-
R i c h t k o p p l e r
-
Die Erfindung betrifft einen Richtkoppler zum breitbandigen, richtungsabhängigen
Ubertragen von HF-Signalen, vorzugsweise in Breitbandkommunikationsnetzen (BK-Netze).
-
In Äbzweigern oder Teilnehmeranschlußdosen dient er zum Auskoppeln
eines Teils der auf einem HF-Kabel geführten Signalenergie. Im Frequenzbereich von
0 bis 860 MEz ermöglicht er in BE-Netzen die Vor- und Rückwärtswegsignalübertragung.
-
An derartige Richtkoppler werden folgende Forderungen gestellt: 1.
Geringe Durchgangsdam'pfung 2. Hohe Richtdämpfung 3. Hohe Reflexionsdämpfung an
den Anschlüssen 4. Ausführbar in verschiedenen Werten der Auskoppeldämpfung 5. Tauglichkeit
für Vor- und Rückwärtswegsignalübertragung im Frequenzbereich 0 bis 860 MHz.
-
Bekannte Richtkoppler erfüllen o.g. Forderungen, weisen aber einen
hohen Bauelementeaufwand und/oder aufwendige Bewicklungen von Ubertragern auf. Da
Abzweiger und Teilnehmeranschlußdosen durch den sich international schnell vollziehenden
Uebergang zur kabelgebundenen Signalübertragung in BK-Netzen in hohen Stückzahlen
benotigt werden, ist es im Hinblick auf eine rationelle Massenfertigung notwendig,
wenig aufwendige Lösungen zu nutzen.
-
In der DE-PS 2306976 ist ein Richtkoppler unter Schutz gestellt, der
o.g. Forderungen nahezu erfüllt und gegenüber anderen bekannten Lösungen relativ
wenig Aufwand erfordert. Dieser Richtkoppler enthält einen Übertrager, dessen Kern
als Ferritrohrkern ausgeführt ist und die zwischen Anschluß 1 und Anschluß 2 (Fig.
1) geschaltete Primärwickelung aus einem durch die Bohrung des Kerns verlaufenden
Draht besteht und die Sekundarwicklung in mehreren
Windungen um
die Manteltlachen des Kerns gewickelt ist. Weiterhin ist zwiscben dem Anschluß 2
und dem Anschluß 3 die Reihenschaltung einer Kompensationsinduktivität 11 und eines
Widerstandes 12 eingeschaltet. Mit dem Widerstand 13 werden die Anpassung bedingungen
des Richtkopplers, insbesondere am Anschluß 3 Sesbgelegt. Um einen Kurzschluß von
Signalen unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz zwischen dem Anschluß 3 und Masse
zu vermeiden, sind die Sekundärwickelung des Übertragers sowie der Widerstand 13
nicht direkt, sondern über eine Kapazität 14 an Masse geschalbeet. Sie bewirkt,
daß die Anordnung unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz wie eine Widerstandsauskoppelung
arbeitet. Dieser Richtkoppler hat die Nachteile, daß zur Gewätirleistung der Ubertragung
unterhalb einer bestimmten Grenztrequenz, beispielsweise im Lang- und Mittelwellenbereich,
eine gesonderte Kapazität 14 und zur Verbesserung der Eigenschaften an der oberen
Frequenzgrenze eine Kompensationsinduktivität 11 erforderlich ist.
-
Diese Kompensationsinduktivität muß ggf. zum Ausgleich von Toleranzen
des Ubertragers und sonstiger Bauelemente- und fertigungstechnisch bedingter Streuungen
abgeglichen werden Ziel der Erfindung ist es, einen Richtkoppler anzugeben, der
im Hinblick auf eine rationelle Massenfertigung einen einfachen und unkritischen
Aufbau, geringe Abmessungen und geringe Streuungen der technischen Daten ausweist,
keinen Abgleich erfordert und den internationalen Erfordernissen für BK-Netze gerecht
wird. Zu seiner Realisierung sollen nur handelsübliche Bauelemente verwandt werden.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Richtkoppler anzugeben, der im
Gegensatz zu bekannten Lösungen zur tbertragung unterhalb einer bestimmten Frequenzgrenze
und zur Verbesserung der Eigenschaften bei hohen Frequenzen keine zusätzlichen Bauelemente
erfordert und dessen Übertrager geringere Abmessungen als die übertrager in bekannten
Richtkopplern aufweist. Dadurch ist es möglich, Richtkoppler mit geringsten räumlichen
ßbmessungen, wie sie beispielsweise bei der Anwendung in Teilnehmeranschlußdosen
von SK-Netzen benötigt werden, zu realisieren. Der Richtkoppler soll durch einfache
Anderungen in der Dimensionierung, in verschiedenen Werten der Auskoppeldämpfung
ausführbar sein.
