NO177949B - Overföringssystem med hjelpemidler for reduksjon av elektromagnetisk interferens - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et overføringssystem som innbefatter hjelpemidler for reduksjon av elektromagnetisk interferens .

I overføringssystemer som benytter metalliske ledere er et tilbakevendende og sjenerende problem den elektromagnetiske interferens (EMI). Et metalltransmisjonsmedium mellom en sender og en mottaker vil i prinsippet virke som en antenne, og et hvilket som helst signal vil derfor via et par metalledere som er koblet mellom en sender og en mottaker både stråle ut og ta opp elektromagnetisk interferens til/fra annet elektrisk utstyr. EMI-strømmer vil i mottakeren kunne interferere med mottatte nyttesignaler. I en koaksialkabel som omfatter en kompakt og sentral innerleder og en ytre rørformet leder holdt i en avstand fra innerlederen med et dielektrisk materiale vil ytterlederen effektivt skjerme innerlederen og hindre uønsket utstråling ved at strømmene holdes på innsiden av ytterlederen, og en koaksialkabel vil også på tilsvarende måte hindre opptak på innerlederen av forstyrrende utvendige strømmer.

Utstrålt eller utoverrettet EMI, dvs. EMI som går ut fra en transmisjonslinje vil være uønsket på grunn av eventuell påvirkning under mottaking, fra utrustning i nærheten. Det finnes forskrifter (f.eks. utstedt av FCC i USA) for maksimalt tillatt utstråling. Ved høyere frekvenser, f.eks. de som anvendes ved datatransmisjon (digitalsignaloverføring) ved en overførings-hastighet (bitrate) på 16 Mb/s er det signaler ved de høyere harmoniske av grunnfrekvensene som helst forårsaker utoverrettede elektromagnetiske interferensvirkninger. Følgelig har det lenge vært forsøkt å finne anordninger for effektiv undertrykkelse av

EMI.

Et første skritt i denne retning er balansert signal-overføring. Et signal som er perfekt balansert er et som ved et vilkårlig tidspunkt har spenningen i forhold til jord på den ene leder i et par identisk lik, men med motsatt polaritet i forhold til spenningen på den andre leder i paret. Balansert overføring kalles ofte differensiell eller balansert modusoverføring. I en ren symmetrisk signaloverføring (parallellsignalmodus) er derimot spenningen i forhold til jord på begge ledere i et par nøyaktig den samme, også med hensyn til polaritet. Et typisk signal omfatter både en balansertmoduskomponent og en parallellmodus-komponent.

Tradisjonelle balansertmodussystemer innbefatter anvendelse av en såkalt "balun" som i prinsippet er en transformator som gir overgang mellom en balansert og en ubalansert linje. En slik transformator er da nødvendig både i mottaker- og senderenden av overføringslinjen. Signaloverføring i balansert modus er aksepterbar med hensyn til EMI, med unntak av at den praktiske balanseringsgrense ligger på omkring 30 dB, hvilket betyr at det er igjen en del av parallellmoduskomponenten. I mottakerenden skjer tilsvarende. EMI-opptak har tendens til å være i parallellmodus, dvs. at det påtrykkes omtrent samme spenning på begge ledere i et par. Baluntransformatoren i mottakerenden vil på denne måte undertrykke et parallellsignal på lederne og ikke overføre de forstyrrende parallellpåtrykte interferensspenninger, men på ny gjelder at den praktiske grense for undertrykkelse eller kansellering er på omkring 30 dB.

En annen tilnærmelse til å løse problemet med elektromagnetisk interferens har vært å anordne en metallskjerm rundt hvert lederpar individuelt eller rundt flere par sammensnodde isolerte metalledere. Denne tilnærmelse tilsvarer anvendelse av koaksialkabel hvor den ytre rørformede leder effektivt danner en skjerm rundt innerlederen. Imidlertid er det flere ulemper med å anvende skjerming innenfor kabelkonstruksjon. Selve skjermen og dens omslutning av lederne i rørform er kostbar, øker kabelens volum og gjør den vanskelig å håndtere, og forbindelsesdetaljene blir vanskeligere. Videre økes signaldempningen i kabelen.

Nok en løsning har vært å innføre serieinduktivitet (linjepupinisering) i overføringslinjen eller de tilordnede kretser. Innføringen av serieinduktivitet innbefatter bruk av to viklinger, en for hvert lederpars leder. En slik dobbel induktiv! tet vil da være induktiv og dempende for strømmer som går i samme retning i de to ledere, nemlig strømmer som hører til parallellmodusen. De to viklinger er da lagt parallelle. Hvis den ene vikling ble reversert i forhold til den andre ville resultatet bli en belastningsinduktivitet som da er induktiv overfor strømmer som går i motsatt retning i de to ledere. Slike strømmer er da de som hører til den balanserte modus og kan kalles balanserte strømmer eller differensialstrømmer.

