich aus Kapazitäten und Induktivitäten bestehen, kann die aus den Boucherotbrücken aufgebaute Mantelwellensperre klein gehalten werden. Die entsprechende Mantelwellensperre kann damit aus günstigen Standardbauteilen realisiert werden und ist aufgrund der geringen Ausmaße gut handhabbar und SMD bestückbar. Zudem können Mantelwellensperren aus Bauteilen mit engen Toleranzen hergestellt werden, so dass bei Massenherstellung ein Abgleich in der Regel unnötig wird, was wiederum die Kosten reduziert.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung von impedanztransformierenden Brücken ist die Bandpasswirkung in der Nähe des Nutzsignals. Das bedeutet, dass Frequenzen in der weiter entfernten Nachbarschaft der Nutzfrequenz entsprechend gedämpft werden. Dies trägt weiter zur Stabilisierung von Verstärkersystemen bei, weil bei diesen Frequenzen dann auch das Gegentaktsignal entsprechend abgeschwächt wird und somit eine ungewünschte Rückwirkung mit evtl. starken Oszillationen unwahrscheinlicher wird.
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Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen exemplarischen Anwendungsfall für eine Vorrichtung 100 zur Dämpfung von Mantelwellen,
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2 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zur Dämpfung einer Mantelwelle,
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3 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zur Dämpfung einer Mantelwelle in einer ersten Variante,
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4 die zweite Ausführungsform der Vorrichtung zur Dämpfung einer Mantelwelle in einer zweiten Variante,
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5 eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung zur Dämpfung einer Mantelwelle,
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6 den Aufbau einer Boucherot-Brückenanordnung in einer einfachen Ausführungsform,
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7 den Aufbau einer Boucherot-Brückenanordnung mit mehreren Boucherotbrücken,
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8 ein Ersatzschaltbild der Vorrichtung für ein Gegentaktsignal,
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9 ein Ersatzschaltbild der Vorrichtung zur Ermittlung der Dämpfung für ein Gleichtaktsignal.
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Gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren kennzeichnen gleiche Komponenten.
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1 zeigt einen exemplarischen Anwendungsfall für eine Vorrichtung 100 zur Dämpfung von Mantelwellen auf einem Wellenleiter 10 mit einer Impedanz Z1. Der Wellenleiter 10 wird verwendet, um ein elektrisches Signal S von einer Quelle 1 zu einer Last 2 zu leiten. Die Laufrichtung des Signals S wird durch einen Pfeil P dargestellt. Im in der 1 gezeigten Anwendungsfall ist die Quelle 1 eine Empfangsspule eines Magnetresonanztomographen (MRT, nicht gezeigt), und ein Modul 2 des MRT zur Signalverarbeitung repräsentiert die Last 2. Der Wellenleiter 10 ist eine zweipolige signalführende Leitung mit einem ersten Draht 11 und einem zweiten Draht 12, die bspw. als Koaxialleitung 10 ausgebildet sein kann. Der erste Draht 11 kann die Masse des Koaxleitung 10 darstellen, während der zweite Draht 12 der Innenleiter des Koaxleitung 10 ist. Die Empfangsspule 1 sowie auch das Signalverarbeitungsmodul 2 sind nicht im Detail dargestellt und werden an dieser Stelle nicht weiter beschrieben, da sie für die eigentliche Erfindung keine wesentliche Rolle spielen, da die Erfindung auch in anderen Anwendungsfällen einsetzbar ist.
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Der Wellenleiter 10 leitet im Betriebszustand des MRT das elektrische Signal S von der Empfangsspule 1 zum Signalverarbeitungsmodul 2. Wie einleitend beschrieben kann hierbei der Fall eintreten, dass sich eine störende Mantelwelle auf der Koaxialleitung 10 bildet. Um eine solche Mantelwelle zu dämpfen oder im Idealfall gänzlich zu unterdrücken, wird die Vorrichtung 100 eingesetzt, die zwischen einen ersten Abschnitt 10A und einen zweiten Abschnitt 10B des Wellenleiters 10 integriert ist.
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Die 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Vorrichtung 100 zur Dämpfung einer Mantelwelle auf dem Wellenleiter 10. Der Wellenleiter 10 besteht hier aus einem ersten Abschnitt 10A mit einer Impedanz Z1A und einem zweiten Abschnitt 10B mit einer Impedanz Z1B. Im Folgenden wird wie in der Praxis üblich Z1A = Z1B = Z1 = 50Ω angenommen.
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Die Dämpfungsvorrichtung 100 umfasst einen Eingang 101, über den das Signal S vom ersten Abschnitt 10A des Wellenleiters 10 in die Vorrichtung 100 eingespeist wird, sowie einen Ausgang 102, über den das Signal S aus der Vorrichtung 100 in den zweiten Abschnitt 10B des Wellenleiters 10 ausgegeben wird. Der erste Abschnitt 10A, die Vorrichtung 100 und der zweite Abschnitt 10B sind also in Signallaufrichtung P in Kette geschaltet.
