DE2729690C2

DE2729690C2 - Stromversorgungsweiche zur Trennung eines Signalstromes und eines Versorgungsstromes

Info

Publication number: DE2729690C2
Application number: DE2729690A
Authority: DE
Inventors: Heinz 8080 Emmering Krause
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1977-06-30
Publication date: 1979-08-23
Also published as: YU155378A; IT7825012A0; SE429593B; FR2396472A1; MX145099A; CH632363A5; AU3760278A; DK294178A; SE7807378L; AU517781B2; JPS5413727A; FI782047A; ATA474478A; NL7806867A; US4208633A; GB1600231A; DE2729690B1; FR2396472B1; IT1112274B; BE868635A

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsweiche )5 zur Trennung eines Signalstromes und eines Versorgungsstromes, insbesondere zur Stromversorgung von ferngespeisten Leitungsverstärkern, welche in Reihe geschaltete Hoch- und Tiefpässe, sowie Leitungsdrosseln enthält, die dem beide Wicklungen gegensinnig durchfließenden Signalstrom einen sehr geringen Widerstand entgegensetzen, während sie den jeweils nur eine Wicklung durchfließenden Störströmen einen sehr hohen Widerstand entgegensetzen. Eine derartige Siromversorgungsweiche ist beispielsweise aus der v> DE-PS 12 72 466 bekannt und im Prinzip in der Fig. 1 dargestellt. Die bekannte Reihenweiche besteht aus einem Hochpaß und einem Tiefpaß, die jeweils eingangs- und ausgangsseitig in Reihe geschaltet sind. Die Hochpaßspule L 1 ist im Querzweig parallel zum >o Eingang der Leitungsdrossel D_r geschaltet und ist auf der einen Seite direkt mit dem Kabelinnenleiter auf der anderen Seite über einen Kondensator Ci mit dem Kabelaußenleiter verbunden. Ausgangsseitig ist die Leitungsdrossel D_r mit einer einen Arbeitswiderstand r> Rv enthaltenden Verstärkerschaltung V verbunden. Zwischen dem Kondensator Q und der Hochpaßspule Li zweigt bei dieser Schaltung eine Tiefpaßspule L> ab, welche einerseits über einen Querkondensator Ci mit dem Kabelaußenleiter und andererseits mit dem wi Arbeits- oder Verbraucherwiderstand R,- der Verstärkerschaltung Vverbunden ist.

In Fig. 1 ist weiterhin eine zur oben beschriebenen Schaltung äquivalent umgewandelte Schaltung einer .Stromversorgungsweiche angegeben, bei der die Tief- ■ p.iUspule 1.2 in die Wicklung Ln einer 1 .ängsdrossel einbe/ogen ist. Für die Zuführung des Speisegleichstrolips isi weiterhin die Hochnaßsoule Li erforderlich. Auf der Ausgangsseite des Verstärkers liegt bei beiden Varianten der bekannten Stromversorgungsweiche eine in den Figuren nicht eigens dargestellte analog aufgebaute Schaltungsanordnung.

Bei derartigen bekannten Schaltungen von Stromversorgungsweichen ist stets eine Hochpaß-Querinduktivität zur Gleichstromzuführung an den Verbraucherwiderstand des Verstärkers erforderlich. Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs beschriebene Schaltung einer Stromversorgungsweiche soweit zu verbessern, daß eine eigene Hochpaß-Querinduktivität zur Gleichstromzuführung an den Verbraucherwiderstand des Verstärkers nicht mehr erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Stromversorgungsweiche der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die ausgangsseitigen Wicklungsenden der einem Leitungsverstärker vorgeschalteten Leitungsdrossel und die eingangsseitigen Wicklungsenden der einem LeiUingsverstärker jeweils nachgeschalteten Leitungsdrossel gekreuzt sind.

Besonders vorteilhaft ist, daß gemäß der Erfindung die Leitungsdrosseln neben der Entkopplung von Verstärkerein- und -ausgang auch die Speisegleichstromzuführung für die Verstärker übernehmen.

