DE3629106A1 - Vorrichtung zur verminderung elektromagnetischer interferenzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verminderung elektromagnetischer Interferenzen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei bestimmten Umgebungsverhältnissen, wie sie beispiels­ weise bei Flugzeugen oder Schiffen auftreten, können Interferenzsignale im Bereich von Radiofrequenzen in elektrische Anlagen einstreuen. Elektronische Baugruppen bei Flugzeugen sind weiterhin empfindlich gegenüber Interferenzen, die durch Blitze oder Nuklearexplosionen herrühren. Um die Zuverlässigkeit von elektronischen Baueinheiten in Flugzeugen während des Flugs sicherzustellen, ist es von Bedeutung, derartige Interferenzen auf ein Minimum zu reduzieren. Üblicherweise wird dies bewirkt durch Abschirmen des Gehäuses der Baugerätegruppe und der Kabel, die zu diesen Gehäusen führen. Zusätzlich zur Abschirmung werden Filter eingesetzt.

Abgeschirmte Kabel sind jedoch im allgemeinen unerwünscht wegen des zusätzlichen Gewichts und der Größe solcher Kabel. Solche abgeschirmten Kabel unterliegen der Korrosion und die Verbindungen an ihren Enden sind relativ kompliziert aufgebaut. Um abgeschirmte Kabel zu vermeiden, wird daher die Verwendung von Filtern bevorzugt. Solche Filter können beispielsweise in einem Stecker vorgesehen werden, wie dies in der GB-OS 20 25 158 beschrieben ist. Derartige Stecker weisen jeweils ein einzelnes Filterelement für jeden Steckstift auf, das den Steckstift umgibt und den Steckstift an einer Grundplatte hält. Diese Filter­ elemente sind jedoch sehr zerbrechlich und brechen während des Gebrauchs relativ häufig, was zu einem Ausfall des Filters führt. Bei vielpoligen Steckern kann der Ausfall eines Filterelements dazu führen, daß Interferenzen im Radiofrequenzband auftreten und in das Gehäuse gelangen und somit die Signale in allen anderen Leitungen beein­ flussen.

Bei elektronischen Baueinheiten für Flugzeuge sind jeweils 400 einzelne Steckerstifte vorgesehen, welche jeweils zu filtern sind. Diese gefilterten Stecker sind daher sehr teuer und weisen zudem den Nachteil auf, daß durch den Ausfall eines Filters elektromagnetische Signale in das Gehäuse gelangen können und die Arbeitsweise des elektronischen Geräts beeinflussen.

Es besteht die Aufgabe, die Vorrichtung so auszubilden, daß solche Interferenzsignale wirksam bedämpft werden.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Das vieladrige Kabel ist um einen Block gewickelt, derart, daß sich ein Widerstand bildet, der gegenüber Interferenz­ ströme im Radiofrequenzband wirksam ist. Es ist mindestens eine Wicklung vorgesehen. Die Interferenzströme, die in den Adern auftreten, werden hierbei im wesentlichen durch den Block absorbiert.

Der Block besteht hierbei bevorzugt aus einem Ferrit­ material um den das mehradrige Kabel in mehreren Windungen geführt ist. Bevorzugt handelt es sich um ein Flach­ kabel, bei dem die Adern nebeneinander verlaufen. Das Kabel kann auch als Luftspule gewickelt sein, so daß auch relativ hohe Frequenzbereiche bedämpft werden können.

Bei einem Flachkabel können an jeder Seite des Kabels Kondensatorplatten vorgesehen sein, die geerdet sind und einen Kondensator in Bezug auf alle Adern des Kabels bilden.

Der Block, um den das Kabel gewickelt ist, kann innerhalb einer elektrisch leitenden Box angeordnet sein, die eine Abschirmung des Blocks bewirkt. Der Block kann aus mehreren Einzelteilen bestehen. Es ist auch möglich, eine Vielzahl von Blocks vorzusehen, wobei die elektrischen Leiter um jeden Block gewickelt sind, wobei jeder Block aus einem anderen Material besteht, so daß es möglich ist, Interferenzsignale über ein breites Frequenzband zu absorbieren.

Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen elektronische Leiterplatten beinhaltenden Behälter;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des im Behälter angeordneten Blocks zur Ver­ minderung von Interferenzen;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Kondensatoranordnung zur Verminderung von Interferenzen;

Fig. 4 bis 6 alternative Ausführungsformen des Blocks nach Fig. 2;

Fig. 7 und Fig. 8 alternative Ausbildungen des verwendeten Flachkabels;

Fig. 9 eine alternative Ausführungsform des Blocks nach Fig. 2 und

Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel einer Kombination einer Luftspule und einer Spule mit Ferrit­ kern.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 weist der Behälter 1 ein äußeres Metallgehäuse 2 auf, welches geerdet ist und welches den Inhalt des Gehäuses von äußeren Störstrahlungen im Radiofrequenzbereich abschirmt. Der Behälter 1 enthält elektrische Bauteile in Form von elektronischen Schal­ tungsplatten 3, deren elektrische Verbindung über Stecker 4 hergestellt wird, die an einer Steckerplatte 5 angeordnet sind, die sich im Bereich der Rückseite des Behälters erstreckt.

An der Rückwand des Gehäuses 2 ist ein Vielfachstecker 11 angeordnet, der beispielsweise 400 Steckstifte aufweist. Die externe elektrische Verbindung zum Stecker 11 wird hergestellt durch einen dazu passenden weiblichen Stecker 21 am Ende eines Kabels 22. Das Kabel 22 ist nicht abge­ schirmt, um die Größe und das Gewicht möglichst gering zu halten und um die Verbindung zu den einzelnen Steckauf­ nahmen des Steckers 21 möglichst einfach zu halten.

Innerhalb des Behälters 1 ist der Stecker 11 beispielsweise über Lötverbindungen mit einem Ende 30 eines halbstarren Flachkabels 31 verbunden, welches 400 parallele Metall­ spuren 300 aufweist (Fig. 2), die nebeneinander in einer Reihe verlaufen oder die in mehreren übereinander liegenden Schichten angeordnet sind und welche von einem Ende des Flachkabels zum anderen Ende verlaufen.

Halbstarre Flachkabel dieser Art sind bekannt und weisen starre und flexible Bereiche auf, die miteinander verbunden sind. Die flexiblen Bereiche werden gebildet durch eine flexible Kunststoffolie 301, auf welcher die Leiterspuren 300 aufgedruckt sind. Die obere Oberfläche der Leiterspuren ist durch eine Isolierschicht 302 geschützt. Die steifen Bereiche werden gebildet durch Versteifen der Plastikfolie durch Verstärken mit weiteren Schichten, wobei der Zusammenhalt bewirkt wird durch ein starres Epoxidharz. Der Kontakt zu den Metall­ leitern kann in den starren Bereichen hergestellt werden mittels metallplatierter Durchgangslöcher.

Im gezeigten Beispiel weist das halbstarre Flachkabel 31 drei starre Bereiche 32 bis 34 auf, zwischen denen die flexiblen Bereiche 35 und 36 angeordnet sind. Die beiden starren Bereiche 32 und 34 sind an gegenüberliegenden Enden des Kabels 31 angeordnet, wobei der Bereich 32 mit dem Stecker 11 verbunden ist, so daß die einzelnen Leiterbahnen des Kabels mit jeweils einem Steckstift des Steckers verbunden sind. Der steife Bereich 34 am gegenüberliegenden Ende ist mit jedem der Stecker 4 der Steckerplatte 5 verbunden, so daß die Leiterspuren des Flachkabels 31 eine direkte Verbindung zwischen den Kontaktelementen der Stecker 4 und den entsprechenden Kontaktelementen des Steckers 11 herstellen. Der steife Bereich 34 dient weiterhin dazu, einzelne Stecker 4 miteinander zu verbinden. Der dazwischenliegende steife Bereich 33 dient dazu, eine Kondensatorbaueinheit 50 zu tragen, wie nachfolgend im einzelnen noch beschrieben wird. Der flexible Bereich 35 des Flachkabels 31, der am hinteren Ende 30 beginnt, verläuft durch eine Bauein­ heit 40, die der Reduzierung von Interferenzen im Radio­ frequenzbereich dient. Die Einheit 40 ist innerhalb einer Metallbox 41 angeordnet, welche mit der Rückwand 10 des Gehäuses 2 verbunden ist und welche der Interferenz­ abschirmung innerhalb des Gehäuses für den inneren Teil des Steckers 11 und der Abschirmung der Einheit 40 dient. Die Einheit 40 weist einen Block 42 aus einem Ferrit­ material auf, der in Fig. 2 dargestellt ist. Der Block 42 ist im Schnitt rechteckig und weist zwei parallele rechteckige Durchgänge 43 und 44 auf, welche durch die gesamte Länge des Blocks verlaufen. Jeder Durchgang 43 und 44 ist breit genug, um den flexiblen Teil 35 des Flachkabels 31 aufzunehmen, das durch den einen Durchgang 43 in der einen Richtung verläuft, sodann um 180° abgebogen ist und in der Gegenrichtung durch den anderen Durchgang 44 verläuft so daß die beiden Enden des Kabels aus dem gleichen Ende des Blocks heraus verlaufen.

