EP1885016B1 - Überspannungsschutz für eine Koaxialleitung - Google Patents

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EP1885016B1
EP1885016B1 EP07405194A EP07405194A EP1885016B1 EP 1885016 B1 EP1885016 B1 EP 1885016B1 EP 07405194 A EP07405194 A EP 07405194A EP 07405194 A EP07405194 A EP 07405194A EP 1885016 B1 EP1885016 B1 EP 1885016B1
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EP
European Patent Office
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inner conductor
overvoltage protection
section
line
coaxial line
Prior art date
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EP07405194A
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English (en)
French (fr)
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EP1885016A1 (de
Inventor
Bruno Ammann
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.)
Huber and Suhner AG
Original Assignee
Huber and Suhner AG
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Publication date
Application filed by Huber and Suhner AG filed Critical Huber and Suhner AG
Publication of EP1885016A1 publication Critical patent/EP1885016A1/de
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/202Coaxial filters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R24/00Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure
    • H01R24/38Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts
    • H01R24/40Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts specially adapted for high frequency
    • H01R24/42Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts specially adapted for high frequency comprising impedance matching means or electrical components, e.g. filters or switches
    • H01R24/48Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts specially adapted for high frequency comprising impedance matching means or electrical components, e.g. filters or switches comprising protection devices, e.g. overvoltage protection
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R2103/00Two poles

Definitions

  • the present invention relates to the field of high frequency engineering. It relates to an overvoltage protection for a coaxial line according to the preamble of claim 1.
  • An overvoltage protection is for example from the DE-A1-195 20 974 known.
  • the US 2005/0243493 A discloses a generic surge protection.
  • the two branch lines are short-circuit lines each with a length of about ⁇ / 4.
  • the surge protection after the US 6,266,224 B also has two ⁇ / 4 branch lines.
  • One is a short-circuit line and the other is an open line extending in the longitudinal direction of the inner conductor and serving as a coaxial capacitance.
  • a well-known and widely used type of overvoltage protection has the form of a Koaxial effetsabitess with radially branching ⁇ / 4 short-circuit line, as shown for example in the WO-A1-99 / 43052 is described.
  • the object is solved by the entirety of the features of claim 1.
  • the essence of the invention is to provide for the suppression of overvoltages instead of a ⁇ / 4 short-circuit line branching off to different sides, electrically shorter branch lines, of which the first is a short-circuit line and the second is an idle line.
  • Both branch lines are matched in their electrical behavior so that results in the interaction of the desired suppression of overvoltages.
  • Both branch lines have an inner conductor, which is housed in each case in a recess in the outer conductor of the Koaxial effetsabites.
  • a particularly preferred embodiment of the invention because of the extreme compactness is characterized in that the two branch lines are angled and extend substantially parallel to the axis of the coaxial line section, with the two branch lines in particular being angled towards the same side in order to achieve short overall lengths.
  • Another embodiment of the invention is characterized in that the third inner conductor of the second branch line has a first inner conductor portion which extends in the radial direction, that a second inner conductor portion is provided, which extends in the axial direction, and that the second inner conductor portion for tuning the two Branch lines is used on each other.
  • the two inner conductor sections of the third inner conductor of the second branch line are cylindrical, and the second inner conductor section has a substantially larger outer diameter than the first inner conductor section.
  • Another embodiment of the invention is characterized in that the second inner conductor of the first branch line in the first recess in the outer conductor of the Koaxial effetsabitess is surrounded by air, and that the third inner conductor of the second branch line in the second recess in the outer conductor of the Koaxial effetsabitess having an inner conductor portion which is surrounded by a solid dielectric.
  • the second inner conductor of the first branch line and an inner conductor section of the third inner conductor of the second branch line are formed by a common conductor which is passed through a transverse through-bore in the first inner conductor of the coaxial line section.