Bei Stromversorgungsweichen, bei denen die Verstärker für Hin- und Rückrichtung parallel gespeist sind, reduziert s'ch gemäß der Erfindung der Aufwand für den jeweils auf einer Seite benötigten Umgehungs-Tiefpaß in vorteilhafter Weise auf eine einzige Spule.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine ausgangsseitige Leitungsdrossel als Querüberirager ausgebildet, dessen dem Leitungsverstärker zugewandten Wicklungsenden gekreuzt sind. Der Vorteil einer solchen Anordnung liegt darin, daß ausgangsseitig auf einen im allgemeinen zu einer Hochpaßspule in Serie liegenden Abblock-Kondensator verzichtet werden kann. Derartige Querübertrager mit gekreuzten Wicklungsenden sind bereits aus dem Aufsatz »Stromversorgungsweichen für ferngespeiste Trägerfrequenzzwischenverstärker« aus der Zeitschrift »Frequenz«, 28 (1974), 12, S. 326-333, insbesondere Bilder 8a, 8b, bekannt. Bei diesen bekannten Anordnungen sind jedoch zusätzlich zu dem Querübertrager mit gekreuzten Wicklungsenden ausgangsseitige Leitungsdrosseln sowie ein zusätzlicher Abblock-Kondensator erforderlich.

Nachstehend wird die. Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt in der Zeichnung

Fi g. 1 eine bereits erläuterte bekannte Stromversorgungsweiche,

F i g. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel,

F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Vorbeiführung des Speisestromes an einem von der Gegenrichtung gespeisten Verstärker,

Fig.4 eine andere Darstellung der Schaltung nach Fig. 3,

F i g. 5 eine mit der Anordnung nach F i g. 1 verwandte Stromversorgungsweiche mit Speisestromumgehung,

F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Stromversorgungsweiche für Gleichstromreihenspeisung mit parallelgeschalteten Verbraucherwiderständen zweier entgegengesetzt gerichteter Verstärker und

F i g. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit ausgangsseitigem Querübertrager.

Die Fig. 2 zeigt eine Schaltung, die sich von der zweiten Darstellung nach F i g. 1 im wesentlichen

dadurch unterscheidet, daß die Wicklungsenden der Leitungsdrossel D_r gekreuzt sind und somit eine Potentialvertauschung gegeben ist Dadurch entfällt die ursprünglich für die Zuführung des Speisegldchstromes im Querzweig benötigte Hochpaßspule L\. Die eine in der F i g. 2 mit dem Zeichen Ld bezeichnete Wicklung der Leitungsdrossel D_T übernimmt bei der erfindungsgemäßen Schaltung sowohl die Funktion der Tiefpaßspule Li als auch die Funktion der zur Gleichstromsufürrung dienenden Hochpaßspule L\ der Schaltung nach F i g. 1.

Die Leitungsdrossel D_r wirkt bei der Anordnung nach F i g. 2 einerseits im Übertragungsweg wie ein breitbandiger Leitungsübertrager, dessen Beeinflussung des Nutzsignals deshalb vernachlässigbar ist, weil die entgegengesetzten Wicklungsenden auf gleichem HF-Potential liegen, und stellt andererseits für Störströme vom Verstärkereingang zum Verstärkerausgang einen grcßen induktiven Widerstand dar.

Eine weitere in den F i g. 3 und 4 dargestellte Schaltung gemäü der Erfindung ergibt sich dann, wenn wie bei einer Anordnung nach F i g. 6 die Verbraucherwiderständc R_v der Verstärker der Hin- und Rückrichtung parallel liegen und der Gleichstrom einseitig am Verstärker vorbeigeführt wird. F i g. 5 zeigt eine aus der Schaltung nach F i g. 1 abgeleitete Stromversorgungsweiche mit einer oben geschilderten Speisestromumgehung. Der bei einer solchen Anordnung erforderliche zusätzliche Tiefpaß aus mindestens einem hochspannungsfestem Kondensator G und zwei Spulen L\ und L₃ wird durch die erfindungsgemäße Schaltung nach F i g. 3 und 4 auf eine einzige Spuie Ltp reduziert, da die beiden eingangs- und ausgangsseitig mit dem Verstärker verbundenen Hochpaß-Kondensatoren C₃ und C₃', die den Gleichstrom vom Verstärker-Bezugs-Potential fernhalten, gleichzeitig als Tiefpaßkondensator ausgenutzt werden.

