DE9100423U1 - Cable for signal transmission with variable electrical properties - Google Patents
Cable for signal transmission with variable electrical propertiesInfo
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Description
Gebrauchsmustei— Teil: Beschreibung Blatt 1/7Utility model—part: Description sheet 1/7
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Kabel zur Signalübertragung mit veränderbaren elektr. EigenschaftenCable for signal transmission with variable electrical properties
Einreicher:Submitter:
Werner Szugat · Heinrich Heine Str. 1 · &THgr;9&Ogr;6 Gersthofen 4/91Werner Szugat · Heinrich Heine Str. 1 · &THgr;9&Ogr;6 Gersthofen 4/91
Titel:Title:
zur Signalübertragung mit veränderbaren elektrischen Eigenschaften. ~&ggr; for signal transmission with variable electrical properties. ~&ggr;
Stand der TechnikState of the art
Die elektrischen Eigenschaften eines Kabels zur Signalübertragung werden wesentlich bestimmt durch die räumliche Anordnung der Leiter und die spezifischen Eigenschaften der verwendeten Materialien. Nach der Herstellung eines Kabels können dessen elektrischen Eigenschaften meist nicht mehr verändert werden.The electrical properties of a cable for signal transmission are largely determined by the spatial arrangement of the conductors and the specific properties of the materials used. Once a cable has been manufactured, its electrical properties can usually no longer be changed.
Für elektrische Signale mit Wellenlängen erheblich größer als dem Signalweg, ist näherungsweise nur die Kapazität und der ohmsche Ableitwiderstand zwischen den Leitern wirksam.For electrical signals with wavelengths considerably longer than the signal path, approximately only the capacitance and the ohmic leakage resistance between the conductors are effective.
Diese Leiter kapazität ist in vielen Fällen störend, denn sie bewirkt eine unerwünschte Veränderung der zu übertragenden Signale. In einigen Fällen ergeben sich Resonanzeffekte zwischen Signalgeber und Kabel sowie eine Absenkung der höherfrequenten Signalanteile.This conductor capacitance is disruptive in many cases because it causes an undesirable change in the signals to be transmitted. In some cases, resonance effects occur between the signal generator and the cable, as well as a reduction in the higher frequency signal components.
Es ist Stand der Technik zur Reduzierung der Kapazität und des Ableitwiderstandes eines koaxialen Leitersystems einen zusätzlichen dritten Leiter, nämlich einen vom äußeren Mantelleiter isolierten gleichartigen inneren zweiten Mantelleiter anzuordnen, der den Innenleiter vollständig umschließt und dessen Potential mit Hilfe eines äußeren Verstärkers stets dem Potential des Innenleiter nachgeführt wird. Das Verfahren ist unter dem Namen "Schutzschirmtechnik" bekannt. Kapazität und Ableitwiderstand zwischen dem Innenleiter und dem äußersten Mantelleiter können damit fast vollständig eliminiert werden.The state of the art for reducing the capacitance and leakage resistance of a coaxial conductor system is to arrange an additional third conductor, namely a similar inner second sheath conductor that is insulated from the outer sheath conductor, which completely encloses the inner conductor and whose potential is always adjusted to the potential of the inner conductor with the help of an external amplifier. The process is known as "protective shield technology". Capacitance and leakage resistance between the inner conductor and the outermost sheath conductor can thus be almost completely eliminated.
Quelle: Buch ISBN 3-8023-0592-2. Vogel-Verlag Würzburg, 2. Auflage 1980. Titel: "Linearverstärker", Verf: Dr. Ing. Gerd Harms Seite 104.Source: Book ISBN 3-8023-0592-2. Vogel-Verlag Würzburg, 2nd edition 1980. Title: "Linear Amplifier", Author: Dr. Ing. Gerd Harms Page 104.
