DE2549468C2

DE2549468C2 - HF-Signalübertragungsanordnung

Info

Publication number: DE2549468C2
Application number: DE2549468A
Authority: DE
Inventors: Thijs Jisse de Eindhoven Vries
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-11-07
Filing date: 1975-11-05
Publication date: 1983-12-15
Also published as: DE2549468A1; ZA756430B; AU8629075A; AT364428B; FR2290799A1; ES442355A1; DK495275A; JPS5169918A; SE413275B; IT1050611B; FR2290799B1; CA1046599A; ATA842275A; JPS5410810B2; BE835293A; US4024479A; GB1487298A; NL167816C; NL7414505A; DK146810B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine HF-Signalübertragungsanordnung mit einer HF-Signalübertragungsstrecke und einer NF-Wechselstromübertragungsstrekke, weiche letztere Übertragungsstrecke mit mindestens einer Sperrinduktivität für die HF-Signale versehen ist, welche Induktivität eine auf einem nicht geschlossenen Kern aus magnetisierbarem Material gewickelte Spute aufweist.

Eine solche HF-Signalübertragungsanordnung ist aus der FR-PS 14 75 775 bekannt. Derartige Signalübertragungsanordnungen können beispielsweise in Antennensystemen verwendet werden, wobei HF-Signale, beispielsweise Rundfunk- und Fernsehsignale, über Kabelverbindungen und Verstärker übertragen werden und wobei die Speisung dieser Verstärker über dieselben Kabelverbindungen geführt wird.

Weil es sich in der Praxis herausgestellt hat, daß die Gleichstromspeisung zu einer starken Korrosion der Kabel führt, werden aus praktischen Gründen immer menr Wechselstromspeisungen mit 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 magnetisierbarem Material gewickelte Spule enthält. 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; *»s entsteht eine Brammodulation. Die Modulation ist die Folge von Nichtlinearitäten, und zwar dadurch, daß der N F-Wechselstrom Hystereseerscheinungen im magnetischen Material des Kerns verursacht

Eine auf. der Hand liegende Lösung wäre, den Kern der Spule zu entfernen, so daß Nichtlinearitätea infolge von Sättigungserscheinungen und damitdie Brummodulation nicht auftreten können.

Dies hätte jedoch zur Folge, daß die Impedanz für die HF-Signale stark verringert würde, so daß die Spule — zur Beibehaltung der ursprünglichen Impedanz — mit wesentlich mehr Windungen versehen werden müßte. Dadurch würde der Umfang der Spule derart vergrößert, daß dies für den Aufbau zu Problemen führen würde; außerdem wäre eine derartige Lösung wegen des Wicklungsbedarfs nicht mehr wirtschaftlich.

Ein anderes Verfahren, bei dem die Brummodulation dadurch reduziert wird, daß Nichtlinearitäten infolge von Sättigungserscheinungen vermieden werden, ist aus der DE-PS 10 76 190 bekannt Dieses Verfahren betrifft ein Koaxialleitungssystem mit Fernstromversorgung, wobei auf den Innenleitern der Koaxialleitung ein NF-Versorgungsstrom übertragen wird. Um zu vermeiden, daß das Störfeid dieses N F-Versorgungsstromes in den aus Eisenschirmen aufgebauten Außenleitern der Koaxialleitungen Ummagnetisierungen verursacht wird ein separater Hilfsstrom auf den Außenleitern übertragen. Die Amplitude und die Frequenz dieses Hilfsstromes sind gleich der Amplitude und Frequenz des Versorgungsstromes, während seine Phase der des Versorgungsstromes entgegengesetzt ist, so daß das Magnetfeld des Hilfsstromes das Störfeld des Versorgungsstromes kompensiert

Zwar wird bei diesem Koaxialleitungssystem die bei der Übertragung des NF-Versorgungsstromes entstehende Brummodulation der HF-Signale vermieden, aber das Problem der bei der Zusammenschaltung und Trennung von HF-Signalen und MF-Versorgungsstrom entstehenden Brummodulation wird nicht gelöst.

Darüber hinaus setzt die Benutzung eines Hilfsstromes eine zusätzliche Hilfsstromquelle voraus; außerdem können die Energieverluste bei der Übertragung dieses Hilfsstromes sehr groß sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Brummodulation einer HF-Signalübertragungsanordnung der eingangs genannten Art ohne zusätzlichen Aufwand und ohne Vergrößerung des Spulenumfanges bei ausreichend hoher Impedanz für die HF-Signale zu beheben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spule aus mehreren auf den Kern gewickelten Spulenteilen besteht, deren vom NF-Wechselstrom 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 hindurchfließenden Ströme Sättigungserscheinungen nicht auftreten können, so daß keine Brummodulation entsteht.

