DE3137070C2

DE3137070C2 -

Info

Publication number: DE3137070C2
Application number: DE3137070A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 8000 Muenchen De Wendt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-09-17
Filing date: 1981-09-17
Publication date: 1988-08-11
Also published as: FR2513043A1; IT8223233A0; JPS6137808B2; DE3137070A1; FR2513043B1; IT1152555B; JPS5862916A

Description

Die Erfindung betrifft eine Frequenzweiche für Signale mit stark unterschiedlicher Frequenz.

Das Bedürfnis nach einer Frequenzweiche zur Trennung von Signalen stark unterschiedlicher Frequenzlage besteht sowohl in der Antennentechnik bei Empfangs- und bei Sendeweichen, als auch bei der Kopplung von vergleichsweise niederfrequenten Pi lotsignalen an Richtfunksignale. Aus der Technik der Übertragung digitaler Signale über größere Entfernungen ist es außerdem be kannt, digitale Signale mit Bitraten von einigen hundert Mbit/s zusammen mit einem vergleichsweise niederfrequenten Signal zu übertragen. Das niederfrequente Signal dient dabei der Übertra gung von Überwachungsinformationen, auch die Übertragung eines Dienst- und Servicekanals ist möglich.

Für die Trennung oder Zusammenkopplung von hochfrequenten Signa len im Frequenzbereich von einigen hundert MHz bis zu etwa 1 GHz ist die Verwendung von Richtkopplern bekannt. Besitzt aber eines dieser beiden Signale eine Frequenz, die nur bei einigen hundert kHz liegt, dann ist die Verwendung von Richtkopplern wegen der ungenügenden Sperrdämpfung und der erhöhten Durchlaßdämpfung nicht mehr sinnvoll. Richtkoppler sind bekanntlich bei niedrigen Frequenzen nicht gut wirksam, da sie für die niedrigen Frequen zen eine hohe Koppeldämpfung ergeben. Auch bei der Ankopplung der niedrigen Frequenzen über Koppelteiler oder Tiefpaßglieder an den Signalweg für das hochfrequente Signal ergibt sich eine hohe Koppeldämpfung für das niederfrequente Signal, sofern eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Signalwege vermieden wird.

Aus einer Veröffentlichung von W. Peters "Stromversorgungswei chen für ferngespeiste Trägerfrequenzzwischenverstärker" in Fre quenz 28, 1974, H. 12, Seiten 326 bis 333, ist aus der Abbildung 15a auf Seite 332 eine Leitungsdrossel bekannt, die eine auf ei nen ferromagnetischen Kern aufgewickelte Wellenleitung enthält.

Aus der DE-OS 25 53 211 ist eine Ankoppelschaltung zum Betrieb von zwei Rundfunkempfängern an einer einzigen Antenne bekannt. Dabei soll der erste Rundfunkempfänger für L-, M-, K- und UKW- Empfang und der zweite Rundfunkempfänger nur für UKW-Empfang vorgesehen sein. Zur Verbindung des Antennenanschlusses mit dem Eingang des ersten Rundfunkempfängers ist ein UKW-Sperrkreis vorgesehen, dem ein erster UKW-Verstärker parallel geschaltet ist. Durch entsprechende Bemessung eines Kondensators wird da bei verhindert, daß auch die L-, M- und K-Empfangssignale zum ersten UKW-Verstärker gelangen, dem ersten UKW-Verstärker ist ein weiterer UKW-Verstärker nachgeschaltet, der ein Eingangssi gnal für den UKW-Empfänger liefert. Durch die Verwendung akti ver Elemente kann diese Ankoppelschaltung nur in einer Richtung betrieben werden.

Die Aufgabe besteht also darin, eine Frequenzweiche der eingangs erwähnten Art zu finden, mit der Signale im Frequenzbereich von einigen hundert kHz und Signale im Frequenzbereich von einigen hundert MHz bis zu etwa 1 GHz in einen gemeinsamen Signalweg eingekoppelt bzw. aus diesem ausgekoppelt werden können.

