DE2549468A1

DE2549468A1 - Hf-signaluebertragungsanordnung

Info

Publication number: DE2549468A1
Application number: DE19752549468
Authority: DE
Inventors: Thijs Jisse De Vries
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-11-07
Filing date: 1975-11-05
Publication date: 1976-05-13
Also published as: DK495275A; CA1046599A; DK146810C; NL7414505A; ES442355A1; US4024479A; NL167816C; DE2549468C2; SE413275B; FR2290799A1; JPS5169918A; ATA842275A; FR2290799B1; NL167816B; SE7512299L; AU8629075A; DK146810B; JPS5410810B2; GB1487298A; BE835293A

Description

Dr. ϊΐΓΓΐ-crt Sr₅-..-.- ,

Anm»^;.li.·· JsJ.V. Phüipi Gloeiiürnücriiabriefces ' _on in- 107

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"HF-Signalübertragungsanordnung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine HF-Signalübertragungsanordnung mit einer HF-Signalübertragungsstrecke und einer NF-Wechselstromübertragungsstrecke, welche letztere Uebertragungsstrecke mit mindestens einer Sperrinduktivität für die HF-Signale versehen ist, welche Induktivität eine auf einem nicht geschlossenen Kern aus magnetisierbarem Material gewickelte Spule enthält.

Derartige Signalübertragungsanordnungen können beispielsweise in Antennensystemen verwendet werden, wobei HF-Signale, beispielsweise Rundfunk- und Fernsehsignale, über Kabelverbindungen und Verstärker befördert werden und wobei die Speisung dieser Verstärker über dieselben Kabelverbindungen geführt wird.

¥eil es sich in der Praxis herausgestellt hat, dass Gleichstromspeisung zu einer starken Korrosion der Kabel führt, werden immer mehr Wechselstromspeisungen mit - aus praktischen Gründen - einer Frequenz, die der üblichen Netzfrequenz (beispielsweise 50 Hz) entspricht, angewandt.

Bei den bekannten Signalübertragungsanordnungen wird der Speisestrom mit Hilfe einer Sperrinduktivität für die HF-Signale von den HF-Signalen getrennt, welche Induktivität eine auf einem nicht geschlossenen Kern aus magnetisi erbarem Material gewickelte Spule enthält.

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Diese Sperrinduktivität bildet für die HF-Signale (5 MHz und höher) eine ausreichend grosse Impedanz um den NF-Speisestrom auf wirksame Weise von den HF-Signalen trennen zu können.

Bei Gleichstromspeisung reichte dieses Trennsystem aus. Bei Wechselstromspeisung entsteht jedoch ein unerwünschter Nebeneffekt: die HF-Signale werden im Frequenztakt der Wechselstromspeisung moduliert; es entsteht Brummodulation. Die Modulation ist die Folge von Nichtlinearitäten und zwar dadurch, dass der NF-Wechselstrom Hystereseerscheinungen im magnetischen Material des Kerns verursacht.

Eine auf der Handliegende Lösung wäre den Kern der Spule zu entfernen, so dass Nichtlinearitäten infolge von Sättigungserscheinungen und damit Brummodulation nicht auftreten können.

Dies hat jedoch zur Folge, dass die Impedanz für die HF-Signale stark verringert, so dass die Spule zur Beibehaltung der ursprünglichen Impedanz - mit wesentlich mehr Windungen versehen werden muss. Dadurch wird der Umfang der Spule derart vergrössert, dass dies für den Aufbau zu Problemen führen kann, während'die Produktion wirtschaftlich nicht mehr verantwortet ist.

Die Erfindung bezweckt nun, die Brummodulation ohne Vergrösserung des Spulenumfanges bei ausreichend hoher Impedanz für die HF-Signale zu beheben und weist dazu das Kennzeichen auf, dass die Spule aus mehreren auf einem nicht geschlossenen Kern aus magnetisierbarem Material gewickelten Spulenteilen besteht, deren durch

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den NF-Wechselstroni verursachte Magnetfelder einander wenigstens in einem Teil des Kerns nahezu ausgleichen.

Die Lösung nach der Erfindung verwendet dazu die frequenzabhängigen Streueigenschaften der vom Strom in den Spulenteilen verursachten Magnetfelder im nicht geschlossenen Kern aus magnetisierbarem Material. Bei niedrigen Frequenzen werden die Magnetfeldlinien einander derart entgegenwirken, dass bei einer richtigen Bemessung der Spulenteile und der Ströme, die hindurchfliessen, Sättigungserscheinungen nicht auftreten können, so dass keine Brummodulation entsteht.

