DE3841696C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Breitbandübertragungs­ schaltung nach Art eines Abzweigers mit Richtwirkung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Optimierung einer derartigen Übertragungseinrichtung nach dem Richtkopplerprinzip ist beispielsweise aus der DE 27 03 258 C2 bekannt geworden. Ein derartiger Richtkoppler soll da­ bei die folgenden technischen Anforderungen erfüllen:

• - hohe Kopplungsdämpfung (gute Entkopplung) zwischen dem Ausgang in Durchgangsrichtung und dem Abzweig-Ausgang;
• - kleine Dämpfung zwischen Eingang und Ausgang in Durch­ gangsrichtung (Stammdurchgangsdämpfung); und
• - hohe Rückflußdämpfung (gute Anpassung) an allen Anschlüs­ sen.

Die bekannten Richtkoppler weisen aber einige Nach­ teile auf. Denn abgesehen von der am Abzweig-Ausgang aus­ gekoppelten Energie und der in Durchgangsrichtung weiterüber­ tragenen Energie treten stets nicht zu vernachlässigende Ver­ luste auf, die sich vor allem bei Kettenschaltungen mehrerer Übertragungseinrichtungen, bei der sich nicht nur die Stamm­ durchgangsdämpfungen, sondern vor allem auch die Verluste insgesamt addieren und berücksichtigt werden müssen. Die Anzahl der hintereinander schaltbaren Hochfrequenz-Über­ tragungseinrichtungen insgesamt ist dadurch beschränkt.

Vor allem treten Probleme auch bei der Anpassung an sämt­ lichen Toren auf.

Vor allem bei Abzweigern mit niedriger Abzweigdämpfung wer­ den die auftretenden Verluste besonders hoch. Ganz allgemein läßt sich sagen, daß die Verlustleistungen um so größer sind, je kleiner die Abzweigdämpfung sein sollte, und je größer damit der Impedanzsprung zwischen Eingang und Aus­ gang ist. Zwar kann in gewissen Grenzen zur Verringerung des Verlustes versucht werden, durch eine, wie beispielsweise in der DE 27 03 258 C2 beschriebenen Weise, den Rohrkern zumindest des zweiten Übertragers und damit auch die Quer­ schnittsfläche größer zu gestalten.

Diese Vergrößerung kann aber auch nicht beliebig vorgenom­ men werden, weil dadurch zum einen in nicht erwünschter Weise die Baugröße und damit letztlich auch die Kosten zunehmen. Aber auch bei Verwendung von größeren Doppellochkernen lassen sich die Verluste nicht ausreichend gut beseiti­ gen.

Bei der aus der DE 34 34 891 A1 wird vorgeschlagen, daß sowohl am Sekundärausgang des ersten Übertragers als auch am Primärausgang des zweiten Übertragers jeweils ein mit dem Massepotential in Reihe liegender Widerstand geschaltet ist, um in entsprechender Anpassung zwischen den beiden Widerständen einen für den Einzelfall optimalen Kompriß zwischen optimaler Anpassung einerseits und optimaler Endkopplung andererseits zu finden. Insgesamt sind dabei aber die Dämpfungswerte immer noch vergleichsweise hoch.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu überwinden und eine Möglich­ keit zu schaffen, einen Hochfrequenz- Übertrager nach Art eines Abzweigers mit Richtkopplerprinzip zu schaffen, bei dem die auftretenden Dämpfungsverluste ver­ ringert und/oder im Vergleich bei einem herkömmlichen Über­ trager bei zumindest gleichbleibender und nicht verschlech­ terter Durchgangsdämpfung die Kerngröße erheblich verringer­ bar sein soll.

Die Aufgabe wird entsprechend den im Anspruch 1, 2 oder 3 angegebe­ nen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die vorliegende Erfindung wird auf einfache Art und Weise eine Möglichkeit geschaffen, bei einer derartigen Hochfrequenz-Breitbandübertragungsschaltung nach dem Richt­ kopplerprinzip die Durchgangsdämpfung ohne jede Vergröße­ rung der Kerngröße zu verringern oder aber bei gleicher Durchgangsdämpfung die Kerngröße erheblich zu reduzieren. Die positiven erfindungsgemäßen Vorteile können zusätzlich noch durch eine Erhöhung der Windungszahl des verlustbe­ hafteten Übertragers beispielsweise bei gleichem Übersetzungs­ verhältnis verbessert werden.