Erfindunggemäß wird die Aufgabe durch eine Frequenz weiche mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Der besondere Vorteil der erfin dungsgemäßen Frequenzweiche liegt darin, daß diese auch bei breitbandigen hochfrequenten Signalen, wie sie beispielsweise digitale Signale mit einer Bitrate von einigen 100 Mbit/s darstellen, einsetzbar ist. Ein weiterer Vorteil ist der, daß es sich bei der Frequenz weiche um ein passives Bauelement ohne zusätzlichen Strombedarf handelt, so daß ein Einsatz beispielsweise in ferngespeisten Einrichtungen leicht möglich ist und keine Streuungen der Parameter aktiver Bauelemente aus geglichen werden müssen. Ein ganz besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Frequenzweiche liegt schließlich darin, daß diese sowohl zur Trennung von Signalen mit stark unterschiedlicher Frequenz als auch zu deren Zu sammenführung auf einen gemeinsamen Signalweg verwendet werden kann.

Zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Fre quenzweiche sind in den Patentansprüchen 2 bis 12 näher beschrieben.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 das Schaltbild der Frequenzweiche nach der Erfin dung in einer Ausführungsform als Trennweiche,

Fig. 2 ein Ersatzbild für den Hochpaßweg der Frequenz weiche nach Fig. 1,

Fig. 3 ein weiterentwickeltes Ersatzbild der Frequenz weiche nach Fig. 1,

Fig. 4 ein Ersatzbild für den niederfrequenten Bandpaß weg der Frequenzweiche nach Fig. 1 und

Fig. 5 das Schaltbild der Frequenzweiche nach der Erfin dung in einer Ausführungsform als Sendeweiche.

Die in der Fig. 1 dargestellte Frequenzweiche dient zur Trennung zweier Signale unterschiedlicher Frequenz, die vom Generator G stammen und von diesem über eine gemein same Leitung zum Eingang der Frequenzweiche gelangen. Die Frequenzweiche enthält als Wellenleitung eine erste koaxiale Leitung KL 1, die nach Art einer Leitungsdrossel auf einen Ferritschalenkern aufgewickelt ist. Mit der gemeinsamen Leitung bzw. dem Generator G ist der Innen leiter der koaxialen Leitung verbunden, während der Außenleiter an einem beliebigen Ende direkt mit Bezugs potential verbunden ist. Am anderen Ende ist am Innen leiter eine erste Drossel LO und der Signalweg für das hochfrequente Signal angeschlossen, der durch einen ersten Verbraucherwiderstand V 1 angedeutet ist. An dem noch freien Ende des Außenleiters der koaxialen Leitung KL 1 ist ein erster Kondensator C 1, dessen anderer An schluß mit Masse verbunden ist, sowie ein erster Über trager Ü 1 angeschlossen, an den der eigentliche Signal weg für das zweite, niederfrequente Signal in Form eines Verbraucherwiderstandes V 2 angeschlossen ist. Der Kondensator C 1 bildet mit der Induktivität insbesondere des Außenleiters der koaxialen Leitung KL 1 einen Paral lelresonanzkreis, dessen Resonanzfrequenz der Frequenz der niederfrequenten Signale entspricht.

Im vorliegenden Falle handelt es sich um die Trennung eines digitalen Signals mit einem Spektralbereich von etwa 5 MHz bis 500 MHz von einem niederfrequenten Tele metriesignal mit einer Frequenz von etwa 600 kHz. Der Innenwiderstand des Generators G entspricht ebenso wie der Verbraucherwiderstand V 1 dem Wellenwiderstand Z von etwa 75 Ohm der koaxialen Leitung, wegen des ab weichenden Verbraucherwiderstandes V 2 wurde der erste Übertrager Ü 1 vorgesehen, durch dessen Widerstands transformation eine Anpassung des Verbraucherwiderstan des V 2 an den Wellenwiderstand erfolgt. Als Drossel anordnung LO wurde eine Stichleitung vorgesehen, die in ihrer Länge auf die Bitfolgefrequenz der digitalen Signale, also die Frequenz der hochfrequenten Signale, abgestimmt ist.

Für den Hochpaßweg der in der Fig. 1 dargestellten Fre quenzweiche ergibt sich das in Fig. 2 dargestellte Er satzbild, in dem davon ausgegangen wird, daß der Wellen widerstand Z der an den Generator G angeschlossenen ge meinsamen Leitung mit dem Wellenwiderstand Z der koaxia len Leitung KL 1 übereinstimmt. Die Drosselanordnung LO entsprechend der am Ende kurzgeschlossenen Stichleitung weist im Frequenzbereich des hochfrequenten Signals eine hohe Impedanz auf, diese Impedanz ist gegenüber der des Verbraucherwiderstandes V 1 zu vernachlässigen oder bei der Signalentzerrung zu berücksichtigen, sofern dieser Widerstand dem Wellenwiderstand Z entspricht.