Innføringen av induktivitet på denne måte kan være effektiv overfor parallellmodusstrømmer, f.eks. strømmer som skyldes interferens.

Pupinisering av ledninger har vært benyttet der hvor ledningsparene er dannet av sammensnodde ledninger uten ytre skjerm, men tidligere kjent teknikk innbefatter også anvendelse av serieinduktiviteter i kombinasjon med skjermede par. Forsøk har vist at EMI-undertrykkelsen ved spoler i uskjermede par ikke vil være så god som ved skjermede par.

Selv om man får en viss forbedring i EMI-undertrykkelsen ved å innføre serieinduktiviteter og da særlig i forbindelse med en utvendig skjerm, er det et behov å slippe å benytte en slik skjerm av de årsaker som er anført ovenfor, og dette ønske har åpenbart ikke blitt tilfredsstilt hittil innenfor teknikkens stand.

Tilsynelatende er løsningene innenfor teknikkens stand, av problemet å tilveiebringe en lokalområde-nettverkkabel som kan benyttes for å overføre binære data uten verken å stråle ut eller å ta opp elektromagnetisk interferende signaler, ikke helt gode. Det som trengs og som ennå ikke er tilgjengelig er et over-føringssystem som innbefatter uskjermede transmisjonsjonsmedia og fasiliteter for å undertrykke særlig EMI, et system som er forenlig med balansert modusoverføringsutstyr, som lett kan installeres og innpasses i bygninger med forskjellig arkitektur, og som er sikkert og langtidspålitelig. Et system som tilfreds-stiller disse kriterier bør være et som kan anvendes sammen med det kjente "indre D-system" som omfatter flere uskjermede og sammensnodde isolerte lederpar omsluttet av en ytterkappe av plast.

Fra teknikkens stand skal særlig US 4 467 138 nevnes, idet dette patentskrift viser en kabel for overføring av signaler på uskjermet måte i totråds-par, og i kabelen er lagt en langsgående metalledning.

Videre viser EP 281 440 et signaloverføringssystem som har komponenter for å undertrykke elektromagnetisk interferens, samt organer for generering og mottak av et kommunikasjonssignal over en uskjermet kabel i form av et totråds-par. Kabelen er tilpasset overføring av det genererte signal i balansert modus fra sendersiden av systemet og til dets mottakerside, og systemet har videre spenningsdelerkretser. Kabelen fremviser liten dempning for signaler som overføres i balansert modus, men den har likevel relativt høy impedans for signaler som overføres i parallellmodus, hvorved de spenninger som opptrer på den uskjermede kabel og er underlagt parallellmodus blir vesentlig svekket. Endelig innbefatter systemet innskutte seriespoler i hvert ledningspar, nær signalkilden.

Med dette som gjeldende bakgrunn er det ifølge oppfinnelsen skaffet til veie en kabel som innfører visse for-bedringer med hensyn til undertrykking av elektromagnetisk interferens. Særlig er det ifølge oppfinnelsen skaffet til veie en kabel av den type som er angitt i innledningen til det etterfølgende patentkrav 1, og denne kabel utmerker seg spesielt ved at dens ledninger i form av uskjermede kabelkomponenter omfatter flere par isolerte metalledere, og at den langsgående metalledning omfatter minst én leder i minst ett ledig ledningspar i kabelen. Den langsgående metalledning kan være i form av en nulleder (drain wire). Spenningsdeleren kan innbefatte en innskutt seriespole for å slippe gjennom den balanserte strøm ved overføringen.

I parallellmodus angis signalamplituden som den halve sum av a) spenningen på den ene leder i forhold til jord i et lederpar pluss b) spenningen på den andre leder i paret, også i forhold til jord.

Videre er systemet slik at dempningen av parallellmodussignalene er tilstrekkelig stor til å redusere variasjoner i inngangsimpedansen til et minimum for disse signaler i det uskjermede overføringsmedium. For relativt store transmisjons-avstander kan mediet alene være tilstrekkelig til å gi den dempning som trengs. Over kortere strekninger kan imidlertid dempningen av parallellmodussignalene være utilstrekkelig, og i slike tilfeller kan det være nødvendig å anordne en avslutningsmotstand, i alle fall i mottakerenden av overføringslinjen, eller å benytte en overføringsledning som har relativt stor leder-motstand.

Fig. 1 viser et skjematisk bilde av et overføringssys-tem ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et perspektivbilde av en kabel ifølge oppfinnelsen og for å gi hovedsakelig feilfri datatransmisjon, fig. 3 viser et skjematisk oppriss av en bygning med en hoveddatamaskin og tilkoblet EDB-utstyr via et over-føringssystem ifølge oppfinnelsen, fig. 4-8 viser diagrammer over signalnivåene for utstrålte elektromagnetiske interferenssignaler som funksjon av frekvensen for forskjellige kabelkon-struksjoner hvor et snodd ledningspar drives i parallellmodus, fig. 9 viser et skjema over en referansekrets, fig. 10 viser et skjema over en krets hvor det er innskutt en seriespole, fig. 11 viser et diagram over dempningen som funksjon av frekvens, fig.