  • the outer conductor of the Koaxial einsabitess consists of a cylindrical base body and a cylindrical housing which releasably connected together to form the first recess, in particular screwed, can, wherein preferably the second recess is formed as a blind bore in the base body.
  • a proven embodiment of the invention is characterized in that the overvoltage protection has an impedance of 50 ⁇ and an operating frequency in the range of about 1 GHz. Other operating frequencies and / or impedances are easily realized by simply adjusting the geometries.
  • Fig. 1 is a longitudinal section through an overvoltage protection according to a preferred embodiment of the invention reproduced.
  • the overvoltage protection 10 shown represents a Koaxial effetsabgone whose arranged between the two coaxial terminals 26 and 27 outer conductor is composed of a cylindrical base body 12 and a hollow cylindrical housing 11, the corresponding external or internal thread in the axial direction (axis 29) screwed together are.
  • Base body 12 and housing 11 are made of brass, for example, and are equipped with one for HF purposes provided with a suitable surface coating.
  • At the end surfaces of the two parts 11 and 12 axially projecting screw socket for the terminals 26 and 27 are integrally formed.
  • a concentric through-bore 14 in which the central region of the inner conductor 20 of the coaxial line section is concentrically supported by means of corresponding end-side support elements 24, 30 of insulating material (e.g., PTFE).
  • the inner conductor 20 extends through a corresponding bore in the housing 11 and is also supported there by means of a support element 25.
  • a cavity is formed which, inter alia, comprises a recess 13 and a blind bore 15 in the base body 12.
  • a diameter-thickened part of the inner conductor 20 is exposed between the support element 30 and the support element 25, through which a through-hole 28 extends transversely to the axial direction.
  • a conductor 19 is guided, which is bent at right angles on one side and then axially parallel to the bottom of the recess 13 in the base body 12 runs (inner conductor 19) and soldered there with its end in a blind bore 16 in the base body 12 is.
  • the conductor terminates (as inner conductor portion 21) in the radial orientation and is soldered with its end to the upper end of a cylindrical conduit piece (inner conductor portion 22) which is also axially parallel and isolated by a solid dielectric 23, concentric in the blind bore 15 is arranged.
  • the dielectric 23 may for example also be made of PTFE.
  • the inner conductor 19 is part of a first branch line 17, which branches off radially from the Koaxial Arthursabites and extends parallel to the axis in the majority of its length.
  • the first branch line is designed as a short-circuit line, wherein the inner conductor 19 together with the base body 12 and the housing 11 as an outer conductor forms an air line. Its electrical length is significantly smaller than ⁇ / 4 and may for example be in the range of ⁇ / 8.
  • the inner conductor sections 21 and 22 are part of a second branch line 18, which - in the opposite direction to the first branch line 17 - also branches off radially from the Koaxial foundedsabrough and runs in the majority of its length (inner conductor section 22) axis parallel.
  • the second branch line 18 is designed as an open or idle line, the inner conductor (inner conductor section 22) being insulated from the outer conductor (base body 12) by a dielectric 23 instead of air. Its electrical length is also significantly smaller than ⁇ / 4 and can also be in the range of ⁇ / 8.
  • the first branch line 17 forms the equivalent circuit diagram of Fig. 6 a parallel connection of an inductor and a capacitor.
  • the second branch line 18 forms a series circuit of an inductor and a capacitor.
  • both branch lines 17, 18 can be explained as follows: In the Smith chart according to 3 or 4 The focus is on an ideally adapted 50 ⁇ line. There is a short circuit on the left side of the circle edge, while the idle line is on the right. Both the short circuit and the idle now rotate clockwise on the circuit as the length increases. Half a turn (180 °) is achieved at the length ⁇ / 4. For a length of ⁇ / 8, a 90 ° rotation is achieved to the position + j50 ohms and -j50 ohms, respectively. By varying the mechanical length of the short-circuit line (17) can be achieved that the short circuit is rotated, for example only by 45 °.
  • the empty line (18) must be made longer accordingly. This can be done by an effective mechanical extension, by a change in the impedance or a combination of both measures.
