EP1586170A1 - Anordnung zur abstrahlung elektormagnetischer wellen unter verwendung eines koaxialkabels - Google Patents

Anordnung zur abstrahlung elektormagnetischer wellen unter verwendung eines koaxialkabels

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EP1586170A1
EP1586170A1 EP03788809A EP03788809A EP1586170A1 EP 1586170 A1 EP1586170 A1 EP 1586170A1 EP 03788809 A EP03788809 A EP 03788809A EP 03788809 A EP03788809 A EP 03788809A EP 1586170 A1 EP1586170 A1 EP 1586170A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
frequency
coaxial cable
cable
pass filter
outer conductor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03788809A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Krüger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1586170A1 publication Critical patent/EP1586170A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/28—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium using the near field of leaky cables, e.g. of leaky coaxial cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • H01Q1/46—Electric supply lines or communication lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/203—Leaky coaxial lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/35—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using two or more simultaneously fed points

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for emitting electromagnetic waves according to the preamble of claim 1.
  • a disadvantage of this method is that, due to the different distances to the repeater, a uniform signal level cannot be provided in all areas of the shielded room, especially if there is a curvature of the route in the tunnel or if the tunnels in mines are on several levels , 2.
  • Radiating high-frequency cables or radiator cables are coaxial cables that are provided with punched or milled openings in the outer conductor. A certain part of the energy flows through these openings from the inside of the cable, i.e. part of the signal of a certain frequency, for example a high-frequency signal, which is conducted through the cable, is emitted into the environment to be supplied. Since the radiation takes place over the entire length of the cable, even illumination of a larger area with electromagnetic waves is possible.
  • Such radiator cables which are also referred to as leakage or slot cables, are for this purpose laid, for example, on the ceiling of a tunnel over its entire length, as a result of which homogeneous supply is achieved.
  • Such a radiator cable can be seen in Figure 2.
  • the openings, for example slots are punched into the shield of the cable.
  • the inner and outer conductors of the cable are connected to each other via a load resistor.
  • radiator cables have a lower cutoff frequency below which radiation of electromagnetic waves is not possible. In the case of commercially available cables, this cut-off frequency is below the FM radio band and above the short-wave band.
  • the essence of the invention is that at frequencies below the cut-off frequency of a radiator cable, the signal is fed into the outer conductor or shield jacket of the radiator cable. This allows electromagnetic waves to be emitted without being limited by a lower cut-off frequency.
  • Figure 1 a repeater system according to the prior art
  • Figure 2 a radiator cable
  • FIG. 3 an exemplary embodiment of the arrangement according to the invention with a circuit arrangement and a radiator cable
  • Figure 4 the signal curve for frequencies greater than the lower limit frequency of the radiator cable in the exemplary embodiment according to Figure 3
  • Figure 5 the signal curve for frequencies lower than the lower limit frequency of the radiator cable in the exemplary embodiment according to Figure 3
  • Figure 6 an exemplary embodiment , in which the radiator cable is operated resonantly in a frequency band below the lower limit frequency of the radiator cable.
  • the radiator cable 1 designed according to FIG. 2, for example a coaxial cable, has an outer conductor 2 and an inner conductor 3. At the end opposite the feed point E, the inner conductor 3 and the outer conductor 2 are connected via a load resistor 4 and R L , respectively. Via an pass circuit 7, an electromagnetic signal, for example a high-frequency signal, is divided according to its frequency onto the outer conductor 2 or the inner conductor 3.
  • the matching circuit 7 can also be divided into a separating device for separating frequency ranges and a filter device.
  • the matching circuit 7 has a low-pass circuit 5 and a high-pass circuit 6.
  • the low-pass circuit 5 is connected to the outer conductor 2 and the high-pass circuit 6 to the inner conductor 3.
  • the electromagnetic signal supplied at the feed-in point P has frequency components above and below the lower limit frequency f G of the radiator cable 1.
