DE3706922A1

DE3706922A1 - Capacitive isolating element

Info

Publication number: DE3706922A1
Application number: DE19873706922
Authority: DE
Inventors: Dieter Schenkyr; Walter Dr Buck; Werner Heiner
Original assignee: HIRSCHMANN RADIOTECHNIK; Richard Hirschmann Radiotechnisches Werk
Current assignee: RICHARD HIRSCHMANN GMBH & CO, 7300 ESSLINGEN, DE
Priority date: 1987-03-04
Filing date: 1987-03-04
Publication date: 1988-09-15
Also published as: DE3706922C2; NL8800189A

Abstract

The capacitive isolating element has a high-pass filter, preferably an LCL high-pass filter for the galvanic isolation of the inner conductor, which filter on the one hand protects the inner conductor against overvoltages and on the other hand substantially reduces the subjection to interference radiation lying outside the useful frequency range.

Description

Die Erfindung betrifft ein kapazitives Trennglied zur galvanischen Trennung eines Koaxialkabels mit wenigstens einem Trennkondensator im Innen- und Außenleiter.The invention relates to a capacitive isolating element for galvanic Isolation of a coaxial cable with at least one isolation capacitor in the inner and outer conductor.

Ein kapazitives Trennglied dieser Art ist beispielsweise aus der DE-C2-33 17 202 bekannt. Die im Außen- und Innenleiter des Koax ialkabels vorgesehenen Kondensatoren dienen zur Trennung der un terhalb des Übertragungsfrequenzbereichs liegenden Spannungspo tentiale zwischen den beiden Anschlußteilen des Koaxialkabels. Derartige kapazitive Trennglieder werden insbesondere im Zusammen hang mit Breitband-Kommunikationsnetzen verwendet, um sicherzu stellen, daß Spannungspotentiale in den einzelnen Häusern, die beispielsweise auf Grund von Fehlschaltungen in den Hausanlagen auftreten können, oder von Haus zu Haus auftretende Potentialun terschiede nicht auf das beispielsweise von der Post betriebene Breitband-Kommunikationsnetz gelangen.A capacitive isolating element of this type is, for example, from the DE-C2-33 17 202 known. The in the outer and inner conductor of the coax Capacitors provided for the isolation of the un voltage po lying below the transmission frequency range tentiale between the two connecting parts of the coaxial cable. Such capacitive isolators are used especially in combination hang with broadband communication networks used to secure represent that potentials of tension in the individual houses that for example due to incorrect switching in the house systems Can occur, or potential from house to house do not differ from what is operated by the post office, for example Broadband communication network arrive.

Um eine möglichst gute Übertragung zu erreichen, müssen die Trenn kondensatoren bei den herkömmlichen Trenngliedern eine möglichst hohe Kapazität aufweisen. Darüber hinaus müssen sie hochspannungs fest sein.In order to achieve the best possible transmission, the separators capacitors in the conventional isolators as possible have high capacity. They also need high voltage be firm.