Im einzelnen ist in der Fig.3 die Kabelimpedanz zwischen den Eingangsklemmen 1 und 3 schematisch dargestellt, wobei die Anschlußklemme 1 den Kabelinnenleiter und die Anschlußklemme 3 den Kabelaußenleiter symbolisiert. Die Anschlußklemme 1 ist mit der Wicklung Ld der mit gekreuzten Wicklungsenden versehenen Leitungsdrossel verbunden, während die Eingangsklemme 3 über einen Kondensator Ci mit der zweiten Wicklung der Leitungsdrossel verbunden ist. Die Wicklung Ld der Leitungsdrossel ist auf ihrem, dem Verstärker zugewandten Ende 2 einerseits über den Hochpaß-Kondenäator C₃ mit dem Bezugspotential B des Verstärkers und andererseits über die Spule Ltp mit dem entsprechenden Anschluß 2 der Wicklung Ld· der ausgangsseitigen Leitungsdrossel verbunden. Auf der Ausgangsseite des Verstärkers liegt eine analog zur Eingangsseite aufgebaute Schaltungsanordnung, deren der Eingangsschaltung äquivalente Schaltelemente zur einfacheren Übersicht jeweils mit einer Apostrophierung versehen sind.

Zur Erläuterung der Verkopplungswege vom Verstärkerausgang zum Verstärkereingang bzw. in umgekehrter Richtung ist in F i g. 4 die Schaltung nach F i g. 3 in umgezeichneter Form dargestellt. Dabei sind die in F i g. 3 eingeführten Bezugszeichen für gleiche Schaltelemente beibehalten. Die Ausgangsklemmen C und D des Verstärkers nach Fig. 3, zwischen denen die Ausgangsspannung Ua anliegt, sind im linken Teil der Fig.4 dargestellt und über die Serienschaltung eines Generators und eines Widerstandes R\ verbunden. Die Eingangsklemmen A und B des Verstärkeis, zwischen denen die Eingangsspannung Ue anliegt, sind im rechten Teil der F i g. 4 dargestellt und durch die Parallelschaltung eines Meßgerätes und des dazugehörigen Innenwiderstandes /?2 abgeschlossen. Die Ausgangsklemme D ist mit der Eingangsklemme Z? des Verstärkers über eine durchgehende, Verstärkerbezugspotential führende Leitung verbunden. Die Ausgangsklemme C ist mit der Eingangsklemme A des Verstärkers über einen Längszweig verbunden, in dem gemäß der Darstellung nach F i g. 4 in Richtung von Ausgangsklemme C zur

ίο Eingangsklemme A nacheinander der Schaltungspunkt 4', die Wicklung Ld der Leitungsdrossel, der Kondensator Ci', der Punkt 3', die abzweigende Kabelimpedanz Z der Querzweigkondensator Ci und symmetrisch hierzu die entsprechenden, dem Verstärker vorgeschalteten Elemente enthalten sind. Die zweite Wicklung II der Reihenweiche ist jeweils einerseits mit dem anderen Ende der Kabelimpedanz Z bzw. mit dem Punkt Γ und andererseits über den Punkt 2' und den Kondensator C₃' bzw. C3 mit der durchgehenden Verbindung zwischen den Verstärkereingangs- und -ausgangsklemmen B und D verbunden. Die Punkte 2 und 2' sind wiederum durch die Spule Ltp miteinander verbunden.