Innerhalb der Einheit 40 ist auch die Kondensatorbaueinheit 50 angeordnet, die im einzelnen in Fig. 3 dargestellt ist. Diese am starren Teil 33 des Flachkabels 31 angeordnete Kondensatorbaueinheit 50 besteht aus zwei Kupferschichten 52 und 53, die auf beiden Seiten des Flachkabels angeordnet sind und welche durch die Isolierschichten 301 und 302 des Kabels voneinander getrennt sind. Die Schichten 52 und 53 bilden die Elektroden eines Plattenkondensators, welche geerdet sind durch eine elektrische Verbindung mit der Metallbox 41 und damit mit dem Gehäuse 2 des Behälters 1.

Die Kapazität dieser Kondensatoranordnung ist für die meisten Anwendungsfälle ausreichend und beträgt etwa 200 pF bis 1000 pF. Eine Erhöhung der Kapazität kann vorgenommen werden durch billige Kondensatoren, die auf dem steifen Bereich 33 angeordnet sind. Ein Ende eines solchen Kondensators kann mit jeweils einer Leiterspur 300 verbunden sein und das andere Ende ist dann angeschlossen an die an Masse liegenden Schichten 52 und 53.

Es ist nicht notwendig, daß die Kondensatorbaueinheit 50 innerhalb der Einheit 40 angeordnet ist. Sie kann auch innerhalb des Behälters 1 außerhalb der Einheit 40 angeordnet sein.

Der Ferritblock 42 und die Kondensatoreinheit 50 bilden ein Absorptionsfilter für Interferenzen im Radiofrequenz­ bereich zwischen etwa 10 kHz und 300 MHz mit einer Dämpfung zwischen 40 dB und 60 dB über den gesamten Frequenz­ bereich.

Der Ferritblock 42 kann durch Gießen und Sintern aus einem einzigen Teil bestehen oder kann gem. den Fig. 4 und 5 aus mehreren Teilen bestehen. Gemäß Fig. 4 besteht der Block 42′ aus drei Teilen: einem mittleren Teil 42 A in Form eines H und zwei Seitenteilen 42 B und 42 C, die rechteckig ausgebildet sind und jeweils die Enden der Arme des Mittelstücks 42 A miteinander verbinden. Gemäß Fig. 5 besteht der Block 42′′ aus zwei zueinander gleichen Teilen 42 D und 42 E, die die Form eines E haben und die an ihren Armen miteinander verbunden sind.

Das Flachkabel 31 kann den Ferritblock auch mehrfach umschlingen, wie dies die Fig. 9 zeigt. Die Enden des Flachkabels (31) können von gegenüberliegenden Enden des Ferritblocks abgehen.