Der Schwingkreiskondensator C 1 für die niederfrequen ten Signale weise eine so hohe Kapazität auf, daß er im Frequenzbereich für die hochfrequenten Signale ausreichend niederohmig ist, so daß die Übertragung des hochfrequenten Signals über die koaxiale Lei tung KL 1 nicht gestört wird und auch der zum Ver braucherwiderstand V 2 gelangende Anteil des hoch frequenten Signals vernachlässigbar klein ist. Die Induktivität L 1 des Übertragers Ü 1 spielt dann eben sowenig eine Rolle wie die transformierte Impedanz ü ² · Z im niederfrequenten Signalweg, also des zweiten Verbrauchswiderstandes V 2.

In der Fig. 3 ist in einem weiteren Ersatzbild für die Frequenzweiche die als Leitungsdrossel wirksame koaxiale Leitung KL 1 durch einen idealen Übertrager Ü 2 mit dem Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 und durch ihre verlustbehaftete Induktivität L 2 dargestellt. Der erste Leitungsweg für das hochfrequente Signal mit dem ersten Verbraucherwiderstand V 1 und der Dros selanordnung LO ist dann direkt mit der Primärwick lung des zweiten Übertragers Ü 2 und mit Bezugspoten tial verbunden. Die Sekundärseite des zweiten Über tragers Ü 2 entspricht dem Außenleiter der koaxialen Leitung KL 1, die Sekundärwicklung des zweiten Über tragers und die ihr parallelgeschaltete Induktivi tät L 2 sind also einseitig mit Bezugspotential ver bunden, während sie auf der anderen Seite mit dem einen Anschluß des Kondensators C 1 und über den Übertrager Ü 1 mit dem Verbraucherwiderstand V 1 ver bunden sind. Es ist erkennbar, daß die Leitung KL 1 für das niederfrequente Signal als Umkehrübertrager wirkt, wobei die beiden Anschlüsse dessen Sekundär wicklung, also die beiden Außenleiteranschlüsse der koaxialen Leitung, auch vertauschbar sind und dann die Phasenumkehr entfällt.

Aus der Fig. 3 ergibt sich für den niederfrequenten Bandpaßweg der Frequenzweiche das Ersatzbild nach der Fig. 4, da für die niederfrequenten Signale die Impe danz der Drosselanordnung LO sehr gering ist. Damit ist für die niederfrequenten Signale der dem Generator abge wandte Anschluß der Primärwicklung des Übertragers Ü 2 praktisch auf Bezugspotential. Es ist nun erkennbar, daß der Kondensator C 1 zusammen mit der Induktivität L 2 der koaxialen Leitung KL 1 einen Schwingkreis bildet, der durch die Induktivität des ersten Übertragers Ü 1 und die transformierte Induktivität des Signalweges für das niederfrequente Signal, also des Verbraucherwider standes V 2 verstimmt werden kann. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel lag die Induktivität L 2 der ko axialen Leitung bei etwa 4 µH, die durch den verwen deten Schalenkern in gewissen Grenzen einstellbar ist und damit eine Kompensation des Einflusses der anderen Induktivitäten gestattet. Als koaxiale Leitung wurde dabei ein sogenanntes semi-rigid-Kabel mit einem Wellen widerstand von 75 Ohm verwendet, die Impedanz der Ver braucherwiderstände V 1 und V 2 betrug jeweils 75 Ohm.

Es hat sich gezeigt, daß für Frequenzweichen, in denen das hochfrequente Signal eine Frequenz von unterhalb 200 MHz aufweist, in vorteilhafter Weise als Wellenleitungen auch Paralleldrahtleitungen oder Leitungen aus verdrillten Drähten verwendet werden können.

Für höhere Ansprüche an die Entkopplung der beiden Signalwege kann der Kompensator C 1 mit Hilfe weiterer Spulen und Kondensatoren zu einem Tiefpaß oder einer Bandsperre höheren Grades ergänzt werden. Auch die Drosselanordnung LO kann durch einen Bandpaß höheren Grades für die hochfrequenten Signale ergänzt werden.

