NL8120262A - - Google Patents

Description

S120262 N.0. 30716 1 I Breedbandige richtkoppeling.

i i J : j j : Achtergrond van de uitvinding

Deze uitvinding heeft betrekking op een verbeterde richtkoppeling 1 voor gebruik in een CATV systeem en betreft in het bijzonder een richtkoppeling met betrekkelijk lage aftapwaarde en een betrekkelijk hoog reflectieverlies en richtverhouding. „ 5 In CATV systemen worden breedband televisiesignalen typisch via coaxiale kabel over betrekkelijk grote afstanden uitgezonden. Versterkers zijn op willekeurige afstanden langs de lijnen geplaatst om de signaalsterkte op of boven een gewenst bedrijfsniveau te handhaven. Om-roepsignalen worden op toenemende afstanden van de versterker aan de 10 lijn onttrokken. De omroepsignalen worden door middel van richtkoppe-lingen van de hoofdtransmissielijn afgetapt.

Een richtkoppeling bevat in het algemeen gebruik een eerste stroomtransformator, die in serie verbonden is met de binnenste geleider van de kabel, waardoor een eerste stroomsignaal naar een uitgangs- J ] 15 aftappunt wordt gebracht. Een tweede transformator is parallel geplaatst met de binnenste geleider en de geaarde buitenste geleider van de kabel en is bestemd om een tweede spanningssignaal naar het uit-j gangsaftappunt te brengen. Kabeltelevijsiesignalen, die zich over de I lijn van de versterker naar de belasting bewegen, maken dat de afgetap-|20 ! te signalen bij het uitgangsaftappunt opgeteld worden. Daarentegen worden de afgetapte signalen door in tegenover gestelde richting door de kabel bewegende reflectiesignalen bij het aftappunt in tegenfase ge-

i I

bracht, zodat de signalen elkaar opheffen. De koppeling verhindert in feite, dat deze ongewenste reflectiesignalen de ontvanger van de abon-25 ; nee bereiken, waar zij vervormingen zouden veroorzaken.

Rheinfelder beschrijft in U.S. Patent No. 3.543.163 een typische i kabelconfiguratie waarin een versterker wordt gebruikt om een breed-| ;bandsignaal over een bepaalde kabellengte te zenden. Zeven richtkoppe- | lingen zijn op afstanden van ongeveer 150 voet geplaatst. Zoals door 30 j Rheinfelder is aangegeven, treden invoegings- en leidingsverliezen op [wanneer het signaal zich verder van de versterker beweegt. Derhalve I wordt de aftapwaarde van de koppelingen periodiek verlaagd teneinde het : signaalniveau bij de ontvanger van de abonnee te houden op een voor I goede ontvangst benodigd niveau. Het nominale aftapverlies van de kop-;35 1peling wordt sterker gereduceerd naarmate de koppeling verder van de | versterker wordt geplaatst. In de regel laat men de aftapwaarde van de |'koppeling niet beneden de 12 dB dalen, omdat de reflectieverliezen bij β 1 2 0 2 6 2........................................

0V'O22LC

. I

2 „ ; deze lage waarden gewoonlijk hoog zijn.

Verdere nadelen van conventionele gerichte aftappunten met lage i ' aftapwaarden zijn: slechte frequentieresponsie, grote invoegingsdempin- : gen en verminderde isolatie.

! 5 ! Samenvatting van de uitvinding

Het is derhalve een doel van deze uitvinding om de bruikbare lengte van een CATV transmissielijn .te. vergroten zonder het uitgangsniveau van de lijnversterker te verhogen.

Een verder doel van deze uitvinding is een richtkoppeling te ver-10 schaffen met een relatief lage. af tapwaarde en met verbeterde aanpassing : van invoer- op uitvoerimpedantie.

Een ander doel van deze uitvinding is een richtkoppeling met lage aftapwaarde en laag invoedingsdemping te verschaffen.

Nog een ander doel van deze uitvipding is een richtkoppeling te 115 verschaffen met een lage aftapwaarde en een goede richtverhouding.

Een verder doel van deze uitvinding is een richtkoppeling te verschaffen, die een lage aftapwaarde en een goede frequentieresponsie heeft.