Es ist möglich, den Frequenzbereich der Interferenzfil­ terung durch geeignete Wahl der induktiven, absorbierenden Materialien zu verändern. Weiterhin ist es möglich, den Frequenzbereich auszudehnen durch die Kombination von Materialien, welche unterschiedliche Frequenz-Impedanz­ charakteristiken haben. Wie beispielsweise die Fig. 6 zeigt, besteht der Block 42′′′ aus drei Teilen 47, 48 und 49, die längs der Länge des Blocks mit ihren Enden miteinander verbunden sind. Jedes Teil 47 bis 49 besteht aus einem anderen Ferritmaterial mit zueinander unterschiedlichen Frequenz-Impedanzeigenschaften, so daß hierdurch die kombinierte Impedanz des Blocks 42′′′ verbreitert wird.

Es ist nicht notwendig, daß der Block 42 eine Rechteck­ form aufweist. Er kann jede Form aufweisen, die in den zur Verfügung stehenden Raum passt. Die Durchgänge 43 und 44 durch den Block 42 hindurch sind jeweils so gewählt, daß das Kabel 31 durch sie hindurch gehen kann.

Wo lediglich eine Frequenzfilterung von hohen Frequenzen erforderlich ist, kann das halbstarre Kabel auch in Form einer Luftspule gewickelt sein. In diesem Fall kann der in Fig. 1 dargestellte Block 42 aus Kunststoff oder einem anderen nichtmagnetischen Material bestehen, das zur Impedanz nichts beiträgt, sondern lediglich dazu dient, die Luftspule zu stützen.

Das halbstarre Kabel kann auch teils als Luftspule gewickelt sein und zusätzlich durch einen Ferritblock verlaufen, wie dies die Fig. 10 zeigt. Bei diesem Ausführungsbei­ spiel verläuft das Kabel 431 mit zwei Windungen durch einen Ferritblock 442 und weist weiterhin zwei Windungen auf, die eine Luftspule 400 bilden, wobei diese Luftspulen­ windungen durch einen Kunststoffblock 401 verlaufen, wobei beide Spulen innerhalb der Einheit 440 angeord­ net sind. Der Kondensator 450 ist hierbei außerhalb der Einheit 440 angeordnet. Bei dieser Anordnung bewirkt der Ferritblock 442 die Filterung von mittleren und niederen Frequenzen, während die Luftspule 400 die Filterung von hohen Frequenzen bewirkt.

Es ist nicht notwendig, daß das Flachkabel platierte Leiterspuren aufweist. Es ist auch möglich, daß die Leiter aus einzelnen nebeneinanderliegenden Drähten 60 besteht,wie dies die Fig. 7 zeigt oder daß das Kabel aus einzelnen isolierten Adern 70 aufgebaut ist, wie dies die Fig. 8 zeigt.

Mit der vorbeschriebenen Anordnung ist eine wirksame Filterung von Interferenzen im Radiofrequenzbereich überwiegend durch Absorption möglich. Die Absorptions­ filterung weist gegenüber der Reflektionsfilterung Vorteile auf, da bei einer Reflektionsfilterung wohl die in den Behälter eintretenden Interferenzen reduziert werden, diese jedoch längs der Leitung zurück reflektiert werden und somit zu Interferenzproblemen bei anderen elektronischen Geräten führen. Bei der Absorptionsfilterung dagegen wird der Gesamtanteil der Interferenzen im Kabel reduziert. Weiterhin wird durch die Verwendung des Ferritblockes erreicht, daß die Absorption der Radio­ interferenzen weitaus stärker ist im Vergleich zu einer Reflektionsfilterung.

Da eine wirksame Filterung bewirkt wird, ist es nicht notwendig, das zum Behälter führende Kabel abzuschirmen. Dies führt zu einer Verringerung des Gewichts und der Größe des zum Behälter führenden Kabels und weiterhin werden Korrosionsprobleme vermieden, die bei abgeschirmten Kabeln auftreten. Die elektrische Verbindung bei nicht abgeschirmten Kabeln ist zudem wesentlich einfacher als dies bei abgeschirmten Kabeln der Fall ist.

Der Verbindungsstecker 11, der an der Wand des Behälters angeordnet ist, kann von standardisierter Form sein und damit stabiler als dies bei den zuvor verwendeten abgeschirmten Steckern der Fall ist. Die beschriebene Vorrichtung vermeidet einen weiteren Nachteil von gefilterten Steckern, in dem die gesamte Interferenzfilterintegrität nicht beeinflußbar ist durch einen Fehler bei irgendeinem der Steckstifte.

