NL8800189A

NL8800189A - CAPACITIVE SEPARATOR.

Info

Publication number: NL8800189A
Application number: NL8800189A
Authority: NL
Original assignee: Hirschmann Radiotechnik
Priority date: 1987-03-04
Filing date: 1988-01-27
Publication date: 1988-10-03
Also published as: DE3706922A1; DE3706922C2

Description

NL 34.781-dV/lbNL 34.781-dV / lb

Capacitief scheidingsorgaan.Capacitive separator.

De uitvinding heeft betrekking op een capacitief scheidingsorgaan voor de galvanische scheiding van een coaxiale kabel met ten minste één scheidingscondensator in de binnen- en buitengeleider.The invention relates to a capacitive separator for the galvanic separation of a coaxial cable with at least one separating capacitor in the inner and outer conductor.

5 * Een capacitief scheidingsorgaan van deze soort is bijvoorbeeld bekend uit het DE-C2-3.317.202. De in de binnen-en buitengeleider van de coaxiale kabel aangebrachte condensators dienen voor het scheiden van dé beneden het over-drachtsfreguentiebereik liggende spanningspotentialen tussen 10 de beide aansluitdelen van de coaxiale kabel. Dergelijke capacitieve scheidingsorganen worden in het bijzonder in samenhang met breedbandige communicatienetten toegepast, teneinde te waarborgen dat spanningspotentialen in de afzonderlijke huizen, die bijvoorbeeld vanwege foutieve, aanslui-15 tingen in de huisinstallaties kunnen optreden of van huis tot huis optredende potentiaalverschillen niet op het bijvoorbeeld door de PTT verzorgde breedbandige communicatienet terecht komen.5 * A capacitive separator of this kind is known, for example, from DE-C2-3.317.202. The capacitors arranged in the inner and outer conductor of the coaxial cable serve to separate the voltage potentials lying below the transmission frequency range between the two connecting parts of the coaxial cable. Such capacitive separators are used in particular in connection with broadband communication networks, in order to ensure that voltage potentials in the individual houses, which can occur, for example, due to faulty connections in the house installations or potential differences occurring from house to house, for example due to the the PTT provided broadband communications network.

Teneinde een zo goed mogelijke overdracht te berei-20 ken, moeten de scheidingscondensators bij de gebruikelijke scheidingsorganen een zo groot mogelijke capaciteit bezitten. Bovendien moeten zij tegen hoge spanning bestand zijn.In order to achieve the best possible transfer, the separating capacitors must have the greatest possible capacity with the usual separating members. In addition, they must be resistant to high voltage.

Teneinde te verhinderen dat overspanningen, die bijvoorbeeld door bliksem of andere storingen van buitenaf kun-25 nen optreden, de scheidingscondensators vernietigen, zijn de scheidingscondensators ten aanzien van hun doorslagspanning overgedimensioneerd. Bijvoorbeeld worden condensators met een doorslagspanning van 2 kV bij te verwachten spanningen van slechts 500 V toegepast, teneinde te verhinderen dat over-30 spanningen de condensators vernietigen. Condensators met hoge doorslagspanning vereisen echter dikke diëlektrica, die de geleidingsinductie en daarmede de hierop terug te voeren verliesweerstand bij de hoogfrequente koppeling vergroten, zoals dit in de Duitse octrooiaanvrage 3.638.748 is beschre-35 ven. In deze laatstgenoemde octrooiaanvrage van de zelfde uitvinder als de onderhavige aanvrage werd hiertoe reeds voorgesteld aan de scheidingscondensators overspanningsscha- .8800189 * - 2 - if kelaars parallel aan te sluiten. Hoewel daarmede een overspanningsbeveiliging is gewaarborgd, zou dit echter extra onderdelen vereisen en tot een duurder scheidingsorgaan leiden.In order to prevent overvoltages, which may occur, for example, through lightning or other external disturbances, from destroying the separation capacitors, the separation capacitors are oversized with respect to their breakdown voltage. For example, capacitors with a breakdown voltage of 2 kV are used at expected voltages of only 500 V, to prevent over-voltages from destroying the capacitors. Capacitors with high breakdown voltage, however, require thick dielectrics, which increase the conduction inductance and hence the loss resistance due to the high-frequency coupling, as described in German patent application 3,638,748. In the latter patent application by the same inventor as the present application, it has already been proposed to this end to connect the separating capacitors in parallel with surge arresters. 8800189 * 2. Although this guarantees surge protection, it would require additional parts and would lead to a more expensive separator.

