NO153827B - Frekvenspense til aa adskille en signal- og en forsyningsstroem. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en frekvenspense som skal tjene til

å adskille en signalstrøm og en forsyningstrøm og anvendes i fjernmatede mellomregeneratorer eller forsterkere i bredbåndede overføringssystemer med koaksial-kabelstrekninger som oppviser en høy omløpsdempning ved høye frekvenser, og angår nærmere bestemt en slik frekvenspense som omfatter en inngangs- resp. utgangssidig drossel-anordning for strømforsyningen og en kondensator som forbinder den ene av regeneratorens resp. forsterkerens strømforsynings-tilslutninger med dens referansepotensial.

Fra DE-PS 12 72 466 er der kjent en frekvenspense av den innledningsvis angitte art som består av seriekoblede høy- og lavpassfiltre og særlig anvendes for strømforsyning av fjernmatede ledningsforsterkere i bredbåndede bærefrekvenssystemer samt er oppbygget under anvendelse av koaksialdrosler. Ved disse koaksialdrosler yter de to viklinger en meget liten motstand mot den i motsatte retninger gjennomflytende signalstrøm, mens de yter meget høy motstand mot forstyrrende strømmer som hver gang bare gjennomflyter én vikling. For forbindelsen mellom forsterkerens referansepotensial og koaksialkabel-ytterlederens potensial er der anordnet kondensatorer som har en påtagelig induktivitet ved høye frekvenser. Denne induktivitet forringer kondensato-rens koblevirkning, og den skyldes induktiviteten av kondensato-rens tilførselsledninger og den ved høyspenningsfastheten betinge-te byggeform, så den ikke uten videre kan minskes vilkårlig. På grunn av den svekkede forbindelse mellom de to potensialer fåes

en forringelse av omløpsdempningen, altså en øket tilbakevirkning av forsterkerens utgangssignal på dens inngang. Ved omløpsdemp-ning forståes i den forbindelse dempningen mellom de utgangssidige klemmepar og de inngangssidige klemmepar. Ved tilføyelse av ledningsdrosler er det i dette tilfelle meningen å øke omløpsdemp-ningen igjen, men der foreligger her en ytterligere grense på grunn av den forstyrrende spredningsinduktivitet av ledningsdroslene ved høyere induktiviteter.

Fra tidsskriftet "Frequenz" 28, 1974, side 326 - 333, særlig avbildning 15,er der kjent enda en slik anordning hvor der på en koaksial-kabel er anbragt ferrittringer og høyspenningskonden-satorer etter hverandre og hele anordningen er omgitt av en rør-formet kapsel i ledende forbindelse. Ved anvendelse av koaksial-kabler får man da imidlertid problemer med en kostbar og vanske-lig kontaktering av kondensatorene på den rørformede kapseis innervegg og på koaksial-kabelens ytterleder. Med henblikk på

de høye signalfrekvenser er den foreslåtte kontaktering ved hjelp av fjærer ikke anvendelig,og dessuten vil der ved det kabelstykke som er forbundet med kondensatorene og ferrittringene, be-høves en særlig høyverdig avskjermning.

Fra DE-OS 26 23 412 er der kjent en fjernmatet mellomfor-sterker som særlig er bestemt for koaksiale informasjons-over-førings-strekninger og er anordnet mellom en inngangssidig og en utgangssidig ledning innbyrdes forbundet over en ytterligere forbindelse, og hvor ytterlederforbindelsen og en matespennings-tilslutning som tillike har et vekselspenningsmessig referansepotensial,er forbundet kapasitivt. Også ved denne anordning finnes der minst en kondensator mellom koaksialkabel-ytterlederens potensial og mellomforsterkerens referansepotensial,så der ved høy-ere frekvenser melder seg problemer med hensyn til sammenkobling-en av inngangskrets og utgangskrets via godsforbindelsen.

