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Gebiet der
Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein störungsgeschütztes Verfahren
zum Versorgen eines Empfängers
in einem zellularen Funksystem mit Energie, wobei das Verfahren
an einer Basisstation in einem zellularen Funksystem eingesetzt
wird, wobei die Basisstation Hauptvorrichtungen, periphere Vorrichtungen
und eine Antennenleitung zwischen den Hauptvorrichtungen und den
peripheren Vorrichtungen aufweist, wobei die Hauptvorrichtungen
zumindest eine Energieversorgung und ein Antennenfilter aufweisen,
und wobei die peripheren Vorrichtungen zumindest einen Mastverstärker aufweisen.
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Die Erfindung betrifft auch eine
störungsgeschützte Anordnung
zum Versorgen eines Empfängers
einer Basisstation eines zellularen Funksystems mit Energie, wobei
die Basisstation Hauptvorrichtungen, periphere Vorrichtungen und
eine Antennenleitung zwischen den Hauptvorrichtungen und den peripheren
Vorrichtungen aufweist, wobei die Hauptvorrichtungen zumindest eine
Energieversorgung und ein Antennenfilter aufweisen, und wobei die
peripheren Vorrichtungen zumindest einen Mastverstärker aufweisen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Eine Basisstation eines zellularen
Funksystems weist eine Antenne, sowie Sende- und Empfangseinrichtungen
auf. Da Funkfrequenzen in Leitern rasch gedämpft, verzerrt und gestört werden, wird
das empfangene Signal üblicherweise so
nahe wie möglich
an der Antenne verstärkt.
Zu diesem Zweck wird ein eine periphere Vorrichtung einer Basisstation
darstellender Mastvorverstärker
in der unmittelbaren Nähe
einer Antenne eingesetzt, die zu einer Basisstation eines zellularen
Funksystems gehört,
und die üblicherweise
am Boden angeordnet ist. Die Hauptvorrichtungen einer Basisstation
umfassen zum Beispiel eine oder mehrere Energieversorgungen zum
Versorgen der zu der Basisstation gehörigen Vorrichtungen mit Energie.
Die Energieversorgung eines Mastvorverstärkers wird typischerweise mit
niederfrequentem Wechselstrom oder mit Gleichstrom mit Hilfe eines
separaten Energieversorgungskabels zwischen einer in den Hauptvorrichtungen
einer Basisstation enthaltenen Energieversorgung und einem Mastvorverstärker realisiert.
Das Energieversorgungskabel wird mittels einem separaten, herkömmlichen Überspannungsschutz
geschützt.
Es ist arbeitsaufwendig, ein Energieversorgungskabel zwischen den
Hauptvorrichtungen einer Basisstation und einem Mastvorverstärker anzubringen.
Kosten resultieren sowohl von der Installationsarbeit als auch von
dem Kabel selbst. Zusätzlich
kann der von dem Energieversorgungskabel benötigte Überspannungsschutz oft nicht
ausreichend gut realisiert werden und verursacht zusätzliche
Arbeit und Kosten.
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Ein anderes allgemein bekanntes Überspannungsschutzsystem
für Sende-Empfänger ist
in der US-A-4 325 863 offenbart.
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Eigenschaften
der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es,
eine Energieversorgung für
eine Basisstation derart bereitzustellen, dass die Installation
eines separaten Energieversorgungskabels vermieden wird und der Überspannungsschutz
verbessert wird.
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Dies wird mit einem Verfahren des
in der Einleitung beschriebenen Typs erreicht, das gekennzeichnet
ist durch ein Bereitstellen einer Betriebsspannung von einer Hauptvorrichtung über die
Antennenleitung an eine periphere Vorrichtung der Basisstation,
ein gegenseitiges Abtrennen der an der Antennenleitung bereitgestellten
Betriebsspannung und eines Signals von der Antenne in einer peripheren
Vorrichtung durch Filtern, und ein Leiten einer an der Antennenleitung
gebildeten Überspannung über eine
auf den von der Basisstation verwendeten Funkfrequenzen arbeitende ¼-Wellenlänge-Impedanzanpassungs-Stichleitung
an Erde.
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Die Energieversorgungsanordnung der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenleitung eingerichtet
ist, eine Betriebsspannung von den Hauptvorrichtungen an die peripheren
Vorrichtungen bereitzustellen, wobei die peripheren Vorrichtungen
Filtereinrichtungen zum gegenseitigen Abtrennen einer an der Antennenleitung
bereitgestellten Betriebsspannung und eines Signals von der Antenne
aufweisen, und wobei die auf den von der Basisstation eingesetzten
Funkfrequenzen arbeitende ¼-Wellenlänge-Impedanzanpassungs-Stichleitung
eingerichtet ist, Überspannungen
an Erde zu leiten.