  • the component of the signal which has frequencies lower than the cut-off frequency f G is now passed through the low-pass filter 5 to the outer conductor 2 of the radiator cable 1.
  • the portion of the signal which has a frequency above the cut-off frequency f G is conducted via the high pass 6 to the inner conductor 3 of the radiator cable 1.
  • the terminating resistor or load resistor 4 or R L is used to correctly adapt the radiator cable 1 to the matching circuit 7 and to the high-frequency generating source.
  • the load resistor 4 corresponds to the real value of the impedance of the cable. It prevents reflections and standing waves, which would lead to an inhomogeneous field strength along the cable, which would then again result in inhomogeneous radiation.
  • the behavior for frequencies above the given cut-off frequency f G of the radiator cable 1 is referred to as mode 1.
  • these frequencies are fed into the center conductor or inner conductor 3 of the radiator cable 1 via a high-pass filter, which, for example, consists of a capacitor C1 and an inductor L1 switched on in a shunt arm, but can also be of more complex construction.
  • a high-pass filter which, for example, consists of a capacitor C1 and an inductor L1 switched on in a shunt arm, but can also be of more complex construction.
  • a high-pass filter which, for example, consists of a capacitor C1 and an inductor L1 switched on in a shunt arm, but can also be of more complex construction.
  • the shielding jacket or outer conductor 2 Existing openings radiate part of the energy over the entire length of the cable. Feeding the signal into the inner conductor 3 corresponds to the intended operation according to the prior art. What is new is that the signal is divided into the components above and
  • the path of the signal is shown in Figure 4.
  • the signal is fed into the inner conductor 3 via the high pass 6 and flows to ground at the end of the cable opposite the feed point P.
  • mode 2 is the mode of the frequencies below the given cut-off frequency f G of the cable. These frequencies are fed into the shield sheath or outer conductor 2 of the radiator cable 1 via a low-pass filter, which consists, for example, of an inductor L2 and a capacitor C2 arranged in the shunt arm, but can also be made more complex.
  • the central conductor or inner conductor 3 of the radiator cable 1 is used to return the electromagnetic signal. Since the waves are first fed into the outer conductor 2, mode 2 is different from mode 1 with regard to the Radiation of electromagnetic waves no lower limit frequency. This is due to the fact that the electromagnetic energy is already on the outer conductor, from where it can radiate unhindered and does not first have to penetrate through openings, for example slots, in the outer conductor 3.
  • the matching circuit 7 so the useful signal is divided into the cut-off frequency f G ohen- and low-frequency component with respect to a, which is then radiated via the described modes.
  • a spatially uniform radiation of the electromagnetic energy is thus made possible even for frequencies below the cut-off frequency f G of the radiator cable 1.
  • this method allows radiator cables that are already present to be used without replacement or modification by prefixing the matching circuit 7 described.
  • an increase in the radiated power is achieved below the limit frequency F G defined above, in that the outer sheath 3 of the radiator cable 1 is operated in a resonant manner and thus acts as a “long-wire antenna”.
  • the base resistance of the antenna is heavily frequency-dependent.
  • a further adjustment circuit at the cable feed point for example a so-called Collins filter, can be used to make a radiator operated as a long-wire antenna resonant for the respective frequency within a certain bandwidth.
  • an additional matching network 8 can be inserted at the output of the radiator cable 1.
  • An optimal energy transfer is achieved if the output impedance of the energy source is equal to the input impedance of the matching network 8, which in turn is equal to the impedance of the radiator cable 1 and this in turn is equal to the real terminating resistance of the radiator cable 1.
  • This matching network includes, for example, a load resistor 9 connected to the inner conductor 3 of the radiator cable with a resistance value deviating from the characteristic impedance of the radiator cable 1, an inductance L3 connected in series therewith and a capacitance C3 arranged in between in the shunt arm.
  • a mixed form with regard to the radiation modes below the cutoff frequency can be generated with the aid of a suitably modified matching network 8.
  • a so-called incorrect conclusion is brought about in a targeted manner at the opposite end of the entry point.