Gebrauchsmuster- Teil: Beschreibung Blatt 2/7Utility model part: Description sheet 2/7
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Kabel zur Signalübertragung mit veränderbaren elektr. EigenschaftenCable for signal transmission with variable electrical properties
Einreicher:Submitter:
Werner Srugat · Heinrich Heine Str. 1 · &THgr;9&Ogr;6 Gersthofen 4/91Werner Srugat · Heinrich Heine Str. 1 · &THgr;9&Ogr;6 Gersthofen 4/91
Kritik des Standes der TechnikCriticism of the state of the technology
Dabei ist jedoch die Verwendung eines speziellen Kabels mit zwei voneinander getrennten, isolierten Mantelleitern notwendig. Diese Kabel sind relativ teuer, nur in wenigen Ausführungsformen lieferbar, sehr schwer erhältlich und darüber hinaus mechanisch äußerst unflexibel.However, this requires the use of a special cable with two separate, insulated sheathed conductors. These cables are relatively expensive, only available in a few versions, very difficult to obtain and, in addition, extremely mechanically inflexible.
Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kapazität eines handelsüblichen, preisgünstigen Kabels mit mindestens drei Leitern nachträglich durch äußere Beschaltung auf der Empfangsseite fast beliebig zu verändern und somit die elektrischen Eigenschaften unabhängig von den mechanischen Ausführungen getrennt einzustellen und als Folge davon im Sonderfall auch die Vorteile der Schutzschirmtechnik ohne die Verwendung der aufwendigen Schutzschirmkabel zu erlangen.Task: The invention is based on the task of subsequently changing the capacity of a commercially available, inexpensive cable with at least three conductors almost arbitrarily by external wiring on the receiving side and thus setting the electrical properties separately, independent of the mechanical designs, and as a result of this, in special cases, also achieving the advantages of protective shielding technology without using the complex protective shielding cables.
erzlelbare Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondereThe advantages that can be achieved with the invention are in particular
Vorteile darin, daß die elektrischen Eigenschaften eines einfachen Kabels mitAdvantages in that the electrical properties of a simple cable with
mind. 3 Leitern bei nahezu beliebiger Geometrie und Materialkonstanten nachträglich in weiten Grenzen verändert werden können.at least 3 conductors with almost any geometry and material constants can be subsequently modified within wide limits.
In der Prüf- und Meßtechnik läßt sich ein schlechtes, preisgünstiges Kabel verbessern oder aber auch ein hochwertiges Kabel probeweise künstlich verschlechtern. Der Einfluß des Kabels auf die Veränderung der zu übertragenden Signale kann genau geprüft werden.In testing and measuring technology, a poor, inexpensive cable can be improved or a high-quality cable can be artificially made worse. The influence of the cable on the change in the signals to be transmitted can be precisely tested.
Wechselwirkungen zwischen Kabel und Signalgeber können bequem an der Empfangsstelle studiert und justiert werden. Alle aktiven Schaltmittel sitzen auf der Empfangsseite und es braucht keine Energie für Schaltmittel am Kabelanfang bereitgestellt werden.Interactions between cable and signal generator can be conveniently studied and adjusted at the receiving point. All active switching devices are located on the receiving side and no energy needs to be provided for switching devices at the beginning of the cable.
In der Musikelektronik läßt sich die Wechselwirkung zwischen hochohmigen passiven Instrumententonabnehmern und dem Instrumentenkabel stufenlos einstellen. Dies bewirkt drastische Klangveränderungen und damit mehr Vielfalt für künstlerische Ausdrucksmöglichkeit. In music electronics, the interaction between high-impedance passive instrument pickups and the instrument cable can be continuously adjusted. This causes drastic changes in the sound and thus more variety for artistic expression.