Deze en andere doeleinden van deze uitvinding worden bereikt met |20 een richtkoppeling, die een paralleltransformator heeft, die een afge-I i tapt spanningssignaal produceert en een breedband televisiesignaal, dat ! zich in een vooraf gekozen richting door een coaxiale transmissiekabel ! I beweegt, en een serietransformator om een afgetapt stroomsignaal van i het breedbandsignaal te verschaffen. De twee signalen worden naar een 125 gemeenschappelijk aftappunt toegevoerd, vanwaar ze kunnen worden ge-! : splitst en gestuurd naar een of meer abonnee-aansluitingen. Beide ! ! transformatoren zijn zo gewonden, dat de koppeling een relatief lage : nominale aftapwaarde krijgt, waardoor de koppeling geschikt wordt voor gebruik op een grotere afstand van de lijnversterker. De wikkelingen 30 van de paralleltransformator zijn zo geschakeld, dat de interne impe-! idantie van de koppeling aan de invoer van de serietransformator ver- I 1 hoogd wordt tot een waarde, die groter is dan de karakteristieke lijn- ίimpedantie, waardoor het reflectieverlies en de richtverhouding van he I : apparaat zo groot mogelijk gemaakt worden.

|35 : Korte beschrijving van de figuren ! Voor een beter begrip van deze en andere doeleinden van deze uit-:vinding wordt verwezen naar de volgende gedetailleerde beschrijving van ! de uitvinding, welke moet worden gelezen in samenhang met de bijgaande :tekeningen, waarin: i ! 140 Figuur 1 een schematisch diagram is van een typische transmissie- '8120262 ümomlc 3 ; I lijn, waarin een richtkoppeling volgens de uitvinding wordt gebruikt; I Figuur 2 een schakelschema is van een richtkoppeling volgens de j · uitvinding, en j Figuur 3 een ander schakelschema is, die een tweede realisatie van i 5 i deze uitvinding toont.

! Beschrijving van de uitvinding i Verwezen wordt eerst naar figuur 1, waarin een transmissielijn 13 | ; getoond is, zoals die gewoonlijk gebruikt wordt in een CATV systeem. De I lijn wordt gevoed door een versterker 12, die aangepast is om het om-; 10 ! roepsignaalpeil omhoog te brengen naar» een gewenst bedrijfsniveau, ge-j woonlijk ongeveer in de buurt van 43 dBvm, en die de signalen in de • richting van de pijlen door de kabel zendt. Langs de lijn is een reeks | ! van richtkoppelingen 10 geplaatst, die gebruikt wordt om het uitgezon- ' den signaal van de lijn te onttrekken en door te geven naar een of meer 115 ! abonneeplaatsen.

[ Conventioneel is de lijn 13 een coaxiale kabel met een centrale I I geleider 14 en een geaarde buitengeleider 15 in de vorm van een af- i i ! j scheming. In het algemeen wordt de lijn op elk koppelingspunt onder- : ! i broken, en de koppeling wordt in serie verbonden met de centrale gelei-20 ! der, waarbij gebruik wordt gemaakt van invoerklem 21 en uitvoerklem 32.

! De koppeling omvat verder een uitvoeraftappunt 16, waaraan de signalen ! worden toegevoerd, die aan de hoofdtransmissielijn onttrokken zijn. Het j uitvoeraftappunt is gewoonlijk met een signaalsplitser 11 gekoppeld, ; waar het signaal gesplitst en doorgegeyen wordt aan een aantal ver-25 ! schillende afneempunten 17, De splitser kan van elk geschikt ontwerp | zijn, waarbij spoelen worden gebruikt met een hf weerstand, die in een ! vooraf bepaalde verhouding staat tot de karakteristieke impedanties van i de invoer- en uitvoerlijnen. Elk afneempunt kan geactiveerd worden om i het afgetapte signaal naar de televisieontvanger 20-20 van een abonnee 30 ' te brengen.

Voortgaande naar figuur 2 wordt daar een schakelschema van een ! i richtkoppeling volgens de uitvinding getoond. Zoals weergegeven, is de | coaxiale lijn 12 onderbroken bij het punt waar het signaal onttrokken wordt, en de binnenste geleider 14 van de lijn is verbonden met de in-35 ivoerklem 21 en de uitvoerklem 22 van de koppeling. De koppeling omvat : i een stroomtransformator, in het algemeen aangegeven door 26, die een ; i i primaire sectie 30 heeft, welke in serie staat met de binnenste geleider van de kabel. De secundaire sectie 31 van de stroomtransformator is geschakeld tussen aarde en het uitvoeraftappunt 16, dat gebruikt wordt i 40 : om een eerste stroomsignaal aan de lijn te onttrekken.

