WO1999043052A1 - Breitband emp-ableiter - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a broadband EMP amplifier in a coaxial line consisting of a housing placed in the outer conductor and a ⁇ / 4 electrically conductively connected to the inner conductor of the coaxial line, or its periods short-circuit line, which is contacted at its end with the housing the definition of the claims.
  • Known protective circuits have various disadvantages. Due to their own capacity, the broadband use of gas discharge arresters was limited to less than 36Hz and known ⁇ / 4 short-circuit circuits or their periods have bandwidths of max. up to 20% (bandwidth / medium frequency). This makes impossible broadband protective circuits e.g. for entire waveguide bands or their use in the GSM PCN dual band.
  • the broadband EMP arrester according to claim 1 is an arrester which is inserted between the housing and an electrically extended ⁇ / 4 or its periods of short-circuit line, line sections with different wave impedances being arranged in the main line, which bandwidths of the frequency band are via bandpass transformations enable up to one octave.
  • the impedance of the main line is varied with the corresponding line sections. The differences are caused by the parameters diameter, length and / or the surrounding dielectric of the line section.
  • FIG. 1 is an electrical schematic diagram of a preferred embodiment of a broadband EMP arrester with line sections corresponding wave impedance in the main line,
  • FIG. 2 shows an exemplary sectional view through part of a preferred embodiment of a broadband EMP arrester according to FIG. 1.
  • the broadband EMP arrester configured as a pluggable coupling in the sectional view according to FIG. 2 consists of an outer conductor 10 which has a cylindrical housing with connectors 11 and 12 arranged on both sides for screw connections or plug connections of coaxial conductors.
  • the connector 11 on the left in the drawing is intended as a connection to the unprotected area, for example to an antenna, and the connector 12 on the right in the drawing is intended to form the protected connection to an electronic device.
  • this EMP arrester be attached to a screw connection or to a housing bushing as an earth connection.
  • An outer hollow cylinder 20 is screwed or fitted into a central part 10b of the outer conductor 10. This outer hollow cylinder 20 is electrically connected to the inner conductor 30 via the short-circuit line 24.
  • the length of the short circuit Line 24 is matched to the electrically extended ⁇ / 4 wavelength or its periods of the center frequency of the frequency band to be transmitted.
  • the mechanical length of the short-circuit line 24 can be electrically shortened by attaching dielectrics 25 in the region of the short-circuit line 24. For this reason, hollow cylinder 20 and conductor 24 are shown interrupted in Figure 2.
  • the length of the short-circuit line 24 can also be shortened mechanically by attaching one or more concentrated capacitances or reactances, which are formed, for example, by one or more end disks 26, cup or cylinder capacitances.
  • the bandwidth of the frequency band to be transmitted can be determined by means of line sections 31, 32, 33, 34, 35 arranged in the coaxial line and corresponding wave impedances.
  • the impedance of the main line is varied in the region of the line sections 31, 32, 33, 34, 35. This is done using different line sections.
  • These line sections 31, 32, 33, 34, 35 are different due to the parameters diameter; Length and / or the dielectric surrounding them.
  • the bandwidth of the frequency band to be transmitted can be adjusted to up to one octave via bandpass transformation, so that 24 different types of terminal devices can be protected from harmful interference and by their bandpass behavior and the short-circuit line EMP effects are protected.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen breitbandigen EMP-Ableiter in einer Koaxialleitung mit einem in einem Aussenleiter (10) aufgesetzten Hohlzylinder (20), welcher über eine Kurzschlussleitung (24) elektrisch mit dem Innenleiter (30) der Koaxialleitung verbunden ist, wobei Leitungsabschnitte (31, 32, 33, 34, 35) entsprechender Wellenimpedanzen in der Koaxialleitung eine grosse Bandbreite des Frequenzbandes bestimmen.

Description

BREITBAND EMP-ABLEITER
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Breitband EMP -Abieiter in einer Koaxialleitung bestehend aus einem in den Aussenleiter aufgesetzten Gehäuse und einer mit dem Innenleiter der Koaxialleitung elektrisch leitend verbundenen λ/4 oder deren Perioden Kurzschluss-Leitung, welche an ihrem Ende mit dem Gehäuse kontaktiert ist gemass der Definition der Ansprüche.