12 viser en skjematisk oversikt over en krets som benytter en uskjermet overføringskabel med en jordledning i tillegg, fig. 13 viser et tilsvarende overføringssystem, men nå med en avslutningsmotstand for jordledningen, fig. 14-16 viser diagrammer for EMI-utstrålingen som funksjon av frekvensen for et snodd ledningspar i kabelen når disse drives i parallellmodus, fig. 17 - 22 viser diagrammer for kabler hvor det er innskutt en relativt kort kabelbit som stråler ut signaler, og fig. 23 viser en skjematisk oversikt over en hybridkabel med en relativ kort del som har en induktivitet og en ekstra ledning, sammenkoblet med en relativt lang kabeldel med et uskjermet snodd ledningspar.

Det vises først til fig. 1 som viser et overføringssys-tem 30 innrettet for å undertrykke elektromagnetisk interferens (EMI) effektivt. Systemet 30 har en signalgiver 32 i form av en vekselspenningskilde med kildespenning Eg og indre impedans Zg, og systemet omfatter videre en kabel 35 for overføringen.

Av viktighet ved konstruksjonen av lokalnettverkkobber-lederkabler er overføringshastigheten for signaler/data og den avstand som overføringen skal skje over. Tidligere har behovet vært forbindelser med overføringshastigheter av binære data på opptil 20 kb/s og over avstander som ikke var særlig over 50 m. Behovet har tidligere blitt tilfredsstilt med felleskabler som kunne omfatte mange isolerte ledere direkte koblet mellom f.eks. en datamaskin og mottakerutrustning så som tilknyttede enheter av typen skrivere, skjermstasjoner etc. (periferutstyr).

I dag er det imidlertid nødvendig å overføre ved langt større hastigheter og over avstander som godt kan overstige flere hundre meter. Både overføringshastighetene og -avstandene kan påvirkes vesentlig av topologien av enkelte lokalområdenettverk i henhold til dagens behov. I et slikt nettverk er f.eks. hver av en rekke sluttstasjoner eller terminaler koblet til en fellesbuss som er lagt inn slik at signaler generert i en stasjon og bestemt for en annen må rutes gjennom et kabelrom og i serie ut til hver stasjon. Fellesbussen krever naturligvis meget store overføringshastigheter for å kunne betjene et stort antall stasjoner, og ringkonfigurasjonen vil doble overføringslengden for datasignalene fra hver stasjon og via kabelstasjonen. Selv ved slike økede avstander må overføringen være hovedsakelig feilfri og kunne foregå ved relativt store hastigheter eller bitrater. Ofte krever dette at man må benytte koaksialkabler med enlederkjerne og en ytre rørformet leder utenfor det isolerende dielektrikum. Anvendelse av koaksialkabler innebærer ubalansert transmisjon og gir flere problemer. Koaksialkontaktene er kostbare, plasskrevende og vanskelig å montere og tilkoble, og hvis de ikke er riktig konstruert, montert og vedlikeholdt kan de faktisk forårsake elektromagnetiske forstyrrelser. Naturligvis krever ikke anvendelsen av koaksialkabler komponenter så som transformatorer i hver ende for å gi balansert overføring, men størrelsen av kablene selv og kontaktbehovet oppveier denne fordel.

En skjerm er ofte lagt utenpå et snodd par isolerte ledere for å inneslutte deres elektriske og magnetiske felt. En skjerm innfører imidlertid øket tap i kabelen, ved at både motstand, kapasitans og induktans øker eller endres. Det er i alle fall én fabrikant som markedsfører en kabel hvor hvert lederpar har en utvendig skjerm av aluminiumsfolie og en flett-verksskjerm utenpå samtlige lederpar. For å kompensere for de økede tap må lederisolasjonen økes i tykkelse. Som en følge av dette kan ikke isolerte ledere avsluttes med konvensjonell kontaktteknikk.

På den annen side kan det være fordelaktig med en felles kabelskjerm som omslutter samtlige lederpar i en kabel. Tenker man seg at parene ligger inne i et kabinett og fører digitalsignaler med stor overføringhastighet vil strålefelter kunne opptas i ledningsparene ved parallellmodusoverføring, og hvis så parene føres ut fra kabinettet uskjermet vil de kunne stråle ut i betydelig grad. Hvis det imidlertid er anordnet en felles skjerm rundt lederparene kan denne jordes i kabinettveggen slik at den ikke selv fører uønskede signaler ut til omgivelsene. Følgelig kan en skjerm rundt kabelbunten være effektiv i å hindre elektromagnetisk interferens. Imidlertid er skjerming av kabler kostbar, vanskelig å tilpasse til kabelen, øker kabelvolumet og gjør forbindelsesarbeidet mer problematisk. Det henvises nå til fig. 2 som viser en tegning av oppfinnelsens overføringskabel 35, særlig beregnet for digitale data, og det fremgår at kabelen ikke har noen metallskjerm utvendig. Fig. 2 viser videre at kabelen 35 har flere, her fire par isolerte ledninger 34 - 34 med sin respektive metalleder i form av en innvendig metallkjerne. Metallederen er omsluttet av plastisolasjon, og bunten av ledninger er lagt i en felles plastkappe 33.