For å øke omløpsdempningen blir forsterkeren oppdelt i minst to delforsterkere som er avkoblet via enda' en kondensator beliggen-de mellom den respektive delforsterkers referansepotensial og koaksialkabelens ytterleder-potensial. Dessuten er matespen-ningsinngangene til delforsterkerne innbyrdes avkoblet med hensyn til høyfrekvens. Til å øke omløpsdempningen er der i tillegg anordnet en ledningsdrossel som overfører nyttesignalet fra den inngangssidige til den utgangssidige delforsterker og i den forbindelse undertrykker forstyrrende signaler. En sikker under-trykkelse av forstyrrende signaler fåes imidlertid bare dersom den vegg som- skiller mellom de to delforsterkeres ytterkamre, og som har kabel-ytterlederens potensial, har høy kapasitet,altså er utført som høyspenningsfast gjennomføringskondensator. På grunn av disse ekstra gjennomføringskondensatorer*som må benyttes for hver ledningsforbindelse mellom de to delforsterkere, behø-ves der imidlertid alt i alt en stor påkostning og samtidig en komplisert mekanisk oppbygning av forsterkeranordningen. Dessuten fremkommer der ved parallellkoblingen av de enkelte ledningsdrosler igjen alt i alt en minskning av den virksomme induktivitet og dermed en minskning av omløpsdempningen. Den innbyrdes kobling mellom de to forsterker-, resp. regeneratordeler skjer videre over ledninger som forløper i et feltbeheftet rom,

så der for det første foreligger mulighet for at forstyrrelser kommer inn ved spredning,og den nødvendige allsidige avskjermning for det annet influerer på forsterkerens resp. regeneratorens egenskaper.

Oppfinnelsen har til oppgave ved en anordning av den innledningsvis angitte art å muliggjøre en problemsløs forbindelse mellom de enkelte byggegrupper og dermed en enkel mekanisk oppbygning, sørge: for betryggende sikkerhet mot ytre forstyrrelser, oppnå en høy omløpsdempning opptil ca. 140 dB og opptil frekvenser på ca. 800 MHz og samtidig ikke bevirke noen vesentlig endring av frekvenspensens funksjon.

Oppgaven blir ifølge oppfinnelsen løst ved at der er anordnet en homogen ledning som har en bølgemotstand svarende til tilslutningskabelens, og som på den ene side med inner- og ytterleder er forbundet med de tilsvarende ledere hos tilslutningskabelen, samt hvis innerleder på den annen side er forbundet med en signaltilslutning til regeneratoren resp. forsterkeren, eventuelt via en kondensator, at den homogene lednings ytterleder på forbindelsesstedet er mest mulig lavohmig forbundet med til-slutningkabelen og ved sin ende er i det minste kapasitivt forbundet med innerlederen hos en inhomogen ledning, at der i den inhomogene ledning inngår skiftende avsnitt med henholdsvis meget liten eller meget stor bølgemotstand like overfor tilslutningskabelens, at den til tilslutningskåbelen grensende tilslutning til den inhomogene lednings ytterleder står i ledende forbindelse med en avskjermning, og at ytterlederens annen tilslutning er forbundet med regeneratorens resp. forsterkerens referansepotensial .

Frekvenspensen ifølge oppfinnelsen byr foruten på fordelen av relativt liten påkostning også på fordelen er av relativt små dimensjoner som med henblikk på den nødvendige komplette avskjermning og mindre parasitære impedanser har vesentlig innflytelse på de oppnådde elektriske egenskaper.

Frekvenspensen ifølge oppfinnelsen kan utvikles videre på en måte som er gunstig på grunn av enkel oppbygning,og som består i at den homogene ledning dannes av en del av tilslutningskabelen. Dermed blir dels mulige skjøtesteder unngått, og dels fåes en tilsvarende enklere oppbygning.

I tilfellet av en oppbygning av den samlede anordning i strimmelledningsteknikk fåes en hensiktsmessig variant av oppfinnelsen ved at den homogene ledning dannes av en strimmelleder-anordning.