5 Aan de uitvinding ligt het doel ten grondslag een capacitief scheidingsorgaan van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, dat op eenvoudige wijze niet alleen tegen overspanning is beveiligd, maar tevens de instraling van stoorsignalen, bijvoorbeeld door lange- of middengolf-10 zenders, bliksemstromen of vonkstoorbronnen sterk vermindert.The object of the invention is to provide a capacitive separating element of the type mentioned in the preamble, which in a simple manner is not only protected against overvoltage, but also the radiation of interfering signals, for example from long or medium wave transmitters, greatly reduces lightning currents or spark interference.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat voor de galvanische scheiding van de binnengeleider een uit ten minste één half LC-lid bestaand hoogdoorlaatfilter is aangebracht, waarvan de frequentie beneden het signaalover-15 drachtsbereik ligt.This object is achieved according to the invention in that a high-pass filter consisting of at least one half LC member is provided for the galvanic separation of the inner conductor, the frequency of which is below the signal transmission range.

Bij voorkeur is het hoogdoorlaatfilter een LCL-hoog-doorlaatfilter, waarbij de aansluitingen van de binnengelei-der-scheidingscondensator elk via een spoel zijn verbonden met de aansluitingen van ten minste één buitengeleider-scheidings-20 condensator.Preferably, the high-pass filter is an LCL high-pass filter, the terminals of the inner conductor separation capacitor each being connected to the terminals of at least one outer conductor separation capacitor via a coil.

Vanwege het hoogdoorlaatfilter voor het scheiden van de binnengeleider is de overspanningsbeveiliging daarvan in het bijzonder tot aan de grensfrequentie van het hoogdoorlaatfilter gewaarborgd. Bij optreden van bliksemstromen, die 25 overspanning veroorzaken, verdeelt de stroom zich in overeenstemming met de ohmse weerstanden over de binnen- en de buitengeleider. Maatregelen voor de beveiliging tegen overspanningen moeten derhalve zowel voor de binnen- als voor de buitengeleider worden getroffen. Bij de toepassing van een 30 LCL-hoogdoorlaatfilter volgens de uitvinding nemen de spoelen deze overspanningsbeveiliging op zich eveneens in een fre-quentiebereik tot aan de grensfrequentie van het hoogdoorlaatfilter, die in de orde van grootte van 10 MHz, bij voorkeur bij 40 MHz ligt. Met deze maatregel volgens de uitvin-35 ding is derhalve geen aanvullende overspanningsbeveiliging voor de binnengeleider meer nodig.Due to the high-pass filter for separating the inner conductor, its surge protection is ensured, in particular, up to the cut-off frequency of the high-pass filter. When lightning currents, which cause overvoltage, occur, the current distributes according to the ohmic resistances between the inner and outer conductor. Measures for surge protection must therefore be taken for both the inner and outer conductor. When using an LCL high-pass filter according to the invention, the coils also take over this surge protection in a frequency range up to the cut-off frequency of the high-pass filter, which is of the order of 10 MHz, preferably 40 MHz. With this measure according to the invention, no additional surge protection for the inner conductor is therefore no longer necessary.

Zoals in verband met de discussie van de stand van de techniek reeds werd toegelicht, moest bij gebruikelijke scheidingsorganen erop worden gelet, dat de capaciteit van . 8 8 0 0 1.·/* - 3 - de scheidingscondensator in het bijzonder ook voor de binnen-geleider zo groot mogelijk is teneinde goede aanpassingswaar-den te verkrijgen. Het voordeel dat volgens de uitvinding een hoogdoorlaatfilter in plaats van de gebruikelijke grote 5 scheidingscondensator kan worden toegepast, bestaat in het bijzonder ook daarin, dat nu een kleinere condensator als scheidingscondensator en deel van het hoogdoorlaatfilter voldoende is, die in plaats van een capaciteit van bijvoorbeeld 500 pF nu nog slechts een capaciteit in de orde van grootte 10 van 30 pF behoeft te hebben. In het bijzonder bij de toepassing van hoogspanningscondensators kan daardoor êen aanzienlijk goedkoper scheidingsorgaan worden bereikt. De kleinere condensator heeft bovendien ook het voordeel, dat bij overspanningen over deze condensator een hogere spanning 15 valt, die door de in de dwarstakken liggende spoelen van het hoogdoorlaatfilter extra wordt gedempt.As has already been explained in connection with the discussion of the prior art, in conventional separators, care has to be taken to ensure that the capacity of. 8 8 0 0 1. · / * - 3 - the separation capacitor is also as large as possible, especially for the inner conductor, in order to obtain good adaptation values. The advantage that according to the invention a high-pass filter can be used instead of the usual large separating capacitor, in particular also consists in that now a smaller capacitor is sufficient as separating capacitor and part of the high-pass filter, which instead of a capacity of for instance 500 pF now only needs to have a capacity in the order of magnitude 10 of 30 pF. Particularly when high-voltage capacitors are used, a considerably cheaper separating element can thereby be achieved. The smaller capacitor also has the advantage that, with overvoltages, a higher voltage falls over this capacitor, which is additionally damped by the coils of the high-pass filter located in the transverse branches.