Bei höheren Frequenzen werden jedoch immer mehr Feldlinien das Kernmaterial nur teilweise durchfließen, u. a. deswegen, weil mit zunehmender Frequenz die

magnetische Leitfähigkeit abnimmt Diese Streuerscheinungen bewerkstelligen das Auftreten von Gebieten im Kern, in 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 nichi 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 beschrieben. Es zeigt

F i g. I eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen HF-Signalübertragungsanordnung, wobei diese Anordnung einen Gemeinschaftsantennenverstärker enthält,

Fig. IA eine Induktivität wie diese in de'? in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen einer H F-Signalübertragungsanordnung verwendet wird,

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

F i g. 3 eine aus Meßergebnissen erhaltene graphische Darstellung, in der der durch die Erfindung erzielte Voneil 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-Übertragungsstrecke wird dabei durch einen Kondensator 2, einen HF-Verstärker 4 und einen Kondensator 3 gebildet Parallel zu dieser HF-Übertragungsstrecke ist eine NF-Speisestrecke geschaltet,die aus Induktivitäten 6 und 7 besteht An ihrem gemeinsamen Punkt 11 findet eine Abzweigung des Stromes statt mit dem der Verstärker 4 über eine Speiseeinheit 5 gespeist wird. Etwaige nicht völlig gedämpfte HF-Signale werden am Punkt 11 über einen Kondensator 8 nach Erde kurzgeschlossen.

Der Kiemme 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 4 fasi ausschließlich das HF-Signal angeboten wird, das nach Verstärkung über den Kondensator 3 zur AusgangSKlemme 10 geführt wird. Das HF-Signal sieht in der induktivität 6 eine hohe Impedanz, so daß am Punkt 11 fast ausschließlich der NF-Speisestrom erscheint. Ein Teil des NF-Speisestromes wird zur Speisung des Verstärkers 4 verwendet und wird dazu in der Speiseeinheit 5 gleichgerichtet und danach dem Verstärker 4 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 symmetrischen 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 kaiui.

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

Eine detailliertere Zeichnung einer der identischen Induktivitäten 6 und 7 ist in Fig.IA dargestellt Die Induktivität wird durch eine auf einem Kern 26 gewickelte Spule 20 gebildet die aus einer Spulenhälfte 21 und einer mit entgegengesetzter Wickelrichtung gewickelten Spulenhälfte 23 besteht, die am Punkt 22 miteinander verbunden sind. Bei einer in der Praxis

in vorgesehenen Induktivität nach Fig.IA besteht der zylinderförmig ausgebildete Kern aus dem Material Ferroxcube Typ 4B und hat der Kern einen Durchmesser von 4,4 mm und eine Länge von 21,2 mm. Die Spulenhälften 21 und 23 sind dabei aus isolierten

is Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,63 mm mit je 12 Windungen gebildet

Das vom Strom in der Spulenhätfte 21 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 beidei. 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 Signalfrequenzen ist jedoch nach wie vor groß genug, wie dies aus dem Untenstehenden hervorgeht

Bei höheren Frequenzen werden infolge des HF-Spulenstromes in den Spulenhälften 21 und 23 and durch die

jo 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 24 und 25 zum Ausdruck gebracht. Es dürfte 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 21 und der der rechten Windungen der Spulenhälfte 23 zu betrachten.

Eine entsprechende Wirkung wird selbstverständlich auch erhalten wenn die beiden Spulenhülsen 21 und 23

■»5 gleiche Wickelrichtungen haben, die beiden rechten Enden miteinander verbunden sind und die beiden linken Enden der Spulenhälften zum Zu- bzw. Abführen des Stromes verwendet werden.

Die Ausführungsform nach Fig.2 zeigt eine HF-Signalübertragungsaviordnung 30 mit einer Eingangsklemme 31 und Ausgarrgsklemme 32,33,34 und 35. Die HF-Übertragungsstrecke besteht aus einer Weiche 46, wobei an einer Ausgangsklemme 54 eine Weiche 47 und an einer Ausgangsklemme 55 der Weiche 46 eine Weiche 48 vorgesehen ist. Zwischen der Eingangskiemme 31 und jeder Ausgangsklemme 32,33,34 und 35 gibt es eine NF-Übertragungsstrecke. Die NF-Übertragungsstrecken urn'assen eine Induktivität 36 mit einem nachgeschalteten nach Erde verbundenen Kondensator 49, einen Schalter 41 und an einem Punkt 60 vier identische Schaltungsanordnungen 56,57,53 und 59. die an die Klemmen 35, 34, 33 bzw. 32 angeschlossen sind Die Schaltungsanordnung 56 besteht aus einem Schalter 42 dem ein nach ErJe verbundener Kondensator 50 und

« eine Induktivität 37 folgen. Die jeweiligen Schaltungsanordnungen 57, 58 und 59 haben in derselben Koinfiguration Schalter 43, 44 bzw. 45 Kondensatoren 51, 52 bzv.53 und Induktivitäten 38,39 bzw.40.