  • Fig. 1 becomes the impedance is massively reduced (diameter enlargement of the inner conductor section 22) and the mechanical length is adapted approximately to the mechanical length of the short circuit.
  • An overvoltage protection 10 which according to the embodiment of the Fig. 1 is constructed according to the invention, at an impedance of 50 ⁇ and a frequency range of 1.02 to 1.09 GHz has a length including the terminals 26 and 27 of about 36 mm and an outer diameter of about 24 mm.
  • the complex return loss S11 shows in the frequency range between 900 MHz and 1200 MHz the in 3 and 4 in the curves A and B course shown.
  • such overvoltage protection also has a very low weight, which is in the range of about 60 g.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
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  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Hochfrequenztechnik. Sie betrifft einen Überspannungsschutz für eine Koaxialleitung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein Überspannungsschutz ist beispielsweise aus der DE-A1-195 20 974 bekannt.
  • STAND DER TECHNIK
  • Zum Schutz von elektronischen Schaltungen im Hochfrequenzbereich gegen Überspannungen, die beispielsweise bei Blitzeinschlägen in Antennen auf den damit verbundenen Koaxialleitungen auftreten können, werden seit langem koaxial aufgebaute Überspannungsschutz-Vorrichtungen eingesetzt, die nach Art eines Bandpassfilters für die vorgesehene Betriebsfrequenz durchlässig sind, für die bei kurzzeitigen Überspannungen auftretenden Frequenzen dagegen stark dämpfend wirken.
  • Die US 2005/0243493 A offenbart einen gattungsgemässen Überspannungsschutz. Die beiden Abzweigleitungen sind Kurzschlussleitungen mit jeweils einer Länge von etwa λ/4. Der Überspannungsschutz nach der US 6,266,224 B weist ebenfalls zwei λ/4 Abzweigleitungen auf. Die eine ist eine Kurzschlussleitung und die andere eine sich in Längsrichtung des Innenleiters erstreckende offene Leitung, die als koaxiale Kapazität dient.
  • Eine bekannte und vielfach eingesetzte Art des Überspannungsschutzes hat die Form eines Koaxialleitungsabschnitts mit radial abzweigender λ/4-Kurzschlussleitung, wie sie beispielsweise in der WO-A1-99/43052 beschrieben ist.
  • Die radial abzweigende λ/4-Kurzschiussleitung bei einem solchen bekannten Überspannungsschutz ist zwar sehr wirksam im Bezug auf die Eliminierung von Überspannungen, hat jedoch wegen der damit verbundenen T-förmigen. Geometrie zur Folge, dass der Überspannungsschutz unhandlich ist und in seitlicher Richtung beim Einbau einen erheblichen zusätzlichen Platzbedarf verursacht. Es sind deshalb bereits verschiedentlich Vorschläge gemacht worden, wie ein solche Überspannungsschutz unter Beibehaltung des Wirkungsprinzips deutlich verkleinert und insbesondere unter Vermeidung der T-Geometrie an die zylindrische, koaxiale Geometrie angepasst werden kann.
  • So ist beispielsweise aus der US-B1-6,529,357 ein Überspannungsschutz bekannt, bei dem die λ/4-Kurzschlussleitung zunächst mit einem kurzen Leitungsstück radial abzweigt, dann jedoch mit dem Hauptteil der Leitungslänge in einer parallel zur Achse des Koaxialleitungsabschnitts liegenden Ebene in einem Hohlraum im Aussenleiter angeordnet ist. Auch in diesem Fall ergeben sich Abweichungen von der Zylinderform, die zusätzlichen Einbauplatz beanspruchen.