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Das Verfahren der Erfindung weist
erhebliche Voreile auf. Die Lösung
der Erfindung erlaubt die Reduzierung der Anzahl von Kabeln, wobei
eine geringe Anzahl von Komponenten beim Überspannungsschutz benötigt werden
und der Überspannungsschutz
erweitert wird. Dies reduziert die Gesamtkosten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im folgenden wird die Erfindung mit
Bezug auf die Beispiele, die in den begleitenden Zeichnungen dargestellt
sind, ausführlicher
beschrieben, wobei die Zeichnungen zeigen:
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1 den
allgemeinen Aufbau einer Basisstation in einem zellularen Funksystem,
und
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2 ein
Beispiel der betriebsfähigen
Ankopplung des Überspannungsschutzes
gemäß der Erfindung.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiel
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1 zeigt
einen typischen Aufbau einer Basisstation in einem zellularen Funksystem.
Die Basisstation 10 weist eine Antenne 11, eine
periphere Vorrichtung 12, eine Antennenleitung 13,
eine Hauptvorrichtung 14 auf, die verschiedene Bauteile 14a wie etwa
Sender- und Empfängerblöcke, ein
Antennenfilter 14b und eine Energieversorgung 14c der
Basisstation aufweist. Das Antennenfilter 14b weist einen Hauptvorrichtungsanschluss 14d auf,
an dem die Antenneleitung 13 angeschlossen ist. Im Fall
der vorliegenden Erfindung ist die periphere Vorrichtung 12 ein Mastvorverstärker. Der
Betrieb der Basisstation 10 – der hierin nur aus dem Sichtwinkel
des Empfangs beschrieben wird – verbindet
Bauteile 11 bis 14d in der folgenden Weise miteinander.
Nachdem die Antenne 11 ein übertragenes Signal empfangen
hat, das sehr schwach sein kann, wird das Signal von der Antenne an
den Vorverstärker 12 bereitgestellt.
Der Vorverstärker 12 soll
sich so nahe wie möglich
an der Antenne 11 befinden, um eine weitere Abschwächung des
Signals zu vermeiden. Aus diesem Grund und weil eine Basisstation
oft einen Antennenmast einer beliebigen Art aufweist, ist der Vorverstärker 12 in dem
Antennenmast angebracht. Von dem Vorverstärker 12 wird das Signal
an das Antennenfilter 14b weitergeleitet und von dort zu
weiteren Prozessen. Die von den verschiedenen Vorrichtungen 12 bis 14b in
der Basisstation 10 verwendete Energie wird von der Energieversorgung 14c erhalten.
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2 zeigt
ein Beispiel eines Überspannungsschutzes
einer Energieversorgung in der Lösung
der Erfindung. Die Anordnung zum Überspannungsschutz weist einen
Vorverstärker 12,
einen Eingangsanschluß 20 einer
Betriebsspannung, einen Funkfrequenz-Choke bzw. eine -Reaktanzspule 21, einen
Hochpassfilter 22, einen Empfängeranschluß 23, eine Komponente 25,
deren Elektroleitfähigkeit sich
als eine Funktion der Spannung verändert, eine Mikrostreifenleitung 26,
Erde 27 der Basisstation und einen Hauptvorrichtungsanschluß 14d für die Basisstation
auf. Die Bauteile 14d und 20 bis 26 sind
betrieblich miteinander wie folgt gekoppelt. Die Antennenleitung 13 ist
an den Hauptvorrichtungsanschluß 14d angeschlossen.
Von der Antennenleitung 13 wird einen empfangenes Signal über den
Hauptvorrichtungsanschluß 14d an
die Mikrostreifenleitung 26 bereitgestellt, von der aus
es über
den Hochpassfilter 22 und den Empfängeranschluß 23 an den Empfänger fortfährt. Die
Mikrostreifenleitung 26 verbindet den Hauptvorrichtungsanschluß 14d,
zu dem die Antennenleitung 13 führt, und den Empfängeranschluß 23.
Die Mikrostreifenleitung 26 ist typischerweise ein Leiter,
der mit einer gleichförmigen
Grundebene versehen ist und sich auf einem Isolator befindet, und der
die Ausbreitung von elektromagnetischer Strahlung leitet. Der Funkfrequenz-Choke
bzw. die -Reaktanzspule 21 verhindert die Ausbreitung des
Signals über
den Anschluss 20 zu der Energieversorgung.