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Weiterhin weist die Dämpfungsvorrichtung 100 ein erstes Paar 110 von in Kette geschalteten, impedanztransformierenden Boucherot-Brückenanordnungen BBup1, BBdn1 mit entsprechenden Impedanzen Z_up1 bzw. Z_dn1 auf. Die Brückenanordnungen BBup1, BBdn1 sind über eine Leitung W1 mit einer Impedanz Z_W1 miteinander verbunden. Idealerweise sind die Brückenanordnungen BBup1, BBdn1 direkt miteinander verbunden.
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Dabei ist eine „direkte“ Verbindung bspw. dann gewährleistet, wenn die verbundenen Brückenanordnungen BBup1, BBdn1 räumlich so „dicht“ benachbart sind, dass für die Länge X der zur Herstellung der Verbindung notwendigen Verbindungsleitung gilt X << λ/4, wobei λ die Wellenlänge des Signals S ist. Dann nämlich ist auch die Impedanz der Verbindungsleitung irrelevant.
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Das über den Eingang 101 eingespeiste Signal S wird dem ersten Paar 110 von impedanztransformierenden Boucherot-Brückenanordnungen BBup1, BBdn1 zugeführt, wobei die Brückenanordnungen BBup1, BBdn1 durch Auswahl der benötigten Kapazitäten und Induktivitäten derart ausgelegt sind, dass die in Signallaufrichtung P als erstes durchlaufene Brücke BBup1 eine impedanzaufwärtstransformierende und die in Signallaufrichtung P als zweites durchlaufene Brücke BBdn1 eine impedanzabwärtstransformierende Wirkung hat.
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Im Hinblick auf die Signallaufrichtung sei angemerkt, dass Boucherotbrücken sowie auch Kabel passive, reziproke Systeme sind. Signale können diese Systeme also in Vorwärts- wie in Rückwärtsrichtung durchlaufen und haben bei Verlusten auch in beiden Richtungen die gleichen Dämpfungswerte. Wie einleitend beschrieben, erlaubt eine Boucherotbrücke mit einer Impedanz ZB = sqrt(Z1·Z2) eine reflexionsfreie Übertragung eines Signals von einer Leitung mit einer Impedanz Z1 zu einer Leitung mit einer Impedanz Z2. Dabei spielt es keine Rolle, in welcher Richtung das Signal die Brücke durchläuft. Die Signallaufrichtung P wird im Rahmen dieser Beschreibung lediglich zur Erläuterung verwendet, soll aber nicht den Eindruck erwecken, dass das Signal nur in diese Richtung fließen kann.
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Die Boucherot-Brückenanordnung BBup1 ist demnach eingangsseitig mit dem ersten Abschnitt 10A des Wellenleiters 10 und ausgangsseitig mit der Leitung W1 oder direkt mit BBdn1 verbunden, während die Boucherot-Brückenanordnung BBdn1 mit der Leitung W1 oder direkt mit BBup1 und dem zweiten Abschnitt 10B des Wellenleiters 10 verbunden ist. Wie einleitend erläutert muss demnach gelten Z_up1 = sqrt(Z1A·Z_W1) = sqrt(Z1·Z_W1) und Z_dn1 = sqrt(Z_W1·Z1B) = sqrt(Z_W1·Z1). Hierdurch wird sichergestellt, dass Signalreflexionen vermieden werden. Der Impedanz Z_W1 kommt die Rolle einer Zwischenimpedanz ZW = Z_W1 zu.
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Idealerweise sind die Brückenanordnungen BBup1, BBdn1 direkt miteinander verbunden.
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Eine Dämpfung einer Mantelwelle auf dem Wellenleiter 10 wird nun dadurch erreicht, dass durch die Vorrichtung 100 lokal eine erhöhte Impedanz für die potentielle Mantelwelle erzeugt werden kann, die zumindest höher ist als die Impedanz Z1 des Wellenleiters 10. Dazu werden die beiden Boucherot-Brückenanordnungen BBup1, BBdn1 derart ausgelegt, dass ihre Impedanzen Z_up1, Z_dn1 größer sind als die Impedanz des Wellenleiters 10, d.h. Z_up1 > Z1, Z_dn1 > Z1. Hierdurch wird erreicht, dass sich höhere Induktivitätswerte der Boucherot-Brückenanordnungen ergeben, was sich vorteilhaft auf die Dämpfung der Mantelwelle auswirkt.