Um zu verhindern, daß Überspannungen, die beispielsweise durch Blitze oder sonstige Störungen von außen auftreten können, die Trennkondensatoren zerstören, sind die Trennkondensatoren hin sichtlich der Spannungsfestigkeit überdimensioniert. Beispiels weise werden Kondensatoren mit einer Spannungsfestigkeit von 2 kV bei zu erwartenden Spannungen von nur 500 Volt eingesetzt, um zu verhindern, daß Überspannungen die Kondensatoren zerstören. Kondensatoren mit hoher Spannungsfestigkeit erfordern jedoch dicke Dielektrika, die die Leitungsinduktivität und damit den auf diesen Anteil zurückgehenden Verlustwiderstand bei der Hochfrequenzkopp lung vergrößern, wie dies in der deutschen Patentanmeldung P 36 38 748 beschrieben ist, die auf dieselben Erfinder wie die vorliegende Erfindung zurückgeht. In dieser letztgenannten Patent anmeldung derselben Erfinder wurde zu diesem Zwecke bereits vorge schlagen, den Trennkondensatoren Überspannungsschalter parallel zu legen. Obgleich damit ein Überspannungsschutz gewährleistet ist, würde dies jedoch zusätzliche Bauelemente erfordern und zu einem aufwendigeren Trennglied führen.To prevent overvoltages caused, for example, by Lightning or other external interference may occur Destroy separation capacitors, the separation capacitors are gone clearly oversized the dielectric strength. Example capacitors with a dielectric strength of 2 kV used at expected voltages of only 500 volts to prevent overvoltages from destroying the capacitors. However, capacitors with high dielectric strength require thick ones Dielectrics, which are the line inductance and thus on this Share of declining loss resistance at the radio frequency coupling enlarge lung, as in the German patent application P 36 38 748 is described, referring to the same inventor as that present invention goes back. In this latter patent registration of the same inventor has already been proposed for this purpose beat, the isolating capacitors overvoltage switch in parallel lay. Although this ensures surge protection, however, this would require additional components and at one lead more complex separator.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kapazitives Trennglied der eingangs genannten Art zu schaffen, das auf einfa che Weise nicht nur gegen Überspannung geschützt ist, sondern gleichzeitig die Einstrahlung von Störsignalen, beispielsweise durch Lang- oder Mittelwellensender, Blitzströme oder Funkenstörer stark verringert.The invention is therefore based on the object of a capacitive To create a separator of the type mentioned that on simp che way is not only protected against overvoltage, but at the same time the irradiation of interference signals, for example through long- or medium-wave transmitters, lightning currents or radio interference greatly reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die galvanische Trennung des Innenleiters ein aus wenigstens einem LC- Halbglied bestehender Hochpaß vorgesehen ist, dessen Grenzfrequenz unterhalb des Signalübertragungsbereiches liegt.This object is achieved in that for galvanic isolation of the inner conductor from at least one LC Half-link existing high pass is provided, the cutoff frequency is below the signal transmission range.

Vorzugsweise ist der Hochpaß ein LCL-Hochpaß, bei dem die Anschlüs se des Innenleiter-Trennkondensators jeweils über Spulen mit den Anschlüssen wenigstens eines Außenleiter-Trennkondensators verbun den sind.The high pass is preferably an LCL high pass, in which the connections se of the inner conductor isolating capacitor each via coils with the Connections of at least one outer conductor isolating capacitor that are.

Auf Grund des Hochpasses zur Trennung des Innenleiters ist dessen Überspannungsschutz insbesondere bis zur Grenzfrequenz des Hoch passes gewährleistet. Bei Auftreten von Blitzströmen, die Über spannungen hervorrufen, verteilt sich der Strom entsprechend den ohm′schen Widerständen auf dem Innen- und dem Außenleiter. Maßnah men zum Schutz gegen Überspannungen müssen deshalb sowohl am Innen- als auch am Außenleiter vorgesehen sein. Bei der Verwendung eines LCL-Hochpasses gemäß der Erfindung übernehmen die Spulen diesen Überspannungsschutz ebenfalls in einem Frequenzbereich bis zur Grenzfrequenz des Hochpasses, die in der Größenordnung von 10 MHz, vorzugsweise bei 40 MHz, liegt. Mit dieser erfindungsge mäßen Maßnahme ist also kein zusätzlicher Überspannungsschutz für den Innenleiter mehr erforderlich.Because of the high pass for separating the inner conductor Surge protection especially up to the cutoff frequency of the high passes guaranteed. When lightning currents occur, the over cause voltages, the current is distributed according to the ohmic resistances on the inner and outer conductors. Measure Protection against overvoltages must therefore be carried out on Be provided inside and on the outer conductor. When using an LCL high pass according to the invention take over the coils this surge protection also in a frequency range up to to the cutoff frequency of the high pass, which is of the order of magnitude 10 MHz, preferably 40 MHz. With this fiction measure is therefore no additional surge protection for the inner conductor is required more.