Zunächst soll die Schaltung nach Fig.4 ohne die Gleichstromumgehung Ltp betrachtet werden. Beim Anlegen einer Spannung Ua zwischen den Punkten C und D fließt der Strom i\, der sich bei einer endlichen Diosselinduküvität Ld am Punkt 3' in die Ströme /2 und i'z aufteilt, wobei /2 im wesentlichen über den Kondensator C2 und /3 über die Drosselwicklung II und den

jo Kondensator C₃' zur Quelle zurückfließen. Der im Übertragungsbereich gegenüber dem Strom /3 wesentlich kleinere Strom /2 ruft am Kondensator C2 eine Spannung Uk hervor, die ihrerseits analog mm vorher beschriebenen Verkopplungsweg den Strom /* bzw. die

j) Spannung L^am Verstärkereingang zur Folge hat.

Im Übertragungsbereich ist also für die Umlaufdämpl'ung In U_A/U_Eim wesentlichen das Tiefpaß-T-Glied L_D\ C2, Ld wirksam. Die Induktivitäten Ld bzw. Ld werden in diesem Tiefpaßweg voll wirksam, da der durch die

4» Drosselwickluing /fließende, zur Verkopplung führende Strom /2 in der Wicklung II keinen kompensierenden Gegenstrom hat. Die Hochpaßkondensatoren Ci, Ci' und Cj, Cj' tragen nur unterhalb des Übertragungsbereiches nennenswert zur Umlaufdämpfung bei.

■·■. Durch die Gleichstromumgehung Ltp erhält man einen weiteren Verkopplungsweg, der durch die Aufteilung des Stromes /3 in die Ströme /4 und /5, wobei .'5 < it, zustande kommt.

Der größte Teil des Stromes /3 fließt im Übertra-

V) gungsbereich über den Hochpaßkondensator Cj als Strom /4 zur Quelle zurück. Außerdem wird auch der größte Teil des Stromes /5 über den Kondensator C3 zurückgeführt, so daß nur der relativ kleine Verkopplungsstrom i'tp den Verstärkereingang erreicht. Durch

r. die Spule Ltp ergibt sich also ein dem Tießpaß-T-Glied parallel liegendes Tiefpaß-jr-Glied mit den Elementen C₃, Lrpund C₃'. Die Wicklungen L_Dbzw. L_D' tragen nicht zur Tiefpaßdämpfung des zweiten Weges bei, da selbst im Falle von Ld — °° und /2 = 0 die Ströme /4 und /5 voll existent sind.

Durch geeignete Bemessung der Elemente Ld, Ld, Ltp und C3 sowie G' können unter Beachtung der parasitären Effekte für die Umlaufdämpfung ausreicheii.i große V/erte erreicht werden.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stromversorgungsweiche mi? bezügiicn der Gleichstromreihenspeisung parallel geschalteten Verbraucherwiderständen Rv\ und Rvi der in cntgegenge-

reizten Richtungen betriebenen Verstärker VI und V 2 angegeben. Der dem Verstärker Vl zugeordnete Schaltungsteil der Stromversorgungsweiche stimmt hierbei übcicin ιτιΐί dor Stromversorgungsweiche zum Vorbeiführen des Speisestromes am von der Gegenrichtung gespeiste·;¹, Vijr„lärker nach F ι g. 3.

Der dem Verstärker V2 zugeordnete Schaltungsteil der Slromversorgungsweiche enthält ebenfalls eingangsseitig eine Leitungsdrossel, deren Wicklung Lp eingangsseitig mit dem Innenleiter des Koaxialkabels A 1 und auf ihrer anderen Seite mit dem Bezugspotential der Verstärker Vl und V 2 verbunden ist. Die andere Wicklung der eingangsseitigen Leitungsdrossel ist einerseits mit dem Außenleiter des Koaxialkabels und andererseits über einen hochspannungsfesten Kondensator Q mit dem Eingang des Verstärkers V2 verbunden. Auf der Ausgangsseite des Verstärkers V2 liegt wiederum eine analog zur Eingangsseite aufgebaute Schaltungsanordnung, deren der Eingangsschaltung äquivalente Schaltelemente jeweils mit einer Apostrophierung versehen sind. Es ist lediglich zwischen dem Verstärkerbezugspotential und dem Wicklungsteil Ld der ausgangsseitigen Leitungsdrossel ein zusätzlicher Abblockkondensator C₀ vorgesehen, dessen der Wicklung Ld zugewandte Elektrode mit den gleichstrommäßig parallelgeschalteten Verbraucherwiderständen R_V2 und Rv\ 2 der Verstärker V2und Vl verbunden ist.