Kabelen 35 kan typisk benyttes for å forbinde en eller flere sentrale datamaskiner 36 (se fig. 3) med tilkoblede enheter ("periferutstyr") så som mindre datamaskiner (PC) 37 eller skrivere 38. Interferenssignaler ønskes undertrykket for å gi hovedsakelig feilfri overføring.

Kabelen 35 ifølge oppfinnelsen er innrettet for nettopp å gi hovedsakelig feilfri datatransmisjon i balansert modus. Som tidligere nevnt gjelder da at spenningene på hver av lederne i et ledningspar har samme amplitude, men motsatt polaritet. Dette krever naturligvis komponenter så som transformatorer i kabel-endene. Blant fordelene med et balansert system er mindre overføring mellom hvert ledningspar (krysstale) og mindre elektromagnetisk interferens (EMI).

Et overføringssystem for balansert signaloverføring og som innbefatter flere par enkeltvis isolerte ledninger 34-34 er vist på fig. 1, og hvert par ledninger er på sendersiden koblet mellom en digitalsignalkilde via primærviklingen 40 på en transformator 41, til dennes sekundærvikling 42 som kan være med jordet midtuttak. Ledningene er på mottakersiden tilkoblet en vikling 43 på en transformators 44 primærvikling 43, tilsvarende sendersekundærviklingen 42 og likeledes med eventuelt jordet midtuttak. En sekundærvikling 45 på transformatoren 44 er ført til en mottaker 47. Når det gjelder forstyrrelser utenfra eller egenutsendte interfererende signaler får de elektriske strømmer tendens til å motvirke hverandre og kansellere hverandres virkning utad med slik balansert signaloverføring. Hvis systemet f.eks. påtrykkes en elektromagnetisk interferenspuls vil begge ledere i ledningsparet påvirkes samtidig og tilnærmet like mye, hvilket fører til at ingen endring fremkommer i det mottatte signal, dersom balansen er fullstendig. I et ubalansert system vil en skjerm kunne avlede de oppsatte strømmer, men ikke utligne dem.

Tidligere har fabrikanter av datamaskiner vært noe nølende med å innføre balansert signaloverføring, særlig på grunn av kostnadsbetraktninger. For signaloverføring i ubalansert modus vil det være unødvendig å tilføye ytterligere komponenter så som transformatorer på kretskort i endene av hvert lederpar, og anvendelse av ubalansert overføring unngår altså tilleggsutstyr ved endestasjonene og gjør at kabelen 35 kan inngå direkte sammen med allerede eksisterende utstyr. Siden imidlertid balansert overføring tillater lengre overføringsavstander og/eller høyere bitrater ved anvendelse av snodde ledningspar, uten at dette går ut over feilraten for overføring av binære eller digitale signaler, er det i den senere tid innsett at det kan lønne seg å investere i slike tilleggskomponenter for anordning ved kabel-endene.

Videre vil det være et behov for at ytterdiameteren av kabelen 35 ikke overstiger en bestemt verdi og at kabelens fleksibilitet er slik at den lett kan monteres og installeres. Kabelen 5 har relativt liten ytterdiameter og er både robust og fleksibel, og dette gjør at man ved benyttelse av den unngår mange av de problemer som kunne ha oppstått hvis man hadde brukt en kabel med skjerm.

Fig. 1 viser videre at man kan koble datamaskiner sammen med kabelen 35, når man benytter transformatorer i begge ender. Kabelen 35 er koblet til hver datamaskin med en plugg 50 hvis hus har en skjerm 58. Fig. 1 viser videre at kabelen 35 er ført inn til senderdatamaskinen via pluggen 50 og i en tilsvarende mottakerdatamaskin 48 via en tilsvarende skjermet plugg 52.

For å kunne undertrykke elektromagnetisk interferens til/fra kabelen 35 innbefatter systemet 30 spenningsdelerfasili-teter. Fig. 1 viser at hver side av overføringssystemet har en innskutt serieinduktivitet i begge kabelens ledninger, nemlig en kombinert spole 56 på sendersiden. Spolen 56 er innesluttet i skjermen 58.