En oppbygning som er fordelaktig på grunn av sin enkelhet, fåes under anvendelse av et rørformet legeme som mekanisk bærer ved at den inhomogene ledning dannes av et høyspenningsfast rør-legeme som den homogene ledning er ført igjennom,

at rørlegemet er formet av et materiale med høy dielektrisitetskonstant,

at rørlegemet innvendig har en gjennomgående metallisering som utgjør den inhomogene lednings innerleder,

at rørlegemet har en ytre metallisering som er avbrutt av minst en ferrittring, og som utgjør ytterlederen i det lavohmige avsnitt av den inhomogene ledning, og

at der er anordnet en avskjermningskapsel som står i ledende forbindelse med de lavohmige avsnitts ytterleder og omslutter rør-legemet på omkretsen over i det minste en del av dets lengde, og som utgjør ytterlederen hos den inhomogene lednings høyohmige avsnitt. I den forbindelse er det særlig gunstig at det kabelstykke som er ført gjennom rørlegemet, ikke behøver å ha noen særlig tett avskjermning.

Ytterligere hensiktsmessige utformninger av frekvenspensen ifølge oppfinnelsen fremgår av patentkrav 5-9.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli belyst nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 viser en regenerator for digitale signaler, forsynt med en inngangssidig og en utgangssidig ' frekvenspense.

Fig. 2 viser en kontruktiv oppbygning av den vesentlige

del av frekvenspensen ifølge oppfinnelsen, og

fig. 3 viser et snitt gjennom frekvenspens<en.>

På fig. 1 sees en regenerator-anordning med frekvenspen-sene anordnet mellom den inngangssidige tilslutningskabel EK og den utgangssidige tilslutningskabel AK. Et avsnitt av den inngangssidige tilslutningskabel, som er utført som koaksial-kabel, danner den første homogene ledning LI, hvis innerleder ved enden av kabelen er forbundet med en tilslutning til en inngangskondensator Ce og en inngangssidig strømforsyningsdrossel Le. Det kabelstykke som virker som homogen ledning Li,er stukket gjennom et rørlegeme som er nærmere vist på fig. 3, og er ved hjelp av en klemanordning mest mulig lavohmig forbundet med rørlegemets innvendige metallisering på kabelsiden ved det punkt som er beteg-net med Pl på tegningen. Ved den ende av rørlegemet som vender mot regeneratoren, er forbindelsen mellom koaksialkabelens ytter-ligheter Lia og den innvendige metallisering hos rørlegemet L2i tilveiebragt mekanisk fast i punktet P2. Ved dette punkt P2 behø-ves ingen særlig lavohmig forbindelse, idet det er nok med en kapasitiv forbindelse,som innenfor rørlegemet lar seg fremstille vesentlig lettere enn en loddeforbindelse.

Rørlegemet får utvendig på noen steder en metallisering

og på andre steder ferrittringer, og alt i alt fåes en inhomogen ledning med skiftende ledningsstykker som henholdsvis er relativt meget lavohmige og er meget høyohmige i forhold til tilslutningskabelens bølgemotstand. Rørlegemet er innleiret i en avskjermende kapsel som sammen med rørlegemets utvendige metalliseringer utgjør den inhomogene lednings ytterleder L2a. Denne ytterleder er forbundet med kapselavskjermningen på et sted i nærheten av punktet Pl. På et sted i nærheten av P2 er ytterlederen forbundet med regeneratorens godstilslutning og dermed med en avkoblingskondensator Ck som forbinder de to forsynings-tilslutninger til regeneratoren med dens referansepotensial.

Den inngangssidige drosselanordning Le for strømforsyningen er oppbygget med en koaksial ledning,og ledningens innerleder er på den ene side forbundet med den homogene lednings innerleder Lii ved den ende av denne som vender mot regeneratoren. Dessuten er innerlederen hos den kabel som danner drosselanordnin-gen Le, ved denne kabels annen ende forbundet med en strømforsy-ningstilslutning til regeneratoren R. Ytterlederen hos drossel-anordningen Le er på begge sider forbundet med godspunktet for regeneratoren R.