In der Fig. 5 ist die erfindungsgemäße Frequenzweiche in ihrer Verwendung als Sendeweiche, also als Koppel weiche für zwei Signale, dargestellt. Vom Generator G 1 wird ein hochfrequentes digitales Signal erzeugt, das an den einen Anschluß einer Drosselanordnung L 3 und an den Innenleiter einer zweiten koaxialen Leitung KL 2 abgegeben wird. Als Drosselanordnung L 3 wird wiederum eine am Ende kurzgeschlossene Stichleitung für die hoch frequenten Signale verwendet, wobei der andere Anschluß der Drosselanordnung wiederum mit Bezugspotential ver bunden ist.

Vom Generator G 2 wird ein vergleichsweise niederfre quentes Signal erzeugt, daß über einen dritten Über trager Ü 3 an den Außenleiter der zweiten koaxialen Leitung KL 2 angekoppelt wird. An einem Ende der zwei ten koaxialen Leitung KL 2 ist der Außenleiter mit Bezugspotential verbunden und am anderen Ende über einen Kondensator C 2 mit Masse, während am anderen Ende des Innenleiters der gemeinsame Signalweg für das hochfrequente und das niederfrequente Signal, darge stellt durch einen Verbraucherwiderstand V, angeschlos sen ist. Der Aufbau der Koppelweiche nach der Fig. 5 entspricht dabei völlig dem der Trennweiche nach der Fig. 1. Da auch die gleichen Signale wie in der Fig. 1 verwendet werden, ist auch die Bemessung der einzelnen Bauteile der Frequenzweiche nach der Fig. 1 gleich der der Frequenzweiche nach Fig. 5.

Claims

1. Frequenzweiche für Signale mit stark unterschiedlicher Frequenz, dadurch gekennzeichnet,
daß eine auf einen ferromagnetischen Kern aufgewickelte Wellen leitung (KL 1) mit einem ersten und einem zweiten Ende und mit einem ersten und einem zweiten Leiter vorgesehen ist,
daß der erste Leiter am ersten Ende der Wellenleitung (KL 1) mit dem gemeinsamen Signalweg und am zweiten Ende der Wellenleitung mit dem ersten Anschluß einer Drosselanordnung (LO) und mit einem Signalweg für die hochfrequenten Signale verbunden ist,
daß die Drosselanordnung (LO) für die hochfrequenten Signale ge genüber dem Wellenwiderstand vergleichsweise hochohmig und für die niederfrequenten Signale vergleichsweise niederohmig ist,
daß der zweite Anschluß der Drosselanordnung (LO) mit Bezugspo tential verbunden ist,
daß der zweite Leiter der Wellenleitung (KL 1) an derem ersten Ende direkt mit Bezugspotential und an derem zweiten Ende mit einem Signalweg für die niederfrequenten Signale und über einen ersten Kondensator (C 1) mit Bezugspotential verbunden ist, wobei der erste Kondensator (C 1) zusammen mit der Induktivität der Wellenleitung (KL 1) einen Parallelresonanzkreis für die nieder frequenten Signale bildet.

2. Frequenzweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen zweitem Leiter der Wellenleitung und Signal weg für die niederfrequenten Signale ein Trennüber trager eingeschaltet ist.

3. Frequenzweiche nach Ansprüchen 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß es sich bei der Wellenleitung um eine koaxiale Leitung handelt und deren Innenleiter den ersten Leiter und deren Außenleiter den zweiten Leiter der Wellenleitung dar stellt.

4. Frequenzweiche nach Ansprüchen 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß als Wellenleitung eine Paralleldrahtleitung vorgesehen ist.

5. Frequenzweiche nach Ansprüchen 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß als Wellenleitung eine Leitung aus verdrillten Drähten vorgesehen ist.

6. Frequenzweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß an den gemeinsamen Signalweg eine Signalquelle und an die getrennten Signalwege Ver braucher angeschlossen sind.

7. Frequenzweiche nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den gemeinsamen Signalweg ein Verbraucher und an die getrennten Signalwege jeweils eine Signalquelle ange schlossen ist.

8. Frequenzweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß als Drosselanordnung eine auf die Fre quenz der hochfrequenten Signale abgestimmte Stich leitung vorgesehen ist.