Gebrauchsmuster- Teil: Boschreibung Blatt 3/7Utility model part: Description sheet 3/7
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Kabel zur Signalübertragung mit veränderbaren elektr. EigenschaftenCable for signal transmission with variable electrical properties
Einreicher: Werner Szugat ♦ Heinrich Heine Str. 1 * &THgr;9&Ogr;6 Gersthofen 4/91Submitter: Werner Szugat ♦ Heinrich Heine Str. 1 * &THgr;9&Ogr;6 Gersthofen 4/91
Die beschriebene Aufgabe wird dadurch gelöst, das ein am Kabelende empfangenes Signal in Betrag und Phase verändert über einen zusätzlichen Leiter wieder in das Kabel zurückgeschickt wird.The described task is solved by sending a signal received at the end of the cable back into the cable via an additional conductor, with the magnitude and phase changed.
tin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below:
Für die Erfindung bestehen folgende wichtige Einschränkungen:The invention is subject to the following important limitations:
1) Die mathematische Ableitung gilt nur für Signale mit Frequenzen deren Wellenlängen sehr viel größer als die entstehenden Wellenlängen auf der Leitung sind.1) The mathematical derivation only applies to signals with frequencies whose wavelengths are much larger than the resulting wavelengths on the line.
2) der Längswiderstand der Leiter darf zusammen mit der Leiterkapazität für die zu übertragenden Frequenzen keinen nennenswerten Tiefpaß bilden,2) the series resistance of the conductors together with the conductor capacitance must not form a significant low-pass filter for the frequencies to be transmitted,
3) der ohmsche Längs- und Querwiderstand der Leiter muß wesentlich geringer sein als der Ableitwiderstand (Isolationswiderstand) zwischen den Leitern.3) the ohmic longitudinal and transverse resistance of the conductors must be significantly lower than the leakage resistance (insulation resistance) between the conductors.
Die Erfindung besteht aus einem Kabel mit mind, drei Leitern (Rg.1 "L") und zwei dazugehörigen Verstärkern (Rg 1 "Vf und "V2").The invention consists of a cable with at least three conductors (Rg.1 "L") and two associated amplifiers (Rg 1 "Vf and "V2").
Es zeigen: Rg. 1 ein komplettes Ausführungsbeispiel mit Sender (S), 3-Leiterka-Shown are: Rg. 1 a complete design example with transmitter (S), 3-wire cable
bel (L) sowie der Empfangstelle (E) mit den elektrischen Schaltmitteln: Einem Verstärker (Vi) mit dem Verstärkungsfaktor k = +1, einem weiteren Verstärker (V2) mit variabler Verstärkung ( ± k).bel (L) and the receiving point (E) with the electrical switching means: An amplifier (Vi) with the amplification factor k = +1, another amplifier (V2) with variable amplification ( ± k).
Bei dem dargestellten Kabel (L) in Fig.1 handelt es sich um ein Kabel mit zwei Innenleitern und gemeinsamer äußerer Abschirmung. Der Schirm bildet im Beispiel das Bezugspotential (L2)- Ebenso könnte einer der Innenleiter das gemeinsame Bezugspotential (L2) bilden, der andere Innenleiter den Signaleinspeisepunkt (Li) und der Schirm das rückgekoppelte Signal (L3). Jede Kombination ist möglich. The cable (L) shown in Fig.1 is a cable with two inner conductors and a common outer shield. In the example, the shield forms the reference potential (L2) - Likewise, one of the inner conductors could form the common reference potential (L2), the other inner conductor the signal feed point (Li) and the shield the feedback signal (L3). Any combination is possible.
Rg. 2 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild für das Leitungsystem (L) der Fig 1. mit den Leitern (Li. L2. L3), den Strom- und Spannungspfeilen (Ix) und (Uxy) nach den Kirchhoff sehen Gesetzen, die reellen Ableitwiderstände (R12. R23. R 31) und die Leiterkapazitäten (C12. C23. C31).Fig. 2 shows the electrical equivalent circuit for the line system (L) of Fig. 1 with the conductors (Li. L2. L3), the current and voltage arrows (I x ) and (Uxy) according to Kirchhoff's laws, the real leakage resistances (R12. R23. R 31) and the conductor capacitances (C12. C23. C31).
