DE1616702B1

DE1616702B1 - Device for screening the high-frequency interference waves emanating from an electrical interference source

Info

Publication number: DE1616702B1
Application number: DE19601616702D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Leo Kirchgessner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1964-07-07
Filing date: 1960-06-04
Publication date: 1969-09-25
Also published as: CH421196A; DE1616702C2; AT253572B; NL265510A; NL146005B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Siebung der von einer elektrischen Störquelle ausgehenden und auf eine von dieser abgehende Leitung übertragenen Hochfrequenzstörwellen.The invention relates to a device for the sieving of an electrical interference source outgoing and on a line outgoing from this transmitted high frequency interference waves.

Durch die Einführung sich ständig erweiternder Frequenzbereiche in die Nachrichten- und Fernwirktechnik werden auch an die Sieb- und Entstörmittel, durch welche Störwellen von Empfangsgeräten ferngehalten werden, immer höhere Anforderungen gestellt. Es genügt nicht mehr, daß die Rundfunkwellenbereiche von Störwellen freigehalten werden, vielmehr muß auch im Bereich der Fernsehbänder ein störungsfreier Empfang der ausgestrahlten Sendungen sichergestellt werden. Es ist durchaus abseh-'bar, daß die auf einen störungsfreien Empfang der drahtlosen Nachrichtenübermittlung und Bildübertragung gerichteten Bemühungen der Fachleute auf einen Frequenzbereich von 0,1 bis 1000 MI-Iz, erstreckt werden müssen.With the introduction of ever-expanding frequency ranges in communications and telecontrol technology, ever higher demands are placed on the screening and interference suppression means, which keep interference waves away from receiving devices. It is no longer sufficient that the radio wave ranges are kept free of interference waves; rather, interference-free reception of the broadcasts must also be ensured in the area of the television bands. It is quite foreseeable that the efforts of the experts aimed at interference-free reception of wireless communication and image transmission will have to be extended to a frequency range from 0.1 to 1000 MI-Iz.

Diesen Anforderungen genügen die bekannten Entstöreinrichtungen, welche Hochfrequenzenergie durch Spannungsteilung schwächen oder durch geeignete Mittel (z. B. Hochohmwiderstände) in Wärme umwandeln, nicht mehr.The known interference suppression devices, which Attenuate radio frequency energy by voltage division or by any other suitable means (e.g. high-ohmic resistors) to convert into heat, no more.

Wesentlich bessere Empfangsverhältnisse sind dagegen im Bereich der von einer elektrischen Störquelle ausgehenden Hochfrequenzstörwellen zu erzielen, wenn zur Siebung dieser Störwellen gemäß der Erfindung in die Leitung in unmittelbarer Nähe der Störquelle ein Vierpol eingeschaltet ist, dessen Wellenwiderstand von demjenigen der Leitung um etwa zwei Größenordnungen oder mehr abweicht.Significantly better reception conditions are, however, in the area of the to achieve high-frequency interference waves emanating from an electrical interference source, if to filter these interference waves according to the invention in the line in the immediate Near the source of interference a quadrupole is switched on, the wave impedance of which differs from that the line deviates by about two orders of magnitude or more.

