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Richtkoppler, bestehend aus einem äußeren Schirm und zwei im Inneren
dieses Schirmes angeordneten Innenleitern Es sind Richtkoppleranordnungen bekannt,
bei denen ein Koppelleiter über eine bestimmte Länge längs einer durchgehenden Leitung
geführt ist, wodurch bei Einhaltung bestimmter Koppelbedingungen eine richtungsabhängige
Auskopplung von Energie möglich ist. Derartige Anordnungen werden deshalb besonders
in der Meßtechnik zur Feststellung des Vor-Rück-Verhältnisses von längs einer Leitung
laufenden Wellen benutzt. Der Aufbau derartiger Richtkoppler für Meßzwecke muß sehr
sorgfältig vorgenommen werden. Sie bestehen meist aus zwei im Inneren eines metallischen
Gehäuses angeordneten Leitern, von denen der eine als Durchgangsleiter und der zweite
als Koppelleiter arbeitet. Die Außenleiter der Durchgangs- und der Koppelleitung
sind mit dem Gehäuse verbunden. Diese Richtungskoppler sind relativ aufwendig und
deshalb nicht für alle Betriebsfälle verwendbar. Außerdem haben sie einen großen
Raumbedarf, sind nicht flexibel und erfordern beim Einbau konstruktive Maßnahmen.
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Es ist auch bekannt, durch nachträgliches Einfügen eines Koppelleiters
in ein koaxiales Kabel Richtkoppler herzustellen. Beim Aufbau von RichtkoppIern
aus Kabeln mit einem äußeren Schirm und einem im Inneren dieses Schirmes angeordneten
Innenleiter muß die Koppelschleife in einem bestimmten Bereich parallel zum Innenleiter
geführt werden. Da die Koppelschleife zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter
angeordnet werden muß, ist es z. B. möglich, einen derartigen Richtkoppler so herzustellen,
daß der Außenleiter längs eines bestimmten Bereichs aufgeschnitten wird. wobei die
zwischen Innen- und Außenleiter liegende Isolation mit einer entsprechenden Vertiefung
zur Aufnahme des Koppelleiters zu versehen ist. Nach dem Einlegen des Koppelleiters
kann die Schnittstelle am äußeren Schirm z. B. durch Löten oder durch überlegen
eines leitenden Geflechtes oder Bleches wieder verschlossen werden. Derartige Koppelanordnungen
erfordern zu ihrer Herstellung einen großen Arbeitsaufwand und ergeben wegen der
nicht gleichmäßigen Führung der Koppelschleife keine so ausgeprägten Richteigenschaften,
wie sie bei Richtkopplern normalerweise zu erwarten sind.
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Zur Erzielung einer gleichmäßigen Kopplung längs des ganzen Koppelbereichs
ist bei einer bekannten Richtkoppeleinrichtung nach der deutschen Auslegeschrift
1062 775 der Außenleiter eines Hochfrequenzkabels ganz oder zum Teil entfernt
und in diesem Bereich der ebenfalls aus einem koaxialen Kabel hergestellten Koppelleiter
auf die Außenseite der Isolierung der koaxialen Leitung aufgelegt. Hierzu ist bei
dem als Koppelleiter wirkenden Koaxialkabel die Isolation bis zu einer tangential
an dem Innenleiter anliegenden Fläche entfernt. Der Abstand zwischen den Innenleitern
der beiden Kabel ist damit durch die Dicke des Isoliermaterials des einen Kabels
festgelegt und bleibt im Koppelbereich konstant. Die beiden Kabel werden mit einer
leitenden Umspinnung oder einem Blech umgeben, das gegen Ende des Koppelbereichs
mit den Außenleitern der beiden koaxialen Kabel verbunden ist. Auch für diese Koppelanordnung
ergibt sich eine relativ umständliche und große Sorgfalt erfordernde Herstellungsweise,
wobei auch der Grad der gegenseitigen Verkopplung der beiden Innenleiter durch die
Dicke des Isolationsmaterials festgelegt ist und damit von den jeweils verwendeten
Kabeln abhängt.
