DE8318583U1 - Koppelelement zum Anschluß einer Signalübertragungseinrichtung an eine koaxiale Hauptleitung - Google Patents

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Berlin und München VPA 83 H 4421 DE

Koppelelement zum Anschluß einer Signalübertragungseinrichtung an eine koaxiale Hauptleitung

Die Neuerung bezieht sich auf ein Koppelelement zum Anschluß einer Signalübertragungseinrichtung an eine koaxiale Hauptleitung mit einem im Verlauf der Hauptleitung auf ihr befestigten Anschlußteil/ mit dem eine zur Signalübertragung geeignete Verbindung herstellbar ist.

Eine Ankopplung von Signalübertragungseinrichtungen an eine Hauptleitung in Form eines Koaxialkabels ist in der Nachrichten- und Datentechnik häufig notwendig, wobei die Hauptleitungen in der Regel fest installiert sind und eine vollständige Unterbrechung der Hauptleitung zum Anschluß von besonderen Abzweigungspunkten oft zu Störungen bei der Signalübertragung führt. Insbesondere bei Bussystemen (lokale Netzwerke), z. B. in der Prozeßdatenverarbeitung, sind eine Vielzahl von Sende-/Empfangseinrichtungen an eine gemeinsame, oft fest installierte Übertragungsleitung (Bus) anzuschließen. 25

Es ist bereits ein Koppelelement bekannt (Design Guide to AMP-Coaxial Taps, AMP Incorporated Harrisburg, DP 5525, Rev A, 1982, Seiten 1 bis 9), bei dem ein oder mehrere Kontaktierungsstifte durch den Isoliermantel, den Außenleiter und das Dielektrikum des Koaxialkabels gedrückt werden. Dieser oder diese Kontaktierungsstifte stellen die Verbindung zwischen dem Innenleiter des Koaxialkabels und einem Anschluß der Signalübertragungseinrichtung her; der Außenleiter des Koaxialkabels wird durch Schneid-, Löt- oder Klemmkontakte ebenfalls mit einem Anschluß der Signalübertragungseinrichtung kontaktiert. Die Kontaktsicherheit hängt hierbei von der Sorgfalt bei der Kontaktierung

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und insbesondere von der Anpreßkraft ab. Es ist notwendig, den Außenleiter und das Dielektrikum der koaxialen Hauptleitung zu durchbohren, wobei die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen dem Innen- und dem Außenleiter besteht. Diese Art der Anzapfung der Hauptleitung bildet darüber hinaus eine elektrische Stoßstelle im Kabel, welche zu Reflexionen des zu übertragenden Signals führt. Die Intensität der dadurch verursachten Reflexionen hängt hierbei insbesondere von der Eingangsimpedanz der beispielsweise nachgeschalteten Sende-/Empfangseinrichtung ab. Bei einer Datenübertragung mit hohen Datenraten (z. B» 10 Mbit/s) kann z. B. bereits eine durch diese Anzapfung entstandene parasitäre Kapazität ( ssi 5 pF) zu unzulässigen Reflexionen führen. Ein ebenfalls möglicher Kurzschluß in der nachgeschalteten Sende-/Empfangseinrichtung macht darüber hinaus durch die Rückwirkung auf die Hauptleitung eine Datenübertragung auf der Hauptleitung (Bus) unmöglich.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Koppelelement zum Anschluß einer Signalübertragungseinrichtung an eine koaxiale Hauptleitung zu schaffen, bei dem der Einfluß des Koppelelements und der angekoppelten Einrichtungen auf die Hauptleitung möglichst gering gehalten werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Koppelelement der eingangs angegebenen Art ein zylindrisches Segment des Außenleiters der koaxialen Hauptleitung durch zwei in vorgegebenem Abstand voneinander angebrachte Unterbrechungsstellen des Außenleiters gebildet, das Segment durch ein leitendes zylindrisches Element des Anschlußteils elektrisch von ihm isoliert überspannt und mit jeweils einem Ende mit dem Außenleiter der Hauptleitung an jeweils einer Unterbrechungsstelle leitend verbunden, wobei zwischen dem Segment und dem Innenleiter der Hauptleitung ein erster isolierender Zwischenraum und zwischen dem Segment und dem zylindrischen Element ein zweiter isolierender Zwischenraum gebildet ist und der eine Leiter des Anschlusses

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der Signalübertragungseinrichtung am Segment und der andere Leiter am zylindrischen Element über das Anschlußteil anliegt.