Regeneratoren R får over inngangskondensatoren Ce tilført de digitale signaler som skal regenereres, og som den via utgangs-kondesatoren Ca avgir til den utgangssidige frekvenspense. I regeneratoren er antydet veien for forsyningsstrømmen Iv, som for' det første flyter gjennom forbrukermotstanden Rv til regeneratorens annen strømforsyningstilslutning og for det annet flyter over den utgangssidige drosselanordning La til innerlederen hos den utgangssidige tilslutningskabel. Ytterlederne hos den en-gangssidige og den utgangssidige kabel EK, AK er direkte forbund-det med hverandre. Den utgangssidige frekvenspense med en ytterligere homogen ledning L3 og en ytterligere inhomogen ledning L4 svarer med hensyn til oppbygning fullstendig til den inngangssidige frekvenspense, så der ikke behøves noen detaljert beskrivelse i så måte.

Fra innerlederen Lii kommer de mottatte digitale signaler over inngangskondensatoren Ce til regeneratoren R, forsynings-strømmen blir via drosselen avgrenet fra innerlederen Lii og kommer til regeneratorens strømforsyningstilslutning. Etter re-genereringen av det digitale signal blir dette i sendetrinnet for-sterket til det nivå som behøves for å overspenne neste regenera-torfelt, og avgitt til neste overføringskabelavsnitt.

Ved anvendelse av en strømspredning i regeneratoren R kan utgangskondensatoren Ca i den forbindelse falle bort.

For avskjermningen er det videre hensiktsmessig å dele opp regeneratorkapselen i to kapseldeler som befinner seg på regene-ratorpotensial,og la overføringssignalet ha et lavt nivå i venstre og et høyt nivå i høyre kapseldel. Forbindelsen mellom de to kapselkamre kan imidlertid skje direkte, altså uten anvendelse av noen ledningsdrossel, og uten anvendelse av høyspenningsfaste gjennomføringskondensatorer. Ved en ikke ønskelig tilbakevirkning mellom regeneratorens utgangsdel og dens inngangsdel opp-står der riktignok ytterligere forstyrrende strømmer på inngangs-siden, men disse flyter via punktet Pl til den inhomogene ledning L2,som virker som "bølgesluk" med sine avsnitt A, B, C, D,

E med sterkt forskjellig bølgemotstand. Der fåes der imidlertid en dempning av forstyrrende strømmer/ inn til grensene for måle-nøyaktigheten.

Med den utgangssidige frekvenspense med dens inhomogene ledning L4 skjer i tillegg en betraktelig dempning av de til-bakekoblede støyspenninger,som har sin maksimale amplitude i punktet P3, altså ved inngangen til den ytterligere inhomogene ledning L4.

Fra den ytterligere strømforsyningstilslutning til regeneratoren R kommer forsyningsstrømmen via den utgangssidige drossel-anordning La til innerlederen L3i hos den ytterligere homogene kedning L3 og dermed til innerlederen hos den utgangssidige tilslutningskabel. Også den utgangssidige drosselanordning La er oppbygget med en koaksial-ledning som stub.

På fig. 2 sees den konstruktive utformning av en regenerator-inngangsdel sammen med en kabelstuss K. Kabelstussen K er stukket inn i en frontplate FP, festet på den utvendige regeneratorkapsel Gl. Et kabelendestykke er stukket gjennom en boring i frontplaten og i regeneratorkapselen Gl og strekker seg med sin avskjermningsfletning, som tilsvarer ytterlederen Lia hos den før-ste homogene ledning t inn i den indre regeneratorkapsel G2. Kabelen er med en kabelklemme KK festet til innsiden av den ytre regeneratorkapsel Gl. Mellom de to regeneratorkapsler Gl og G2 er der påskjøvet kabelen et rørformet legeme RK som innvendig er gjennomgående metallisert, mens det på utsiden har metalliserte ringer skiftende med påskjøvne ferrittringer. Rørlegemet RK er som helhet rundt omkretsen omgitt av en kapsel som står i ledende kontakt med dets ytre metalliseringer, og som sammen med den rørformede leder danner den inhomogene lednings ytterleder L2a. Mellom kabelklemmen KK og det rørformede legeme RK er der over

et fritt stykke av kabelen innskjøvet en tredje ferrittring som virker som ledningsdrossel og bevirker en dempning av forstyrrende spenninger som ankommer via kabelens ytterleder. Den del av kabelen som rager inn i den indre regeneratorkapsel,består av et stykke av kabelisolasjonen Is som s-penningsvern samt koaksialkabel-innerlederen Lii,som regeneratorinngangen er tilkoblet via en inngangskondensator.