De toepassing volgens de uitvinding van een hoogdoorlaatfilter voor de galvanische scheiding van de binnen-geleider heeft in het bijzonder het bijkomende voordeel, 20 dat deze maatregel ook effectief de instraling van stoor-signalen met frequenties vermindert, die beneden de grens-frequentie van het hoogdoorlaatfilter liggen. De demping van storende instralingen, zoals vonkenstoorstralingen, door bliksem veroorzaakte stoorstralingen of door lange- en/of 25 middengolfzenders geleverde straling, wordt door de toepassing van een hoogdoorlaatfilter volgens de uitvinding aanmerkelijk verbeterd, zonder de toepassing van een hoogdoorlaatfilter ligt de ontvangspanning voor lagere frequenties nagenoeg ongedempt tussen de buiten- en binnengeleider van de 30 coaxiale kabel, waarbij de door de kabel opgenomen spanning wordt bepaald door de spanningsdeling over de golfweerstan-den en de scheidingscondensator van de binnengeleider. Door toepassing van een hoogdoorlaatfilter ontstaat een demping van deze instralingen zowel door de kleinere scheidingscon-35 densator van de binnengeleider, aangezien daardoor bij lagere frequenties een hogere spanning hierover valt, als door de dempende werking van de spoelen van het hoogdoorlaatfilter.The use according to the invention of a high-pass filter for the galvanic separation of the inner conductor has in particular the additional advantage that this measure also effectively reduces the radiation of interfering signals with frequencies below the cut-off frequency of the high-pass filter lie. The attenuation of interfering radiation, such as spark radiation, lightning-induced radiation or radiation supplied by long and / or medium wave transmitters, is considerably improved by the use of a high-pass filter according to the invention, without the use of a high-pass filter the receiving voltage for lower frequencies is substantially undamped between the outer and inner conductor of the coaxial cable, the voltage absorbed by the cable being determined by the voltage division across the wave resistances and the separation capacitor of the inner conductor. The use of a high-pass filter dampens these irradiations both by the smaller separation capacitor of the inner conductor, since this causes a higher voltage to fall at lower frequencies, as well as by the damping effect of the coils of the high-pass filter.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding met een hoogdoorlaatfilter in de buitengeleider komt deAccording to a preferred embodiment of the invention with a high-pass filter in the outer conductor, the

. 8 8 0 0 1 8 S. 8 8 0 0 1 8 S

- 4 - * grensfrequentie van het hoogdoorlaatfilter in de binnenge-leider althans nagenoeg overeen met de grensfrequentie van het hoogdoorlaatfilter in de buitengeleider. Daardoor is het overgangsfrequentiegebied tussen het eigenlijke doorlaat-5 en sperbereik op gunstige wijze smal. In een speciaal geval kan het echter ook doelmatig of zelfs nodig zijn (bijvoorbeeld bij verschillend aantal leden van de beide hoogdoorlaatf liters of wanneer de spoelen van het hoogdoorlaatfilter voor de binnengeleider voor de binnen de kabel ter beschik-10 king staande ruimte te groot zouden zijn) de grensfrequenties verschillend te kiezen.- 4 - * cut-off frequency of the high-pass filter in the inner conductor at least substantially corresponds to the cut-off frequency of the high-pass filter in the outer conductor. As a result, the transition frequency range between the actual transmission-5 and the blocking range is advantageously narrow. However, in a special case it may also be effective or even necessary (for example, with different number of members of the two high-pass liters or when the coils of the high-pass filter for the inner conductor for the space available within the cable would be too large. ) to choose the cut-off frequencies differently.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een voorbeeld is weergegeven.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which an example is shown.