-
Die Aufgabe wird bei einem Richtkoppler zum breitbandigen, richtungsabhängigen
Übertragen von HF-Signalen, vorzugsweise in BK-Netzen, mittels eines Ubertragers,
dessen Primärwicklung zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß geschaltet
ist und der Abzweiganschluß über einen Widerstand mit Masse verbunden ist, dadurch
gelöst, daß von einem Anschluß der Primärwicklung zum Abzweiganschluß eine Reihenschaltung,
bestehend aus einem Widerstand und der Sekundärwicklung des Übertragers, geschaltet
ist, wobei der Anfang der Primärwicklung mit dem Eingangsanschluß verbunden ist
und der Anfang der Sekundärwicklung, bei gleichem Wicklungssinn, die Quelle für
den Abzweiganschluß bildet.
-
Die Funktion der erfindungsgemäßen Lösung soll im Folgenden näher
erläutert werden. Unter der Voraussetzung, daß am Eingangsanschluß des Richtkopplers
eine Signalquelle mit dem Innenwiderstand Z angeschlossen ist und der Ausgangsanschluß
sowie der Abzweiganschluß mit dem Wellenwiderstand Z abgeschlossen sind, ergibt
die Analyse der Schaltungsanordnung folgende charakteristische Werte: Durchgangsdämpfung
ad zwischen Eingangsanschluß und Ausgangsanschluß: ad = 20 lg 2 wobei ü = W1 ; W1
Primärwindungszahl 2 + ü W2 W2 Sekundärwindungszahl Auskoppeldämpfung aa zwischen
Eingangsanschluß und Abzweiganschluß: aa = 20 lg 2 R1 1 Z R1 + 1 + (1 + ) (1 + )
+ R2 ü R2 Z Bei näherungsweiser Einhaltung der Bedingung ü = Z R1 + R2 . Z R2 +
Z verhält sich die Schaltungsanordnung in Signalrichtung wie ein Widerstandsabzweiger,
da sich die Wirkungen der Ströme in den Wicklungen aufheben, der Kern des Ubertragers
somit nicht magnetisiert wird und damit kein Spannungsabfall über den Wicklungen
des Übertragers auftritt.
-
Die existierende hohe Richtdämpfung der Anordnung zwischen dem Ausgangsanschluß
und dem Abzweiganschluß erklärt sich bei geeigneter Dimensionierung des Übersetzungsverhältnisses
des Übertragers dadurch, daß bei Einspeisung eines Signals in den Ausgangsanschluß
die In der Sekundärwicklung induzierte Spannung betragsmäßig
gleich
der zwischen dem Eingansanschluß und Masse anliegenden Spannung ist und sich durch
die Phasenopposition beider Spannungen am Abzweiganschluß Spannungsnull gegenüber
Masse ergibt.
-
Die Reflexionsfaktoren an den Anschlüssen des Richtkopplers ergeben
sich wie folgt: Reflexionsfaktor s11 am Eingangsanschluß:
Reflexionsfaktor s22 am Ausgangsanschluß: s22 = ü ü + 2 Reflexionsfaktor s33 am
Abzweiganschluß:
Bei sehr niedrigen Frequenzen verliert der Ubertrager seine trans-.formatorische
Wirkung und damit die Anordnung ihre Richtdämpfung, somit wirkt die Anordnung unterhalb
einer bestimmten Frequenzgrenze ohne zusätzliche Schaltelemente wie ein richtungsunabhängiger
Widerstandsabzweiger.
-
Wie die Analyse der Schaltungsanordnung zeigt, ist es möglich, den
Richtkoppler so zu dimensionieren, daß die Auskoppeldämpfung von hohen bis zu sehr
niedrigen Frequenzen konstant bleibt und daß sich eine niedrige Durchgangsdämpfung,
eine hohe Richtdämpfung und kleine Reflexionsfaktoren ergeben.
-
Die Funktion des Richtkopplers wird auch beibehalten, wenn die Elemente
der aus der Sekundärwicklung und dem Widerstand bestehenden Reihenschaltung unter
Beibehaltung des Wicklungssinns vertauscht werden.
-
Wird diese Reihenschaltung anstatt am Eingangsanschluß am Ausgangs
anschluß angeschlossen, ergeben sich geringfügig veränderte elektrische Kennwerte,
jedoch ist auch mit einer derartigen Anordnung eine optimale Dimensionierung des
Richtkopplers möglich.