Ein Maß für die Reflexion hochfrequenter Störspannungen ist der Reflexionsfaktor. Er errechnet sich an der Ubergangsstelle aus einer Leitung mit dem Wellenwiderstand Z, in eine Leitung mit dem Wellenwiderstand Z2 zu Dabei ist die Reflexion um so größer, je größer der Untersihied zwischen den beiden Wellenwiderständen ist. Ist z. B. der eine Wellenwiderstand = 100 und der andere = 1, so beträgt die Reflexion 98'/" es gelangen also nur 2'/o der störenden Hochfrequenzenergie von der Leitung mit dem Wellenwiderstand Z, in die Leitung mit dem Wellenwiderstand Z2. Besteht diese zweite Leitung aus einem als Siebglied in die Leitung eingeschalteten Vierpol; so wird die beim Eintritt in den Vierpol auf 2'/o geschwächte Störspannung beim AuÜritt aus dem Vierpol infolge der hier ebenfalls eintretenden sprunghaften Änderung des Wellenwiderstands in dem gleichen Maße erneut geschwächt, so daß nur noch 0,00/0 der von der Störquelle ausgehenden Störspannung in die an den Vierpol anschließende Leitung gelangen kann.The reflection factor is a measure of the reflection of high-frequency interference voltages. It is calculated at the transition point from a line with the characteristic impedance Z to a line with the characteristic impedance Z2 The greater the difference between the two wave resistances, the greater the reflection. Is z. B. one wave impedance = 100 and the other = 1, the reflection is 98 '/ "so only 2' / o of the interfering high-frequency energy get from the line with the wave impedance Z into the line with the wave impedance Z2 Second line from a quadrupole connected as a filter element in the line; the interference voltage weakened to 2% when entering the quadrupole is weakened again to the same extent when exiting the quadrupole as a result of the sudden change in the wave resistance that also occurs here, so that Only 0.00 / 0 of the interference voltage emanating from the interference source can get into the line connected to the four-pole connection.

In einer Zündanlage zum Betrieb einer Brennkraftmaschine ist die Hauptstörquelle der zwischen den Elektroden der Zündkerzen überspringende Zündfunke. Von ihm ausgehende Hochfrequenzstörwellen wandern über die Mittelelektrode der Zündkerze zum Zündkerzenanschlußkabel, das einen Wellenwiderstand von etwa 200 Ohm hat. Erfindungsgemäß wird nun zwischen Zündkerze und Anschlußleitung ein Vierpol mit hohem Wellenwiderstand eingeschaltet. Ein derartiger Vierpol kann z. B. als Wendelleiter -mit einem Metallmantel als Außenleiter ausgebildet sein. Der Wellenwiderstand eines derartigen Vierpols ist proportional zur Windungszahl pro Zentimeter des Wendelleiters. Der Wendelleiter muß also eine hohe Windungszahl haben, wenn sein Wellenwiderstand groß sein und eine nennenswerte Reflexion durch ihn erreicht werden soll.The main source of interference is in an ignition system for operating an internal combustion engine the spark jumping between the electrodes of the spark plugs. Outgoing from him High-frequency interference waves travel via the center electrode of the spark plug to the spark plug connection cable, that has a wave resistance of about 200 ohms. According to the invention is now between Spark plug and connecting cable switched on a four-pole with high wave resistance. Such a quadrupole can, for. B. as a helical conductor -with a metal jacket as the outer conductor be trained. The wave resistance of such a quadrupole is proportional the number of turns per centimeter of the helical conductor. So the spiral conductor must be one have a high number of turns if its wave resistance is large and a significant one Reflection is to be achieved through him.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar in F i g. 1 eine Zündkerzenanschlußkappe mit eingebautem Wendelleiter und Metallummantelung, in F i g. 2 der Aufbau einer als Dämpfungsvierpol zu verwendenden Bandleitung und in F i g. 3 der Aufbau einer als Siebglied zu verwendenden konzentrischen Leitung. Schließlich zeigt F i g. 4 ein Schaltbild einer Lichtanlage mit einer konzentrischen Leitung gemäß F i g. 3 als Siebglied. Der in F i g. 1 dargestellte Anschlußstecker für Zündkerzen besteht aus einer Kunstharzhülse 10, die von einem auf eine Zündkerze aufsteckbaren Metallmantel 11 umgeben ist. Innerhalb der Hülse 10 befindet sich ein auf einen Isolierstoffträger mit einem Durchmesser von 4 mm aufgewickelter Wendelleiter 12 mit Anschlußkappen 13 und Kontaktstücken 14 und 15. Der Wendelleiter 12 erstreckt sich zwischen den Anschlußkappen 13 über eine Länge von etwa 16 mm und unifäßt 650 Windungen eines 0,02 mm dicken Kupferdrahtes mit einem Widerstand von 450 Ohm. Er ist innerhalb der Kunstharzhülse 10 lufteinschlußfrei von einem Gießharzmantel 16 umgeben.In the drawing, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown, specifically in FIG. 1 shows a spark plug connection cap with built-in helical conductor and metal casing, in FIG . 2 shows the structure of a ribbon line to be used as a quadrupole attenuation pole, and in FIG. 3 the structure of a concentric line to be used as a sieve element. Finally, FIG. 4 is a circuit diagram of a lighting system with a concentric line according to FIG. 3 as a sieve element. The in F i g. The connector plug for spark plugs shown in FIG. 1 consists of a synthetic resin sleeve 10 which is surrounded by a metal jacket 11 which can be slipped onto a spark plug. Inside the sleeve 10 there is a helical conductor 12, wound onto an insulating material carrier with a diameter of 4 mm, with connection caps 13 and contact pieces 14 and 15. The helical conductor 12 extends between the connection caps 13 over a length of about 16 mm and has 650 turns of a 0 .02 mm thick copper wire with a resistance of 450 ohms. It is surrounded by a cast resin jacket 16 within the synthetic resin sleeve 10 without air inclusion.