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Es ist bekannt, Breitband-Richtungskoppler bei Gemeinschaftsantennenanlagen
in der Weise zu verwenden, daß als Verteilerleitung ein Richtkopplerkabel verlegt
wird, bei dem die Länge des Abzweigleiters mehrere Meter beträgt und von einer Teildose
bis zur nächsten reicht. Damit sind für die gesamte Anlage besondere Kabel erforderlich,
wobei infolge unterschiedlicher Abstände der Teilnehmeranschlußdosen auch unterschiedliche
Koppelverhältnisse auftreten Die Erfindung, welche sich auf Richtungskoppler, bestehend
aus einem äußeren zylindrischen Schirm und zwei im Inneren dieses Schirmes angeordneten,
gegeneinander und gegen den Schirm isolierten Innenleitern, bezieht, bei denen der
Wellenwiderstand der
Leiteranordnung; gemessen zwischen jeweils
einem der Innenleiter und dem Schirm, für beide Innenleiter etwa den gleichenWert
aufweist, vermeidet die Nachteile der bekannten Anordnungen dadurch, daß für den
Aufbau des in den Verlauf einer vorzugsweise koaxialen Hochfrequenzenergieleitung
einzuschaltenden Richtungskopplers ein eigenes, von der Hochfrequenzleitung unabhängiges
Kabelstück verwendet ist, das von einem aus zwei Innenleitern und einem Schirm bestehenden
Kabel abgeschnitten und in die an der gewünschten Stelle aufgetrennte Hochfrequenzenergieleitung
derart eingefügt ist, daß der Innenleiter der aufgetrennten Hochfrequenzenergieleitung
mit den Enden des einen Innenleiters des Kabelstückes und der Außenleiter bzw. Schirm
der Hochfrequenzenergieleitung mit dem Schirm des Kabelstückes verbunden ist, während
der zweite Innenleiter des Kabelstückes als Koppelleiter mit seinen Enden nach außen
geführt ist. _ Im Gegensatz zu den für Meßzwecke verwendeten, von vornherein als
selbständige Baueinheiten ausgebildeten Richtkopplern und den durch besondere Maßnahmen
aus einem koaxialen Kabel durch Einführen eines Koppelleiters hergestellten Richtkopplern
wird gemäß der Erfindung demnach ein besonderes Richtkopplerkabel von größerer Länge
verwendet, von dem Leitungsstücke entsprechender Länge abgeschnitten werden können,
die sich je nach Verwendungszweck bei verschiedenen Bauteilen auch in bogen- oder
schleifenförmiger Anordnung einbauen lassen. Damit sind zunächst die sich bei Richtkopplern
daraus ergebenden Schwierigkeiten vermieden, daß die Länge der Koppelschleife in
einer bestimmten Beziehung zur ausgekoppelten Wellenlänge stehen soll. Es werden
meist Koppelschleifen von etwa :2,14 Länge verwendet, weil sich für die der Wellenlänge
A entsprechende Frequenz die geringste Koppeldämpfung ergibt. Durch das erfindungsgemäße
Richtkopplerkabel erübrigt sich eine umfangreiche Lagerhaltung, weil für jede Frequenz
die entsprechenden Richtkoppler einfach durch Abschneiden von Kabelstücken passender
Länge zu erhalten sind. Die Herstellung eines solchen Kabels läßt sich im wesentlichen
mit den in der Kabeltechnik üblichen Verfahren bewerkstelligen, wobei zum Unterschied
gegenüber den aus koaxialen Kabeln nachträglich hergestellten Richtkopplern für
jeden Richtkoppler die gleichen Daten gelten, weil das Kabel in einem einheitlichen
Arbeitsgang hergestellt ist. Das Maß der gegenseitigen Kopplung zwischen den beiden
Innenleitern sowie die Wellenwiderstandsbedingung lassen sich mit hoher Genauigkeit
einhalten, während es bei den bekannten, aus koaxialen Kabel nachträglich hergestellten
Richtkopplern durch irgendwelche Zufälligkeiten bei der Montage mitbestimmt wird.
Arbeiten am Kabel sind, abgesehen von der Vorbereitung der Anschlußstellen für die
Einschaltung in eine normale Leitung, nicht notwendig.