Wie im Zusammenhang mit der Diskussion des Standes der Technik bereits erläutert wurde, mußte bei herkömmlichen Trenngliedern darauf geachtet werden, daß die Kapazität des Trennkondensators insbesondere auch für den Innenleiter möglichst groß ist, um gute Anpassungswerte zu erhalten. Der Vorteil, erfindungsgemäß einen Hochpaß anstelle des herkömmlichen, großen Trennkondensators zu verwenden, besteht insbesondere auch darin, daß nunmehr ein klei ner Kondensator als Trennkondensator und Teil des Hochpasses aus reicht, der statt einer Kapazität von beispielsweise 500 pF nun mehr nur noch eine Kapazität in der Größenordnung von 30 pF aufzu weisen braucht. Insbesondere bei der Verwendung von Hochspannungs kondensatoren kann dadurch eine erhebliche Verbilligung des Trenn glieds erzielt werden. Der kleinere Kondensator hat darüber hinaus auch den Vorteil, daß bei Überspannungen an diesem Kondensator eine höhere Spannung abfällt, die durch die in den Querzweigen liegenden Spulen des Hochpasses zusätzlich gedämpft wird.As in connection with the discussion of the prior art already explained, had to be used with conventional isolators care should be taken that the capacitance of the isolation capacitor especially for the inner conductor is as large as possible to good Get adjustment values. The advantage of one according to the invention High pass instead of the conventional, large isolation capacitor use, in particular also consists in the fact that now a small ner capacitor as a separating capacitor and part of the high pass enough that now instead of a capacity of 500 pF, for example only a capacity of the order of 30 pF needs to show. Especially when using high voltage capacitors can make the separation considerably cheaper link can be achieved. The smaller capacitor also has also the advantage that in the event of overvoltages on this capacitor a higher voltage drops due to that in the cross branches lying coils of the high pass is additionally damped.

Die erfindungsgemäße Verwendung eines Hochpasses für die galvani sche Trennung des Innenleiters hat insbesondere den zusätzlichen Vorteil, daß diese Maßnahme auch wirkungsvoll die Einstrahlung von Störsignalen mit Frequenzen verringert, die unterhalb der Grenz frequenz des Hochpasses liegen. Die Dämpfung störender Einstrah lungen, wie Funkenstörstrahlungen, durch Blitze hervorgerufene Störstrahlungen oder von Lang- und/oder Mittelwellensendern abge gebene Strahlung, wird durch die Verwendung eines erfindungsge mäßen Hochpasses wesentlich verbessert. Ohne die Verwendung eines Hochpasses liegt die Empfangsspannung für niedere Frequenzen nahe zu ungedämpft zwischen dem Außen- und Innenleiter des Koaxialka bels, wobei sich die vom Kabel aufgenommene Spannung durch die Spannungsteilung an den Wellenwiderständen und dem Trennkondensa tor des Innenleiters bestimmt. Durch Verwendung eines Hochpasses ergibt sich eine Dämpfung dieser Einstrahlungen sowohl durch den kleineren Trennkondensator des Innenleiters, da dadurch bei niede ren Frequenzen eine höhere Spannung an ihm abfällt, als auch durch die Dämpfungswirkung der Spulen des Hochpasses.The use of a high pass for the electroplating according to the invention cal separation of the inner conductor has in particular the additional Advantage that this measure is also effective Interference signals with frequencies reduced below the limit frequency of the high pass. The damping disturbing radiation lungs, such as spark interference, caused by lightning Interference radiation or from long and / or medium wave transmitters given radiation, is through the use of a erfindungsge moderate high pass significantly improved. Without using a The high voltage is close to the receiving voltage for low frequencies too undamped between the outer and inner conductor of the coaxial cable bels, whereby the voltage absorbed by the cable through the Voltage division across the wave resistors and the isolating capacitor gate of the inner conductor. By using a high pass this radiation is attenuated by both smaller separating capacitor of the inner conductor, as this results in low higher frequencies, a higher voltage drops across it, as well the damping effect of the coils of the high pass.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem Hochpaß im Außenleiter stimmt die Grenzfrequenz des Hochpasses im Innenleiter mit der Grenzfrequenz des Hochpasses im Außenleiter im wesentlichen überein. Dadurch ist der Übergangsfrequenzbereich zwischen dem eigentlichen Durchgangs- und dem Sperrbereich in vor teilhafter Weise schmal. Im Einzelfall kann es jedoch auch zweck mäßig oder sogar notwendig sein (z.B. bei unterschiedlicher Glie derzahl der beiden Hochpässe, oder wenn die Spulen des Hochpasses für den Innenleiter für den innerhalb des Kabels zur Verfügung stehenden Raum zu groß wären) die Grenzfrequenzen unterschiedlich festzulegen.According to a preferred embodiment of the invention with a High pass in the outer conductor is the limit frequency of the high pass in Inner conductor with the cutoff frequency of the high pass in the outer conductor in essentially match. This makes the crossover frequency range between the actual passage area and the restricted area in front somewhat narrow. However, it can also be useful in individual cases moderate or even necessary (e.g. with different glie the number of the two high passes, or if the coils of the high pass for the inner conductor for the inside of the cable standing space would be too large) the cutoff frequencies differ to be determined.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der einzigen Zeichnung bei spielsweise näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to the single drawing explained in more detail, for example.