Gemäß der Neuerung ist es in vorteilhafter Weise möglich, auf eine besondere Kontaktierung des Innenleiters zu verzichten/ indem man diesen gemeinsam mit dem Segment des Außenleiters (oder einem anstelle dessen konzentrisch zum Innenleiter angeordneten leitenden Belag) zu einem Rohrkondensator ausbildet. Die für diese Anordnung notwendige teilweise Entferung des Außenleiters wird durch das als leitende Brücke wirkende zylindrische Element wieder aufgehoben, wobei das als Rohrkondensator ausgebildete Kabelstück vollständig umschlossen wird. Die so möglich gewordene kapazitive Kopplung zwischen der Hauptleitung und der angekoppelten Einrichtung ist für alle Signalübertragungen geeignet, bei denen auf eine Gleichstromkopplung verzichtet werden kann. Sehr gute Ergebnisse werden vor allem beim Anschluß von Empfangseinrichtungen erreicht. Das erfindungsgemäße Koppelelement ist darüber hinaus mechanisch äußerst stabil, da es mit hoher Kontaktsicherheit fest auf dem leitenden Mantel (Außenleiter) der Hauptleitung befestigbar ist und ein mechanischer Zugriff auf den Innenleiter nicht notwendig ist. Hinsichtlich des elektrischen Übertragungsverhaltens ist vorteilhaft, daß die Reflexionen und Rückwirkungen von der angekoppelten Einrichtung äußerst gering gehalten werden können, da die Leiterkonfiguration und das Dielektrikum der Hauptleitung weitgehend erhalten bleiben. Außerdem ist die Kurzschlußgefahr, die bei einer mechanischen Kontaktierung nicht auszuschließen ist, vollständig vermieden. Es ist auch möglich, das Koppelelement als gesondertes Bauteil auszuführen, damit diese Art der Ankopplung auch bei einer Hauptleitung, deren Unterbrechung keine Schwierigkeiten bereitet oder die bereits aufgetrennt ist, vorteilhaft anwendbar ist.

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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Neuerung sind in . den ünteransprüchen angegeben.

Die Neuerung wird anhand der Figuren erläutert, wobei Figur 1 einen Querschnitt durch eine koaxiale Hauptleitung mit Koppelelement,

Figur 2 ein vereinfachtes mechanisches Schema, Figur 3 ein elektrisches Ersatzschaltbild und Figur 4 einen radialen Querschnitt durch das Koppelelement mit Teilen einer elektrischen Ankoppelschaltung zeigt.

Die Darstellung nach der Figur 1 zeigt eine koaxiale Hauptleitung 1 mit einem Innenleiter 2, einem Dielektrikum 3 und einem zylindrischen Außenleiter 4. Die gesamte Hauptleitung 1 ist von einem isolierenden Kunststoffmantel 5 umschlossen. An Unterbrechungsstellen 6 und 7 ist der Außenleiter 4 entfernt, so daß sich ein zylindrisches Segment bildet, das vom übrigen Außenleiter 4 elektrisch isoliert ist. Das zylindrische Segment 8 ist vollständig von einem leitenden zylindrischen Element 9 umschlossen, welches durch eine dielektrische Zwischenlage 10 vom Segment 8 isoliert ist und darüber hinaus an Stellen 11 und 12 mit dem Außenleiter 4 elektrisch verbunden ist (z. B. durch Löten oder Klemmen). Die axialen Ausdehnungen der Unterbrechungsstellen 6 und 7 sind mit b bezeichnet, die Ausdehnungen der Überlappungs- bzw. Kontaktierungsstellen zwischen dem zylindrischen Element 9 und dem Außenleiter sind mit a bezeichnet und die gesamte Lange des zylindrisehen Elements 9 ist 1. Das zylindrische Element 9 kann beispielsweise aus zwei Halbschalen mit einer axialen Trennfläche zusammengesetzt werden.