Die erfindungsgemäße Lösung basiert darauf, daß der zweite Ausgang der Primärwicklung des zweiten Übertragers auf ein Potential gelegt wird, das zwischen Masse und der Eingangs­ spannung liegt, jedoch größer als das Massepotential ist. Mit anderen Worten wird hier an der Primärwicklung die einge­ prägte Spannung verringert. Die Verringerung der Spannung ergibt nach der Formel

eine Verringerung des magnetischen Kraftflusses in der Spule. Da aber die auftretenden Magnetisierungsverluste in der Vo­ lumeneinheit annähernd dem Quadrat der magnetischen Fluß­ dichte proportional sind, ergibt sich somit mit einer Verrin­ gerung der an der Primärwicklung anliegenden Spannung und damit letztlich des magnetischen Kraftflusses Φ eine annä­ hernd quadratische Abnahme der magnetischen Verluste. Dies wirkt sich äußerst vorteilhaft vor allem bei Kettenschaltun­ gen aus, bei denen mehrere der erfindungsgemäßen Über­ tragungseinrichtungen nach Art einer Serienschaltung zu­ sammengeschaltet werden. Da sich die erfindungsgemäß bei jeder Einzelübertragungseinrichtung auftretenden Dämpfungs­ werte gegenüber dem Stand der Technik verbessern, schlägt sich dies vor allem bei Kettenschaltungen besonders vorteil­ haft nieder.

Erfindungsgemäß läßt sich eine Verbesserung der Durchgangs­ dämpfung um 3/10 bis 4/10 ohne Probleme realisieren. Die Verringerung der Durchgangsdämpfung ist dabei auch bei hohen Frequenzen bis zu 450 MHz selbst bei schlechtem Kern­ material möglich.

Die erfindungsgemäßen Vorteile lassen sich aber vor allem auch bei Richtkoppler-Übertragern mit niedriger Auskoppel­ dämpfung von weniger als 10 dB, z. B. mit 8 dB erzielen. Der­ artige Richtkoppler-Übertrager waren bisher nur mit schlechten Betriebsdaten möglich, wobei wegen der geringen Windungszahlen schlechte Anpassungen und hohe magnetische Verluste vorhanden waren. Durch eine Vergrößerung der Kernquerschnittsfläche, ins­ besondere bei Doppellochkernen, konnte eine Optimierung nicht beliebig ausgedehnt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich der Impedanz­ sprung zwischen der Eingangs- und der Ausgangsimpedanz bei insgesamt erhöhter Eingangs- und Ausgangs-Impedanz verringern und damit die Anpassung am Eingang und Ausgang verbessern.

Durch die neue Breitbandübertragungsschaltung ergibt sich neben der Verringerung der Durchgangsdämpfung über den gesamten Übertragungsbereich und/oder die Verringerung der Kernabmessungen zudem eine Verbesserung der Eingangs- und Ausgangsanpassung und schließlich eine Erhöhung der Richt­ dämpfung, da der Rückkoppelwiderstand relativ unabhängig optimiert werden kann.

Da zudem der Ausgang der Primärwicklung des zweiten Übertra­ gers gegenüber dem Stand der Technik auf einem höheren Potential liegt, ergibt sich zudem auch eine Vereinfachung des Abgleiches.

Eine gewisse Feinabstimmung und Optimierung kann evtl. durch Änderung der Windungszahl, z. B. durch eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses bei den Übertragern, durch Erhöhung des Absorptionswiderstandes am Ausgang der Sekun­ därwicklung des zweiten Übertragers zur Erzielung der ge­ wünschten Richtungsdämpfung und durch Anpassung des er­ wähnten Rückkopplungswiderstandes entsprechend den konkre­ ten Einsatzbedingungen vorgenommen werden.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt

Fig. 1 bis 3: drei Ausführungsbeispiele der Erfindung.