Der Wellenwiderstand dieser Anordnung errechnet sich bei einem Durchmesser des Wendelleiters von 4 mm, einem Innendurchmesser des Metallmantels von 13 mm und einer Dielektrizitätskonstanten des Bakelits von - 6 zu 9600 Ohm, unter Zugrundelegung des Wellenwiderstandes von 60 Ohm für den innerhalb der Zündkerze liegenden Leitungsteil ergibt sich damil ein Reflexionsfaktor von 98,75"/,), es können also höchstens 1,25'>/" der von den Zündfunken ausgehenden Störspannung in den Vierpol gelangen. Beim Austritt aus dem Kerzenstecker bzw. aus dem Dämpfungsvierpol in das Anschlußkabel wird die Hochfrequenz erneut auf 1,25)/,) geschwächt, so daß nur noch etwa 0,015'1() der von den Zündfunken ausgehenden Störspannung in die weiterführenden Leitungsabschnitte gelangen kann.The characteristic impedance of this arrangement is calculated at a diameter of the helical conductor of 4 mm, mm an internal diameter of the metal sheath 13 and a dielectric constant of Bakelite from - 6 to 9600 ohms, on the basis of the characteristic impedance of 60 ohms for the located within the spark plug lead part is obtained damil a reflection factor of 98.75 "/,), so a maximum of 1.25 '>/" of the interference voltage emanating from the ignition sparks can get into the quadrupole. When exiting the spark plug connector or the four-pole attenuation in the connection cable, the high frequency is weakened again to 1.25) /,), so that only about 0.015'1 () of the interference voltage emitted by the ignition sparks can get into the continuing line sections.

Beachtlich ist dabei, daß der errechnete Wellenwiderstand frequenzunabhängig ist. Seine Wirkung wird lediglich durch geometrische Größen begrenzt. Der als Ausführungsbeispiel beschriebene Zündkerzenstecker mit Dämpfungsvierpol siebt z. B. alle Störwellen im Bereich von etwa 10 bis 500 MHz.It is noteworthy that the calculated wave resistance is frequency-independent. Its effect is only limited by geometric dimensions. The spark plug connector described as an embodiment with damping four-pole seven z. B. all interference waves in the range of about 10 to 500 MHz.