  • a faulty termination occurs, for example, when the radiator cable is terminated with a resistance value that is not equal to the characteristic impedance of the cable.
  • so-called jacket waves are formed on the shield jacket of the cable.
  • the radiator cable can be represented schematically as a parallel connection of an inductance and a capacitance, which is connected in series with an ohmic resistor.
  • the inductive resistance is now much larger than the capacitive resistance.
  • the effective impedance is approximately an ohmic resistance, which means that the terminating resistor is adapted.
  • An arrangement according to the invention can be used, for example, in the context of the future digitization of the old AM radio areas, which are interesting in terms of radio technology due to their long range.
  • the provision of these frequency ranges in shielded rooms is by means of an arrangement according to the invention possible. This is particularly important because, because of the relatively long wavelengths in the AM broadcasting area, buildings with relatively large openings already have a shielding effect if their structures are electrically conductive.
  • radio services such as GSM (global system for mobile communication), UMTS (universal mobile telecommunications system) or radio services such as CB or KW amateur radio can also be used simultaneously on corresponding radiator cables via corresponding coupling networks be activated.
  • GSM global system for mobile communication
  • UMTS universal mobile telecommunications system
  • CB KW amateur radio
  • Implementations according to the invention can also be used in shortwave receivers or in DAB systems (digital audio broadcast).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen unter Verwendung eines Koaxialkabels (1), dessen Außenleiter (2) Öffnungen aufweist und bei dem elektromagnetische Signale, die in oberhalb der unteren Grenzfrequenz fg des Koaxialkabels (1) liegenden Frequenzbereichen übertragen werden, in den Innenleiter (3) des Koaxialkabels (1) einspeisbar sind, dadurch gekennzeichnet , dass - eingangsseitig eine Trennschaltung vorgesehen ist, welche eine Parallelschaltung eines Tiefpass-Filters (5) und eines Hochpassfilters (6) enthält und - bei der Trennschaltung der Ausgang des Hochpassfilters (6) mit dem Innenleiter (3) und der Ausgang des Tiefpassfilters (5) mit dem Außenleiter (2) des Koaxialkabels (1) verbunden ist, so dass elektromagnetische Signale, die in oberhalb der unteren Grenzfrequenz fg liegenden Frequenzbereichen übertragen werden, in den Innenleiter (3) und elektromagnetische Signale, die in unterhalb der unteren Grenzfrequenz fg des Koaxialkabels (1) liegenden Frequenzbereichen übertragen werden, in den Außenleiter (2) des Koaxialkabels (1) einspeisbar sind.

Description

Beschreibung
Anordnung zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen unter Verwendung eines Koaxialkabels
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Bereichen wie beispielsweise U-Bahnen, Tunnels oder auch Gebäuden ist im Allgemeinen eine Versorgung mit elektromagnetischen Wellen insbesondere für Frequenzen unterhalb des UKW (Ultra Kurz Welle) Bereichs nicht möglich, da diese durch das diese Bereiche umgebende Material abgeschirmt werden. Jedoch wäre eine Versorgung wünschenswert, beispielsweise um einen Autofahrer in einem Tunnel weiterhin mit einem Radioprogramm zu versorgen, oder auch um einen Mobilfunkbenutzer den Empfang im U-Bahnbereich zu ermöglichen.
Für die Versorgung mit elektromagnetischen Wellen in abge- schirmten Bereichen sind bereits folgende Systeme bekannt:
1. Repeater-Systeme
Bei sogenannten Repeater-Systemen werden mit Hilfe einer Empfangsantenne außerhalb eines abgeschirmten Raumes elektromag- netische Wellen einem Verstärker zugeführt und danach innerhalb der Abschirmung über eine weitere Antenne abgestrahlt. Dieser Sachverhalt ist in Figur 1 dargestellt, wobei auf das Beispiel des Autos in einem Tunnel zurückgegriffen wird.
Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass aufgrund unterschiedlicher Entfernungen zum Repeater nicht in allen Bereichen des abgeschirmten Raumes ein gleichmäßiger Signalpegel zur Verfügung gestellt werden kann, insbesondere dann, wenn im Tunnel eine Krümmung des Streckenverlaufs vorliegt oder auch wenn in Bergwerken die Tunnels in mehreren Ebenen liegen. 2. Strahlende Hochfrequenzkabel
Strahlende Hochfrequenzkabel oder Strahlerkabel sind Koaxialkabel, die im äußeren Leiter mit gestanzten oder gefrästen Öffnungen versehen sind. Durch diese Öffnungen fließt ein be- stimmter Teil der Energie vom Kabelinneren nach außen, d.h. ein Teil des durch das Kabel geleiteten Signals einer bestimmten Frequenz, beispielsweise eines Hochfrequenzsignals, wird in das zu versorgende Umfeld abgestrahlt. Da die Abstrahlung über die gesamte Länge des Kabels erfolgt, ist auch die gleichmäßige Ausleuchtung eines größeren Bereichs mit e- lektromagnetischen Wellen möglich. Derartige Strahlerkabel, welche auch als Leck- oder Schlitzkabel bezeichnet werden, werden dazu beispielsweise an der Decke eines Tunnels über dessen gesamte Länge verlegt, wodurch die homogene Versorgung erreicht wird. Ein derartiges Strahlerkabel ist in Figur 2 zu sehen. Die Öffnungen, beispielsweise Schlitze sind in die Abschirmung des Kabels eingestanzt. Innen- und Außenleiter des Kabels sind über einen Lastwiderstand miteinander verbunden.
Es ist bekannt, dass Strahlerkabel eine untere Grenzfrequenz aufweisen, unterhalb derer eine Abstrahlung elektromagnetischer Wellen nicht möglich ist. Bei handelsüblichen Kabeln liegt diese Grenzfrequenz unterhalb des UKW-Rundfunkbandes und oberhalb des Kurzwellenbandes.
Der Nachteil bei den bisher bekannten Verfahren besteht also darin, dass weder eine räumlich gleichmäßige Ausbreitung in abgeschirmten Bereichen noch eine gleichmäßige Ausbreitung über das gesamte Frequenzband erzielt werden kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit der eine räumlich gleichmäßige Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen in einem abgeschirmten Bereich über einen weiten Frequenzbereich ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Unteransprüchen.
Kern der Erfindung ist es, dass bei Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz eines Strahlerkabels eine Einspeisung des Signals in den Außenleiter oder Schirmmantel des Strahlerkabels erfolgt. Damit ist eine Abstrahlung elektromagnetischer Wellen ohne die Limitierung durch eine untere Grenzfrequenz mög- lieh.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand ausgewählter Beispiele näher erläutert, die teilweise auch in den Figuren dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1: ein Repeater-System gemäß dem Stand der Technik Figur 2: ein Strahlerkabel,
Figur 3 : eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Schaltungsanordnung und einem Strahlerkabel,
Figur 4 : den Signalverlauf für Frequenzen größer als die untere Grenzfrequenz des Strahlerkabels in der beispielhaften Ausgestaltung gemäß Figur 3, Figur 5 : den Signalverlauf für Frequenzen kleiner als die untere Grenzfrequenz des Strahlerkabels in der beispielhaften Ausgestaltung gemäß Figur 3 und Figur 6: eine beispielhafte Ausgestaltung, bei der das Strahlerkabel in einem unterhalb der unteren Grenzfre- quenz des Strahlerkabels liegenden Frequenzband resonant betrieben wird.
In Figur 3 ist eine beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung zu sehen. Das gemäß Figur 2 ausgebildete Strahlerkabel 1, beispielsweise ein Koaxialkabel, weist einen Außenleiter 2 sowie einen Innenleiter 3 auf. An dem dem Einspeisepunkt E gegenüberliegenden Ende sind Innenleiter 3 und Außenleiter 2 über einen Lastwiderstand 4 bzw. RL verbunden. Über eine An- passschaltung 7 wird ein elektromagnetisches Signal, beispielsweise ein Hochfrequenzsignal, entsprechend seiner Frequenz auf den Außenleiter 2 oder den Innenleiter 3 aufgeteilt. Die Anpassschaltung 7 kann auch in eine Trenneinrich- tung zum Auftrennen von Frequenzbereichen und eine Filtereinrichtung aufgeteilt sein.