Der einfache Aufbau des Ferritblocks führt weiterhin zu einer beträchtlichen Verminderung der Kosten des Filters.

Weiterhin bewirkt die Vorrichtung nicht nur eine Filterung von Interferenzsignalen am Eingang des Behälters 1, die von externen Strahlungsquellen stammen sondern auch die Filterung von Interferenzsignalen am Ausgang des Behälters, die von Radiointerferenzen stammen die inner­ halb des Gehäuses erzeugt werden.

Falls in oder aus dem Behälter Signale zu führen sind, die im Frequenzbereich liegen, auf die das Filter anspricht und sie bedämpft, so können diese durch das Gehäuse über einen separaten Stecker geführt werden, wobei die Zu- bzw. Ableitung über ein separates, abge­ schirmtes Kabel erfolgt. Bei dieser Anordnung wird also durch das abgeschirmte Kabel die die Interferenzen reduzierende Einheit 40 umgangen.

Die Verwendung eines Kondensators, dessen beide Platten sich über alle Leiter hinweg erstrecken, weist den Vorteil auf, daß die Arbeit vermieden wird, jeden einzelnen Leiter mit einem einzelnen Kondensator zu verbinden, so daß die Gefahr vermieden wird, daß eine Kondensator­ verbindung oder ein Kondensator ausfällt und somit die Integrität der Interferenzverminderung nachteilig beein­ flußt wird. Auf die vorbeschriebene Weise wird eine Interferenzverminderung längs einer kontinuierlichen, nicht unterbrochenen Verbindung zwischen dem Stecker an der Rückseite des Behälters und der Steckerplatte innerhalb des Behälters bewirkt. Der verwendete Ferrit­ block ist gegenüber Beschädigungen unempfindlich und somit wesentlich widerstandsfähiger als eine Vielzahl von Filterverbindungen. Eine Beschädigung des starren Ferritblocks ist praktisch ausgeschlossen und somit auch der Ausfall der Filterwirkung, die beim Stand der Technik gegeben ist, wo Dutzende oder hundert von einzelnen Filterelementen vorgesehen sind. Von Bedeutung ist weiterhin, daß es nicht erforderlich ist, eine genaue größenmäßige Anpassung des Ferritblocks vorzunehmen. Es besteht nicht die Gefahr, daß durch thermische Expansion, Vibration irgendwelche Schäden ausgehen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Verminderung elektromagnetischer Interferenzen bei einem Kabel mit einer Vielzahl von Adern, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (31, 431) um einen Materialblock (42, 442) gewickelt ist, der einen Widerstand gegenüber Interferenzströmen im Radiofrequenzband bildet und der im wesentlichen die Radiofrequenzinterferenzen absorbiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Block (42, 442) aus einem Ferritmaterial besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kabel (31, 431) in mehreren Windungen um den Block (42, 442) gewickelt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (31, 431) als Flachkabel ausgebildet ist und mit einer flachen Seite auf den Block (42, 442) gewickelt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Flachkabel (431) um den Block (442) gewickelt ist und im weiteren Verlauf zu einer mindestens eine Windung aufweisenden Luftspule (400) gewickelt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Flachkabel (31, 431) einen Kondensator (33, 450) aufweist, der aus zwei Leiterplatten (52, 53) besteht, die an gegenüber­ liegenden Flachseiten des Flachkabels (31, 431) ange­ ordnet sind, alle Adern (300) des Flachkabels (31, 431) überdecken und die an Masse angeschlossen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (42, 442) in einer elektrisch leitenden Box (41) abgeschirmt angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (42′, 42′′) aus mehreren zusammengefügten Einzelteilen (42 A bis 42 D) besteht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Blocks (47, 48, 49) vorgesehen sind, um die das Kabel (31, 431) schleifenförmig geführt ist, wobei das Material jedes Blocks eine Absorption bei unterschiedlichen Frequenzen aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Blocks elektrisch nicht leitend ist.