Die obere Grenze hängt dabei vom mittleren Durchmesser der konzentrischen Leitung ab. Die untere Grenze kann noch durch eine größere Drahtlänge verschoben werden oder dadurch, daß der Wendelleiter auf einen Ferritkern aufgewickelt wird, anstatt auf einen keramischen Träger. Durch einen Ferritkern'mit einer relativen Permeabilität von etwa 9 und einer Länge von 5 cm können Störwellen im Frequenzbereich von 1 bis 500 MHz unschädlich gemacht werden. Der ohmsche Widerstand eines derartigen Dämpfungsgliedes ist kleiner als 1500 Ohm.The upper limit depends on the mean diameter of the concentric line. The lower limit can be shifted by a longer wire length or by the fact that the helical conductor is wound onto a ferrite core instead of a ceramic carrier. A ferrite core with a relative permeability of about 9 and a length of 5 cm can render interference waves in the frequency range from 1 to 500 MHz harmless. The ohmic resistance of such an attenuator is less than 1500 ohms.

Zur Vermeidung stehender Wellen im unteren Frequenzbereich ist es zweckmäßig, wenn der Dämpfungsvierpol mit ohmschen, magnetischen oder dielektrischen Verlusten derart behaftet ist, daß die am Vierpolausgang reflektierte Störenergie bis * zu ihrer Rückkehr zum Vierpoleingang praktisch verzehrt ist. Dadurch kann die Siebwirkung des Vierpols noch gesteigert werden.In order to avoid standing waves in the lower frequency range, it is expedient if the terminal attenuation circuit with resistive, magnetic or dielectric losses is affected in such a way that the reflected on Vierpolausgang interference energy is practically consumed to * to their return to Vierpoleingang. This allows the screening effect of the quadrupole to be increased.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel entsteht die Reflexion der Störwellen dadurch, daß der in eine Leitung eingeschaltete Vierpol einen im Vergleich zu demjenigen der Leitung sehr großen Wellenwiderstand hat. Dasselbe kann aber auch durch einen Vierpol mit extrem niederem Wellenwiderstand erreicht werden. In diesem Fall wird dann eine von einem relativ hochohmigen Leitungsabschnitt (Wellenwiderstand z. B. 100 Ohm) kommende Hochfrequenzwelle beim Ubergang auf den Vierpol zum ersten Mal und vor dem Austritt aus dem Vierpol zum zweiten Mal reflektiert.In the embodiment described, the reflection of the interfering waves arises from the fact that the quadrupole connected in a line has a very large wave resistance compared to that of the line. The same can also be achieved with a quadrupole with an extremely low wave resistance. In this case, a high-frequency wave coming from a relatively high-resistance line section (characteristic impedance e.g. 100 ohms) is reflected for the first time when passing to the quadrupole and for the second time before exiting the quadrupole.

Schaltelemente, welche derartig kleine Wellenwiderstände haben, können z. B. als Bandleitung oder besonders gestaltete konzentrische Leitungen ausgebildet sein. Bei einer Bandleitung besteht der einen Betriebsstrom und einen hochfrequenten Störstrom führende Leiter aus einem breiten Band 20 g * ß F i g. 2, dem ein gleich breites Band 21 als emä Rückleitung gegenübersteht. Der Zwischenraum zwischen den beiden Bändern ist durch eine dünne Schicht 22 eines Dielektrikums mit möglichst hoher Dielektrizitätskonstante ausgefüllt. Der Wellenwiderstand einer Bandleitung ergibt sich im wesentlichen aus der Breite der beideu Bänder, der Dicke des Dielektrikums zwischen ihnen und der Dielektrizitätskonstanten dieses Dielektrikums. Er kann leicht auf 0,02 Ohm gebracht werden. Wird eine derartige Bandleitung als Dämpfungsvierpol in eine Leitung mit einem Wellenwiderstand von 60 Ohm eingeschaltet, so verhalten sich die Wellenwiderstände der beiden Leituiigsabschnitte zueinander wie 1 :3000, der Reflexionsfaktor ist 99,9"1". Da bei der Bandleitung verhältnismäßig große Flächen und Querschnitte, aber nur geringe Abstände zur Verfügung stehen, eignet sie sich besonders zur Siebung größerer effektiver Ströme in Niederspannungsnetzen.Switching elements that have such small wave resistances can, for. B. be designed as a ribbon cable or specially designed concentric lines. In a ribbon line, the conductor carrying an operating current and a high-frequency interference current consists of a wide ribbon 20 g * ß F i g. 2, which is opposed to an equally wide band 21 as a return line. The space between the two bands is filled by a thin layer 22 of a dielectric with the highest possible dielectric constant. The characteristic impedance of a ribbon line results essentially from the width of the two ribbons, the thickness of the dielectric between them and the dielectric constant of this dielectric. It can easily be brought down to 0.02 ohms. If such a ribbon line is connected as a four-pole attenuation in a line with a characteristic impedance of 60 ohms, the characteristic impedances of the two conductor sections are related to one another as 1: 3000, the reflection factor is 99.9 "1". Since the ribbon cable has relatively large areas and cross-sections, but only small spaces, it is particularly suitable for screening larger, more effective currents in low-voltage networks.