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Die so aufgebaute Vorrichtung 100 erlaubt also durch die beschriebene Verwendung und Auslegung von zwei Boucherot-Brückenanordnungen BBup1, BBdn1, dass mit Hilfe der impedanzaufwärtstransformierenden Brückenanordnung BBup1 zunächst bspw. von Z1A = Z1 = 50Ω auf ZW = Z_W1 = 500Ω aufwärtstransformiert wird, um mit dieser hohen Zwischenimpedanz ZW = 500Ω eine wirkungsvolle Dämpfung der Mantelwelle zu bewirken. Weiterhin wird mit Hilfe der impedanzabwärtstransformierenden Brückenanordnung BBdn1 wieder von der Zwischenimpedanz ZW = 500Ω zurück nach Z1B = Z1 = 50Ω abwärts transformiert, um eine Anpassung an den Wellenleiter 10 bzw. den zweiten Abschnitt 10B zu erreichen, so dass das Signal S reflexionsfrei von der Brückenanordnung BBdn1 in den zweiten Abschnitt 10B des Wellenleiters 10 eingespeist werden kann. Um dies zu erreichen, d.h. wenn die Impedanzen Z1A, Z1B des ersten 10A und des zweiten Abschnitts 10B des Wellenleiters 10 gleich sind, müssen die Impedanzen Z_up1 und Z_dn1 der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform ebenfalls gleich sein, d.h. Z_up1 = Z_dn1.
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Die 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung 100 zur Dämpfung einer Mantelwelle auf dem Wellenleiter 10. Die Dämpfungsvorrichtung 100 umfasst wiederum einen Eingang 101, über den das Signal S vom ersten Abschnitt 10A des Wellenleiters 10 in die Vorrichtung 100 eingespeist wird, sowie einen Ausgang 102, über den das Signal S aus der Vorrichtung 100 in den zweiten Abschnitt 10B des Wellenleiters 10 ausgegeben wird.
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Zusätzlich zu dem im Zusammenhang mit der 2 erläuterten ersten Paar 110 von Boucherot-Brückenanordnungen BBup1, BBdn1 weist die Vorrichtung in der zweiten Ausführungsform ein weiteres Paar 120 von in Kette geschalteten, impedanztransformierenden Boucherot-Brückenanordnungen BBup2, BBdn2 mit entsprechenden Impedanzen Z_up2 bzw. Z_dn2 auf. Das die Boucherot-Brückenanordnungen BBdn1 des ersten Paares 110 verlassende Signal S wird der Boucherot-Brückenanordnung BBup2 und anschließend der Boucherot-Brückenanordnung BBdn2 des weiteren Paares 120 zugeführt. Demnach ergibt sich in Signallaufrichtung P eine Kettenschaltung des ersten Abschnitts 10A des Wellenleiters 10, des ersten Paares 110 von Brückenanordnungen BBup1, BBdn1, des weiteren Paares 120 von Brückenanordnungen BBup2, BBdn2 und des zweiten Abschnitts 10B des Wellenleiters 10.
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Die Funktionsweise des zweiten Paares 120 und der zugehörigen Brückenanordnungen BBup2, BBdn2 entspricht der Funktionsweise des ersten Paares 110. Die Brückenanordnungen BBup2, BBdn2 sind durch Auswahl der benötigten Kapazitäten und Induktivitäten derart ausgelegt, dass die in Signallaufrichtung P als erstes durchlaufene Brücke BBup2 eine impedanzaufwärtstransformierende und die in Signallaufrichtung P als zweites durchlaufene Brücke BBdn2 eine impedanzabwärtstransformierende Wirkung hat.
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In der in der 3 gezeigten zweiten Ausführungsform ist die Boucherot-Brückenanordnung BBup1 des ersten Paares 110 mit dem ersten Abschnitt 10A des Wellenleiters 10 und über eine Leitung W1 oder direkt mit der Boucherot-Brückenanordnung BBdn1 verbunden, während die Boucherot-Brückenanordnung BBdn1 weiterhin über eine Leitung W2 oder ggf. direkt mit der Boucherot-Brückenanordnung BBup2 verbunden ist. Die Boucherot-Brückenanordnung BBup2 ist ihrerseits über eine Leitung W3 oder direkt mit der mit Boucherot-Brückenanordnungen BBdn2 verbunden, welche schließlich mit dem zweiten Abschnitt 10B des Wellenleiters 10 verbunden ist. Die Leitungen W1, W2, W3 weisen dabei Impedanzen Z_W1, Z_W2, Z_W3 auf.
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Wie einleitend erläutert ergeben sich die folgenden Zusammenhänge: Z_up1 = sqrt(Z1A·Z_W1), Z_dn1 = sqrt(Z_W1·Z_W2), Z_up2 = sqrt(Z_W2·Z_W3), Z_dn2 = sqrt(Z_W3·Z1B). Bei entsprechender Auslegung der Brückenanordnungen BBup1, BBdn1, BBup2, BBdn2 bspw. durch Auswahl geeigneter Parameter der die Brücken bildenden Kapazitäten und Induktivitäten wird sichergestellt, dass das Signal S die Vorrichtung 100 reflexionsfrei passieren kann.