8120262

0K0/:2!.C

4

Een tweede autotransformator, in het algemeen aangeduid door 25, i is in een parallelpositie bij de ingang van de koppeling geplaatst. De I autotransformator bevat één stel windingen, die elektrisch verbonden zijn tussen knooppunt 23 en aarde. De windingen omvatten ook twee tus-i 5 senaftappunten, die hierna het eerste tussenaftappunt 35 en het tweede ! tussenaftappunt 29 worden genoemd. Het eerste aftappunt 35 is direct met de invoerklem van de koppeling verbonden. Het tweede aftappunt 29 i is, op zijn beurt, verbonden met het uitvoeraftappunt 16 via een weerstand 33. De wikkeling van de transformator tussen aftap 28 en aarde 10 dient om een spanningvoelend signaal te verkrijgen, dat gekoppeld wordt ! met het uitvoeraftappunt 16 tesamen met het eerste stroomvoelende sig- I ' : naai. Een compensatiecondensator 34 is parallel verbonden met weerstand 33.

j

Zoals men kan zien, is een deel van de autotransformatorwikkelin- i 1 15 ! gen 28 tussen het tussenaftappunt 35 en het knooppunt 23 geschakeld. De ! primaire sectie 30 van de serietransfonnator 26 is tussen knooppunt 23 \ en uitvoerklem 22 van de koppeling geschakeld. Tengevolge van deze ! i ; rangschikking is het bovendeel 28 van de autotransformator elektrisch I ! i in serie geschakeld met de invoerklemmen van de koppeling en met de 20 primaire sectie van de serie transformator. Dientengevolge wordt de im-| pedantie aan de invoer van de serietransformator verhoogd tot een waarde, die groter is dan de karakteristieke impedantie van de lijn.

I De wikkelingen van beide transformatoren zijn zo geplaatst, dat de i ; kabeltelevisiesignalen, die van de lijnversterker uit naar de systeem-|25 ! belasting bewegen, zoals door de pijl in figuur 2 aangegeven, tengevol-| ge hebben, dat twee aan de lijn onttrokken signalen naar de uitvoerklem j i | ! 16 gaan en in fase zijn. Dientengevolge worden de twee signalen aan het | i aftappunt bij elkaar opgeteld. Tengevolge van onvolkomen afsluiting van ! de omroepsignalen op verschillende signaalaftapplaatsen worden "gere-|30 5 flecteerde" golven in tegenover gestelde richting door de transmissie-| 1 lijn naar de versterker doorgegeven. De wikkelingen van de transforma- I i | : toren zijn echter zo geplaatst, dat de afgetapte signalen, die door de- | :ze gereflecteerde golven worden geproduceerd, 180° uit fase zijn aan I | het aftappunt en daardoor elkaar opheffen.

:35 ! Zoals besproken in het reeds genoemde Rheinfelder octrooi, ondergaan de breedbandsignalen, terwijl zij zich van de versterker weg bewe- | J i gen, een aantal verliezen. Om te beginnen wordt een lijnverlies onder-! i gaan, dat direct in verband staat met de lengte van de kabel in voet, die het signaal heeft moeten doorlopen. Elke koppeling, die in de lijn 40geschakeld is, veroozaakt tevens een signaalverzwakking, welke tussen 8120262

C’1 40:ï2LC

5 Γ Γ........"......... .............................. ........ ' ...............

ί de invoer- en uitvoerklemmen van de koppeling optreedt. Dit verlies i wordt gewoonlijk invoegingdemping genoemd. De invloed van deze lijn-! en invoegingsverliezen op het omroepsignaal is cumulatief, zodat het i signaalniveau voortdurend omlaag gaat, wanneer het signaal zich van de 5 | versterker weg beweegt. Op zijn beurt reduceert dit het peil van aftap-; verlies, dat bij elke volgende aftapping kan worden verwerkt. Uiteinde-! ; lijk wordt het aftapverlies zo laag, dat reflectieverliezen een ernstig | ' probleem worden. Door een verhogingstransformator in het systeem te ; plaatsen, zoals hier beschreven, worden de gevolgen van de reflectie-;10 i verliezen minimaal gehouden en de richtverhouding wordt verbeterd.