-
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert
werden. In diesen zeigt lig. 1 einen Richtkoppler gemäß dem Stand der Technik.
-
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Richtkoppler, bei dem der Widerstand
6 am Eingangsanschluß 1 und die Sekundärwicklung 5 am Abzweiganschluß 3 angeschlossen
ist.
-
Fig. 3 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Richtkopplers, bei
dem die Sekundärwicklung 5 am Eingangsanschluß 1 und der Widerstand 6 am Abzweiganschluß
3 angeschlossen ist Fig. 4 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Richtkopplers,
bei dem der Widerstand 6 am Ausgangsanschluß 2 und die Sekundärwicklung 5 am Abzweiganschluß
3 angeschlossen ist.
-
Fig. 5 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Richtkopplers, bei
dem die Sekundärwicklung 5 am Ausgangsanschluß 2 und der Widerstand 6 am Abzweiganschluß
3 angeschlossen ist.
-
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Richtkopplers
gemäß Anspruch 1 und 2 sowie Fig. 2.
-
Die Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Richtkopplers gemäß
Anspruch 1 und 2 zeigt Fig. 2. Au9 diese und auf die Schaltungsvariante gemäß Anspruch
1 und 3 sowie Fig. 3 beziehen sich die oben angegebenen Gleichungen zur Berechnung
der Einzelgrößen.
-
In einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 weist die Anordnung folgende
Dimensionierungen auf: Ubertrager: Ferritringkern, Manifer 260 Außendurchmesser:
4,0 mm Innendurchmesser: 1,2 mm Länge: 1,5 mm Primärwicklung W1:1 Wdg., Drahtdurchmesser
0,3 mm Sekundärwickl. W2:4 Wdg., Drahtdurchmesser 0,16 mm Widerstand R1: 180 Ohm;
Widerstand R2: 120 Ohm.
-
Mit dieser Dimensionierung weist der Richtkoppler folgende Daten auf:
Frequenzbereich:
47...860 MHz Auskoppeldämpfung: 16... 14,5 dB Durchgangsdämpfung: 1 dB Richtdämpfung:
>28 dB (80 bis 750 MHz>35 dB) Reflexionsdämpfung: - Eingangsanschluß 1 : 18
dB - Ausgangsanschluß 2 : 19 dB - Abzweigsanschluß 3 : 17 dB Unterhalb 47 MEz verringert
sich die Richtdämpfung mit abnehmender Frequenz bis zu Werten, die denen der Widerstandsauskopplung
entsprechen.
-
Höhere Werte der Auskoppeldämpfung werden mit folgender Dimensionierung
erreicht: Ubertrager: Wie vorstehendes Ausführungsbeispiel, aber Sekundärwicklung,
W2 : 7 Wdg. Drahtdurchmesser 0,16 mm Widerstand Rl: 270 Ohm; widerstand R2: 120
Ohm.
-
Mit dieser Dimensionierung weist der Richtkoppler folgende Daten auf:
Frequenzbereich: 47...860 MHz Auskoppeldämpfung: 20... 18,5 dB Durchgasdämpfung:
0,6 dB Richtdämpfung: 28 dB (80 bis 750 MHz>35 dB) Reflexionsdämpfung: - Eingangsanschluß
21 dB - Ausgangsanschluß 24 dB - Abzweigsanschluß 16 dB ig. 3 zeigt eine Variante
des erfindungsgemäßen Richtkopplers nach Fig. 2, in dem die elemente der Reihenschaltung
zwischen Eingangsanschluß 1 und Anzweigsanschluß 3 vertauscht sind. Während in der
Anordnung nach sig. 2 die Auskoppeldämpfung mit steigender Frequenz kleiner wird,
wie es häufig aufgrund des umgekehrten Verlaufs der Kabeldämpfung erwünscht ist,
bleibt die Auskoppeldampfung bei der Anordnung nach Fig. 3 im Frequenzbereich von
0 bis 860 MEz nahezu konstant.
-
Die Figuren 4 und 5 zeigen Schaltungsvarianten der Anordnungen nach
den Figuren 2 und 3, für die etwa gleiche parameter erzielt werden können.
-
Der große Freiheitsgrad bei der schaltungstechnischen Ausführung des
erfindungsgemäßen Richtkopplers erlaubt bei der praktischen Realisierung die optimale
Anpassung an sonstige konstruktive Gegebenheiten.
-
Fig. 6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Richtkopplers
in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2.