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Den Impedanzen Z_W1, Z_W2, Z_W3 kommen auch hier die Rollen von Zwischenimpedanzen ZW1 = Z_W1, ZW2 = Z_W2, ZW3 = Z_W3 zu. Für den Fall, dass das erste Paar 110 und das zweite Paar 120 von Brückenanordnungen BBup1, BBdn1, BBup2, BBdn2 entfernt voneinander im Wellenleiter 10 angeordnet sind, ist davon auszugehen, dass die Leitung W2, die die beiden Paare 110, 120 miteinander verbindet, dem Wellenleiter 10 entspricht und eine entsprechende Impedanz Z_W2 = Z1 aufweist. Für diesen Fall ist also die Impedanz Z_W2 nicht höher als die Impedanz des Wellenleiters 10.
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In der Praxis kann bspw. eine Vielzahl von derartigen Paaren von Boucherot-Brückenanordnungen in gegenseitigen Abständen von 30–40cm über den Wellenleiter verteilt angeordnet sein.
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Eine Dämpfung einer Mantelwelle auf dem Wellenleiter 10 wird nun wieder dadurch erreicht, dass durch die Vorrichtung 100 lokal erhöhte Impedanzen erzeugt werden. Dazu werden die Boucherot-Brückenanordnungen BBup1, BBdn1, BBup2, BBdn2 derart ausgelegt, dass ihre Impedanzen Z_up1, Z_dn1, Z_up2, Z_dn2 größer sind als die Impedanz des Wellenleiters 10, d.h. Z_up1 > Z1, Z_dn1 > Z1, Z_up2 > Z1, Z_dn2 > Z1. Hierdurch wird erreicht, dass sich höhere Induktivitätswerte der Boucherot-Brückenanordnungen ergeben, was sich vorteilhaft auf die Dämpfung der Mantelwelle auswirkt.
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Für den Fall, dass die beiden Paare 110, 120 entfernt voneinander im Wellenleiter 10 angeordnet und sie dementsprechend über einen weiteren Abschnitt W2 = 10C des Wellenleiters verbunden sind, würde idealerweise gelten Z_W2 = Z1. Es ist wieder anzunehmen, dass gilt Z1A = Z_W2 = Z1 bzw. Z_W2 = Z1B = Z1, so dass die Impedanzen der Brückenanordnungen BBup1, BBdn1 gleich sein müssen, d.h. Z_up1 = Z_dn1 = Zx. Dasselbe gilt für die Impedanzen der Brückenanordnungen BBup2, BBdn2, d.h. Z_up2 = Z_dn2 = Zy. Gleichzeitig ist es jedoch möglich, dass die Impedanzen der Brückenanordnungen der verschiedenen Paare 110, 120 unterschiedlich sind, d.h. Zx ≠ Zy, so dass sich die Zwischenimpedanz ZW1 beim ersten Paar 110 von der Zwischenimpedanz ZW3 beim zweiten Paar 120 unterscheidet.
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Die so aufgebaute Vorrichtung 100 erlaubt also durch die beschriebene Verwendung und Auslegung von zwei Paaren 110, 120 von Boucherot-Brückenanordnungen BBup1, BBdn1 bzw. BBup2, BBdn2, dass zunächst mit Hilfe der impedanzaufwärtstransformierenden Brückenanordnung BBup1 bspw. von Z1A = Z1 = 50Ω auf ZW1 = 500Ω transformiert wird, um eine erste wirkungsvolle Dämpfung der Mantelwelle zu bewirken. Mit Hilfe der impedanzabwärtstransformierenden Brückenanordnung BBdn1 kann von der Zwischenimpedanz ZW1 = 500Ω auf die weitere Zwischenimpedanz ZW2 = Z_W2 transformiert werden.
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Für den ersten Fall, dass die beiden Paare 110, 120 entfernt voneinander im Wellenleiter 10 angeordnet und sie dementsprechend über einen weiteren Abschnitt W2 = 10C des Wellenleiters verbunden sind, gilt für die weitere Zwischenimpedanz ZW2 = Z_W2 = Z1 = 50Ω. Um dies zu erreichen sind die Impedanzen Z_up1, Z_dn1 wieder gleich. In der Brückenanordnung BBup2 wird im ersten Fall mit Hilfe der impedanzaufwärtstransformierenden Brückenanordnung BBup2 bspw. von Z_W2 = Z1 = 50Ω auf ZW3 = 700Ω transformiert, um eine zweite wirkungsvolle Dämpfung der Mantelwelle zu bewirken.
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Im Hinblick auf Komplexität und Herstellung der Vorrichtung 100 ist jedoch vorzuziehen, dass das erste und das zweite Paar 110, 120 auf die gleiche Zwischenimpedanz aufwärtstransformieren, bspw. auf 600Ω, da dann keine unterschiedlichen Bauelementwerte benötigt werden.