  • Bei einem anderen Vorschlag ( DE-A1-195 20 974 ) ist der Hauptteil der Leitungslänge der λ/4-Kurzschlussleitung in einem Ringraum im Aussenleiter konzentrisch zur Achse des Koaxialleitungsabschnitts angeordnet. Obgleich in diesem Fall die Zylindergeometrie ungestört ist, führt diese Art der Anordnung zu deutlich vergrösserten Aussendurchmessern. Darüber hinaus ergibt sich ein zusätzlicher herstellungstechnischer Aufwand.
  • Aus der WO-A1-02/35659 ist es weiterhin bekannt, zur Verkleinerung eines Überspannungsschutzes und Vermeidung der üblichen T-Geometrie anstelle einer λ/4-Kurzschlussleitung zwei elektrisch verlängerte λ/4-Kurzschlussleitungen vorzusehen, die zueinander antiparallel und parallel zum Innenleiter des Koaxialleitungsabschnitts im Inneren des Koaxialleitungsabschnitts angeordnet sind. Hierdurch wird zwar die Zylindergeometrie weitgehend gewahrt, jedoch bleibt wegen der in axialer Richtung hintereinander angeordneten beiden Kurzschlussleitungen die axiale Länge des Überspannungsschutzes erheblich.
  • Es ist andererseits auf dem Gebiet der Koaxialleitungen bekannt ( US-A-4,670,724 ), bei einer Koaxialleitung zur Abstützung des Innenleiters im umgebenden Aussenleiter eine mechanische Stütze vorzusehen, die aus zwei in radialer Richtung gegenüberliegenden Stützen besteht. Jede der beiden Stützen des Stützenpaares hat eine Länge von weniger als 1/8 der Mittenfrequenz des Betriebsfrequenzbereiches der Koaxialleitung. Die eine Stütze ist als Kurzschlussstütze ausgebildet, während die gegenüberliegende andere Stütze als Leerlaufstütze ausgebildet ist. Hierdurch wird gegenüber den bis dahin üblichen zwei λ/4-Stützen eine kompaktere Bauform erreicht, ohne dass die Stützen das Übertragungsverhalten der Leitung stören.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Überspannungsschutz für koaxiale Leitungen zu schaffen, der mit von einem Koaxialleitungsabschnitt radial abgehenden Abzweigleitungen arbeitet und gleichzeitig unter Beibehaltung der zylindrischen Form aussergewöhnlich kompakt und leicht herzustellen ist.
  • Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, für die Unterdrückung der Überspannungen anstelle einer λ/4-Kurzschlussleitung zwei zu verschiedenen Seiten abzweigende, elektrisch kürzere Abzweigleitungen vorzusehen, von denen die erste eine Kurzschlussleitung und die zweite eine Leerlaufleitung ist. Beide Abzweigleitungen werden in ihrem elektrischen Verhalten so aufeinander abgestimmt, dass sich im Zusammenwirken die gewünschte Unterdrückung der Überspannungen ergibt. Beide Abzweigleitungen haben einen Innenleiter, der jeweils in einer Ausnehmung im Aussenleiter des Koaxialleitungsabschnitts untergebracht ist.
  • Eine wegen der extremen Kompaktheit besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abzweigleitungen abgewinkelt sind und im wesentlichen parallel zur Achse des Koaxialleitungsabschnitts verlaufen, wobei zur Erzielung kurzer Baulängen insbesondere die beiden Abzweigleitungen zur gleichen Seite hin abgewinkelt sind.
  • Eine andere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der dritte Innenleiter der zweiten Abzweigleitung einen ersten Innenleiterabschnitt aufweist, der in radialer Richtung verläuft, dass ein zweiter Innenleiterabschnitt vorgesehen ist, der in axialer Richtung verläuft, und dass der zweite Innenleiterabschnitt zur Abstimmung der beiden Abzweigleitungen aufeinander verwendet wird.
  • Insbesondere sind die beiden Innenleiterabschnitte des dritten Innenleiters der zweiten Abzweigleitung zylindrisch ausgebildet, und der zweite Innenleiterabschnitt weist einen wesentlich grösseren Aussendurchmesser auf, als der erste Innenleiterabschnitt.
  • Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Innenleiter der ersten Abzweigleitung in der ersten Ausnehmung im Aussenleiter des Koaxialleitungsabschnitts von Luft umgeben ist, und dass der dritte Innenleiter der zweiten Abzweigleitung in der zweiten Ausnehmung im Aussenleiter des Koaxialleitungsabschnitts einen Innenleiterabschnitt aufweist, der von einem festen Dielektrikum umgeben ist.
  • Besonders einfach wird die Herstellung, wenn gemäss einer anderen Ausgestaltung der zweite Innenleiter der ersten Abzweigleitung und ein Innenleiterabschnitt des dritten Innenleiters der zweiten Abzweigleitung durch einen gemeinsamen Leiter gebildet werden, der durch eine querliegende Durchgangsbohrung im ersten Innenleiter des Koaxialleitungsabschnitts hindurchgeführt ist.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Aussenleiter des Koaxialleitungsabschnitts aus einem zylindrischen Grundkörper und einem zylindrischen Gehäuse besteht, welche unter Bildung der ersten Ausnehmung miteinander lösbar verbunden, insbesondere verschraubt, werden können, wobei vorzugsweise die zweite Ausnehmung als Sackbohrung im Grundkörper ausgebildet ist.
  • Zweckmässigerweise sind in axialer Richtung an beiden Enden des Koaxialleitungsabschnitts Anschlüsse zum lösbaren Verbinden des Koaxialleitungsabschnitts mit einer Koaxialleitung oder dgl. vorgesehen.
  • Eine bewährte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Überspannungsschutz eine Impedanz von 50 Ω und eine Betriebsfrequenz im Bereich von etwa 1 GHz aufweist. Andere Betriebsfrequenzen und/oder Impedanzen sind durch einfaches Anpassen der Geometrien einfach zu verwirklichen.
  • KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
  • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch einen Überspannungsschutz gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    Fig. 2
    die perspektivische Ansicht des Grundkörpers des Überspannungsschutzes aus Fig. 1;
    Fig. 3
    in einem Smith-Diagramm der Verlauf des (komplexen) Parameters S11 (Rückflussdämpfung) eines für eine Betriebsfrequenz im Bereich von 1GHz vorgesehenen Überspannungsschutzes gemäss Fig. 1;
    Fig. 4
    einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 3;
    Fig. 5
    den Betrag der Parameter S11 und S21 (Einfügedämpfung) für den Überspannungsschutz gemäss Fig. 3 in Abhängigkeit von der Frequenz; und
    Fig. 6
    das vereinfachte Ersatzschaltbild des Überspannungsschutzes gemäss Fig. 1.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Überspannungsschutz gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Der gezeigte Überspannungsschutz 10 stellt einen Koaxialleitungsabschnitt dar, dessen zwischen den beiden koaxialen Anschlüssen 26 und 27 angeordneter Aussenleiter sich aus einem zylindrischen Grundkörper 12 und einem hohlzylindrischen Gehäuse 11 zusammensetzt, die über entsprechende Aussen- bzw. Innengewinde in axialer Richtung (Achse 29) miteinander verschraubbar sind. Grundkörper 12 und Gehäuse 11 bestehen beispielsweise aus Messing und sind mit einer für HF-Zwecke geeigneten Oberflächenbeschichtung versehen. An den Endflächen der beiden Teile 11 und 12 sind axial vorstehende Schraubstutzen für die Anschlüsse 26 und 27 angeformt.
  • Durch den Grundkörper 12 verläuft eine konzentrische Durchgangsbohrung 14, in welcher der Zentralbereich der Innenleiter 20 des Koaxialleitungsabschnitts mittels entsprechender endseitiger Stützelemente 24, 30 aus Isoliermaterial (z.B. PTFE) konzentrisch gelagert ist. Der Innenleiter 20 reicht durch eine entsprechende Bohrung im Gehäuse 11 hindurch und ist dort ebenfalls mittels eines Stützelements 25 gelagert.