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Für die Einhaltung der Wellenwiderstandsbedingung, nach der der Wellenwiderstand,
gemessen zwischen den beiden Innenleitern und dem äußeren Schirm, jeweils den gleichen
Wert ergeben und etwa dem eines gewöhnlichen koaxialen Kabels entsprechen soll,
ergeben sich verschiedene Möglichkeiten. Der Wellenwiderstand zwischen dem Schirm
und den Innenleitern ist vom Durchmesser des Schirmes und der Innenleiter sowie
-deren gegenseitigen Abstand abhängig. Eine -weitere Beeinflussung des Wellenwiderstandes'
ist durch die Wahl der Dielektriziitätskonstante des zwischen den einzelnen Leitern
angeordneten Isolationsmaterials möglich.
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Die Anordnung der beiden Innenleiter des Richtkopplerkabels erfolgt
gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung derart, daß einer
der Innenleiter bezüglich des äußeren Schirmes koaxial verläuft und der zweite Innenleiter
den koaxialen Innenleiter wendelförmig umschlingt. Der koaxiale Innenleiter ist
dabei vorteilhaft mit einer dünnen Isolierschicht umgeben, auf der der zweite Innenleiter
als Blankdraht wendelförmig aufgewickelt ist. Dadurch läßt sich der gegenseitige
Abstand der beiden Innenleiter in einfacher Weise konstant halten, während bei einfacher
Parallelführung der beiden Innenleiter beim Umgießen mit Isoliermaterial diese gegeneinander
verschoben werden können. Zugleich ergibt sich für den wendelförmig verlaufenden
Leiter, der in diesem Falle als Koppelleiter verwendet wird, ein größeres Phasenmaß
a15 für den koaxial verlaufenden Innenleiter. Die Isolierschicht auf dem koaxialen
Innenleiter besteht vorteilhafterweise aus einem sehr dünnen Geflecht, das auf dem
Innenleiter z. B. durch Umspinnen aufgebracht wird.
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Die Dielektrizitätskonstante des zwischen dem wendelförmig verlaufenden
Innenleiter und dem äußeren Schirm liegenden Isoliermaterial soll dabei zweckmäßig
größer sein als die Dielektrizitätskonstante des Isoliermaterials zwischen dem koaxialen
und dem wendelförmig verlaufenden Innenleiter. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit
für die Anordnung der Innenleiter bei dem erfindungsgemäßen Richtkopplerkabel besteht
darin, daß die beiden Innenleiter miteinander verdrillt sind und beide symmetrisch
bezüglich der Achse des äußeren Schirmes verlaufen. Dadurch sind beide Leiter bezüglich
des äußeren Schirmes gleichwertig, und die Einhaltung der Wellenwiderstandsbedingung
ist besonders einfach. Allerdings müssen in diesem Falle die beiden Innenleiter
z. B. durch eine Umspinnung mit Isoliermaterialien verschiedener Farbe od. dgl.
äußerlich voneinander unterschieden werden, damit bei der Einschaltung in eine koaxiale
Leitung die beiden Leiter in der richtigen Zuordnung angeschlossen werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand zweier Ausführungsbeispiele
näher erläutert, in denen der Aufbau von Richtkopplerkabeln dargestellt ist.