Das zylindrische Element 9 weist eine Ausnehmung 13 auf, durch die ein Kontaktierungsstift 14 geführt ist, der über ein Verbindungselement 15 elektrisch leitend mit dem zylindrischen Segment 8 verbunden ist. Der Kontaktierungs-

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stift 14 stellt den Innenleiter einer koaxialen Schraub- J:

verbindung dar, zu der eine Schraubfassung 16 gehört, die i

elektrisch leitend am zylindrischen Element 9 gehalten ^

ist. An diese Schraubfassung 16 mit dem koaxial angeord- ;,.'

neten Kontaktierungsstift 14 kann hier, eine nicht darge- % stellte Sende-ZEmpfangseinrichtung als Signalübertragungseinrichtung mit koaxialem Anschluß angekoppelt werden.

In der Figur 2 sind vereinfacht die leitenden Beläge, die durch das Koppelelement gebildet werden, dargestellt. So bildet der Außenleiter 4 zusammen mit dem zylindrischen Element 9 und das zylindrische Segment 8 einen Rohrkondensator, ebenso wie das zylindrische Segment 8 zusammen mit dem Innenleiter 2. Die kapazitive Auskopplung des Signals auf die angekoppelte Einrichtung erfolgt über die Beläge unter Einschluß des Kontaktierungsstifts 14.

Das elektrische Ersatzschaltbild nach der Figur 3 zeigt eine erste Kapazität C_Q, die zwischen dem Innenleiter 2 und dem Segment 8 als Rohrkondensator gebildet ist, ferner eine zweite Kapazität C,, die zwischen dem zylindrischen Element 9 und dem Segment 8 als T-Schaltung liegt, sowie

ty

den halben Wellenwiderstand -j der Hauptleitung 1 auf der einen Seite und eine parasitäre Kapazität C_, mit einem Eingangswiderstand R„, der nachgeschalteten Einrichtung auf der anderen Seite der T-Schaltung. In Empfangsrichtung weist diese Schaltung Hochpaß-Charakter und in Senderichtung Bandpaß-Charakter auf. Die Grenzfrequenzen und Dämpfungen hängen von den Abmessungen des Koppelelements, dem Wellenwiderstand Z und den elektrischen Eigenschaften der angekoppelten Signalübertragungse^inrichtung (beispielsweise C_ und R_rp) ab.

Beim radialen Querschnitt durch das Koppelelement nach der Figur 4 sind die Lagen der beiden Kapazitäten C_n und C. deutlich zu erkennen, außerdem ist hier schematisch

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eine Schaltung 20 angefügt, die außer der parasitären Kapazität C_T mit dem Reihenwiderstand R auch noch Verstärker 21 und 22 aufweist und somit andeutungsweise eine nachgeschaltete periphere Sende-/Empfangseinrichtung darstellen soll.

Außerdem sind in der Figur 4 der Querschnitt des Innenleiters 2 mit r., der radiale Abstand des Innenleiters vom Außenleiter mit r_ und vom zylindrischen Element 9 mit r, angegeben.

Die Werte der Kapazitäten C_ und C, berechnen sich wie folgt:

C = ²* ^{£0 £}r0 * ¹

⁰ m ^o

^ri

_{c =} ²5rgQ £r:

¹ m ^o

^ri

. 1

•wobei£_n die absolute Dielektrizitätskonstante des Vakuums

-13
(0,8855 · 10 F/cm) und &_rQ die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums 3 und £ , die Dielektrizitätskonstante der isolierenden Zwischenschicht 10 darstellen.