  • Beim Zusammenschrauben von Grundkörper 12 und Gehäuse 11 wird ein Hohlraum gebildet, der unter anderem eine Ausnehmung 13 und eine Sackbohrung 15 im Grundkörper 12 umfasst. Im rechten Bereich des Hohlraums liegt zwischen dem Stützelement 30 und dem Stützelement 25 ein im Durchmesser verdickter Teil des Innenleiters 20 frei, durch den quer zur Achsrichtung eine Durchgangsbohrung 28 verläuft. Durch die Durchgangsbohrung 28 hindurch ist ein Leiter 19, 21 geführt, der auf der einen Seite rechtwinklig abgebogen ist und dann achsenparallel zum Boden der Ausnehmung 13 im Grundkörper 12 läuft (Innenleiter 19) und dort mit seinem Ende in eine Sackbohrung 16 im Grundkörper 12 eingelötet ist. Auf der anderen Seite endet der Leiter (als Innenleiterabschnitt 21) in der radialen Orientierung und ist mit seinem Ende am oberen Ende eines zylindrischen Leitungsstücks (Innenleiterabschnitt 22) festgelötet, das ebenfalls achsenparallel orientiert und, durch ein festes Dielektrikum 23 isoliert, konzentrisch in der Sackbohrung 15 angeordnet ist. Das Dielektrikum 23 kann beispielsweise auch aus PTFE sein.
  • Der Innenleiter 19 ist Teil einer ersten Abzweigleitung 17, die radial vom Koaxialleitungsabschnitt abzweigt und im überwiegenden Teil ihrer Länge achsenparallel verläuft. Die erste Abzweigleitung ist als Kurzschlussleitung ausgebildet, wobei der Innenleiter 19 zusammen mit dem Grundkörper 12 und dem Gehäuse 11 als Aussenleiter eine Luftleitung bildet. Ihre elektrische Länge ist deutlich kleiner als λ/4 und kann beispielsweise im Bereich von λ/8 liegen.
  • Die Innenleiterabschnitte 21 und 22 sind Teil einer zweiten Abzweigleitung 18, die - in entgegengesetzter Richtung zur ersten Abzweigleitung 17 - ebenfalls radial vom Koaxialleitungsabschnitt abzweigt und im überwiegenden Teil ihrer Länge (Innenleiterabschnitt 22) achsenparallel verläuft. Die zweite Abzweigleitung 18 ist als offene oder Leerlaufleitung ausgebildet, wobei der Innenleiter (Innenleiterabschnitt 22) durch ein Dielektrikum 23 anstelle von Luft vom Aussenleiter (Grundkörper 12) isoliert ist. Ihre elektrische Länge ist ebenfalls deutlich kleiner als λ/4 und kann auch im Bereich von λ/8 liegen.
  • Die erste Abzweigleitung 17 bildet im Ersatzschaltbild der Fig. 6 eine Parallelschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität. Die zweite Abzweigleitung 18 bildet eine Serieschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität. Durch geeignete Wahl der Abmessungen (z.B. Durchmesser) des Innenleiterabschnitts 22 und des Dielektrikums 23 kann die Abzweigleitung 18 an die Abzweigleitung 17 angepasst werden.