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Im anderen Fall sind die beiden Paare 110, 120 nicht entfernt voneinander angeordnet, so dass auch für die Länge X_W2 der die Leitung W2 gilt X_W2 << λ/4. Die Impedanzen Z_up1, Z_dn1 können in diesem Fall unterschiedlich sein, so dass gilt Z_W2 = ZW2 > Z1. Die folgende Brückenanordnungen BBup2 kann nach Bedarf derart ausgelegt sein, dass die Zwischenimpedanz ZW3 zwar einerseits größer als Z1 ist, aber andererseits kleiner oder größer als ZW2. In diesem anderen Fall wird also durch verschiedene Brückenimpedanzen und damit verbunden durch verschiedene erhöhte Induktivitätswerte eine wirkungsvolle Dämpfung einer Mantelwelle bewirkt.
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In beiden Fällen wird die nachfolgende impedanzabwärtstransformierende Brückenanordnung BBdn2 derart ausgelegt, dass sie von der Zwischenimpedanz ZW3 = Z_W3 zurück nach Z1B = Z1 = 50Ω abwärts transformiert, um eine Anpassung an den zweiten Abschnitt 10B des Wellenleiters 10 zu erreichen, so dass das Signal S reflexionsfrei von der Brückenanordnung BBdn2 in den zweiten Abschnitt 10B gelangen kann.
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Ohne vom Grundgedanken der in der 3 dargestellten zweiten Ausführungsform abzuweichen, ist es natürlich möglich, mehr als zwei Paare von Boucherot-Brückenanordnungen im Wellenleiter 10 anzuordnen. Diese mehreren Paare können dann bspw. in gleichen Abständen über den Wellenleiter 10 verteilt angeordnet sein, wobei jedes Paar für sich in der im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Weise arbeitet und die Brückenanordnungen jedes Paares idealerweise direkt miteinander verbunden sind.
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Die zweite Ausführungsform mit mehreren Paaren 110, 120 von Brückenanordnungen kann in mehreren Varianten realisiert werden, die sich insbesondere in der Reihenfolge der einzelnen Brückenanordnungen in Signallaufrichtung P unterscheiden. Die in der 3 gezeigte und bereits beschriebene Ausführung entspricht einer ersten Variante der zweiten Ausführungsform, bei der die einzelnen Brückenanordnungen des ersten und des zweiten Paares 110, 120 derart in Kette geschaltet sind, dass das Signal zunächst die impedanzaufwärtstransformierende Boucherot-Brückenanordnung BBup1 des ersten Paares 110, dann die impedanzabwärtstransformierende Boucherot-Brückenanordnung BBdn1 des ersten Paares 110, dann die impedanzaufwärtstransformierende Boucherot-Brückenanordnung BBup2 des zweiten Paares 120 und dann die impedanzabwärtstransformierende Boucherot-Brückenanordnung BBdn2 des zweiten Paares 120 durchläuft.
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Die zweite Ausführungsform in der ersten Variante eignet sich insbesondere für den Fall, dass die beiden Paare 110, 120 entfernt voneinander im Wellenleiter 10 angeordnet sind, da es möglich ist, mit der impedanzabwärtstransformierenden Brückenanordnung BBdn1 des ersten Paares 110 von der hohen Zwischenimpedanz ZW1 wieder auf die normale Impedanz Z1 des Wellenleiters 10 abwärts zu transformieren. Dadurch wird es möglich, das erste Paar 110 mit dem entfernt angeordneten zweiten Paar 120 über eine Leitung W2 zu verbinden, die die Eigenschaften des ohnehin verwendeten Wellenleiters 10 aufweist, so dass das Nutzsignal S bei Übertragung über die Leitung W2 nicht reflektiert wird.
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Eine zweite Variante der zweiten Ausführungsform ist in der 4 dargestellt. In der zweiten Variante sind die einzelnen impendanztransformierenden Boucherot-Brückenanordnungen BBup1, BBdn1 bzw. BBup2, BBdn2 des ersten und des zweiten Paares 110, 120 derart in Kette geschaltet, dass das Signal S aus dem ersten Abschnitt 10A zunächst die impedanzaufwärtstransformierende Boucherot-Brückenanordnung BBup1 des ersten Paares 110, dann über eine Leitung W1 mit einer Impedanz Z_W1 oder direkt zur impedanzaufwärtstransformierenden Boucherot-Brückenanordnung BBup2 des zweiten Paares 120 gelangt, dann über eine Leitung W2 mit einer Impedanz Z_W2 oder direkt zur impedanzabwärtstransformierende Boucherot-Brückenanordnung BBdn1 des ersten Paares 110 gelangt, und dann über eine Leitung W3 mit einer Impedanz Z_W3 oder direkt die impedanzabwärtstransformierende Boucherot-Brückenanordnung BBdn2 des zweiten Paares 120 erreicht, um von dort in den zweiten Abschnitt 10B des Wellenleiters 10 eingespeist zu werden.