I en foretrukket utførelsesform har også mottakerenden av kabelen 35 en innskutt kombinert spole 57 innenfor skjermen i pluggen 52, og den kombinerte spoles to viklinger er innskutt i serie i hver av ledningene også på denne side. Det er for øvrig en kjensgjerning at signalstyrken langs kabelen 35 gradvis avtar med avstanden fra sendersiden. Siden man imidlertid også vil ha mulighet for utilsiktet utstråling fra mottakeren 47 vil man tro at anvendelsen av en kombinert spole 57 også på mottakersiden er fornuftig. Utilsiktet utstråling på mottakersiden kan f.eks. skyldes klokkesignaler som benyttes for interne overføringer, og disse signaler og deres overharmoniske vil kunne kobles over til kabelens ledninger. En annen grunn til at man ønsker å innføre en spole 57 på mottakersiden er at ledningsparet aldri er helt perfekt. Selv om et signal kan være temmelig godt balansert på sendersiden vil det etter hvert kunne komme gradvis ute av balanse under overføringen langs et lederpar. For det tredje og selv om det er vanlig å benytte ett ledningspar for overføring og et annet for å motta et svar, kan enkelte tilgjengelige systemer benytte ett og samme ledningspar for både sending og mottaking. Hvis det er anordnet slik vil det være nødvendig å benytte innskutte seriespoler i begge ender, siden begge ender jo tjener som senderside.

Videre og som en del av spenningsdelerfasilitetene innbefatter oppfinnelsens overføringssystem 30 en langsgående metalleder 60 som på fig. 1 er vist jordet i senderenden og likeledes i mottakerenden. Lederen 60 kan være i form av en jordledning eller en av lederne i et ubrukt ledningspar. Det er naturligvis klart at jording av ubrukte ledere i en flerleder-kabel ikke er noe nytt. Det som er nytt er kombinasjonen av en langsgående metalleder og innskutte spoler i enden av en over-føringslinje som omfatter minst ett uskjermet ledningspar og en ytterligere leder.

I mottakerenden vil de strømmer som skyldes EMI være parallelle langsgående strømmer og vil oppheve hverandre i mottakertransformatoren. Imidlertid er denne opphevning bare i størrelsesordenen 30 dB, og med en anordning som den ifølge oppfinnelsen vil strømmene møte en ("se en") høy impedans i den parallelle modus, og denne høye impedans reduserer følgelig strømverdien Det ønskede balanserte signal vil likevel overføres upåvirket eller med tilleggstap i størrelsesorden 0,5 dB eller mindre.

Virkningen og kombinasjonen av en metalledning og en innskutt spole eller innskutte spoler kan ses ved å sammenligne diagrammene på fig. 4 og 5. Samtlige EMI-målinger vist på fig. 4 og 5 og de øvrige diagrammer har fremkommet ved å benytte ett og samme rom og med en og samme signalkilde, opptaksantenne og mottaker. Kablene som ble målt og opptaksantennen var i samme rom. Opptaksantennen var en bikonisk antenne av A.H. Systems, USA. Signalkilden og mottakeren sto i et tilstøtende rom og i inngikk i en nettverksanalysator av type 3577A, fabrikat Hewlett Packard, USA.

De målinger som ga de data som er vist i diagrammene bygget på et drivsignalnivå på 1,0 mW i et ledningspar avsluttet med en 50 ohms belastning. Paret ble drevet i parallellmodus, og de to ledere ble forbundet med og koblet til innerlederen i en koaksialkabel som førte til nettverksanalysatoren. Koaksial-kabelens ytterleder ble så forbundet vekselvis med skjermen rundt den kabel som skulle måles, med en gjennomgående jordledning eller med en leder i et ubrukt ledningspar, eventuelt ble ytterlederen holdt utilkoblet.

De kabler som ble målt var løst lagt over en horisontal støtte som var ca. lm høy, med kabelsløyfer nær gulvet. Den bikoniske antenne ble plassert 3 m fra de kablene som skulle måles. Rommene ble avskjermet fra utvendig stråling, men ingen av rommene var fullstendig absorberende (ekkofrie). Målingene ble utført med dette utstyr og periodisk sammenlignet med målinger utført i et fullstendig ref leks jonsf ritt rom, og man fant at målingene var temmelig sammenlignbare.

Kurve 71 på fig. 4 viser den elektromagnetiske interferens over et frekvensområde for en 25 m skjermet kabel med sammensnodde ledninger, idet ett par ble drevet i parallellmodus, mens de øvrige ble holdt flytende, og i tillegg ble en jordledning i kabelen lagt til jord. Ca. 20 cm av skjermen ble fjernet midt på kabelen for å simulere et konvensjonelt system for adgang til ledningsparene. Når de øvrige ledningspar, i alt tre og som var ubrukte også ble jordet, fremkom ganske liten endring. På fig. 5 gjelder tallet 73 kabelen ifølge fig. 4, men nå med tillegg av en innskutt spole i senderenden. Anordningen som ga resultatet vist på fig. 5 viser at overføring av digitale signaler kan skje opp til minst 100 Mb/s uten å overskride gjeldende EMI-standarder.