  • Die Funktion beider Abzweigleitungen 17, 18 lässt sich wie folgt erklären:
    Im Smith-Diagramm gemäss Fig. 3 oder 4 befindet sich eine ideal angepasste 50 Ω-Leitung im Mittelpunkt. Links auf dem Kreisrand befindet sich ein Kurzschluss, während rechts der Leerlauf liegt. Sowohl der Kurzschluss als auch der Leerlauf drehen sich nun mit zunehmender Länge im Uhrzeigersinn auf dem Kreis. Eine halbe Drehung (180°) wird bei der Länge λ/4 erreicht. Für eine Länge von λ/8 wird eine 90°-Drehung auf die Position +j50 Ohm bzw. -j50 Ohm erzielt. Durch die Variation der mechanischen Länge der Kurzschlussleitung (17) kann erreicht werden, dass der Kurzschluss beispielsweise nur um 45° gedreht wird. Um diesen Kurzschluss nun zu kompensieren, muss die leer laufende Leitung (18) entsprechend länger gemacht werden. Dies kann durch eine effektive mechanische Verlängerung, durch eine Veränderung der Impedanz oder eine Kombination beider Massnahmen geschehen. Im vorliegenden Fall (Fig. 1) wird die Impedanz massiv reduziert (Durchmesservergrösserung des Innenleiterabschnitts 22) und die mechanische Länge in etwa der mechanischen Länge des Kurzschlusses angepasst. Durch die Abwinklung beider Abzweigleitungen kann die Grösse der Bauform nochmals reduziert und die zylindrische Geometrie voll beibehalten werden.
  • Ein Überspannungsschutz 10, der gemäss dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 im Sinne der Erfindung aufgebaut ist, hat bei einer Impedanz von 50 Ω und einem Frequenzbereich von 1,02 bis 1,09 GHz eine Länge einschliesslich der Anschlüsse 26 und 27 von etwa 36 mm und einen Aussendurchmesser von etwa 24 mm. Wie die Fig. 5 zeigt, ist die Rückflussdämpfung (S11; Kurve C in Fig. 5) ≥ 20 dB, die Einfügedämpfung (S21, Kurve D in Fig. 5) ≤ 0,1 dB. Die komplexe Rückflussdämpfung S11 zeigt im Frequenzbereich zwischen 900 MHz und 1200 MHz den in Fig. 3 und 4 in den Kurven A und B dargestellten Verlauf. Neben dem kompakten Aufbau und den sehr kleinen Aussenabmessungen weist ein solcher Überspannungsschutz auch in sehr geringes Gewicht auf, das im Bereich von etwa 60 g liegt.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
  • 10
    Überspannungsschutz
    11
    Gehäuse (hohlzylindrisch)
    12
    Grundkörper
    13
    Ausnehmung
    14
    Durchgangsbohrung (zentral)
    15,16
    Sackbohrung
    17,18
    Abzweigleitung
    19
    Innenleiter (Abzweigleitung 17)
    20
    Innenleiter (durchgehend)
    21,22
    Innenleiterabschnitt (Abzweigleitung 18)
    23
    Dielektrikum
    24,25,30
    Stützelement
    26,27
    Anschluss
    28
    Durchgangsbohrung
    29
    Achse
    A,B,C,D
    Kurve

Claims (11)

  1. Überspannungsschutz (10) für eine Koaxialleitung, umfassend einen Koaxialleitungsabschnitt (11, 12, 20, 24, 25, 30) mit einem ersten Innenleiter (20), der konzentrisch von einem Aussenleiter (11, 12) umgeben ist, wobei vom Koaxialleitungsabschnitt (11, 12, 20, 24, 25, 30) in radialer Richtung eine erste Abzweigleitung (17) in Form einer Kurzschlussleitung mit einem zweiten Innenleiter (19) abzweigt, der in einer ersten Ausnehmung (13) im Aussenleiter (11, 12) des Koaxialleitungsabschnitts (11, 12, 20, 24, 25, 30) untergebracht ist, wobei eine zweite Abzweigleitung (18) in radialer Richtung vom Koaxialleitungsabschnitt (11, 12, 20, 24, 25, 30) abzweigt, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar gegenüber der ersten Abzweigleitung (17) die zweite Abzweigleitung (18) am gleichen Punkt zum Innenleiter (20) verbunden ist, die zweite Abzweigleitung (18) als Leerlaufleitung ausgebildet ist und einen dritten Innenleiter (21, 22) umfasst, der in einer zweiten Ausnehmung (15) im Aussenleiter (11, 12) des Koaxialleitungsabschnitts (11, 12, 20, 24, 25, 30) untergebracht ist und die beiden Abzweigleitungen (17, 18) jeweils eine mechanische Länge wesentlich kleiner als ¼ der Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz des Überspannungsschutzes aufweisen, und die beiden Abzweigleitungen (17, 18) elektrisch aufeinander abgestimmt sind, wobei die Abstimmung durch eine gegenseitige Anpassung ihrer mechanischen Länge und /oder ihrer Impedanz erreicht wird, so dass der Überspannungsschutz nach Art eines Bandpassfilters für die vorgesehene Betriebsfrequenz durchlässig ist und für die bei kurzzeitiger Überspannung auftretenden Frequenzen dagegen stark dämpfend wirkt.