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Auch bei der zweiten Variante der zweiten Ausführungsform sind die einzelnen Brückenanordnungen derart auszulegen, dass das Signal S die Brücken reflexionsfrei durchlaufen kann. Wie bereits erläutert ergeben sich die folgenden Zusammenhänge: Z_up1 = sqrt(Z1A·Z_W1), Z_up2 = sqrt(Z_W1·Z_W2), Z_dn1 = sqrt(Z_W2·Z_W3), Z_dn2 = sqrt(Z_W3·Z1B). Bei entsprechender Auslegung der Brückenanordnungen BBup1, BBdn1, BBup2, BBdn2 bspw. durch Auswahl geeigneter Parameter der die Brücken bildenden Kapazitäten und Induktivitäten wird sichergestellt, dass das Signal S die Vorrichtung 100 reflexionsfrei passieren kann.
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Diese zweite Variante der zweiten Ausführungsform eignet sich weniger für den Fall, dass die Paare bzw. die einzelnen Brückenanordnungen beabstandet über den Wellenleiter 10 verteilt angeordnet sind, weil hier vorzugsweise jede Zwischenimpedanz erheblich größer ist als die Impedanz des Wellenleiters 10, so dass eine zwei aufeinander folgende Brückenanordnungen verbindende Leitung W1, W2 und/oder W3 das Nutzsignal entsprechend reflektieren würde. Um diesen Einfluss zu minimieren, sind die Leitungen W1, W2, W3 möglichst kurz bzw. die Brückenanordnungen idealerweise direkt miteinander verbunden, so dass eine Verteilung über den Wellenleiter 10 nicht sinnvoll ist.
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Eine wirkungsvolle Dämpfung von Mantelwellen wird nun wieder dadurch erreicht, dass durch die Vorrichtung 100 lokal erhöhte Impedanzen erzeugt werden. Dazu werden die Boucherot-Brückenanordnungen BBup1, BBup2, BBdn1, BBdn2 derart ausgelegt, dass ihre Impedanzen Z_up1, Z_up2, Z_dn1, Z_dn2 größer sind als die Impedanz des Wellenleiters 10, d.h. Z_up1 > Z1, Z_dn1 > Z1, Z_up2 > Z1, Z_dn2 > Z1. Hierdurch wird erreicht, dass sich höhere Induktivitätswerte der Boucherot-Brückenanordnungen ergeben, was sich vorteilhaft auf die Dämpfung der Mantelwelle auswirkt.
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In beiden Varianten der beschriebenen zweiten Ausführungsform weist die Vorrichtung 100 mehr als zwei Boucherot-Brückenanordnungen auf. Im Rahmen der Beschreibung der Figuren wurde konkret von Paaren von Boucherot-Brückenanordnungen gesprochen, es sei jedoch angemerkt, dass insbesondere die zweite Variante der zweiten Ausführungsform, bei der jeweils zwei impedanzaufwärtstransformierende BBup1, BBup2 bzw. zwei impedanzabwärtstransformierende Boucherot-Brückenanordnungen BBdn1, BBdn2 direkt hintereinander geschaltet sind, auch mit einer ungeraden Anzahl von Brückenanordnungen realisierbar ist. Bspw. können die beiden aufwärtstransformierenden Brückenanordnungen BBup1, BBup2 durch eine einzelne, aufwärtstransformierende Brückenanordnung BBUP ersetzt werden. Alternativ können die beiden abwärtstransformierenden Brückenanordnungen BBdn1, BBdn2 in analoger Weise durch eine einzelne, abwärtstransformierende Brückenanordnung BBDN ersetzt werden. Es ergibt sich in demnach, dass die Vorrichtung keine Paare Boucherot-Brückenanordnungen mehr aufweist, sondern allgemeiner ausgedrückt Gruppen von Boucherot-Brückenanordnungen, wobei jede Gruppe eine oder mehr Boucherot-Brückenanordnungen aufweist.
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In der 5 ist eine dritte Ausführungsform dargestellt, bei der eine Gruppe 130 von Boucherot-Brückenanordnungen BBup1, BBdn1, BBdn2 vorgesehen ist. Die Gruppe 130 weist eine ungerade Anzahl von in Kette geschalteten Boucherot-Brückenanordnungen BBup1, BBdn1, BBdn2 mit Impedanzen Z_up1, Z_dn1, Z_dn2 auf. BBup1 ist mit BBdn1 über eine Leitung W1 mit einer Impedanz Z_W1 oder direkt verbunden. BBdn1 ist über eine weitere Leitung W2 mit einer Impedanz Z_W2 oder direkt mit BBdn2 verbunden. Das Signal S durchläuft aus dem ersten Abschnitt 10A zunächst die impedanzaufwärtstransformierende Boucherot-Brückenanordnung BBup1, gelangt dann direkt oder über die Leitung W1 zur impedanzabwärtstransformierenden Boucherot-Brückenanordnung BBdn1 und anschließend direkt oder über die Leitung W2 zur impedanzabwärtstransformierende Boucherot-Brückenanordnung BBdn2, um von dort in den zweiten Abschnitt 10B des Wellenleiters 10 eingespeist zu werden. Den Impedanzen Z_W1, Z_W2 kommen auch hier die Rollen von Zwischenimpedanzen ZW1 = Z_W1, ZW2 = Z_W2 zu.