Bei höheren Frequenzen werden jedoch immer mehr Feldlinien das Kernmaterial nur teilweise durchfliessen, u.a. dadurch, das's mit zunehmender Frequenz die magnetische Leitfähigkeit abnimmt. Diese Streuerscheinungen bewerkstelligen das Auftreten von Gebieten im Kern, jin denen praktisch kein oder wenigstens viel weniger Ausgleich einander entgegenwirkender Magnetfelder, die durch die jeweiligen Spulenteile verursacht werden, auftritt. Die ursprüngliche Sperrinduktivität ist dadurch als eine Reihenschaltung aus einer Anzahl untereinander nicht oder nahezu nicht gekoppelter kleinerer Induktivitäten zu betrachten. Diese bilden für die HF-Signale bei einer richtigen Bemessung der Spulenteile eine ausreichend hohe Impedanz um eine-wirksame Trennung zwischen dem Speisestrom und den HF-Signalen zu gewährleisten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher bo sch r i oben . r,p ze J.gon : $09820^788

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Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen HF-Signalübertragungsanordnung, wobei diese Anordnung einen Gemeinschaitsantennenvers tärker enthält,

i Fig. 1A eine Induktivität, wie diese in den

in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen einer HF-Signalübertragungsanordnung verwendet wird,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer HF-Signalübertragungsanordnung, wobei diese Anordnung eine Vierwegweiche für Gemeinschaftsantennenanlagen enthält,

Fig. 3 eine aus Messresultaten erhaltene graphische Darstellung, in der der durch die Erfindung erzielte Vorteil in bezug auf die Brummodulation deutlich zum Ausdruck gelangt.

Die Ausführungsform nach Fig. 1 zeigt eine

HF-Signalübertragungsanordnung 1 mit einer Eingangsklemme 9 und einer Ausgangsklemme 10. Die HF-Uebertragungsstrecke wird dabei durch einen Kondensator 2, einen HF-Verstärker 4 und einen Kondensator 3 gebildet. Parallel zu.dieser HF-Uebertragungsstrecke ist eine NF-Spei.sestrecke geschaltet, die aus Induktivitäten 6 und 7 besteht. An ihrem gemeinsamen Punkt 11 findet eine Abzweigung des Stromes statt, mit dem der Verstärker k über eine Speiseeinheit 5 gespeist wird. Etwaige nicht völlig gedämpfte HF-Signale werden am Punkt 11 über einen Kondensator nach Erde kurzgeschlossen.

Der Klemme 9 wird das HF-Signal mit der NF-Speisung vorzugsweise über Koaxialkabel zugeführt. Der NF-Speisestrom sieht im Kondensator '2 eine grosse Impedanz, so dass dem Eingang des Verstärkers k fast

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ausschlxesslich das HF-Signal angeboten wird, das nach Verstärkung über den Kondensator 3 zur Ausgangsklemme geführt wird. Das HF-Signal sieht in der Induktivität eine hohe Impedanz, so dass am Punkt. 11 fast ausschlxesslich der NF-Speisestrom erscheint. Ein Teil des NF-Speisestromes wird zur Speisung des Verstärkers h verwendet und wird dazu in der Speiseeinheit 5 gleichgerichtet und danach dem Verstärker h zugeführt. Der übrige Teil des NF-Speisestromes am Punkt 11 wird über die Induktivität 7» die auf dieselbe Art und Weise ausgebildet ist wie die Induktivität 6, dem verstärkten HF-Signal an der Klemme 10 hinzugefügt.

Es dürfte einleuchten, dass durch den symmerisehen Aufbau der NF-Speisestrecke der NF-Speisestrom auch in umgekehrter Richtung fliessen kann, mit anderen Worten der Klemme 10 zugeführt und über die Klemme 9 abgeführt werden kann.

Auch ist es möglich, eine externe Speisung am Punkt 11 vorzusehen, wobei die Klemmen 10 und 9 als Aus- ■ gangsklemme für den NF-Speisestrom wirksam sind.

Eine detailliertere Zeichnung einer der identischen Induktivitäten 6 und 7 ist in Fig. 1A dargestellt. Die Induktivität wird durch eine auf einem Kern 2.6 gewickelte Spule 20 gebildet, die aus einer Spulenhälfte 2 1 und einer mit entgegengesetzter Wickelrichtung gewickelten Spulenhälfte 23 besteht, die am Punkt 22 miteinander verbunden sind. Bei einer in der Praxis ausgebildeten Induktivität nach Fig. 1A besteht der zylinderförmig gebildete Kern

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aus dem Material Ferroxcube Typ kB und hat der Kern einen Durchmesser von h,k mm und eine Länge von 21,2 mm. Die Spulenhälften 2 1 und 23 sind dabei aus isolierten Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,63!mm mit je 12 Windungen gebildet.