  2. Überspannungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abzweigleitungen (17, 18) abgewinkelt sind und im wesentlichen parallel zur Achse (29) des Koaxialleitungsabschnitts (11, 12, 20, 24, 25, 30) verlaufen.
  3. Überspannungsschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abzweigleitungen (17, 18) zur gleichen Seite hin abgewinkelt sind.
  4. Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Innenleiter (21, 22) der zweiten Abzweigleitung (18) einen ersten Innenleiterabschnitt (21) aufweist, der in radialer Richtung verläuft, dass ein zweiter Innenleiterabschnitt (22) vorgesehen ist, der in axialer Richtung verläuft, und dass der zweite Innenleiterabschnitt (22) zur Abstimmung der beiden Abzweigleitungen (17, 18) aufeinander verwendet wird.
  5. Überspannungsschutz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Innenleiterabschnitte (21, 22) des dritten Innenleiters der zweiten Abzweigleitung (18) zylindrisch ausgebildet sind, und dass der zweite Innenleiterabschnitt (22) einen wesentlich grösseren Aussendurchmesser aufweist, als der erste Innenleiterabschnitt (21).
  6. Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Innenleiter (19) der ersten Abzweigleitung (17) in der ersten Ausnehmung (13) im Aussenleiter (11, 12) des Koaxialleitungsabschnitts (11, 12, 20, 24, 25, 30) von Luft umgeben ist, und dass der dritte Innenleiter (21, 22) der zweiten Abzweigleitung (18) in der zweiten Ausnehmung (15) im Aussenleiter (11, 12) des Koaxialleitungsabschnitts (11, 12, 20, 24, 25, 30) einen Innenleiterabschnitt (22) aufweist, der von einem festen Dielektrikum (23) umgeben ist.
  7. Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Innenleiter (19) der ersten Abzweigleitung (17) und ein Innenleiterabschnitt (21) des dritten Innenleiters (21, 22) der zweiten Abzweigleitung (18) durch einen gemeinsamen Leiter gebildet werden, der durch eine querliegende Durchgangsbohrung (28) im ersten Innenleiter (20) des Koaxialleitungsabschnitts (11, 12, 20, 24, 25, 30) hindurchgeführt ist.
  8. Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenleiter (11, 12) des Koaxialleitungsabschnitts (11, 12, 20, 24, 25, 30) aus einem zylindrischen Grundkörper (12) und einem zylindrischen Gehäuse (11) besteht, welche unter Bildung der ersten Ausnehmung (13) miteinander lösbar verbunden, insbesondere verschraubt, werden können.
  9. Überspannungsschutz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausnehmung als Sackbohrung (15) im Grundkörper (12) ausgebildet ist.
  10. Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung an beiden Enden des Koaxialleitungsabschnitts (11, 12, 20, 24, 25, 30) Anschlüsse (26, 27) zum lösbaren Verbinden des Koaxialleitungsabschnitts (11, 12, 20, 24, 25, 30) mit einer Koaxialleitung oder dgl. vorgesehen sind.
  11. Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Überspannungsschutz (10) eine Impedanz von 50 Ω und eine Betriebsfrequenz im Bereich von etwa 1 GHz aufweist.
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