| i Men heeft gevonden, dat de invoeging van een enkele winding van de i i autotransformator in het elektrische circuit tussen de invoerklem van ; de koppeling en de primaire sectie van de serietransformator voldoende j ; impedantie geeft om het reflectieverlies te reduceren, terwijl tegelij-! 15 ! kertijd de invoegingsdempingen zo klein mogelijk gehouden worden. Voor | ! een vakman zal het duidelijk zijn, dat de configuratie van de twee : transformatoren voor een gegeven nominale aftapwaarde in zekere mate door êën-winding beperking opgelegd wordt. Een koppeling met een nominale aftapwaarde van 8 dB is in figuur 2 weergegeven, waarin de win-20 dingsverhouding tussen de primaire en de secundaire wikkelingen van de serietransformator 2:4 is, en de windingsverhouding tussen de primaire en de secundaire wikkelingen van de autotransformator 8:3 is.

Figuur 3 toont een tweede realisatie van deze uitvinding, waarbij onderdelen gelijk aan die in figuur 2 door eensluidende getallen zijn |25 aangegeven. In deze speciale rangschikking is de autotransformator, die j in figuur 2 in parallelpositie weergegeven was, vervangen door een meer | ί conventionele transformator 40, die een primaire sectie 41 en een se- I i j ! cundaire sectie 43 heeft. De primaire sectie van de paralleltransforma- ! | ! tor is voorzien van een tussenaftappunt 45, die direct verbonden is met 30 de invoerklem van de koppeling. Een enkele winding 42 van de primaire ; wikkeling is tussen de invoerklem 21 van de koppeling en de primaire I ; sectie 30 van de serietransformator 26 geplaatst. De toegevoegde inter- i i ne impedantie dient hier weer om de reflectieverliezen zo klein moge- ij ! | lijk te houden, zodat het apparaat met lage aftapwaarden kan functione- |35 ί ren.

j i | De secundaire wikkeling 43 van de paralleltransformator is aan het ! ' uitvoeraftappunt 16 tussen aarde en weerstand 33 verbonden, teneinde het nodige aan de lijn onttrokkene spanningssignaal te voort te bren- ί : ; gen. De wikkelingen van beide transformatoren zijn zo geplaatst, dat de 40 afgetapte signalen bij het uitvoeraftappunt bij elkaar opgeteld worden ί ' ; 8120262

OHOmC

6 wanneer de omroepsignalen zich door de kabel in de richting van de pijl ; ! bewegen, en elkaar opheffen wanneer gereflecteerde signalen zich door de kabel in de tegenovergestelde richting terug bewegen.

Ofschoon deze uitvinding beschreven is refererend aan de boven-5 staande openbaring, is deze niet noodzakelijkerwijze tot de beschreven uitvoeringsvorm beperkt en .het is de bedoeling van deze aanvraag om elke wijziging of verandering, die mogelijkerwijze in het bereik van deze ! uitvinding komen kan, mee in te sluiten.

j I

i ‘ | ί : i i i j : | ! i ; : i ί i : i ! i i ! i i ! I i ! | j

I I

ί i j ; i ; i 1 I ; ! i I ;· 8120262 01 --0221/:.

Claims (10)

1. Een richtkoppeling, .die geschikt is om te worden ingevoegd in i ; een lijn voor het uitzenden van breedbandsignalen welke lijn een een- ; i trale geleider en een geaarde buitengeleider heeft, waarbij deze koppe-| 5 J ling bevat: i een invoerklem en een uitvoerklem, die elektrisch verbonden kunnen worden met de centrale geleider van de lijn, I een eerste serietransformator met een primaire wikkeling en een t [ : ' secundaire wikkeling, waarbij een eind van genoemde primaire wikkeling 110 I verbonden is met de uitvoerklem van de koppeling, een tweede paralleltransformator met één enkele wikkeling, die geschakeld is tussen het andere eind van genoemde primaire wikkeling en aarde, waarbij genoemde enkele wikkeling een eerste tussenaftappunt ; heeft, dat verbonden is met de invoerklem van de koppeling, een tweede 15 tussenaftappunt dat met een uitvoeraftappunt verbonden is, welke secundaire wikkeling van jde eerste transformator is gescha-! keld tussen het uitvoeraftappunt en aarde, zodat afgetapte signalen, die door iedere transformator naar het uitvoeraftappunt worden gebracht, met elkaar in fase zijn wanneer de transformatoren bekrachtigd 20 worden door breedbandsignalen, die zich door de lijn in een richting van de invoerklem naar de uitvoerklem van de koppeling bewegen, en in J tegenfase zijn wanneer zij bekrachtigd worden door gereflecteerde sig-| nalen, die zich in tegenover gesteldg richting bewegen.