En enkelt jordledning midt i en bunt av ledningspar med isolerte metalledere og hvor ledningene er snodd, har altså vist seg å være omtrent like effektiv som en utvendig skjerm når det gjelder elektromagnetisk interferens. Det ledningen gjør er å redusere impedansen, og dette fremgår hvis man sammenligner diagrammene på fig. 6, 7 og 8. Fig. 6 viser kurven 74 som angir EMI over et frekvensområde for en 24 m uskjermet kabel av DIW-typen og med det ene ledningspar drevet i parallellmodus, mens de øvrige ligger flytende. En typisk DIW-kabel innbefatter flere sammensnodde par isolerte ledere og selv omsluttet av en plastkappe. Et system med en jordet leder gir liten (dvs. ca. 5 dB) forbedring i EMI i forhold til det som oppnås med en 25 m DIW-kabel. Kurve 76 på fig. 7 gjelder kabelen for kurven 74 på fig. 6, men med tillegg av en innskutt seriespole i senderenden. Den elektromagnetiske utstråling reduseres, men resultatene ble ikke så gode som kurven 73 på fig. 5 viser. Kurve 77 på fig. 8 representerer kabelen som ga kurven 76 på fig. 7, men med en annen leder jordet i begge ender. EMI var minst så god som for kurven 73 vist på fig. 5, en anordning med skjermet kabel som altså gir utmerket EMI-ytelse.

Fra disse diagramkurver fremgår at en skjerm har en virkning som er kjent, om enn ikke alltid anerkjent, dvs. skjermen reduserer den karakteristiske impedans av et snodd ledningspar. En lavere impedans betyr at spenningsdeleranord-ningen ifølge oppfinnelsen er mer effektiv. Ved å redusere impedansen får jordledningen 60 tilsvarende virkning som en innskutt seriespole. Kabelen ifølge oppfinnelsen får altså en lavere impedans uten anvendelse av en skjerm.

Som nevnt tidligere omfatter teknikkens stand anvendelse av innskutte seriespoler for å undertrykke innkommende eller utgående stråling til/fra snodde ledningspar. Det som imidlertid teknikkens stand later til å mangle er kombinasjonen av pupinisering dvs. innskutte seriespoler og en langsgående ledning så som en jordledning i en uskjermet kabel, for å øke spenningsdelervirkningen av spolen.

Virkningen av en spole kan beregnes ved å betrakte et par elementærkretser. Fig. 9 viser en referansekrets angitt med henvisningstallet 80. Spenningen over kretsen, Vt er gitt av ligningen

For kretsen på fig. 9 kan antas at Zg og Zt hver har verdien 50 ohm, og at Vt= h Eg.

Når så en innskutt seriespole 81 kommer i tillegg, slik som vist på fig. 10, får nevneren i tillegg leddet ZL. Følgelig virker en seriespole ved å redusere spenningen V' t som er gitt av ligningen:

Den innskutte spole er skjermet (se fig. 1) og tjener til å redusere krets- eller linjespenningen før denne når det uskjermede ledningspar. Det er klart at spolen vil bli mer effektiv hvis Zt kan holdes liten.

Det henvises nå til fig. 11 hvor det er vist en kurve som angir linjetapet når man har innført en seriespole slik som vist på fig. 10, og virkningen av når denne plasseres i en lukket skjerm. Kurven 82 viser at responsen ved linjeavslutningen reduseres med omkring 34 dB mellom 10 og 200 MHz, hvilket betyr at

Antar man at Zg=50 ohm og Zg=50 ohm kan ligningen for Vt løses med hensyn på ZL, hvorved ZL blir 4900 ohm.

Det er ønskelig at systemet ifølge oppfinnelsen kan anvendes for et stort frekvensomfang og for vilkårlige kabellengder. For relativt korte kabellengder kan det være ønskelig å ha en avslutning av den langsgående ledning. Det vises nå til fig. 12, og det fremgår at inngangsimpedansen Zln blir lik avslutningsimpedansen Zt slik som vist på fig. 10, og denne impedans kan variere svært med frekvensen. Hvis f.eks. plugg-skjermen og/eller den langsgående ledning 60 jordes vil den langsgående ledning eller krets effektivt kortsluttes i mottakerenden. Inngangsimpedansen for et ulikt antall kvartbølge-lengder kan være meget stor, f.eks. kan inngangsimpedansen Zin for en kvartbølgelengde A./4 av en ledning tilnærmet gis av uttrykket:

hvor ZQ er den karakteristiske impedans av den langsgående ledning eller krets, a er linjedempningen pr. avstandsenhet, L er lengden av det snodde ledningspar, og Zin er avslutningsimpedansen for den enkle krets som er vist til venstre på fig. 12. Av interesse er den tredje harmoniske av den vanlig brukte frekvens 16 MHz, idet denne harmoniske da faller på 48 MHz. Antas at ZQ har verdien 50 ohm og at a tilnærmet er lik produktet mellom faktoren 6,0 og fH (dimensjon dB/m), får man for f=48 MHz en verdi av a på omkring 13 dB/100 m.