Gebrauchsmustei— Tell: Beschreibung Blatt 4/7Gebrauchsmustei— Tell: Description Sheet 4/7
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Kabel zur Signalübertragung mit veränderbaren elektr. EigenschaftenCable for signal transmission with variable electrical properties
Einreicher: Werner Szugat · Heinrich Heine Str. 1 · 89OO Gersthofen 4/91Submitter: Werner Szugat · Heinrich Heine Str. 1 · 89OO Gersthofen 4/91
Rg. 3 zeigt das vereinfachte Ersatzschaltbild der Anordnung von Fig 1. für die auftretenden Ströme und Spannungen unter Bezugnahme des Ersatzschaltbildes der Fig. 2 und unter folgenden vier vereinfachenden Voraussetzungen:Fig. 3 shows the simplified equivalent circuit of the arrangement of Fig. 1 for the currents and voltages occurring with reference to the equivalent circuit of Fig. 2 and under the following four simplifying conditions:
1. der Eingangswiderstand des Verstärkers (Vi) geht gegen unendlich, seine Eingangskapazität ist vernachlässigbar gering,1. the input resistance of the amplifier (Vi) approaches infinity, its input capacitance is negligible,
2. der den Leiter (L3) speisende Verstärker (V2) hat einen genügend geringen Ausgangswiderstand und die Spannung (U23) zwischen (L2) und (L3) folgt deshalb der Eingangspannung (U12) genügend genau und genügend schnell mit dem Verstärkungsfaktor (ik)2. the amplifier (V2) feeding the conductor (L3) has a sufficiently low output resistance and the voltage (U23) between (L2) and (L3) therefore follows the input voltage (U12) sufficiently precisely and quickly with the amplification factor (ik)
3. der Strom (132) ist für die Verhältnisse am interessierenden Signaleinspeisepunkt (L1-L2) ohne Bedeutung,3. the current (132) is irrelevant for the conditions at the signal feed point of interest (L1-L2),
4. die reellen Ableitwiderstände (Isolationswiderstände Rxy) sind so hoch, daß sie vernachlässigbar sind.4. the real leakage resistances (insulation resistances R xy ) are so high that they can be neglected.
Die folgenden mathematischen Ableitungen beziehen sich alle auf das Ersatzschaltbild der Fig. 3. Die Gleichungen sind durch vorangestellte Ziffern in Klammern gekennzeichnet. The following mathematical derivations all refer to the equivalent circuit diagram in Fig. 3. The equations are marked with preceding numbers in brackets.
(1 ) h + 131 - ii2 = O Summe aller Ströme eines Knotens = O (2) U31 + U12 ~ k*Ui2 = O Summe aller Spannungen einer Masche = O (1 ) h + 131 - ii2 = O Sum of all currents of a node = O (2) U31 + U12 ~ k*Ui2 = O Sum of all voltages of a mesh = O
Gleichung (1) und Gleichung (2) ergeben sich nach den Kirchhoff sehen Gesetzen.Equation (1) and equation (2) are based on Kirchhoff’s laws.
Durch gegenseitiges Einsetzen und Umformen von (1) und (2) ergibt sich der interessierende Eingangswiderstand (10) als Quotient aus Eingangsspannung (u-|2) geteilt durch den Eingangsstrom (I1).By mutual insertion and transformation of (1) and (2), the input resistance of interest (10) results as the quotient of input voltage (u-| 2 ) divided by the input current (I 1 ).