Die Anpassschaltung 7 weist eine Tiefpassschaltung 5 und eine Hochpassschaltung 6 auf. Dabei ist die Tiefpassschaltung 5 mit dem Außenleiter 2 verbunden und die Hochpassschaltung 6 mit dem Innenleiter 3. Das am Einspeisepunkt P zugeführte e- lektromagnetische Signal weist sowohl Frequenzbestandteile oberhalb als auch unterhalb der unteren Grenzfrequenz fG des Strahlerkabels 1 auf. In der Anpassschaltung 7 wird nun durch den Tiefpass 5 der Bestandteil des Signals, welcher Frequenzen kleiner als die Grenzfrequenz fG aufweist auf den Außenleiter 2 des Strahlerkabels 1 geleitet. Der Anteil des Signals, welcher eine Frequenz oberhalb der Grenzfrequenz fG aufweist, wird über den Hochpass 6 auf den Innenleiter 3 des Strahlerkabels 1 geleitet.
Der Abschlusswiderstand oder Lastwiderstand 4 bzw. RL dient zur korrekten Anpassung des Strahlerkabels 1 an die Anpassschaltung 7 und an die hochfrequenzerzeugende Quelle. Der Lastwiderstand 4 entspricht dem realen Wert der Impedanz des Kabels. Er verhindert so Reflexionen und stehende Wellen, welche zu einer inhomogenen Feldstärke entlang des Kabels führen würden, die dann wieder eine inhomogene Abstrahlung bedingen würde .
Im Folgenden wird das Verhalten für Frequenzen oberhalb der gegebenen Grenzfrequenz fG des Strahlerkabels 1 als Modus 1 bezeichnet. Diese Frequenzen werden, wie bereits ausgeführt, über einen Hochpassfilter, der beispielsweise aus einer Kapazität Cl und einer in einem Querzweig eingeschalteten Induk- tivität Ll besteht aber auch komplexer aufgebaut sein kann, in den Mittelleiter oder Innenleiter 3 des Strahlerkabels 1 eingespeist. Durch die im Schirmmantel oder Außenleiter 2 vorhandenen Öffnungen wird ein Teil der Energie über die gesamte Länge des Kabels verteilt abgestrahlt. Eine Einspeisung des Signals in den Innenleiter 3 entspricht dem bestimmungsgemäßen Betrieb gemäß dem Stand der Technik. Neu ist, dass mittels der Anpassschaltung 7 das Signal in die Bestandteile oberhalb und unterhalb der unteren Grenzfrequenz fG des Strahlerkabels 1 aufgeteilt wird.
Der Weg des Signals ist in Figur 4 dargestellt. Das Signal wird über den Hochpass 6 in den Innenleiter 3 eingespeist und fließt am dem dem Einspeisepunkt P gegenüber liegenden Ende des Kabels gegen Masse.
Im Folgenden wird als Modus 2 der Modus der Frequenzen unter- halb der gegebenen Grenzfrequenz fG des Kabels bezeichnet. Diese Frequenzen werden über einen Tiefpass, welcher beispielsweise aus einer Induktivität L2 und einer im Querzweig angeordneten Kapazität C2 besteht, aber auch komplexer gebildet werden kann, in den Schirmmantel oder Außenleiter 2 des Strahlerkabels 1 eingespeist. Zur Rückführung des elektromagnetischen Signals dient hier, im Gegensatz zur Verfahrensweise nach Modus 1, der Mittelleiter oder Innenleiter 3 des Strahlerkabeis 1. Da die Wellen zunächst in den Außenleiter 2 eingespeist werden, gibt es beim Modus 2 anders als beim Mo- dus 1 bezüglich der Abstrahlung elektromagnetischer Wellen keine untere Grenzfrequenz . Dies liegt darin begründet, dass die elektromagnetische Energie sich bereits auf dem Außenleiter befindet, von wo aus sie ungehindert abstrahlen kann und nicht erst durch Öffnungen, beispielsweise Schlitze, im Au- ßenleiter 3 nach außen dringen muss.