Ved frekvensen 48 MHz vil k være omtrent 5,5 m og en kvartbølgelengde vil være ca. 1,3 m. Med a = 13 dB/100 m og L = 1,3 m blir: a = 0,15 dB/1,3 m. Som et resultat av dette kommer avslutningsimpedansen Zt til å bli lik inngangsimpedansen Zin for transmisjonslinjen, og disse blir da begge lik 50/(2 x 0,02) = 1250 ohm. Det som søkes er en verdi av ZL som er meget stor i forhold til Zt. Hvis imidlertid Zt blir meget stor vil ZL bare utgjøre et lite bidrag til resultatet. Videre vil det være noe vanskelig å lage en spole som har stor impedans i forhold til 1250 ohm, og de 1,3 m som gjelder for denne beregning er ikke så svært kort lengde i forhold til bølgelengdene innenfor den anvendelse som et slikt system har.

Inngangsimpedansen av den langsgående ledning kan bestemmes ved hjelp av en avslutningsmotstand 90 slik som vist på fig. 13. Det skal bemerkes at fig. 13 er identisk med fig. 12, bare med tillegg av motstanden 90 som fortrinnsvis er 50 ohm. Hvis motstanden er tilpasset trådens karakteristiske impedans vil inngangsimpedansen også være identisk med den karakteristiske impedans ved en vilkårlig frekvens og for en vilkårlig kabel-

lengde.

Det skal minnes om at Zin er inngangsimpedansen for et langsgående eller parallelt signal inn på ledningen eller linjen. Hvis L, lengden av transmisjonslinjen, blir tre ganger så stor vil området som Zin varierer i bare utgjøre en tredjedel. Det er klart av det foregående at behovet for en motstand vil opphøre etter hvert som lengden øker. Hvis f.eks. linjens 14 lengde er 27 m vil Zin for den uavsluttede linje være lik kvotienten mellom 50 og 0,27. Når altså overføringslinjen blir lengre blir det stadig mindre kritisk å avslutte den langsgående ledning.

Det kan også være fornuftig å benytte en motstand i senderenden, siden impedansen i senderenden med datamaskiner tilkoblet er ukjent, og kildeimpedansen vil også variere under driften.

Man har gjort forsøk for å bestemme virkningen av en motstand i mottakerenden bak en relativt kort kabellengde. Fig. 14 viser en kurve 91 for den elektromagnetiske interferens over det gitte frekvensområde, for en 2,7 m DIW-kabel som innbefatter en seriespole. En 2,7 m lengde av en slik kabel og som har en spole i den ene ende og den ene ende av kabelen jordet, mens den fjerneste ende er åpen, får en respons som hovedsakelig er slik som vist på fig. 14. Fig. 15 viser en kurve 95 for den elektromagnetiske interferens over samme frekvensområde for en 2,7 m DIW-kabel som innbefatter en innsatt seriespole, og her er den ene leder jordet i begge ender. Endelig viser fig. 16 en kurve 97 over elektromagnetisk interferens over samme frekvensområde for en 2,7 m DIW-kabel med den nærmeste ende jordet og en 50 ohms motstand som belastning i motsatt ende. Det fremgår at EMI, særlig spissene, reduseres med innsettingen av den 50 ohms belastningsmotstand.

Det som er viktig å ta i betraktning er at transmisjonslinjen selv kan ha en passende dempning over lengden for å begrense inngangsimpedansens variasjoner. Når man har passert en kritisk lengde vil det da være tilstrekkelig dempning i en kobberlederlinje slik at det ikke behøves noen avslutningsmotstand. Dempningen langs linjen vil være slik at den er tilstrekkelig til å begrense variasjonene i inngangsimpedansen. Med andre ord vil dempningen i langsgående eller parallell modus i seg selv være tilstrekkelig hvis transmisjonslinjen bare er lang nok. For relativt korte linjer forbedres undertrykkelsen av EMI ved å avslutte med en motstand. Det er også mulig å benytte ledermateriale av mer dempende materiale, f.eks. stål eller kromnikkel i stedet for kobber. Den spesifikke motstand for disse metaller er langt større enn for kobber, og i tillegg kan stål innføre nyttig magnetisk virkning. Som et resultat kan man også ved ganske korte kabellengder redusere den karakteristiske impedans for parallellmodusdrift tilstrekkelig til å begrense variasjonene i inngangsimpedansen som følge av varierende kabellengde.