På fig. 3 sees et snitt gjennom det rørformede legeme RK og dessuten profilen av bølgemotstanden WW langs dette. Det rørfor-mede legemes frie innvendige diameter motsvarer diameteren den avmantlede tilslutningskabel, så dennes avskjermningsfletning berører det rørformede legemes innvendige metallisering IM med stort areal, og dessuten er koaksialkabelens avskjerm-ningsf letning og det rørformede legemes innvendige metallisering godt ledende forbundet på den ene side, svarende til punktet Pl. På det rørformede legeme er der skjøvet inn to ferrittringer FRI, FR2, og på de levnede frie mantelflater hos rørlegemet er dette forsynt med en utvendig metallisering AM. På det rørformede legeme er der tredd en kapsel L2a som er ledende forbundet med de respektive arealer av den utvendige metallisering. Nedenfor rør-legemet sees forløpet av bølgemotstanden WW hvis enkelte avsnitt A, B, C, D, E avtegner seg klart. Det viser seg at bølgemotstan-den synker til en meget lav verdi på ca. 0,5 £2 på de arealer A, C, E av rørlegemet som har utvendig metallisering, mens den på de omkretsflater B og D som er omgitt av ferrittringene, stiger ut over koaksialkabelens bølgemotstand på ca. 75 Q til en bølge-motstand på ca. 100 fi. For å oppnå en optimal dempning når det gjelder forstyrrende spenninger, er det ikke nødvendig å velge lengden LI av de metalliserte avsnitt og lengden av de avsnitt L2 som er omgitt av ferrittringene, like store. Således er det mulig å endre den respektive bølgemotstand og dempningen i avsnittene B og D ved å anvende en annen ferritt, og en ytterligere endring er mulig ved anvendelse av et annet rørformet legeme med annen dielektrisitetskonstant og annen tapsfaktor. Lengdene Li og L2 av de enkelte avsnitt ligger på 6 - 8 mm, så der fåes en samlet lengde av det rørformede legeme på ca. 40 mm. Målinger som stemmer med beregningene, ga for utførelseseksempelet sterkt dempede resonansfrekvenser på ca. 400 og ca. 800 MHz, svarende til henholdsvis de lavohmige og de høyohmige avsnitt av rørlege-met. Lengden LI av et enkelt metalliseringsavsnitt ble i den forbindelse valgt ut fra hensynet til den resulterende resonansfrekvens. Denne bør falle i et frekvensområde hvor overførings-signalet bare har en liten energiandel. Total lengde av den ytre metallisering som sum av lengdene Li bestemmer nedre grensefrekvens for frekvenspensen ved hjelp av den sumkapasitet som resulterer ved de lave frekvenser, og ved hjelp av de virksomme induktiviteter særlig av avsnittene L2. Frekvenspensens nedre grensefrekvens som er gitt ved samlet lengde av ytre metallisering, tilsvarer nedre grensefrekvens for de digitale signaler som skal overføres. Lengden L2 av det avsnitt som er fritt for utvendig metallisering, svarer omtrent til høyden av den her påskjøvne ferrittring og er valgt slik at den resulterende resonansfrekvens ligger på ca.