Durch die Anpassschaltung 7 wird also das Nutzsignal in einen bezüglich der Grenzfrequenz fG ohen- und niederfrequenten Anteil aufgeteilt, welcher dann über die beschriebenen Modi abstrahlt wird. Somit wird ein räumlich gleichmäßiges Abstrahlen der elektromagnetischen Energie auch für Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz fG des Strahlerkabels 1 ermöglicht. Insbesondere erlaubt dieses Verfahren, dass ohne Austausch oder Modifikation bereits vorhandene Strahlerkabel weiterhin benutzt werden können, indem die beschriebene Anpassschaltung 7 vorangestellt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung w rd unterhalb der oben definierten Grenzfrequenz FG eine Erhöhung der abgestrahlten Leistung erreicht, indem der Außenmantel 3 des Strahlerkabels 1 resonant betrieben wird und so als "Langdrahtantenne" wirkt. Der Fußpunktwiderstand der Antenne ist stark frequenzabhängig. Über eine weitere Anpassschaltung am Einspeisepunkt des Kabels, beispielsweise einem sogenannten Collins-Filter, kann innerhalb einer bestimmten Bandbreite ein als Langdrahtantenne betriebener Strahler für die jeweilige Frequenz resonant gemacht werden. Mit einer Langdrahtantenne wird nicht nur ein Nahfeld in der Umgebung des Strahlerkabels 1 erzeugt, sondern auch ein Fernfeld, was die Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlung auch über größere Distanzen erlaubt.
Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad, das heißt eine ög- liehst gute Energieübertragung zu realisieren, kann am Ausgang des Strahlerkabels 1 ein zusätzliches Anpassnetzwerk 8 eingefügt werden. Eine optimale Energieübertragung wird erzielt, wenn die AusgangsImpedanz der Energiequelle gleich der Eingangsimpedanz des Anpassnetzwerkes 8 ist, diese wiederum gleich der Impedanz des Strahlerkabels 1 und dieses wiederum gleich dem reellen Abschlusswiderstand des Strahlerkabels 1.
Mit der Hilfe des Anpassnetzwerkes 8 an dem dem Einspeisepunkt P gegenüberliegenden Ende kann simultan ein bestim- mungsgemäßer Betrieb des Kabels oberhalb der Grenzfrequenz sowie der oben beschriebene Betrieb zur Abstrahlung eines Fernfeldes unterhalb der Grenzfrequenz fg realisiert werden. Dieses Anpassnetzwerk umfasst beispielsweise einen am Innenleiter 3 des Strahlerkabels angeschlossenen Lastwiderstand 9 mit einem vom Wellenwiderstand des Strahlerkabels 1 abweichenden Widerstandswert, eine dazu in Serie geschaltete In- duktivität L3 sowie eine dazwischen im Querzweig angeordnete Kapazität C3.
In einer weiteren Ausgestaltung kann mit Hilfe eines in geeigneter Weise modifizierten Anpassnetzwerks 8 eine Mischform bezüglich der Abstrahlmodi unterhalb der Grenzfrequenz erzeugt werden. Hierzu wird am gegenüberliegenden Ende des Einspeisepunktes in gezielter Weise ein sogenannter Fehlab- schluss herbeigeführt. Ein Fehlabschluss entsteht beispielsweise durch einen Abschluss des Strahlerkabels mit einem Wi- derstandswert, welcher ungleich dem Wellenwiderstand des Kabels ist. Auf dem Schirmmantel des Kabels bilden sich auf diese Weise sogenannte Mantelwellen aus.