In dem schematisch durch einen lnnenleiter 2 und einen Außenleiter 3 dargestellten Koaxialkabel ist ein kapazitives Trennglied 1 ein gesetzt, das mit dem Koaxialkabel beispielsweise über Steckerkon takte 4 abnehmbar verbunden ist. Im Trennglied-Innenleiter 5 ist ein Kondensator 6 vorgesehen, dessen Anschlüsse jeweils über eine Induktivität 7 bzw. 8 mit den entsprechenden Anschlüssen eines Kondensators 9 im Trennglied-Außenleiter 10 verbunden sind.In the coaxial cable shown schematically by an inner conductor 2 and an outer conductor 3 , a capacitive isolating element 1 is inserted, which is connected to the coaxial cable, for example, via detachable contacts 4 . A capacitor 6 is provided in the separator inner conductor 5 , the connections of which are each connected via an inductor 7 or 8 to the corresponding connections of a capacitor 9 in the separator outer conductor 10 .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dem Außenleiter-Trennkondensator 9 ein Filterkondensator 11 parallel geschaltet, wobei letzterer mit einer Filterinduktivität 12 in Reihe liegt. Ein Scheinwiderstand des äußeren Systems, der als Senke für die Störstrahlung wirkt, ist dem Filterkondensator 11 parallel geschaltet und mit dem Bezugszeichen 13 versehen.According to a preferred embodiment of the invention, a filter capacitor 11 is connected in parallel with the outer conductor isolating capacitor 9 , the latter being in series with a filter inductor 12 . An impedance of the external system, which acts as a sink for the interference radiation, is connected in parallel to the filter capacitor 11 and provided with the reference symbol 13 .

Der erfindungsgemäße Hochpaß zur galvanischen Trennung des Trenn glied-Innenleiters 5 ist ein LCL-Hochpaß, der den Kondensator 6 sowie die Induktivitäten 7 und 8 umfaßt.The high-pass filter according to the invention for the galvanic separation of the inner conductor 5 is an LCL high-pass filter, which includes the capacitor 6 and the inductors 7 and 8 .

Dieser Hochpaß stellt die galvanische Trennung des Innenleiters dar und ist bei Verwendung dieses Trennglieds im Zusammenhang mit Breitband-Kabelnetzen vorzugsweise auf eine Grenzfrequenz von ca. 40 MHz abgestimmt. Dieser Hochpaß ergibt einen vollständigen Überspannungsschutz jedenfalls für Nutzsignale mit Grenzfrequenzen über der Grenzfrequenz des Hochpasses. Darüber hinaus verhindert es die Einstrahlung von Störsignalen außerhalb des Nutzsignalbe reichs, also bis zu einer Frequenz von ca. 40 MHz. Im Gegensatz zu herkömmlichen Trenngliedern, bei denen der Innenleiter-Kondensator eine relativ große Kapazität von beispielsweise 500 pF aufweisen muß, um gute Anpassungswerte zu erzielen, kommt das erfindungsge mäße Trennglied mit einem Innenleiter-Kondensator von nur ca. 30 pF aus, was insbesondere im Hinblick auf die Verwendung von Hochspannungskondensatoren zu einfacheren, kostengünstigeren Bau elementen führt.This high pass provides the galvanic isolation of the inner conductor and is related to the use of this isolator Broadband cable networks preferably to a cut-off frequency of 40 MHz tuned. This high pass results in a complete one Surge protection in any case for useful signals with cut-off frequencies above the cutoff frequency of the high pass. It also prevents it is the radiation of interference signals outside the useful signal Reichs, up to a frequency of approx. 40 MHz. In contrast to conventional isolators where the inner conductor capacitor have a relatively large capacitance of, for example, 500 pF must, in order to achieve good adaptation values, comes the fiction moderate isolator with an inner conductor capacitor of only approx. 30 pF, which is particularly important with regard to the use of High voltage capacitors to simpler, less expensive construction leads elements.