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Fig. 1 zeigt im Längsschnitt ein Stück eines Richtkopplerkabels, so
daß. die beiden Innenleiter 1 und 2 freigelegt sind. In Fig. 2 ist dieses Kabel
im Querschnitt dargestellt. Der Innenleiter 1 ist mit Isoliermaterial, z. B. in
Form eines Geflechtes, umgeben, während der Innenleiter 2 als Blankdraht auf den
Innenleiter 1 aufgewickelt ist. Der Innenleiter 1 ver-' läuft koaxial zu dem äußeren
Schirm 3. Zwischen den Innenleitern 1 und 2 und dem äußeren Schirm 3 liegt das Isoliermaterial
4, durch welches gleichzeitig die beiden Innenleiter in ihrer Lage bezüglich des
Schirmes 3 festgelegt sind. Durch eine Schutzhülle 5 ist der Schirm 3 nach außen
abgedeckt. Der Wellenwiderstand, gemessen zwischen dem koaxialen Innenleiter 1 und
dem äußeren Schirm 3 und zwischen dem wendelförmig verlaufenden Innenleiter 2 und
dem Schirm 3, ist so gewählt, däß ein Stück dieses Kabels als Richtkoppler reflexionsfrei
in eine koaxiale Leitung einschaltbar ist: Für koaxiale Kabel herkömmlicher Bauart
beträgt dieser WellenwiderstandsWert
60 Ohm. Die magnetische und
die elektrische Kopplung zwischen den beiden Innenleitern 1 und 2 soll dabei
so gewählt werden, daß das Verhältnis von magnetischer Kopplung zu elektrischer
Kopplung gleich dem Produkt aus dem Wellenwiderstand der Durchgangsleitung 1 und
der Koppelleitung 2 ist. Da im vorliegenden Fall diese beiden Wellenwiderstände
gleich groß sein sollen, ist das Verhältnis von magnetischer Kopplung zu elektrischer
Kopplung gleich dem Quadrat des Wellenwiderstandes einer der Leiteranordnungen.
Der Abstand der beiden Innenleiter 1 und 2 voneinander ist im Vergleich
zu ihrem Abstand vom äußeren Schirm 3 sehr gering. An sich ist diese Anordnung der
Innenleiter bezüglich des äußeren Schirmes in diesem Falle unsymmetrisch, weil der
wendelförmig verlaufende Innenleiter 2 einen geringeren Abstand vom äußeren Schirm
3 aufweist als der Innenleiter 1. Die Unsymmetrie ist aber wegen des relativ großen
Abstandes der Innenleiter vom Schirm nicht sehr groß und kann durch geeignete Maßnahmen
so weit verringert werden, daß die Leiteranordnung im Rahmen der erforderlichen
Genauigkeit einer symmetrischen Anordnung entspricht. Eine dieser Maßnahmen besteht
darin, daß der wendelförmige Innenleiter 2 einen geringeren Durchmesser erhält
als der koaxial verlaufende Innenleiter 1.
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Fig. 3 zeigt im Längsschnitt ein Stück eines Richtkopplerkabels, dessen
Innenleiter 10 und 11 symmetrisch bezüglich des äußeren Schirmes 13 verlaufen. Dieses
Kabel ist in Fig. 4 im Querschnitt dargestellt. Die beiden Innenleiter
10 und 11 sind miteinander verdrillt. Der Raum zwischen den Innenleitern
10 und 11 und dem Schirm 13 ist durch Isoliermaterial 12 gefüllt. Auf dem
Schirm 13 ist ein Schutzüberzug 14 angebracht. Die beiden Innenleiter
10 und 11 sind mit einem dünnen isolierenden Überzug versehen, wobei
die beiden Innenleiter durch äußere Merkmale so zu kennzeichnen sind, daß bei der
Einschaltung in eine koaxiale Energieleitung, z. B. die Verteilerleitung einer Gemeinschaftsantennenanlage,
die Zuordnung der einzelnen Leiter zueinander in der richtigen Reihenfolge vorgenommen
werden kann. Da bei diesem Kabel die beiden Innenleiter 10 und 11 symmetrisch bezüglich
des äußeren Schirmes 13 verlaufen, ist die Einhaltung der Wellenwiderstandsbedingung,
daß der Wellenwiderstand zwischen jedem der Innenleiter und dem äußeren Schirm gleich
groß sein soll, in einfacher Weise einzuhalten.