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Im Fall einer Störung wird an der Antennenleitung 13 eine Überspannung
erzeugt; die Überspannung
breitet sich wie ein Signal zu der Mikrostreifenleitung 26 aus.
In der Mikrostreifenleitung 26 wird die Überspannung
jedoch über
den Überspannungsschutz 24, 25 an
Erde 27 entladen, und breitet sich daher weder zu dem Anschluß 23 noch
zu den weiteren Prozessen in dem Empfänger hin aus.
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Im Folgenden wird die Lösung der
Erfindung. unter Bezugnahme auf die 1 und 2 näher untersucht. Bei der Lösung der
Erfindung wird elektrische Energie von einer Hauptvorrichtung 14 einer
Basisstation 10 über
eine Antennenleitung 13 an eine periphere Vorrichtung 12 bereitgestellt.
Ein an der Antennenleitung 13 zum Beispiel durch den Einfluss
von Donner erzeugte Überspannung
wird bei der Lösung der
Erfindung an Erde 27 geführt, indem eine Impedanzanpassungs-Stichleitung 24 zwischen
der Antennenleitung 13 und der Erde 27 angeschlossen wird,
um als ein Überspannungsschutz
zu dienen. Die Impedanzanpassungs-Stichleitung 24 arbeitet auf
den von der Basisstation 10 verwendeten Funkfrequenzen,
und ihre Länge
beträgt λ/4 + n*λ/2, wobei λ die Wellenlänge ist,
und n ist ein Integer, und n ∊ [0, 1, 2, ...]. In dem Empfänger der
Basisstation 10 ist es immer notwendig, eine Antennenleitung 13 zwischen
der Hauptvorrichtung und der Antenne 11 zu verwenden. Da
die Energieversorgung einer sich in der Nähe der Antenne 11 befindenden
peripheren Vorrichtung 12 über die Antennenleitung 13 stattfindet,
wird kein separates Energieversorgungskabel benötigt, was einen Vorteil darstellt.
Die periphere Vorrichtung 12 weist eine Filtereinrichtung 12a zum Abtrennen
der als Betriebsspannung vorgesehenen Energieversorgung von einem Informationen
enthaltenden hochfrequenten Signal auf. Die Betriebsspannung ermöglicht den
Betrieb des Vorverstärkers 12 und
der darin enthaltenen Filter. Diese Filtereinrichtung 12a zum
gegenseitigen Abtrennen einer Betriebsspannung und eines Signals
sind Filter, die auf Funkfrequenzen arbeiten und aus integrierten Schaltkreisen
oder getrennten Komponenten zusammengebaut sind. Die Betriebsspannung
bei der Lösung
der Erfindung ist niederfrequent, typischerweise deutlich unterhalb
1 kHz, oder von Gleichstrom. Es besteht keine spezielle Einschränkung für die Frequenz
der Betriebsspannung; jedoch muss das Frequenzband der Betriebsspannung
mittels existierender Filterverfahren von Störungen und von einem Signal
abtrennbar sein, dessen Frequenz typischerweise zumindest mehrere
Duzend Megahertz beträgt. Eine
zum Beispiel durch Donner verursachte Überspannung hat ein breites
Frequenzband; aus diesem Grund soll die Betriebsspannung vorzugsweise
entweder eine normale Spannung von Netzwerkfrequenz oder eine Gleichspannung
sein, wobei in diesem Fall die Energieversorgung ein schmales Band aufweisen
würde,
was die Menge an Störungen
in der Energieversorgung reduziert.
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Die Hauptvorrichtung 14 der
Basisstation weist eine Mikrostreifenleitung 26 auf, die
die Antennenleitung 13 und den Empfänger verbindet; Funkfrequenzstrahlung
breitet sich entlang der Mikrostreifenleitung aus, und die Antennenleitung 13 ist
betrieblich daran gekoppelt. Zwischen einem ersten Ende der Impedanzanpassungs-Stichleitung 24 und der
Mikrostreifenleitung 26 ist eine Komponente 25 bereitgestellt,
die ihre Elektroleitfähigkeit
als eine Funktion der Spannung verändert. Besteht der Überspannungsschutz
lediglich aus der Impedanzanpassungs-Stichleitung 24, kann
bei der Energieversorgung des Mastvorverstärkers 12 keine Gleichspannung
verwendet werden, da die Impedanzanpassungs-Stichleitung 24 dann
einen Kurzschluß von der
Mikrostreifenleitung 26 zu Erde bilden würde. Um eine
Gleichspannungs-Energieversorgung zu ermöglichen, wird die ihre Elektroleitfähigkeit
als eine Funktion der Spannung verändernde Komponente 25 zwischen
der Impedanzanpassungs-Stichleitung 24 und der Mikrostreifenleitung 26 eingesetzt.