Das vom Strom in der Spulenhälfte 2 1 verursachte Magnetfeld wird dem vom Strom in der Spulenhälfte 23 verursachten Magnetfeld entgegengesetzt gerichtet sein. Bei niedrigen Frequenzen des Stromes durch die Spule 20 werden die Felder der beiden Spulenhälften einander auf jedem Platz nahezu im Kern entgegenwirken, so dass eine magnetische Sättigung des Kerns und damit das Auftreten von Brummodulation vermieden wird. Die Induktivität bei den höheren (Signal)-frequenzen ist jedoch nach wie vor gross genug, wie dies aus dem Untenstehenden hervorgehen dürfte..

Bei höheren Frequenzen werden infolge des HF-Spulenstromes in den Spulenhälften 21 und 23 und durch die bereits obengenannten frequenzabhängigen Streuerscheinungen im magnetischen Material des Kerns Magnetfelder zurückbleiben, die so gross sind, dass die Impedanz der Spule bei diesen Frequenzen noch gross genug ist. Die HF-Magnetfelder sind in Fig. 1A mit Hilfe der* Feldlinien 2k und 25 zum Ausdruck gebracht. Es düx^fte einleuchten, dass der Ausgleich einander entgegenwirkender Magnetfelder am grössten ist in der Nähe des Punktes 22. Bei diesen höheren Frequenzen ist die Induktivität als eine Reihenschaltung aus'der Induktivität der linken

Windungen der Spulenhälfte 2 1 und der der rechten Windungen der Spulenhälfte 23 zu betrachten.

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Eine entsprechende Wirkung wird selbstverständlich auch erhalten wenn die beiden Spulenhälften 2 1 und 23 gleiche Windungsrichtungen haben, die beiden rechten Enden miteinandei verbunden sind und die beiden linkcii .Enden der Spulenhälften zum Zu- bzw. Abrühren des Stromes verwendet werden.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 zeigt eine HF-Signalübertragungsanordnung 30 mit einer Eingangsklemme 31 und Ausgangsklemme 32, 33, 34 und 35. Die HF-Uebertragungsstrecke besteht aus einer Weiche 46, wobei an einer Ausgangsklemme 54 eine Weiche 47 und an einer Ausgangsklemme ^^ der Weiche 46 eine Weiche 48 vorgesehen ist. Zwischen der Eingangsklemme 31 und jeder Ausgangskiemme 32, 331 34 und 35 gibt es eine NF-Uebertragungsstrecke. Die NF-Uebertragungsstrecken umfassen eine Induktivität 36 mit einem nachgeschalteten, nach Erde verbundenen Kondensator 49, einen Schalter 4i und an einem

J Punkt 60 vier identische Schaltungsanordnungen 56, 57» 58 und 59» die an die Klemmen 35» 34, 33 bzw.32 angeschlossen sind. Die Schaltungsanordnung 56 besteht aus einem Schalter 42 dem ein nach Erde verbundener Kondensator und eine Induktivität 37 folgen. Die jeweiligen Schaltungsanordnungen 57» 58 und 59 haben in derselben Konfiguration Schalter 43, 44 bzw. 45 Kondensatoren 51, 52 bzw. 53 und Induktivitäten 38, 39 bzw. 4θ.

Das HF-Signal mit dem NF-Speisestrom wird über die Eingangsklemme 3I der Induktivität 36 und der Weiche ^6 angeboten. Die sogenannten "3 dB"-Weichen 46, h7, und weisen die Eigenschaft auf, dass der NF-Speisestrom in

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beiden Richtungen gesperrt wird und das HF-Signal in zwei Teile gleichen Energieeinhalts aufgeteilt wird. Die Aus gangsklemmen 32, 33 > 3^ und 35 weisen also je ein HF-Signal mit einem Energieeinhalt entsprechend l/h des .Energieeinhalts des der Klemme 31 angebotenen HF-Signals auf. Die Induktivität 36 sperrt zum grossen Teil das HF-Signal und lässt den NF-*.peisestrom durch. Diese Induktivität entspricht den Induktivitäten 6 und 7 in der in Fig. 1 dargestellten HF-Signalübertragungsanordnung und ist in der Figurbeschreibung von Fig. 1A eingehend beschrieben worden. Das nicht völlig von der Induktivität 36 entgegengehaltene HF-Signal wird über den Kondensator k9 nach Erde kurzgeschlossen. Der NF-Speisestrom geht danach durch den Schalter hl, der derart ausgebildet ist, dass die Verbindung unterbrochen wird, wenn ein Schaltglied entfernt wird. Derjenige Teil des NF-Speisestromes, der der Schaltungsanordnung ^6 zugeführt wird, geht dabei durch den Schalter k2 und wird danach über die Induktivität 37 der Klemme 35 zugeführt. Auf dieselbe Art und Weise werden die HF-Signale an den Klemmen 32, 33 und ^h über die Schaltungsanordnungen 59> 58 und 57 mit NF-Speisestrom versehen.