Die Länge einer Bandleitung wird durch die untere #renzfrequenz bestimmt, bei welcher noch eine ausreichende Siebung von Störwellen verlangt wird. Sie kann daher in der Regel nicht in ausgestrecktem Zustand Verwendung finden, sie wird vielmehr z. B. wie ein Wickelkondensator zu einem Wickel aufgerollt, an dessen Enden Anschlußklemmen zum Einschalten in eine Leitung vorgesehen sind. Wichtig ist dabei, daß der züi siebende Strom über die ganze Länge der Leitung fließt.The length of a ribbon cable is determined by the lower limit frequency, in which sufficient screening of interference waves is still required. she can therefore, as a rule, it is not used in the extended state, it is used instead z. B. rolled up like a wound capacitor into a coil, at the ends of which terminals are intended to be switched on in a line. It is important that the züi sifting current flows over the entire length of the line.

Ein anderer, besonders zweckmäßig aufgebauter Dämpfungsvierpol ist eine konzentrische Leitung gemäß F i g. 3. In diesem Fall trägt ein Leiter 30, der einen mit Störwellen verseuchten Strom führt, eine dünne keramische Schicht 31 (z. B. Bariumfitanat v = 10 000), auf welche ein dünner Silberbelag 32 aufgedampft oder aufgebrannt ist. Der Wellenwiderstand eines derartigen Siebgliedes mit einem Durchmesser des Leiters 30 von 6 mm (75 Amp) und einer Bariumtitanatschicht von 0,5 mm beträgt -0,1 Ohm, der Reflexionsfaktor eines derartigen, in eine Leitung mit einem Wellenwiderstand von 60 Ohm ehigeschalteten Vierpols 99,6"/,).Another, particularly expediently constructed, quadrupole attenuation is a concentric line according to FIG. 3. In this case, a conductor 30 carrying a current contaminated with interference waves has a thin ceramic layer 31 (e.g. barium fitanate v = 10,000) onto which a thin silver coating 32 is vapor-deposited or burned. The wave resistance of such a filter element with a diameter of the conductor 30 of 6 mm (75 Amp) and a barium titanate layer of 0.5 mm is -0.1 ohms, the reflection factor of such a quadrupole 99 connected in series in a line with a wave resistance of 60 ohms , 6 "/,).

Die Länge der konzentrischen Leitung ergibt sich für eine untere Grenzfrequenz von 3,5 MI-lz zu 220 crn, sie bleibt damit in der Grenze. der Abmessungen bisher üblicher Entstörer, ist aber wesentlich einfacher in ihrem Aufbau und hat auch ein viel geringeres Volumen als diese.The length of the concentric line results for a lower limit frequency of 3.5 MI-lz to 220 cm, so it remains within the limit. the dimensions of the previously common suppressors, but is much simpler in its construction and also has a much smaller volume than this.