In de schematisch door een binnengeleider 2 en een 15 buitengeleider 3 voorgestelde coaxiale kabel is een capaci-tief scheidingsorgaan 1 aangebracht, dat bijvoorbeeld via stekercontacten 4 losneembaar is verbonden met de coaxiale kabel. In de scheidingsorgaan-binnengeleider 5 is een condensator 6 aangebracht, waarvan de aansluitingen elk via een 20 spoel 7 resp. 8 met de overeenkomstige aansluitingen van een condensator 9 in de scheidingsorgaan-buitengeleider 10 zijn verbonden.In the coaxial cable schematically represented by an inner conductor 2 and an outer conductor 3, a capacitive separating member 1 is provided, which is for instance connected releasably via plug contacts 4 to the coaxial cable. A capacitor 6 is arranged in the separator inner conductor 5, the connections of which are each connected via a coil 7 or 7, respectively. 8 are connected to the corresponding terminals of a capacitor 9 in the separator outer conductor 10.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is aan de buitengeleider-scheidingscondensator 9 een 25 filtercondensator 11 parallel geschakeld, waarbij deze laatste in serie is geschakeld met een filterspoel 12. .Een impedantie van het uitwendige systeem, die als put voor de stoorstraling werkt, is parallel geschakeld aan de filtercondensator 11 en aangeduid met het verwijzingscijfer 13.According to a preferred embodiment of the invention, a filter capacitor 11 is connected in parallel to the outer conductor separation capacitor 9, the latter being connected in series with a filter coil 12. An impedance of the external system, which acts as a pit for the interference radiation, is parallel connected to the filter capacitor 11 and indicated by the reference numeral 13.

30 Het hoogdoorlaatfilter volgens de uitvinding voor de galvanische scheiding van de scheidingsorgaan-binnengeleider 5 is een LCL-hoogdoorlaatfilter, dat de condensator 6 alsmede de spoelen 7 en 8 omvat.The high-pass filter according to the invention for the galvanic separation of the separator inner conductor 5 is an LCL high-pass filter, which comprises the capacitor 6 as well as the coils 7 and 8.

Dit hoogdoorlaatfilter vormt de galvanische schei-35 ding van de binnengeleider en is bij toepassing van dit scheidingsorgaan in breedbandige kabelnetten bij voorkeur afgestemd op een grensfrequentie van ca. 40 MHz. Dit hoogdoorlaatfilter verschaft een volledige overspanningsbeveiliging in elk geval voor nuttige signalen met grensfrequenties boven de grens- .8800189 * - 5 - % frequentie van het hoogdoorlaatfilter. Bovendien verhindert het de instraling van stoorsignalen buiten het nuttige sig-naalbereik, derhalve tot een frequentie van ca. 40 MHz. In tegenstelling tot de gebruikelijke scheidingsorganen, waar-5 bij de binnengeleidercondensator een relatief grote capaciteit van bijvoorbeeld 500 pF moet hebben om goede aanpassingswaar-den te bereiken, is voor het scheidingsorgaan volgens de uitvinding een binnengeleidercondensator van slechts ca.This high-pass filter forms the galvanic separation of the inner conductor and, when this separator is used in broadband cable networks, it is preferably tuned to a cut-off frequency of approximately 40 MHz. This high-pass filter provides complete surge protection in any case for useful signals with cut-off frequencies above the cut-off frequency of the high-pass filter. In addition, it prevents the radiation of interfering signals outside the useful signal range, thus up to a frequency of about 40 MHz. In contrast to the usual separators, where the inner conductor capacitor must have a relatively large capacity of, for example, 500 pF in order to achieve good adaptation values, the separator according to the invention has an inner conductor capacitor of only approx.

30 pF voldoende, hetgeen in het bijzonder in verband met de 10 toepassing van hoogspanningscondensators tot eenvoudigere goedkopere onderdelen leidt.30 pF sufficient, which leads to simpler cheaper parts, especially in connection with the use of high voltage capacitors.