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Bei Gemeinschaftsantennenanlagen, für die die Anwendung der Erfindung
mit besonderem Vorteil möglich ist, muß ein relativ großer Frequenzbereich aus der
Verteilerleitung ausgekoppelt werden. Für den Anschluß der Fernsehgeräte soll dabei
die übertragung des gesamten Fernsehbereichs mit einem einzigen Richtkoppler möglich
sein. Hierzu ist es vorteilhaft, die Länge des Richtkopplers etwa zu 7,/4 einer
Frequenz zu wählen, die im oberen zu übertragenden Frequenzbereich liegt. Bei Übertragung
der Fernsehbänder I, III und IVIV wird diese Frequenz, für die die Länge des Richtkopplers
i/4 beträgt und dieser deshalb die geringste Koppeldämpfung aufweist, etwa bei 600
MHz liegen. Für die Frequenzen der Fernsehbänder I und III ergibt sich damit allerdings
ein Anstieg der Koppeldämpfung, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, daß die Leitungsdämpfung
mit wachsender Frequenz zunimmt. Damit würden dann bei gleich großen Ausgangsspannungen
der Antennenverstärker oder der Antennen den einzelnen Teilnehmern in den oberen
Frequenzbereichen durch die erhöhte Leistungsdämpfung geringere Antennenspannungen
zur Verfügung stehen als für die niedrigeren Frequenzbereiche. Durch den Anstieg
der Koppeldämpfung für die niedrigeren Frequenzen und die Erhöhung der Leitungsdämpfung
für die hohen Frequenzen ergeben sich insgesamt an den Antennenanschlußdosen aber
für alle Frequenzbereiche im wesentlichen etwa gleich große Ausgangsspannungen.
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Fig. 5 zeigt ebenfalls im Schnitt ein in den Verlauf einer koaxialen
Leitung 20, z. B. einer Verteilerleitung einer Gemeinschaftsantennenanlage,
eingeschaltetes Stück 21 eines Richtkopplerkabels entsprechend Fig. 1. und 2. Es
läßt sich in gleicher Weise z. B. auch ein Stück eines Richtkopplerkabels verwenden,
wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Das Richtkopplerkabelstück 21 ist auf einem Montageblech
22 od. dgl. befestigt, wobei für den Anschluß des Innenleiters 23 der Leitung 20
und für den Innenleiter 24 der Abzweigleitung 25 isolierte Anschlußklemmen 26, 27
und 28 vorgesehen sind. Die Außenleiter bzw. Schirme der Kabel 20, 21 und 25 sind
leitend miteinander verbunden, wie es durch die eingezeichneten Drahtstücke 29 bis
31 angedeutet ist. Die leitende Verbindung der Außenleiter kann aber auch über Klemmschellen
und das Montageblech 22 erfolgen. Bei der dargestellten Anordnung wird für
die Abzweigleitung 25 im wesentlichen nur Energie ausgekoppelt, die von links nach
rechts läuft, während von den von rechts nach links laufenden Energieanteilen praktisch
nichts in die Abzweigleitung25 gelangt. Der Innenleiter 32 des Richtkopplerkabelstückes
ist mit dem Innenleiter 23 der Leitung 20 verbunden, die z. B. die Verteilerleitung
einer Gemeinschaftsantennenanlage bildet. Der zweite Innenleiter 33 des Richtkopplerkabelstückes
21 ist an einem Ende mit dem Widerstand 34 reflexionsfrei abgeschlossen, während
am anderen Ende der Innenleiter 24 der Abzweigleitung 25, z. B. einer Empfängeranschlußschnur,
angeordnet ist. Das Richtkopplerkabelstück 21 bildet zweckmäßigerweise zusammen
mit dem Montageblech 22 und den Anschlußstellen 26, 27, 28 eine fertige Baueinheit.
Der Anschluß der Abzweigleitung 25 kann auch über eine Steckbuchse erfolgen, die
dann die Klemme 28 ersetzt. Das Richtkopplerstück 21 wird dabei zweckmäßig in der
Antennendose selbst angeordnet. In ähnlicher Weise können Stücke des Richtkopplerkabels
auch bei Antennenweichen Verwendung finden.
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Die Anwendung des Richtkopplerkabels ist auch nicht auf Anlagen mit
erdunsymmetrischen, z. B. koaxialen Leitungen beschränkt, sondern es kann auch bei
symmetrischen Doppelleitungen Verwendung finden. Dabei wird in jeden der beiden
Leiter der Doppelleitung ein entsprechendes Stück des Richtkopplerkabels eingeschaltet;
für eine Auskoppelstelle sind also zwei Richtkoppler notwendig.