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Auch bei der dritten Ausführungsform sind die einzelnen Brückenanordnungen derart auszulegen, dass das Signal S die Brücken reflexionsfrei durchlaufen kann. Wie bereits erläutert ergeben sich die folgenden Zusammenhänge: Z_up1 = sqrt(Z1A·Z_W1), Z_dn1 = sqrt(Z_W1·Z_W2), Z_dn2 = sqrt(Z_W2·Z1B). Bei entsprechender Auslegung der Brückenanordnungen BBup1, BBdn1, BBdn2 wird sichergestellt, dass das Signal S die Vorrichtung 100 reflexionsfrei passieren kann.
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Die wirkungsvolle Dämpfung von Mantelwellen wird auch hier erreicht, wenn die Boucherot-Brückenanordnungen BBup1, BBdn1, BBdn2 derart ausgelegt sind, dass ihre Impedanzen Z_up1, Z_dn1, Z_dn2 größer sind als die Impedanz des Wellenleiters 10, d.h. Z_up1 > Z1, Z_dn1 > Z1, Z_dn2 > Z1.
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Die spezielle Kombination von einer aufwärtstransformierenden Brückenanordnung BBup1 mit zwei abwärtstransformierenden Brückenanordnungen BBdn1, BBdn2 resultiert darin, dass die erste Zwischenimpedanz ZW1 höher ist als die zweite Zwischenimpedanz ZW2. Durch die zweistufige Transformation wird von der hohen Zwischenimpedanz ZW1 über die niedrigere Zwischenimpedanz ZW2 zurück zur Leitungsimpedanz Z1 transformiert.
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Die 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Impedanztransformation zur höheren Impedanz mit Hilfe von BBup1 in einem einzelnen Schritt erfolgt, während die Transformation zur niedrigeren Impedanz mit Hilfe von BBdn1, BBdn2 in zwei Schritten erreicht wird. Natürlich können auch andere Varianten gewählt werden (nicht gezeigt), bspw. kann die Aufwärtstransformation in zwei Schritten erfolgen und die Abwärtstransformation erfolgt in einem einzelnen Schritt. Auch ist es denkbar, für die Auf- und/oder Abwärtstransformation mehr als zwei Schritte anzuwenden. In jeder Variante ergibt sich eine Gruppe 130 von Boucherot-Brückenanordnungen, die zumindest zwei unterschiedliche Zwischenimpedanzen aufweist, die größer sind als die Leitungsimpedanz Z1.
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Die 6 zeigt den Aufbau einer Boucherot-Brückenanordnung 20 in einer einfachen Ausführungsform. Jede der bisher erwähnten Brückenanordnungen BBup1, BBup2, BBdn1, BBdn2, BBUP, BBDN kann wie die in der 6 gezeigte einfache Boucherot-Brückenanordnung 20 aufgebaut sein.
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Die Boucherot-Brückenanordnung 20 der 6 besteht aus einer einzelnen Boucherot-Brücke 21, welche zwei gleiche Kapazitäten C und zwei gleiche Induktivitäten L aufweist. Die Verschaltung und Funktionsweise dieser Komponenten ist an sich bekannt, bspw. aus dem einleitend zitierten „Antennenbuch“, wird daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
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Alternativ kann eine oder jede der Boucherot-Brückenanordnungen BBup1, BBup2, BBdn1, BBdn2 aus einer geeigneten Verschaltung mehrerer einzelner Boucherot-Brücken 21, 22 aufgebaut sein. Der Begriff „Boucherot-Brückenanordnung“ umfasst also sowohl den Fall, dass die jeweilige Boucherot-Brückenanordnung wie in der 6 dargestellt aus einer einzelnen Boucherot-Brücke 21 besteht, als auch den in der 7 gezeigten Fall, bei dem die jeweilige Boucherot-Brückenanordnung 20 aus einer Mehrzahl von einzelnen, geeignet verschalteten Boucherot-Brücken 21, 22 gebildet ist. In beiden Fällen hat die jeweilige Boucherot-Brückenanordnung 20 durch entsprechende Auswahl und Verschaltung von Induktivitäten und Kapazitäten eine vorgegebene Impedanz ZB.
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Beim in der 7 dargestellten Fall weisen Boucherot-Brücken 21, 22 jeweils zwei gleiche Kapazitäten C1, C2 und Induktivitäten L1, L2 auf. Die einzelnen Brücken 21, 22 sind durch gestrichelte Linien gekennzeichnet bzw. voneinander abgesetzt.