Zoals in de Duitse octrooiaanvrage 3.638.748 is uiteengezet, is de scheidingscondensator 9 in de buitengeleider onderdeel van een hoogfrequent filter, dat is samenge-15 steld uit de buitengeleider-scheidingscondensator 9, de filtercondensator 11 en de filterspoel 12. Op deze wijze wordt de koppeldemping tussen de buitengeleider 10 resp. 3 en aarde beslissend verbeterd. Ter vermijding van herhalingen wordt op de genoemde Duitse octrooiaanvrage gewezen, waarvan 20 de inhoüd in dit verband volledig in de onderhavige aanvrage opgenomen wordt geacht.As explained in German patent application 3.638.748, the separation capacitor 9 in the outer conductor is part of a high-frequency filter composed of the outer conductor separation capacitor 9, the filter capacitor 11 and the filter coil 12. In this way, the coupling damping between outer conductor 10 resp. 3 and earth decisively improved. To avoid repetition, reference is made to the said German patent application, the content of which is considered to be fully included in the present application in this connection.

De combinatie van de in de genoemde octrooiaanvrage aangegeven kenmerken met de kenmerken van de onderhavige uitvinding is bijzonder gunstig, aangezien de voordelen van de 25 beide maatregelen elkaar aanvullen. Door het de buitengelei-der-scheidingscondensator 9, de filtercondensator 11 en de filterspoel 12 omvattende hoogfrequentfilter, bij voorkeur een laagdoorlaatfilter in het stoorsignaalfrequentiegebied, wordt de dempingskwaliteit van het scheidingsorgaan ten aan-30 zien van het uitzenden in het nuttige frequentiegebied verbeterd en gelijktijdig wordt de instraling van stoorsignalen buiten het nuttige gebied vanwege de maatregelen van de onderhavige uitvinding, namelijk de toepassing van een hoogdoorlaatfilter voor de galvanische scheiding van de binnen-35 geleider, doeltreffend verminderd. Deze maatregelen leiden tot een ten opzichte van de gebruikelijke scheidingsorganen aanmerkelijk verbeterd capacitief scheidingsorgaan.The combination of the features indicated in said patent application with the features of the present invention is particularly favorable, since the advantages of the two measures complement each other. By the high-frequency filter comprising the outer conductor separation capacitor 9, the filter capacitor 11 and the filter coil 12, preferably a low-pass filter in the false signal frequency range, the damping quality of the separator is improved with regard to the emission in the useful frequency range and at the same time the irradiation of interfering signals outside the useful range due to the features of the present invention, namely the use of a high-pass filter for the galvanic separation of the inner conductor, is effectively reduced. These measures lead to a significantly improved capacitive separator compared to the usual separating members.

De onderhavige uitvinding werd aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld schematisch toegelicht. Voor de vakman .88001?§ 4 - 6 - » zijn talrijke variaties en uitvoeringen mogelijk, zonder buiten het kader der uitvinding te treden. De vakman kan bijvoorbeeld de waarden voor de afzonderlijke onderdelen van de beschreven schakeling op geschikte wijze kiezen, bijvoor-5 beeld zo dat de grensfrequentie van het hoogdoorlaatfilter in de binnengeleider althans nagenoeg overeenkomt met de grensfrequentie van het hoogdoorlaatfilter in de buitengeleider.The present invention has been schematically explained by means of an exemplary embodiment. Numerous variations and designs are possible for the person skilled in the art .88001? § 4 - 6 - », without departing from the scope of the invention. For example, the skilled person can select the values for the individual parts of the described circuit in an appropriate manner, for instance such that the cut-off frequency of the high-pass filter in the inner conductor substantially corresponds to the cut-off frequency of the high-pass filter in the outer conductor.

. sSBinsp. sSBinsp

Claims

Capacitive separator for the galvanic separation of a coaxial cable with at least one separation capacitor in the inner and outer conductor, characterized in that for the galvanic separation of the inner conductor (2 and 5, respectively), one of at least one semi-LC member existing high-pass filter (6, 7, 8) is fitted, the cut-off frequency of which is below the signal transmission range.

Capacitive separator according to claim 1, 10, characterized in that the high-pass filter (6, 7, 8) is an LCL high-pass filter, the connections of the inner conductor separating capacitor (6) each via a coil (7 and 8, respectively) are connected to the terminals of at least one outer conductor separation capacitor (9).

Capacitive separating element according to claim 1 or 2, wherein a high-pass filter consisting of at least one half LC member is also arranged in the outer conductor, characterized in that the cut-off frequency of the high-pass filter in the inner conductor (2 or 5) is at least 20. almost corresponds to the cut-off frequency of the high-pass filter in the outer conductor (3 and 10 respectively).

Capacitive separating element according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the cut-off frequency of the high-pass filter in the inner conductor (2 resp.

5) is of the order of 10 MHz, preferably 40 MHz. . 8 8 D 0 H §