Das Reflexionsverhalten kann näherungsweise beschrieben werden durch eine Veränderung des Wellenwiderstar.cles über der Länge 1; die daraus beispielsweise bei Rechtecksignalen entstehenden Echoimpulse haben eine Dauer, welche der doppelten Laufzeit über die Ankopplung (ca. 2x5 ns/m) entspricht. Die Amplitude dieser Impulse wird bestimmt durch das Verhältnis r_/r.,. Parasitäre Kapazitäten C_T in der peripheren Sende-/Empfangseinrichtung vergrößern zwar.· den konstanten Anteil der Ein-ZAusgangskoppeldämpfung, wirken sich aber bei dieser Art der Ankopplung nicht negativ auf das Reflexionsverhalten aus. Auch ein Kurzschluß

·~·₇ .»:.·„.· '&ngr;&rgr;&Agr;··83 H 4421 DE in der peripheren Einrichtung verursacht hier keine zusätzlichen Reflexionen, wodurch die Übertragung auf der Hauptleitung (Bus) nicht beeinträchtigt ist.

Das Prinzip dieser Ankopplung läßt sich auch bei Koaxialkabeln mit einem weiteren Außenschirm verwenden (Triaxial-Kabel), wobei hier lediglich das zylindrische Element 9 mechanisch an die entsprechenden Gegebenheiten dieser Außenleiter angepaßt werden muß.

4 Schutzansprüche
4 Figuren

Claims (4)

:. :vFy\rß? &eegr; 4421 de Schutzansprüche

1. Koppelelement zum Anschluß einer Signalübertragungseinrichtung an eine koaxiale Hauptleitung (1) mit - einem im Verlauf der Hauptleitung (1) auf ihr befestigten Anschlußteil (14, 15, 16), mit dem eine zur Signalübertragung geeignete Verbindung herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein zylindrisches Segment (8) des Außenleiters (4) der

koaxialen Hauptleitung (1) durch zwei in vorgegebenem Abstand voneinander angebrachte Unterbrechungsstellen (6, ⁷) des Außenlaiters (4) gebildet wird,

- ein leitendes zylindrisches Element (9) des Anschlußteils (14, 15, 16) das Segment (8) elektrisch von ihm isoliert überspannt und mit jeweils einem Ende mit dem Außenleiter (4) der Hauptleitung (1) an jeweils einer Unterbrechungsstelle (6, 7) leitend verbunden ist, wobei

- zwischen dem Segment (8) und dem Innenleiter (2) der Hauptleitung (1) ein erster isolierender Zwischenraum und zwischen dem Segment (8) und dem zylindrischen Element (9) ein zweiter isolierender Zwischenraum gebildet ist

- und der eine Leiter des Anschlusses der Signalübertragungseinrichtung am Segment (8) und der andere Leiter am zylindrischen Element (9) über das Anschlußteil (14, 15, 16) anliegt.

2. Koppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

- zum Anschluß einer Einrichtung mit koaxialem Anschluß eine Schraubfassung (16) mit Außengewinde zur Kontaktierung des Außenleiters (4) am zylindrischen Element (9) leitend angebracht ist,

- in dessen Innerem sich koaxial ein Kontaktierungsstift

(14) für den Innenleiter des Anschlusses der angekoppelten Einrichtung befindet, der isoliert durch das zylindrische Element (9) hindurchgeführt und an das Segment (8) angeschlossen ist.

pH 4421 DE

3. Koppelelement nach Anlipfuch l'Oöer A'nsp'ruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- das zylindrische Element (9) auf dem Außenleiter (4) der Hauptleitung (1) aufgelötet ist.

4. Koppelelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- das zylindrische Element (9) auf dem Außenleiter (4) der Hauptleitung (1) aufgeklemmt ist.