Elektromagnetische Impulse künstlicher Art, wie sie von Motoren, Schaltern, getakteten Netzteilen oder ähnlichem erzeugt werden können, sowie natürlichen Ur- sprungs, wie von direkten oder indirekten Blitzschlägen, werden durch induktive, kapazitive oder galvanische Kopplung über koaxiale Leitungen J in die angeschlosse- nen Geräte geführt und können diese beschädigen oder gar zerstören. Es ist bekannt, die Geräte gegen erhebliche Überspannungen, Störspannungen oder Blitzströme an deren Eingang durch ableitende oder reflektierende Systeme zu schützen. Bekannt geworden sind beispielsweise EMP - Gasableiter auch EMP - Charge - Eliminator genannt, mit denen diese schädlichen Ströme, Spannungen und bestimmte Frequenzen abgeleitet oder reflektiert werden können. Solche Anordnungen sind aus dem Schweizer Patent CH-660261 und aus den Schweizer Patentanmeldungen 914/95, 158/97 bekannt. - 2 -
Bekannte Schutzschaltungen weisen verschiedene Nachteile auf. Durch ihre Eigenkapazität war der breitbandige Einsatz von Gasentladungsableiter auf kleiner 36Hz begrenzt und bekannte λ/4 Kurzschlussschaltungen oder deren Perioden weisen Bandbreiten von max. bis zu 20% (Bandbreite / Mittelfrequenz) auf. Dies verunmög- lichte breitbandige Schutzschaltungen z.B. für ganze Hohlleiterbänder oder deren Einsatz im GSM PCN dual Band.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Breitband EMP-Ableiter zu schaffen, der die Übertragung eines Frequenzbandes hoher Bandbreite zulässt, ohne dieses negativ zu beeinflussen und schädliche Frequenzen gegen Erde ableitet oder reflektiert.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen definierte Erfindung gelöst.
Der Breitband EMP-Ableiter gemass Anspruch 1 ist ein Abieiter, der zwischen Gehäuse und einer elektrisch verlängerten λ/4 oder deren Perioden Kurzschluss-Leitung eingesetzt ist, wobei in der Hauptleitung Leitungsabschnitte mit unterschiedlichen Wellenimpedenzen angeordnet sind, welche Bandbreiten des Frequenzbandes über Bandpass-Transformationen auf bis zu grösser einer Oktave ermöglichen. Mit den entsprechenden Leitungsabschnitten wird die Impedenz der Hauptleitung variiert. Die Unterschiede werden durch die Parameter Durchmesser, Länge und/oder das umgebende Dielektrika des Leitungsabschnittes bewirkt.
Bevorzugte Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein elektrisches Prinzipschema einer bevorzugten Ausführungsform eines Breitband EMP - Abieiters mit Leitungsabschnitten entsprechender Wellenimpedanz in der Hauptleitung,
Fig. 2 eine beispielhafte Schnittansicht durch einen Teil einer bevorzugten Aus- führungsform eines Breitband EMP-Ableiters gemass Figur 1.
Der in der Schnittansicht gemass Fig. 2 als steckbare Kupplung ausgestaltete Breit- band EMP-Ableiter besteht aus einem Aussenleiter 10, der als zylindrisches Gehäuse mit beidseits angeordneten Verbindern 11 und 12 für Schraubanschlüsse oder Steckverbindungen von koaxialen Leitern aufweist. Dabei ist der Verbinder 11 links in der Zeichnung als Verbindung in das ungeschützte Gebiet, beispielsweise zu einer Antenne, gedacht und der Verbinder 12, rechts in der Zeichnung soll den geschützten Anschluss an ein elektronisches Gerät bilden. In den dargestellten beispielhaften Ausführungen ist vorgesehen, diesen EMP-Ableiter an einer Schraubverbindung oder an einer Gehäusedurchführung als Erdverbindung zu befestigen. Dazu ist eine Schraubverbindung 18 oder ein Flansch 13 und ein Gewinde 15 am Aussenleiter 10 vorhanden, welche zusammen mit einer Unterlagsscheibe 17 oder dgl. und einer Mutter 16 eine Schraubbefestigung an einer Gehäusewand ergeben. Eine zusätzliche Dichtung 14 aus veredeltem Weichkupfer bewirkt eine widerstandsarme und induktivitätsarme Kontaktierung. Andere Befestigungsmöglichkeiten gemass anderer Verbindungsnormen stehen dem Fachmann bei Kenntnis der vorliegenden Erfindung grundsätzlich zur Verfügung.