Wie in der auf dieselben Erfinder zurückgehenden früheren deut schen Patentanmeldung P 36 38 748 ausgeführt ist, ist der Trenn kondensator 9 im Außenleiter Teil eines Hochfrequenzfilters das sich aus dem Außenleiter-Trennkondensator 9, dem Filterkondensa tor 11 und der Filterinduktivität 12 zusammensetzt. Auf diese Weise wird die Kopplungsdämpfung zwischen dem Außenleiter 10 bzw. 3 und der fernen Erde entscheidend verbessert. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die genannte deutsche Patentanmeldung ver wiesen, deren Offenbarungsgehalt in diesem Zusammenhang vollin haltlich zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. As in the previous German patent application P 36 38 748, which goes back to the same inventor, the isolating capacitor 9 in the outer conductor is part of a high-frequency filter which is composed of the outer conductor isolating capacitor 9 , the filter capacitor 11 and the filter inductor 12 . In this way, the coupling loss between the outer conductor 10 or 3 and the distant earth is significantly improved. In order to avoid repetition, reference is made to the aforementioned German patent application, the disclosure content of which is made the full content of the present application in this context.

Die Kombination der in der genannten Patentanmeldung angegebenen Merkmale mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung ist beson ders vorteilhaft, da sich die Vorteile beider Maßnahmen ergänzen.The combination of those specified in the said patent application Features with the features of the present invention are special advantageous because the benefits of both measures complement each other.

Durch das den Außenleiter-Trennkondensator 9, den Filterkondensa tor 11 und die Filterinduktivität 12 umfassende Hochfrequenzfil ter, vorzugsweise ein Tiefpaß im Störsignal-Frequenzbereich, wird die Dämpfungsgüte des Trennglieds im Hinblick auf die Abstrahlung im Nutzfrequenzbereich verbessert und gleichzeitig wird die Ein strahlung von Störsignalen außerhalb des Nutzbereichs auf Grund der Merkmale der vorliegenden Erfindung, nämlich der Verwendung eines Hochpasses für die galvanische Trennung des Innenleiters, wirkungsvoll verringert. Diese Maßnahmen führen zu einem gegen über herkömmlichen Trenngliedern wesentlich verbesserten kapazi tiven Trennglied.By the outer conductor isolating capacitor 9 , the filter capacitor 11 and the filter inductor 12 comprising Hochfrequenzfil ter, preferably a low-pass filter in the interference signal frequency range, the attenuation quality of the isolating element is improved with regard to the radiation in the useful frequency range and at the same time the radiation of interference signals outside the effective range due to the features of the present invention, namely the use of a high pass for the galvanic isolation of the inner conductor, effectively reduced. These measures lead to a significantly improved capacitive isolating element compared to conventional isolating elements.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch erläutert. Dem Fachmann sind zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen möglich, ohne daß dadurch der Erfindungsge danke verlassen wird. Beispielsweise wird der Fachmann die Bemes sung der einzelnen Bauteile der beschriebenen Schaltung in geeig neter Weise wählen, etwa dahingehend, daß die Grenzfrequenz des Hochpasses im Innenleiter mit der Grenzfrequenz des Hochpasses im Außenleiter im wesentlichen übereinstimmt.The present invention was based on an embodiment schematically explained. Numerous modifications are known to the person skilled in the art and configurations possible without the invention thank you will leave. For example, one skilled in the art solution of the individual components of the circuit described in appro priate neter choose, such as that the cutoff frequency of High pass in the inner conductor with the cutoff frequency of the high pass in Outer conductor essentially coincides.

Claims

1. Capacitive isolating element for the galvanic isolation of a coaxial cable with at least one isolating capacitor in the inner and outer conductors, characterized in that for the galvanic isolation of the inner conductor ( 2 or 5 ) a high-pass filter ( 6 , 7 , 8 ) is provided, the Grenzfre frequency is below the signal transmission range.

2. Capacitive isolating element according to claim 1, characterized in that the high-pass filter ( 6 , 7 , 8 ) is an LCL high-pass filter, in which the connections to the inner conductor isolating capacitor ( 6 ) each have coils ( 7 or 8 ) with the Connections of at least one outer conductor isolating capacitor ( 12 ) are connected.

3. Capacitive isolating element according to claim 1 or 2, in which a high pass consisting of at least one LC half element is also provided in the outer conductor, characterized in that the limit frequency of the high pass in the inner conductor ( 2 or 5 ) with the limit frequency of the high pass in the outer conductor ( 3 or 10 ) essentially matches.

4. Capacitive isolating element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cut-off frequency of the high pass in the inner conductor ( 2 or 5 ) is in the order of 10 MHz, preferably before at 40 MHz.