Dies lässt sich folgendermaßen erklären: Das Strahlerkabel kann schematische als eine Parallelschaltung einer Induktivi- tat und einer Kapazität, welche in Serie geschaltet ist mit einem ohmschen Widerstand, dargestellt werden. Für Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz fg ist nun der induktive Widerstand sehr viel größer als der kapazitive Widerstand. Damit ergibt sich als wirksame Impedanz in etwa ein Ohm' scher Widerstand, wodurch der Abschlusswiderstand ange- passt ist.
Für Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz fg wird, da nun der kapazitive Widerstand viel größer als der induktive ist, die wirksame Impedanz im Wesentlichen vom induktiven Anteil bestimmt. Es ergibt sich eine Fehlanpassung, was zur Ausbildung von Mantelwellen führt.
Eine erfindungsgemäße Anordnung lässt sich beispielsweise im Rahmen der zukünftigen Digitalisierung der alten AM- Rundfunkbereiche, welche aufgrund ihrer hohe Reichweite funktechnisch interessant sind, verwenden. Die Bereitstellung dieser Frequenzbereiche in abgeschirmten Räumen ist mittels einer erfindungsgemäßen Anordnung möglich. Dies ist insbesondere von Wichtigkeit, da wegen der relativ großen Wellenlängen im AM-Rundfunkbereich bereits Gebäude mit relativ großen Öffnungen abschirmend wirken, wenn dessen Strukturen elekt- risch leitfähig sind.
Weiterhin können auf derartige Strahlerkabel außer den sogenannten AM-Frequenzbereichen eine Vielzahl von Funkdiensten wie beispielsweise GSM (global System for mobile communicati- on) , UMTS (universal mobile telecommunications System) oder auch Funkdienste wie der CB- oder KW-Amateurfunk über entsprechende Koppelnetzwerke simultan aufgeschaltet werden. Auch bei Kurzwellenempfängern oder bei DAB-Systemen (digital audio broadcast) können erfindungsgemäße Umsetzungen Anwen- düng finden.
Bezugszeichenliste
1 Strahlerkabel
2 Außenleiter
3 Innenleiter
4 Lastwiderstand 5 Tiefpass
6 Hochpass Anpassschaltung Anpassnetzwerk Lastwiderstand

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen unter Verwendung eines Koaxialkabels (1), dessen Außenleiter (2) Öffnungen aufweist und bei dem elektromagnetische Signale, die in oberhalb der unteren Grenzfrequenz f des Koaxialkabels (1) liegenden Frequenzbereichen übertragen werden, in den Innenleiter (3) des Koaxialkabels (1) einspeisbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eingangsseitig eine Trennschaltung vorgesehen ist, welche eine Parallelschaltung eines Tiefpass-Filters (5) und eines Hochpassfilters (6) enthält und - bei der Trennschaltung der Ausgang des Hochpassfilters (6) mit dem Innenleiter (3) und der Ausgang des Tief- passfilters (5) mit dem Außenleiter (2) des Koaxialkabels (1) verbunden ist, so dass elektromagnetische Signale, die in oberhalb der unteren Grenzfrequenz f liegenden Frequenzbereichen übertragen werden, in den In- nenleiter (3) und elektromagnetische Signale, die in unterhalb der unteren Grenzfrequenz fg des Koaxialkabels (1) liegenden Frequenzbereichen übertragen werden, in den Außenleiter (2) des Koaxialkabels (1) einspeisbar sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei Innenleiter (3) und Außenleiter (2) ausgangsseitig, also dem Einspeisepunkt (E) gegenüberliegend, über eine Abschlusswiderstandsanordnung (8) verbunden sind .
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abschlusswiderstandsanordnung (8) zumindest einen ohm- schen Widerstand, eine Kapazität und eine Induktivität aufweist .
EP03788809A 2003-01-24 2003-11-21 Anordnung zur abstrahlung elektormagnetischer wellen unter verwendung eines koaxialkabels Withdrawn EP1586170A1 (de)

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