Derartige Dämpfungsvierpole finden z. B. in Lichtmaschinenstromkreisen von Kraftfahrzeugen gemäß F i g. 4 Verwendung. Dort ist der Anker einer Gleichstromlichtmaschine mit einer Leistung von 600 Watt bei 12 Volt Nennspannung init -35, seine Erregerwicklung mit 36 und ein mit der Erregerwicklung in Reihe geschalteter Widerstand mit 37 bezeichnet. Ein mit der Maschine zusammenarbeitender Reglerschalter umfaßt Reglerkontakte 38, 39, 40, eine Spannungsspule 41, eine Stroinspule 42 und Schalterkontakte 43, 44. Wenn die Schalterkontakte 43, 44 geschlossen sind, fließt ein Strom von der Lichtmaschine in eine Batterie 45, und zwar über einen Dämpfungsvierpol 46, der zwischen den Schalter 43, 44 und die Batterie45 eingeschaltet und als konzentrische Leitung gemäß F i g. 3 mit einer Länge von 20 cm ausgebildet ist. Die im allgemeinen lange Leitung zwischen dem Schalter 43. 44 und der Batterie 45 wird durch den Vierpol 46 von störenden Hochfrequenzschwingungen befreit, welche von Offnungs-und Schließungsfunken zwischen den Schalterkontakten 43, 44 oder den Reglerkontakten 38, 39 und 40 verursacht sein können. Bei einer derartigen Anordnun- reicht die Siebwirktiiig bis weit in das GHz-Gebiet hinein.Such four-pole damping find z. B. in alternator circuits of motor vehicles according to F i g. 4 Use. There the armature of a direct current generator with an output of 600 watts at 12 volts nominal voltage init -35, its field winding with 36 and a resistor connected in series with the field winding with 37 . A cooperating with the machine regulator switch comprises regulator contacts 38, 39, 40, a voltage coil 41, a Stroinspule 42 and switch contacts 43, 44. When the switch contacts 43, 44 are closed, a current flows from the alternator in a battery 45, over a four-pole damping pole 46, which is switched on between the switch 43, 44 and the battery 45 and as a concentric line as shown in FIG. 3 is formed with a length of 20 cm. The generally long line between switch 43, 44 and battery 45 is freed from interfering high-frequency oscillations by quadrupole 46, which may be caused by opening and closing sparks between switch contacts 43, 44 or regulator contacts 38, 39 and 40. With such an arrangement, the screen effectively extends far into the GHz range.

Claims

Claims: 1. Device for filtering the outgoing from an electrical interference source and transmitted to a line floch frequency interference waves, in particular for interference suppression of motor vehicles, characterized in that in the outgoing line from the interference source in the immediate vicinity of the interference source a quadrupole is switched, the wave resistance of that of the line differs by two orders of magnitude or more.

2. Device according to claim 1, characterized indicates overall that the quadrupole with (resistive, magnetic, dielectric) is associated losses. 3. Device according to claim 1 and 2, characterized by its use in a spark plug connector (F i g. 1) which is provided with a metal jacket (11) and is designed as a quadrupole with a high wave resistance in the course of a spark plug connection line. 4. Device according to claim 3, characterized in that the quadrupole is designed as a helical conductor (12) with a shield (11) . 5. A device according to claim 3, characterized - in that the Weiidelleiter (12) is wound on a ferrite core. 6. Device according to claim 4 and 5, characterized in that the twisted helix (12) is built into an insulating sleeve (10) whose cavities, which are not filled by the helical conductor, are filled with casting resin (16) . 7. Device according to claim 1, characterized by a quadrupole formed as a straight concentric line (F i g. 3). - 8. Device according to claim 1, characterized by a quadrupole formed as a ribbon line (F i g. 2). 9, device according to claim 7 and 8, characterized. that the quadrupole contains a dielectric with a high dielectric constant. 10. Device according to claim 9, characterized by a quadrupole whose dielectric is afflicted with high dielectric losses.