In ein Mittelteil 10b des Aussenleiters 10 ist ein äusserer Hohlzylinder 20 eingeschraubt bzw. aufgesetzt. Dieser äussere Hohlzylinder 20 ist über die Kurzschlussleitung 24 mit dem Innenleiter 30 elektrisch verbunden. Die Länge der Kurzschluss- leitung 24 ist auf die elektrisch verlängerte λ/4 Wellenlänge oder deren Perioden der Mittenfrequenz des zu übertragenen Frequenzbandes abgestimmt.
Die mechanische Länge der Kurzschlussleitung 24 lässt sich durch Anbringen von Dielektrika 25 im Bereich der Kurzschlussleitung 24 elektrisch verkürzen. Aus diesem Grund sind Hohlzylinder 20 und Leiter 24 in Figur 2 unterbrochen gezeichnet. Auch lässt sich die Länge der Kurzschlussleitung 24 durch Anbringen von einer oder mehrerer konzentrierten Kapazitäten oder Blindwiderständen, welche bspw. durch eine oder mehrere Endscheiben 26, Topf- oder Zylinderkapazitäten gebildet werden, mechanisch verkürzen.
Die Bandbreite des zu übertragenden Frequenzbandes lässt sich mittels in der Koaxialleitung angeordneten Leitungsabschnitten 31, 32, 33, 34, 35 entsprechender Wellenimpedanzen bestimmen. Im Bereiche der Leitungsabschnitte 31, 32, 33, 34, 35 wird die Impedanz der Hauptleitung variiert. Dies erfolgt durch unterschiedliche Leitungsabschnitte. Unterschiedlich sind diese Leitungsabschnitte 31, 32, 33, 34, 35 durch die Parameter Durchmesser; Länge und/oder das sie umgebende Dielektrika. Mittels dieser Leitungsabschnitte 31, 32, 33, 34 und deren Wellenimpedanzen lässt sich die Bandbreite des zu übertragenden Frequenzbandes über Bandpass- Transformation auf bis zu grösser einer Oktave einstellen, so dass durch ihr Bandpassverhalten sowie durch die Kurzschlussleitung 24 Endgeräte verschiedenster Art vor schädlichen Störungen und EMP-Einwirkungen geschützt werden.

Claims

- 5 -PATENTANSPRUCHE
1. Breitband EMP-Ableiter in einer Koaxialleitung, mit einer in einem Aussenleiter (10) aufgesetzten Hohlzylinder (20), welcher durch eine Kurzschlussleitung (24) elektrisch mit dem Innenleiter (30) der Koaxialleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungsabschnitte (31, 32, 33, 34, 35) mit unterschiedlichen Wellenimpedanzen in der Hauptleitung der Koaxialleitung eingebaut sind und die Bandbreite des zu übertragenden Frequenzbandes bestimmen.
2. EMP - Ableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite des zu übertragenden Frequenzbandes auf bis grösser einer Oktave einstellbar ist.
3. EMP - Ableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Kurzschlussleiters (24) auf die Mitte der elektrisch verlängerten λ/4 Wellen- länge oder deren Perioden des zu übertragenen Frequenzbandes abgestimmt ist.
4. EMP - Ableiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Dielektrika (25) im Bereich der Kurzschlussleitung (24) die λ/4 Wellenlänge oder deren Perioden elektrisch verlängert. - 6 -
5. EMP - Ableiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser vom Hohlzylinder (20) auf die Bandbreite der durchzulassenden Frequenzbänder abgestimmt ist.
6. EMP - Ableiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Endscheiben (26) oder Topf- oder Zylinderkapazitäten im Bereich der Kurzschlussleitung (24) konzentrierte Kapazitäten oder Blindwiderstände bilden und die λ/4 Wellenlänge oder deren Perioden elektrisch verlängern.
7. Verwendung vom EMP - Ableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich mit den Leitungsabschnitten entsprechender Wellenimpedanzen (31, 32, 33, 34, 35) die Bandbreite des zu übertragenden Frequenzban- des über Bandpass-Transformationen auf bis zu grösser einer Oktave einstellen lässt.
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