In der Fig. 7 ist schematisch eine weitere Realisierungsmöglichkeit gemäß der Erfindung für eine Richtung der Weiche nach F i g. 6 angegeben. Es ist hier in Übereinstimmung mit der Anordnung nach F i g. 6 am Eingang des Verstärkers V2 eine potentialvertauschte Längsdrossel vorgesehen. Die nach F i g. 6 ausgangsseitig dem Verslärker V 2 nachgeordnctc potentialvcrtauscher;dc l.angsdrossei isi jedoch durch einen l.eiuir.;
querübertrager Ü erstizi, dessen dem Verstärker V2 zugewandten Wicklungsenden gekreuzt sind und somit

ι wiederum eine Potentialvertauschung bewirken. Die jnderc Wicklung des Leitungsquerübctträgers Ü ist an einem Ende mit dem Innenleiter des ausgangsseitigen Koaxialkabels A 2 und auf der anderen Seite mit den Verbraucherwiderständen R\ i und Rv \ der Verstärker

" H.'wie über einen hochspannungsfesten Kondensator C₁' mit den Außenleitern der Koaxialkabel verbunden. Der besondere Vorteil dieser Varianie der Erfindung liegt darm, daß auf den üblichen, in der Regel zu einer Hochpaßspule in Serie liegenden Abblockknndensator

r> Co entsprechend F i g. 6, über dem die Speisespannung des Einzelverstärkers ansteht, verzichtet werden kann. Weiterhin wird der durch Beeinflussungsspannungen, beispielsweise Blitze, besonders gefährdete Verstärkerausgang durch den Querübertrager noch besser

_>o geschützt, da bei starkem Beeinflussungsstrom die Induktivität des Übertragers weitgehend verschwindet, was die Übertragung der Blitzenergie auf den Verstärkerausgang erschwert. Die Entkopplung von Verstärkerein- und -ausgang bei hohen Frequenzen muß hierbei weitgehend von der eingangsseitigen Längsdrossel in Verbindung mit dem hochspannungsfesten Tiefpaßkondensator C? übernommen werden.

Die bei der Stromversorgungsweiche gemäß der Erfindung verwendeten Drosseln oder I Ibertrager. an

3d die insbesondere Hochspannungsforderungen zu stellen sind, werden besonders zweckmäßig als Zweidrahtübertrager mit aus einem Teflon- und einem lackisoliertem Kupfer-Draht bestehenden Wicklungen realisiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stromversorgungsweiche zur Trennung eines Signalstromes und eines Versorgungsstromes, insbesondere zur Stromversorgung von ferngespeisten Leitungsverstärkern, welche in Reihe geschaltete Hoch- und Tiefpässe, sowie Leitungsdrosseln enthält, die dem beide Wicklungen gegensinnig durchfließenden Signalstrom einen sehr geringen ι ο Widerstand entgegensetzen, während sie den jeweils nur eine Wicklung durchfließenden Störströmen einen sehr hohen Widerstand entgegensetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgangsseitigen Wicklungsenden der einem Leitungsverstärker (V) vorgeschalteten Leitungsdrossel (D_r) und die eingangsseitigen Wicklungsenden der einem Leiiungsverstärker (V) jeweils nachgeschalteten Leitungsdrossel (Dl) gekreuzt sind.

2. Stromversorgungsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ausgangsseitige Leitungsdrossel als Querübertrager (Ü) ausgebildet ist, dessen dem Leitungsverstärker f V^ zugewandten Wicklungsenden gekreuzt sind (F i g. 7).

3. Stromversorgungsweiche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsdrosseln (Dr) aus Zweidrahtübertragern mit einer ersten aus lackisoliertem Kupfer-Draht ausgeführten und einer zweiten aus Teflon isolierten Kupfer-Draht ausgeführten Wicklung bestehen.