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Wie in den 6 und 7 zu erkennen ist, ist jede Boucherot-Brücke 21, 22 für sich sowie auch die gesamte Boucherot-Brückenanordnung 20 und damit auch die Vorrichtung 100 ein Zweitor mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen.
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Die 8 zeigt die übliche für die Transmission eines Gegentaktsignals geeignete Verschaltung. Die Vorrichtung 100 ist durch ein Zweitor dargestellt, wobei die beiden Eingänge sowie die beiden Ausgänge des Zweitors jeweils mit den Drähten 11, 12 des Wellenleiters 10 verbunden sind. Wie erwähnt steht das Zweitor für die Vorrichtung 100 und damit für zwei oder mehr der oben beschriebenen impedanztransformierenden Brückenanordnungen.
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Die 9 zeigt das Ersatzschaltbild für die Transmission eines Gleichtaktsignals und zur Ermittlung der Dämpfung für das Gleichtaktsignal. Die Boucherot-Brückenanordnung 20 ist wieder durch ein Zweitor dargestellt, wobei die Drähte 11 und 12 des Wellenleiters 10 zusammen mit dem Zweitor 100 verschaltet sind. Als Rückleiter fungiert die äußere Umgebung 13 des Wellenleiters 10, bspw. ein Fußboden, eine Wand etc.
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Es wird deutlich, dass in jeder Ausführungsform eine Impedanztransformationen von einer Eingangsimpedanz, die in der Regel die Impedanz Z1 des Wellenleiters 10 ist, auf eine Zwischenimpedanz erfolgt, wobei diese Zwischenimpedanz größer ist als die Eingangsimpedanz, um eine bessere Dämpfung der Mantelwelle zu erreichen. Diese Aufwärtstransformation kann in einem oder in mehreren Schritten, bspw. mit Hilfe der Brückenanordnungen BBup1, BBup2, erfolgen. Ebenso kommt es in jeder Ausführungsform zu einer Impedanztransformation von der Zwischenimpedanz zu einer niedrigeren Impedanz am Ausgang, wobei die niedrigere Impedanz in der Regel der Impedanz Z1 des Wellenleiters 10 am Eingang entspricht. Diese Abwärtstransformation kann ebenso in einem oder in mehreren Schritten, bspw. mit Hilfe der Brückenanordnungen BBdn1, BBdn2, erfolgen.
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Die Begriffsfamilie „Auslegung“, „ausgelegt“ etc. bezieht sich im Zusammenhang mit elektrischen Schaltungen, bspw. Boucherot-Brücken oder Boucherot-Brückenanordnungen, insbesondere auf die Auswahl von Einzelkomponenten der Schaltungen, bspw. Kapazitäten C, Induktivitäten L und/oder Widerstände R, die derart getroffen werden kann, dass ein bestimmter Effekt erzielt wird, bspw. eine vorgegebene Impedanz. Die entsprechende Schaltung ist in dem Fall derart ausgelegt, dass die vorgegebene Impedanz erreicht wird.
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Die Zwischenimpedanzen und die Impedanzen der Brückenanordnungen sind im Allgemeinen frei wählbar, im Gegensatz zur in der Regel vorgegebenen Impedanz Z1 des Wellenleiters 10. Je höher eine Zwischenimpedanz gewählt wird, desto stärker wird durch die hohen Induktivitätswerte der Boucherotbrücken das Gleichtaktsignal unterdrückt. Allerdings nimmt auch die Dämpfung für das Nutzsignal zu und die übertragbare Bandbreite ab. Bspw. kann zunächst im Rahmen einer Optimierung die anzustrebende Impedanz grob als Kompromisslösung festgelegt werden, um anschließend die exakte Impedanz dadurch festzulegen, dass sich für die benötigten Bauelemente Werte der verfügbaren Toleranzreihe (bspw. E12) ergeben. Da die Betriebsfrequenz f der Anlage, in die die Vorrichtung 100 integriert werden soll, und die Impedanz Z1 des Wellenleiters 10 in der Regel vorgegeben sind, wird man zur Auslegung der Boucherot-Brückenanordnungen im Allgemeinen nur entweder für die Induktivitäten L oder nur für die Kapazitäten C der Boucherot-Brückenanordnungen auf einen verfügbaren Standardwert zurückgreifen können, während die jeweils andere Komponente angepasst werden muss. Vorzugsweise wählt man den Standardwert für die Induktivität L, während man den exakten Wert für die Kapazität C durch Parallelschaltung von Kapazitäten leicht individuell zusammensetzen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- K. Rothammel, DM2ABK, Telekosmos-Verlag, Franckhsche Verlagshandlung, Stuttgart, 4. Auflage, 1973, S. 116–118 [0011]