Unter normalen Betriebsbedingungen ohne jegliche Überspannung
an der Antennenleitung 13 und der Mikrostreifenleitung 26,
ist die Impedanz der Komponente 25 so hoch, dass kein erheblicher
Strombetrag durch sie an Erde 27 der Basisstation geleitet
wird. Steigt die Störspannung
in der Mikrostreifenleitung 26 an, steigt die Leitfähigkeit
der Komponente 25, und die störende Überspannung wird an die Erde 27 geleitet.
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Die ihre Elektroleitfähigkeit
als eine Funktion der Spannung verändernde Komponente 25 ist
vorzugsweise ein Varistor bzw. ein VDR-Widerstand, der in einer
typischen nicht-linearen Art und Weise arbeitet: steigt die Spannung
in der Mikrostreifenleitung 26 derart an, dass sie einen
vorbestimmten Schwellwert überschreitet,
fällt die
Impedanz des Varistors 25 abrupt von ihrem normalen, sehr
hohen Wert ab und wird sehr niedrig, wodurch die hohe Störspannung
an Erde 27 der Basisstation geleitet wird. Die normale Impedanz
des Varistors 25 beträgt über 10 Megaohm,
aber mit hohen Spannungen fällt
sie unter 100 Ohm. Die Impedanzveränderung findet typischerweise
in 10 Mikrosekunden mit großen
Spannungsveränderungen
statt. Eine Überspannung
so schnell an Erde zu leiten stört
eine Übertragung
von zum Beispiel Sprache nicht, da ein Mensch kurze Unterbrechungen
nicht wahrnehmen kann. Außerdem
kann insbesondere in einem digitalen zellularen Funksystem eine
Fehlerkorrektur die Störung
weiter reduzieren, die von einer kurzen Unterbrechung herrührt. Die ihre
Elektroleitfähigkeit
als eine Funktion der Spannung verändernde Komponente 25 kann
auch eine Zener-Diode
sein, die vorzugsweise eine bidirektionale, geschützte Zener
ist, die die gleichen Schutzeigenschaften wie der Varistor bietet.
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Der Überspannungsschutz der Erfindung
ist in die Einheit integriert, um in der Basisstation geschützt zu sein.
Typischerweise schneidet der Schutz Überspannungen zwischen ±50 V bis
200 V ab, was ein niedrigerer Pegel ist als, das was mit bekannten kommerziellen
Lösungen
erreicht wird. Der Schutz leitet einen Strom der Größenordnung 35A an
Erde. Die Betriebsspannung U+ ist typischerweise eine Gleichspannung
von 12 V; in Anbetracht empfindlicher elektronischer Komponenten
ist es daher umso besser, je niedriger der Überspannungsschutz beginnt.
Der Überspannungsschutz
kann des Weiteren – zusätzlich zu
dem Überspannungsschutz
der Erfindung, der in den Aufbau integriert ist – unter Verwendung von getrennt
installierten kommerziellen Überspannungsschutzeinrichtungen
erweitert werden. In diesem Fall kann die Spannungskapazität des Schutzes
auf über
200 V erhöht
werden, um insbesondere einen Schutz gegen einen Hochenergie-Überspannungsimpuls
bereitzustellen; gleichzeitig kann die Größenordnung des an Erde geleiteten
Störungsstroms
sogar auf bis zu 40 kA anwachsen. Wird die Lösung der Erfindung in Verbindung
mit einem kommerziellen Überspannungsschutz
verwendet, schützt sie
die Vorrichtungen einer Basisstation gegen einen Restimpuls eines
Hochenergie-Impulses. Der Betriebsbereich "primärer
Schutzeinrichtungen" von kommerziellen Überspannungsschutzeinrichtungen ist
von ungefähr ±90 V aufwärts, aber
sogar höhere Restimpulse
sind möglich.
Kommerzielle Überspannungsschutzeinrichtungen
und die Lösung
der Erfindung ergänzen
einander.
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Obwohl die Erfindung vorstehend mit
Bezug auf das in den Zeichnungen dargestellte Beispiel beschrieben
wurde, ist es klar, dass die Erfindung nicht auf dieses Beispiel
beschränkt
ist, sondern sie auf viele Weisen innerhalb des Schutzbereiches
des erfinderischen Konzepts modifiziert werden kann, wie in es in
den zugehörigen
Ansprüchen
offenbart ist.