Durch den symmetrischen Aufbau der NF-Uebertragungsstrecke gegenüber dem Punkt 60 ist es auch möglich, für den NF-Speisestrom nur eine der. Klemmen 32, 33> 3^ und 35 als Eingangsklemme zu verwenden, wobei die übrigen Klemmen als Ausgangsklemmen wirksam sind. Dadurch, dass beispielsweise der Schalter 4i geöffnet und die Klemme 33 als Ein-

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gangsklemrae für den NF-Speisestrom verwendet wird, werden die Klemmen 32, 3k und 35 mit NF-Speisestrom versehen. Wenn nun beispielsweise der Schalter h2 geöffnet wird, wird die Klemme 35 nicht mehr gespeist.

Venn eine HF-Signalübertragungsanordnung keiner Eigenspeisung bedarf, - beispielsweise wie die Ausführungsform nach Fig. 2 - und die Möglichkeit, die NF-Speisestromübertragungsstrecken innerhalb einer derartigen Anordnung umschalten zu können, nicht erforderlich ist, kann man die letztgenannte Uebertragungsstrecke mit nur einer Induktanz verwirklichen, wie dies in Fig. 1A dargestellt ist, statt mit zwei derartigen Induktanzen mit zwischengeschaltetem Erdungskondensator.

In Fig. 3 zeigt die Kurve a den Verlauf des

Brummodulationsabstandes B in dB als Funktion des Spulenstromes i in Ampere gemessen an einer Anordnung nach Fig. mit Induktivitäten 6 und 7> die je konventionell ausgebildet sind als eine auf einem Ferritkern durchgewickelte Spule mit 12 Windungen. Dabei ist der Brummodulatxonsabstand als -20 log m definiert, wobei m die Modulations tiefe ist, d.h. das Verhältnis zwischen der Amplitude der FF-Modulation; welle und der Amplitude der HF-Trägerwelle. ·

Kurve b zeigt den Verlauf des Brummodulations-.abstandes als Funktion des Spulenstromes für eine Anordnung mit einer Induktivität, wie dies in der Flg. 1A dargestellt ist. Aus der Lage der beiden Kurven gegenübereinander ist der durch die Erfindung erzielte Vorteil

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deutlich ersichtlich. Beispielsweise ist bei einem NF-Speisestrom von 5A der Brummodulationsabstand gemessen an einer Anordnung nach der Erfindung 72 dB, während auf entsprechende Weise gemessen an einer konventionellen Anordnung mit durchgewiekelten Spulen von 12 Windungen der Brummodulationsabstand nur 48 dB betrug.

•Eine auf einem Ferritkern durchgewickelte Spule von 2 χ 12 Windungen wird eine stärkere Modulation verursachen mit einem Verlauf des Brummodulationsabstandes als Funktion des Spulenstromes, die noch unterhalb der Kurve a liegen wird.

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Claims

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PATENTANSPRUECHE:

3, ' HF-Signalübertragungsanordn\(ing mit einer

HF-Signalübertragungsstrecke und einer NF-Wechselstromübertragungsstrecke, welche letztere Uebertragungsstrecke mit mindestens einer Sperrinduktivität für die HF-Signale versehen ist, welche Induktivität eine auf einem nicht geschlossenen Kern aus magnetisierbarem Material gewiekelte Spule enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule aus mehreren auf dem Kern gewickelten Spulenteilen besteht, deren vom NF—Wechselstrom verursachte Magnetfelder einander wenigstens in einem Teil des Kerns nahezu ausgleichen.
2. HF-Signalübertragungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Kern stabförmig ist und die genannte Spule aus einer Reihenschaltung aus zwei nahezu gleichen Spulenhälften besteht, 3- HF-Signalübertragungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spulenhälften nebeneinander auf dem Korn gewickelt sind.

h> HF-Signalübertragungsanordnung nach Anspruch

3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spulenhälften mit entgegengesetzter Windungsrichtung gewickelt und die beiden einander zugewandten Enden der beiden Spulenhälften miteinander verbunden sind.

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