Das HF-Signal mit dem NF-Speisestrom wird über die Eingangsklemme 31 der Induktivität 36 und der Weiche 46 angeboten. Die sogenannten »3 dB«-Weichen 46, 47 und 48 weisen die Eigenschaft auf, daß der NF-Speisestrom in beiden Richtungen gesperrt wird und das HF-Signal in zwei Teile gleichen Energieinhalts aufgeteilt wird. Die Ausgangsklemmen 32,33,34 und 35 weisen also je ein HF-Signal mit einem Energieinhalt entsprechend '/« des Energieinhalts des der Klemme 31 angebotenen HF-Signals auf. Die Induktivität 36 sperrt zum großen Teil das HF-Signal und läßt den NF-Speisestrom durch. Diese Induktivität entspricht den Induktivitäten 6 und 7 in der in F i g. I dargestellten HF-Signalübertragungsanordnung und ist in der Figurbeschreibung von Fig. IA eingehend beschrieben worden. Das nicht völlig von der Induktivität 36 zurückgehaltene HF-Signal wird über den Kondensator 49 nach Erde kurzgeschlossen. Der NF-Spcisestrom geht danach durch den Schalter 41, der derart ausgebildet ist, daß die Verbindung unterbrochen wird. wenn ein Schaltglied entfernt wird. Derjenige Teil des NF-Speisestromes, der der Schaltungsanordnung 56 zugeführt wird, geht dabei durch den Schalter 42 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 34 über die Schaltungsanordnungen 59, 58 und 57 mit NF-Speisestrom versehen.

Durch den symmetrischen Aufbau der NF-Übertragungsstrecke gegenüber dem Punkt 60 ist es auch möglich, für den NF-Speisestrom nur eine der Klemmen 32, 33, 34 und 35 als Eingangsklemme zu verwenden, wobei die übrigen Klemmen als Ausgangsklemmen wirksam sind. Dadurch, daß beispielsweise der Schalter 41 geöffnet und die Klemme 33 als Eingangsklemme für den NF-Speisestrom verwendet wird, werden die Klemmen 32, 34 und 35 mit NF-Speisestrom versehen. Wenn nun beispielsweise der Schalter 42 geöffnet wird.

wird die Klemme 35 nicht mehr gespeist.

Wenn 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 Übertragungsstrecke mit nur einer Induktanz verwirklichen, wie dies in Fig. IA 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 / in Ampere gemessen an einer Anordnung nach Fig. I mit Induktivitäten 6 und 7, die je konventionell ausgebildet sind als eine auf einem Ferritkern durchgewickelte Spule mit 12 Windungen. Dabei ist der Brummodulationsabstand als —20 log in definiert, wobei m die ivioduiationstiete ist, d. n. das Verhältnis zwischen der Amplitude der NF-Modulationswelle und der Amplitude der HF-Trägerwelle.

Kurve b zeigt den Verlauf des Brummodulationsabstandes als Funktion des Spulenstromes für eine Anordnung mit einer Induktivität, wie dies in der F i g. IA dargestellt ist. Aus der Lage der beiden Kurven zueinander ist der durch die Erfindung erzielte Vorteil deutlich ersichtlich. Beispielsweise ist bei einem NF-Speisestrom von 5 A der Brummodulationsabstand gemessen an einer Anordnung nach der Erfindung 72 dB, während auf entsprechende Weise gemessen an einer konventionellen Anordnung mit durchgewickelten Spulen von 12 Windungen der Brummodulationsabstand nur 48 dB betrug.

Eine auf einem Ferritkern durchgewickelte Spule von 2 · 12 Windungen wird eine stärkere Modulation verursachen mit einem Verlauf des Brummodulationsäbsmndes als Funktion des Sputensiromss, die noch unterhalb der Kurve .1 liegen wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. HF-Signalübertragungsanordnung(l) mit einer HF-Signalübertragungsstrecke (2i..., 4) und einer NF-Wechselstromübertragungsstrecke (6,7), welche letztere Übertragungsstrecke mit mindestens einer Sperrinduktivität (6 bzw. 7) für die HF-Signale versehen ist, welche Induktivität eine auf einem nicht geschlossenen Kern (26) aus magnetisierbarem Material gewickelte Spule(20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (20) aus mehreren auf den Kern (26) gewickelten Spulenteilen (21, 23) besteht, deren vom N F-Wechselstrom verursachte Magnetfelder (24, 25) einander wenigstens in einem Teil des Kerns (26) nahezu !5 ausgleichen.

2. HF-Signalübertragungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ker-a (26) stabförmig ausgebildet ist und die Spule (20) aus einer Reihenschaltung von zwei nahezu gleichen Spulenhälften (21,23) besteht

3. HF-Signalübertragungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulenhälften (21, 23) nebeneinander auf den Kern (26) gewickelt sind.

4. HF-Signalübertragungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulenhälften (21, 23) mit entgegengesetzter Wikkelrichtung gewickelt und die beiden einander zugewandte/r Enden der beiden Spulenhälften (22) miteinander verbunden sind.