Fig. 17 viser et diagram med en kurve 101 som angir EMI over samme frekvensområde som tidligere og også for en 2,7 m lengde, men nå av en såkalt fordelingsrammetråd (DFW Distributing Frame Wire) med et tett sammensnodd lederpar. Uten seriespole og uten langsgående midtledning får man et diagram slik som vist på fig. 17 med ganske kraftig EMI. Fig. 18 - 19 viser kurver 103 og 104 for en tilsvarende kabel som har en seriespole, men ingen langsgående ledning, hhv. uten seriespole og med jordet langsgående ledning av f.eks. stål. Fig. 18 viser teknikkens stand og fordelen med å innføre en spole der hvor det ikke finnes noen langsgående ledning. Fig. 19 viser at man ved å tilføye en jordet stålledning reduserer den elektromagnetiske interferens en del i forhold til det som er vist på fig. 17. Fig. 20 viser den 2,7 m ledning med både en spole i serie og en jordet kobberledning. Kurven 106 på fig. 20 viser at den elektromagnetiske interferens er redusert noe i forhold til kurven på fig. 18, men det fore-finnes fremdeles ganske kraftige spisser som indikerer reflek-sjoner ved parallellmodusoverføring. På fig. 21 vises resultatet for samme kabel med innsatt seriespole og langsgående ledning, men ledningen er nå av stål og jordet. Resultatet som kurven 107 viser gir klart en lavere interferens enn noen av de tidligere tilførelsesformer, dvs. de som er vist på fig. 17 - 20, og ref leks jonsspissene vist på fig. 20 er nå glattet ut. Endelig viser fig. 22 en kurve 108 som angir den elektromagnetiske interferens for en 2,7 m lengde av tett snodd DFW-kabel med en innsatt seriespole og en jordet stålledning, koblet til 7 m av en uskjermet ledning med sammensnodde enkeltledere og som ikke har verken seriespole eller langsgående jordledning.

Det fremgår at EMI-undertrykkelsen i den siste ut-førelse ikke er riktig så god som den vist på fig. 21, men spissene i forhold til kurven på fig. 17 er noe redusert. Ut fra dette og når man tar i betraktning at en borddatamaskin 16 (PC) gjerne har en 2,7 m ledning med jordet langsgående midt leder, kan det være hensiktsmessig å modifisere denne ledning for å få satt inn en seriespole. Den 2,7 m ledning eller kabel er koblet til datamaskinen og kobles deretter til en viss lengde av en uskjermet snodd parledning. Denne anordning er vist på fig. 23, omfattende en 2,7 m ledning 110, f.eks. med sammensnodde enkeltledninger 112-112 og en stålmidtleder 114. Ledningen 110 innbefatter også en seriespole 116 anordnet ved en inngangsende av ledningen. Til utgangsenden av ledningen 110 og f.eks. ved et vegguttak 115 er innskutt en lengde uskjermet sammensnodd ledning med enkeltledninger eller -ledere 118-118 og ingen sentral langsgående jordleder.

Det kan være gunstig å innbefatte komponenter for ytterligere å redusere parallellmodusimpedansen i en slik ledning 110, og dette kan utføres ved hjelp av en andre midtleder eller en utvendig skjerm av f.eks. flettverk.

Det er klart at de anordninger som er beskrevet ovenfor er illustrative, og andre anordninger kan også være aktuelle så lenge de faller innenfor rammen av de etterfølgende patentkrav.

Claims (6)

1. Kabel (35) for overføring av kommunikasjonssignaler, innrettet for å undertrykke elektromagnetisk interferens og omfattende: uskjermede kabelkomponenter (34) for å overføre signaler i balansert modus, og en langsgående metalledning (60) for å redusere impedansen av de uskjermede kabelkomponenter og innrettet for samvirke med en overføringsinnretning (41, 44, 50, 52), idet denne overføringsinnretning på sin side har relativt høy impedans overfor signaler i balansert modus og hovedsakelig udempet slipper gjennom slike signaler, KARAKTERISERT VED at de uskjermede kabelkomponenter (34) omfatter flere par isolerte metalledere, og at den langsgående metalledning (60) omfatter minst én leder i minst ett ledig ledningspar i kabelen (35).

2. Kabel ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at overfør-ingsinnretningen omfatter en seriespole (56) nær kabelens ene ende og innrettet for å kobles til en signalgiver (32), og at de uskjermede kabelkomponenter har en tilstrekkelig dempning av signaler i balansert modus til å redusere variasjoner i inngangsimpedansen overfor slike overførte signaler.

3. Kabel ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at innret-ningens seriespole (56) er anordnet nær kabelens (35) inngangsende, og at den langsgående metalledning (60) har betydelig større spesifikk motstand enn kobber.

4. Kabel ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at metalled-ningen i tillegg er av et materiale med stor magnetisk permeabi-litet.

5. Kabel ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at den langsgående metalledning (60) omfatter eller danner en jordledning.

6. Kabel ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at de uskjermede kabelkomponenter omfatter flere sammensnodde ledningspar, hvert med to isolerte metalledere, og en innskutt seriespole (56) i hvert ledningspar, nær den tilkoblede signalgiver.