2. De richtkoppeling van conclusie 1, waarin één winding van ge-‘25 jnoemde enkelvoudige wikkeling geplaatst is tussen de invoerklem van de koppeling en de primaire wikkeling van de eerste transformator.

3. Het gerichte aftappunt van conclusie 1, dat voorts een weer- ! stand bevat, die in serie staat met het tweede tussenaftappunt en het I uitvoeraftappunt van de koppeling. |30 i

4. Een richtkoppeling voor invoeging in een transmissielijn voor het uitzenden van breedbandsignalen, voorzien van een binnenste verbin- i i · ; ! dingselement en een geaard buitenste verbindingselement, en die bevat: een invoerklem en een uitvoerklem om de koppeling in serie met de j ! ; centrale geleider van de transmissielijn te verbinden, 135 een paralleltransformator en een serietransformator, die elk een I ' | ! primaire wikkeling en een secundaire wikkeling hebben, waarbij de primaire wikkeling van genoemde paralleltransformator ; ί ’ ! j is geschakeld tussen aarde en een eind van de primaire van genoemde se- | rietransformator en het andere eind van de primaire van genoemde serie- 40 transformator verbonden is met de uitvoerklem van de koppeling, 8120262 [ een tussenaftappunt op de windingen van de primaire wikkeling van ! I I de paralleltransformator, die verbonden is met de invoerklem van de : ! ! koppeling, waarbij een deel van genoemde wikkelingen geplaatst is tus- | sen het tussenaftappunt en de primaire wikkeling van de serietransfor- I 5 mator, waarbij de impedantie aan de invoer van de serietransformator groter is dan de karakteristieke impedantie van de transmissielijn, en de secundaire van genoemde paralleltransformator aan het ene eind | ' verbonden is met aarde en aan het andere eind met genoemde uitvoeraf- i i ; tappunt, waarbij een tweetal in-fase afgetapte signalen toegevoerd wor- ! ; 10 den naar het uitvoeraftappunt wanneer de transformatoren bekrachtigd ! worden door de breedbandsignalen uitgezonden over de transmissielijn in i j de richting van de invoerklem van de koppeling naar de uitvoerklem.

5. Het gerichte aftappunt van conclusie 4, waarbij één enkele win ding van de primaire wikkeling van genoemde paralleltransformator ge-: 15 : plaatst is tussen de invoerklem van de koppeling en de invoer van de | ; serietransformator. ;

6. Het gerichte aftappunt van conclusie 4 voorts bevattende een | weerstand geplaatst tussen de uitvoereinden van de twee secundaire wik- I i kelingen. ! I 120

7. In een rlchtkoppeling van het type, dat een eerste transforma- ! tor heeft, die parallel geschakeld is tussen het centrale verbindings-j element en het buitenste verbindingselement van een transmissielijn ! voor het uitzenden van breedband televisiesignalen, en een een tweede ; ; transformator heeft, die in serie staat met de binnenste geleider van |25 ! de genoemde lijn eh schakelelementen ter toevoering van een afgetapt | signaal van elke transformator naar een gemeenschappelijk uitvoeraftap- | punt, omvat de verbetering: j een tussenaftappunt in de invoerwikkeling van de paralleltransformator, dat direct verbonden is met de invoerklem van de koppeling, en 30 de invoerwikkelingen in een eerste sectie van Nj windingen en een tweede sectie van N2, en een primaire wikkeling in genoemde serietransformator, die in se-! I rie geschakeld is tussen de eerste sectie van de invoerwikkeling van de paralleltransformator en de uitvoerklem van de koppeling om de impedan- 35 tie aan de invoerzijde van de serietransformator te verhogen tot een i ί j ; niveau, dat hoger is dan de karakteristieke impedantie van de transmissielijn.

8. De verbetering van conclusie 7, waarin genoemde paralleltrans- formator een autotransformator is. 40

; 9. De verbetering van conclusie 7, waarin genoemde paralleltrans- :........ 8 1 2 0 2 6 2....................................................... : formator een primaire en een secundaire sectie bevat, i j

10. De verbetering van conclusie 7, waarin N]^ één enkele winding ; is. j i 1 l S 1 : j ; ; ! i ' ! ! ; ; i i [ 1 ; j ί : j ! i ! | | i ! [ j | i i i ί ' 8 1 2 0 2 6 2..........................................