(3) U31 = (H) · U12 folgt unmittelbar aus (2) (3) U31 = (H) · U12 follows directly from (2)
(5) \\2 - U12 · Uu C12 Kreisfrequenz (CO = 2 · Tf· f)und Kapazität(5) \\2 - U12 · Uu C12 angular frequency (CO = 2 · Tf· f) and capacity
Gebrauchsmuster- Teil: Beschreibung Blatt 5/7Utility model part: Description sheet 5/7
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Kabel zur Signalübertragung mit veränderbaren elektr. EigenschaftenCable for signal transmission with variable electrical properties
Einreicher:Submitter:
Werner Szugat · Heinrich Heine Str. 1 · 89O6 Gersthofen 4/91Werner Szugat · Heinrich Heine Str. 1 · 89O6 Gersthofen 4/91
(6) &Idigr;31 = (H) U12 ' CO C3I(6) &Idigr;31 = (H) U12 ' CO C 3 I
(7) ii + (H) Ui2 W C3I - Ui2-U) Ci2 = 0(7) ii + (H) Ui 2 W C3I - Ui 2 -U) Ci 2 = 0
(8) Ji + Ui2I(H)(OCaI-CuCi2) =0(8) Ji + Ui 2 I(H)(OCaI-CuCi 2 ) =0
(9) ii = ui2 (&ohgr;Ci2 -C(9) ii = ui2 (ωCi 2 -C
folgt aus O) in (4.) folgt aus (5) und (6) in (1) folgt aus (7) folgt aus (8)follows from O) in (4.) follows from (5) and (6) in (1) follows from (7) follows from (8)
Eingangswiderstand des Leitungsystems zwischen (Li) und (L2) bezogen auf Ersatzschaltbild Fig. 3 :Input resistance of the line system between (Li) and (L2) based on equivalent circuit diagram Fig. 3 :
CO-ICi2 -C31 (H))CO-ICi 2 -C31 (H))
folgt aus (9)follows from (9)
Für den in Gleichung (11) angegebenen Verstärkungsfaktor k, ist der Strom aus dem Signalgeber in das Leitungssytem gleich Null, daß heißt, es besteht der Sonderfall wie in der Schutzschirmtechnik. Aus der Signalquelle fließt dann fast keine Energie in das Kabel. Die Kapazität zwischen (Li) und (L2) verschwindet scheinbar. Die Signalübertragung findet sehr verlustarm statt.For the amplification factor k given in equation (11), the current from the signal generator into the cable system is zero, that is, the special case as in protective shield technology exists. Almost no energy then flows from the signal source into the cable. The capacitance between (Li) and (L2) apparently disappears. The signal transmission takes place with very little loss.
fürfor
Φ 0φ 0
-> 0-> 0
Da nun kein Strom mehr in das Kabel fließt, gibt es nun auch keine Wechselwirkungen (Resonanzeffekte) zwischen Signalquelle und Kabel. Die erzeugte Ursignalspannung (us) gelangt unbeeinflußt vom Innenwiderstand (Zs) und Kabelkapazität (C12. C23) bis zum Verstärker (Vi) und steht dort niederohmig als (ua) zur Verfügung.Since no more current flows into the cable, there are no more interactions (resonance effects) between the signal source and the cable. The generated original signal voltage (u s ) reaches the amplifier (Vi) unaffected by the internal resistance (Z s ) and cable capacitance (C12. C23) and is available there as a low-impedance (u a ).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9100423U DE9100423U1 (en) | 1991-01-15 | 1991-01-15 | Cable for signal transmission with variable electrical properties |
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| DE9100423U DE9100423U1 (en) | 1991-01-15 | 1991-01-15 | Cable for signal transmission with variable electrical properties |
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| DE9100423U1 true DE9100423U1 (en) | 1991-07-25 |
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| DE9100423U Expired - Lifetime DE9100423U1 (en) | 1991-01-15 | 1991-01-15 | Cable for signal transmission with variable electrical properties |
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| Country | Link |
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| DE (1) | DE9100423U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4414224A1 (en) * | 1994-04-23 | 1995-10-26 | Rudolf Dr Richter | LF small signal leads transmission distortions compensation method |
-
1991
- 1991-01-15 DE DE9100423U patent/DE9100423U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4414224A1 (en) * | 1994-04-23 | 1995-10-26 | Rudolf Dr Richter | LF small signal leads transmission distortions compensation method |
| DE4414224C2 (en) * | 1994-04-23 | 2003-02-06 | Rudolf Richter | Method for compensating transmission distortions in small signal transmission chains |
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