In der Fig. 1 weist die dort gezeigte HF-Breitbandübertragungs­ schaltung einen Eingang 1, einen Ausgang 3 sowie einen Abzweiganschluß 5 auf. Die Strecke zwischen Eingang 1 und Ausgang 3 stellt den den Hauptteil der Hochfrequenzenergie übertragenden Stammdurchgang dar, längs dem mehrere in der Zeichnung dargestellte Breitbandübertragerschaltungen nach Art einer Kettenschaltung zusammengeschaltet werden können.

Ein in der Regel nur verhältnismäßig kleiner Teil der zu übertragenden Hochfrequenzenergie wird zu dem Abzweigan­ schluß 5 übertragen, der durch die gewählte Auskoppeldämp­ fung im wesentlichen durch das Übersetzungsverhältnis zwi­ schen den Windungszahlen von der Primär- zur Sekundär­ wicklung in den beiden Übertragern T 1 und T 2 festgelegt wird.

Der erste Übertrager T 1 weist eine Primärwicklung 7 auf, die in der Stammleitung 9 zwischen Eingang 1 und Ausgang 3 liegt. Die zweite Primärwicklung 11, die über eine Zweiglei­ tung 13 von der Stammleitung 9 abzweigt, ist Teil des zwei­ ten Übertragers T 2. Die Sekundärwicklung 15 des ersten Über­ tragers T 1 liegt ausgangsseitig an Masse und ist über eine Leitung 17 eingangsseitig mit dem Abzweigabschluß 5 verbun­ den. Die Sekundärwicklung 19 des zweiten Übertragers ist ausgangsseitig mit einem in Reihe geschalteten Absorptionswider­ stand 21 mit Masse und eingangsseitig ebenfalls über die Lei­ tung 17 mit dem Abzweiganschluß 5 verbunden.

Vorstehend wie nachfolgend werden die in der Figur linkslie­ genden Anschlüsse an den Wicklungen 7, 15 sowie 11, 19 als "eingangsseitig" und die in der Figur rechtsliegenden An­ schlüsse zu den Wicklungen als "ausgangsseitig" bezeich­ net und definiert.

Um nunmehr die Durchgangsdämpfung in der Stammleitung 9 und/oder die Kerngröße erheblich zu verringern, ist im ge­ zeigten Ausführungsbeispiel der Ausgang der Primärwicklung 11 des zweiten Übertragers T 2 nicht wie im Stand der Tech­ nik üblich auf Masse, sondern auf ein zwischen Masse und Eingangsspannung liegendes, also ein über dem Massepoten­ tial liegendes Potential gelegt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dazu der Ausgang der Primärwicklung des zweiten Übertragers T 2 über eine Rück­ kopplungs-Impedanz 23 mit dem Abzweiganschluß 5 elektrisch verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird für die Im­ pendanz ein Ohm'scher Widerstand verwandt. Aber auch eine Rückkopplung über eine kapazitive oder induktive Impedanz oder eine direkte Verbindung ist möglich.

Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel ist in manchen Anwendungsfällen zur Erzielung der gewünschten Vorteile auch mög­ lich, daß die Rückkopplungs-Impedanz 23 an ihrer zur Pri­ märwicklung 11 gegenüberliegenden Anschlußseite 25 nicht direkt über die Leitung 17 mit dem Abzweiganschluß 5 elek­ trisch verbunden ist, sondern daß der Rückkopplungs-Anschluß 25 der Rückkopplungs-Impedanz 23 gemäß Fig. 2 auf den Ausgang 3 zurückgeführt wird, oder daß die Primär- oder Sekundärwicklung eines der beiden Übertrager T 1 oder T 2 an geeigneter Stelle angezapft wird, wie in Fig. 3 dargestellt.