800 MHz, altså på den dobbelte verdi av resonansfrekvensen for de lavohmige avsnitt.

Claims (10)

1. Frekvenspense som tjener til å adskille en signalstrøm og en forsyningsstrøm og er bestemt til å anvendes i fjernma-

tede mellomregeneratorer eller forsterkere i bredbåndede' overfør-ingssystemer med koaksial-kabelstrekninger, og som har en høy omløpsdempning ved høye frekvenser og omfatter en inngangs- resp. utgangssidig drosselanordning for strømforsyningen og en kondensator som forbinder en av de to strømforsyningstilslutninger til regeneratoren, resp. forsterkeren, med dens referansepotensial,karakterisert ved at der er anordnet en homogen ledning (LI) som har en bølgemotstand svarende til tilslutningskabelens, og som på den ene side med inner- og ytterleder (Lii, Lia) er forbundet med de tilsvarende ledere hos tilslutningskabelen,og hvis innerleder (Lii) på den annen side er forbundet med en signaltilslutning til regeneratoren resp. forsterkeren, eventuelt via en kondensator, at den homogene lednings ytterleder (Lia) på forbindelsesstedet er forbundet mest mulig lavohmig med tilslutningskabelen og ved sin ende i det minste kapasitivt forbundet med innerlederen (L2i) hos en inhomogen ledning, at den inhomogene ledning har skiftende avsnitt (A, B, C, D, E ...) med henholdsvis meget lav eller meget høy bølgemotstand i forhold til tilslutningskablenes, at den tilslutning til den inhomogene lednings ytterleder (L2a) som grenser til tilslutningskabelen, står i ledende forbindelse med en avskjermning, og at ytterlederens annen tilslutning er forbundet med regeneratorens resp. forsterkerens referansepotensial.

2. Frekvenspense som angitt i krav 1, karakter i-sert ved at den homogene ledning (LI) dannes av en del av tilslutningskabelen.

3. Frekvenspense som er angitt i krav 1, karakterisert ved at den homogene ledning (LI) dannes av en strim-mellederanordning.

4. Frekvenspense som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den inhomogene ledning dannes av et høyspenningsfast rørformet legeme (RK) som den homogene ledning er ført gjennom, at det rørformede legeme er utformet av et me-tall med høy dielektrisitetskonstant, at det rørformede legeme (RK) innvendig har en gjennomgående metallisering (IM) som ut-gjør den inhomogene lednings innerleder (L2i), at det rørforme-de legeme har en ytre metallisering (AM) som er avbrutt av minst en ferrittring (FR1,FR2), og som utgjør ytterlederen hos de lavohmige avsnitt av den inhomogene ledning, og at der er anordnet en avskjermningskapsel som står i ledende forbindelse med de lavohmige avsnitts ytterleder og omslutter omkretsen av det rørfor-mede legeme over i det minste en del av dets lengde, og som ut-gjør ytterlederen hos den inhomogene lednings høyohmige avsnitt.

5. Frekvenspense som er angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at der i tillegg er anordnet minst én ledningsdrossel som er direkte forbundet med tilslutningskabelen .

6. Frekvenspense som angitt i krav 5, karakterisert ved at ledningsdrosselen dannes av en ekstra ferrittring som i umiddelbar nærhet av det rørformede legeme er skjøvet inn på en fri del av tilslutningskabelen på den side som vender bort fra regeneratoren resp. forsterkeren.

7. Frekvenspense som angitt i krav 1, karaktrisert ved at regeneratorens resp. forsterkerens referansepotensial er forbundet med tilslutningskabelens referansepotensial via en serieresonanskrets avstemt på en på forhånd valgt frekvens.

8. Frekvenspense som angitt i krav 4, karakterisert ved at lengden av ett og étt avsnitt av den ytre metallisering er valgt slik at den resulterende resonansfrekvens opptrer i et frekvensområde hvor overføringssignalet har relativt liten energi.

9. Frekvenspense SOm angitt i krav 4, karakterisert ved at samlet lengde av den ytre metallisering er valgt slik at den sumkapasitet av den inhomogene lednings lavohmige avsnitt som resulterer ved lave frekvenser, sammen med de virksomme induktiviteter gir en grensefrekvens for frekvens- pensen svarende til grensefrekvensen for de signaler som skal overføres.

10. Frekvenspense som angitt i krav 4, karakterisert ved at lengden (L2) av ett og ett av en ferrittring avbrutt avsnitt av den ytre metallisering er valgt slik at den resulterende resonansfrekvens ligger omtrent en faktor 2 høyere enn den resonansfrekvens som er bestemt ved lengden (LI).