Durch diese Schaltungstechnik wird in der Primärwicklung 11 die eingeprägte Spannung verringert, wodurch, wie eingangs beschrieben, in quadratischer Abhängigkeit die Magnetisierungsverluste minimiert werden.

Da hierdurch die Primärspannung an dem zweiten Übertrager T 2 verändert wird, verändert sich darüber auch die Sekundärspannung, so daß gegebenenfalls in Anpassung an bestimmte Einsatzfälle die Windungszahl bzw. das Übersetzungsverhältnis geändert werden muß.

Ferner wird in der Regel der Absorptions-Widerstand 21 gegen­ über den bekannten Schaltungen etwas höher gewählt und weist beispielsweise gegenüber ungefähr 62 Ohm bei Schaltun­ gen gemäß dem Stand der Technik Werte von bis zu mehreren Hundert Ohm auf.

Der Abgleich insgesamt kann vereinfacht vorgenommen werden, da der Ausgang der Primärwicklung 11 des zweiten Übertra­ gers T 2 hoch liegt. Schließlich kann auch die Richtdämpfung durch relativ unabhängige Optimierung des Rückkoppel-Wider­ standes 23 erzielt werden.

Der in der Figur dargestellte Rückkoppel-Widerstand 23 kann beispielsweise auf der Leiterplatte selbst mitverschaltet, d.h. durch die Durchtrittsöffnung des Ringkernes selbst hindurch gelegt oder auch in einem separaten durch den Ringkern ver­ laufenden Loch angeordnet sein.

Claims (8)

1. HF-Breitbandübertragungsschaltung nach Art eines Abzwei­ gers mit Richtwirkung vorzugsweise für Breitbandkommunikations-Netze, mit einem Eingang (1), einem Ausgang (3) und einem Abzweiganschluß (5), und zwei je aus zwei Wicklungen (7, 15; 11, 19) bestehenden Übertragern (T 1; T 2), wobei die Primär­ wicklung (7) des ersten Übertragers (T 1) zwischen dem Eingang (1) und dem Ausgang (3) liegt und dessen Sekundärwicklung (15) einerseits mit dem Abzweigausgang (5) und andererseits mit Masse verbunden ist, und die Sekundärwicklung (19) des zweiten Übertragers (T 2) einerseits mit dem Abzweigausgang (5) und andererseits über einen in Reihe geschalteten Absorptionswiderstand (21) mit Masse verbunden ist und dessen Primärwicklung (11) eingangsseitig mit dem Eingang (1) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (11) des zweiten Übertragers (T 2) ausgangsseitig mit dem Abzweiganschluß (5) elektrisch in Verbindung steht.

2. HF-Breitbandübertragungsschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (11) des zweiten Übertragers (T 2) ausgangsseitig mit einer Anzapfstelle an einer der Wicklungen (7, 11, 15, 19) elektrisch in Verbindung steht.

3. HF-Breitbandübertragungsschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (11) des zweiten Übertragers (T 2) ausgangsseitig mit dem Ausgang (3) elektrisch in Verbindung steht.

4. HF-Breitbandübertragungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Primärwicklung (11) des zweiten Übertragers (T 2) und einem jeweiligen Rückkopplungs-Anschluß (25), der mit dem Abzweiganschluß (5), mit einer Anzapfstelle an einer der Wicklungen (7, 11, 15, 19) beziehungsweise mit dem Ausgang (3) in Verbindung steht, eine Impedanz (23) in Reihe geschaltet ist.

5. HF-Breitbandübertragungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungs-Impedanz (23) aus einem Ohm'schen Widerstand und/oder einer Kapazität und/oder einer Induktivität besteht.

6. HF-Breitbandübertragungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Windungszahl N in den Wicklungen (7, 11, 15, 19) vorwählbar ist.

7. HF-Breitbandübertragungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsimpedanz (23) auf der zugehörigen Leiterplatte montiert ist.

8. HF-Breitbandübertragungsschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungs-Impedanz (23) im gemeinsamen Wicklungsloch oder einem separaten Loch im Lochkern in einem der Übertrager (T 1, T 2) untergebracht ist.