NUTZUNG DES NIEDERSPANNUNGSNETZES IN EINEM GEBÄUDE ZUM ÜBERTRAGEN UND ABSTRAHLEN VON HOCHFREQUENZMOBILFUNKSIGNALEN
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Hochfrequeπz-Einspeisung in Niederfrequenz-Energieleitungen.
Bei der Verwendung von Mobilfunkgeräten in Gebäuden ist problematisch, daß die Gebäude die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen und damit die Mobilfunkkommunikation beeinträchtigen. Dies ist insbesondere bei modernen Gebäuden in Stahlbetonbauweise und/oder mit metallisch bedämpften Isolierglasscheiben der Fall, da Stahlbeton und Isolierglasscheiben als Faradayscher Käfig wirken und durch sehr hohe Dämpfungswerte die Mobilkommunikation erheblich beeinträchtigen.
Es ist bekannt, in derartig elektromagnetisch abgeschirmten Gebäuden zur Ermöglichung der Mobilkommunikation in die Gebäude integrierte Antennen vorzusehen, was eine freie Bewegung von Mobilfunkteiinehmem im Gebäude erlaubt. Hierzu werden in der Regel in verschiedenen Etagen von Gebäuden neben Antennen auch eine große Anzahl von Verteilern, Filtern und Kopplern benötigt, und es ist eine relativ aufwendige Kabelverlegung erforderlich.
Problematisch hierbei ist auch, daß bei zunehmender Auslastung der Mobiifunknetze und immer kleiner werdenden Mobilfunk-Zellradien Antennen in niedrigerer Höhe angeordnet werden und mit kleinerer Sendeleistung betrieben werden, was zur Folge hat, daß sich die Inhouse-Versorgung trotz fortlaufender Mobilfunk-Zellen-Verdichtung nicht in vergleichbarem Maße wie die Versorgung außerhalb von Gebäuden verbessert.
Ziel der Erfindung ist dehalb eine möglichst einfache, effiziente, kostengünstige und wirksame Verbesserung der Mobilfunk-Versorgung in Gebäuden. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung verbessert einfach, kostengünstig, effizient und wirksam die
Funkversorgung in Gebäuden. Die Verwendung eines in nahezu allen Gebäuden vorhandenen Kabelnetzes in Form der Stromleitungen erlaubt eine Mobilfunkversorgung in einem Gebäude ohne großen Installationsaufwand. Dabei wirkt das Kabelnetz, insbesondere das Stromleitungsπetz, in einem Gebäude als strahlendes Kabel, strahlt also die in dieses Netz eingekoppelten Hochfrequenzsignale an den Innenraum des Gebäudes in großem Umfange ab und ermöglicht derart eine gute Mobilfunkversorgung des Hauses. Die Leitungen zur Stromversorgung in Gebäuden sind in der Regel unabgeschirmte Zweidrahtleitungen im Sinne der Hochfrequenztechnik, die auch eine Antenneneigenschaft haben.
Da im Bereich des Hausanschlusses eines Gebäudes in der Regel auch die Eigentumsgrenze für das Kabelnetz der Eπergieversorger (welche den Strom bis zum Gebäude liefern) verläuft, wird zweckmäßig an dieser Eigentumsgrenze (oder alternativ jenseits der Eigentumsgrenze, z.B. etagenweise im Gebäude) das Hochfrequenzsignal eingespeist. Hierbei ist es dringend erforderlich, bei der Einspeisung zu verhindern, daß das eingespeiste Hochfrequenzsignal sich (rückwärts) in das (den Strom bis zum Gebäude liefernde) Netz der Energieversorgungsunterπehmen fortpflanzen kann. Deshalb wird die Einspeisung zweckmäßig mit einem Interface gemäß den Ansprüchen vorgenommen.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei zeigt
Fig. 1 als Blockschaltbild die erfindungsgemäße Einspeisung von
Hochfrequenzsignalen und
Fig. 2 als Blockschaltbild ein Interface (= Einspeiseweiche).
Figur 1 zeigt den Übergang von einem Stromnetz eines Energieversorgungsunte- nehmeπs (links in Figur 1 ) zu einem beispielsweise privaten Gebäudenetz (rechts in Figur 1). Die Eigentumsgrenze für das Niederspannungsnetz zwischen dem Energieversorgungsunternehmen und dem Gebäudeeigeπtümer verläuft z.B. entlang der gestrichelten Linie in Figur 1. Die Eiπspeisung der Hochfrequenzenergie erfolgt im
Eigentumsbereich des Gebäudeeigentümers.
Ein Niederspannungsenergienetz (z.B. 230 V) eines Gebäudes umfaßt im allgemeinen ein sternförmiges Kabelnetz von uπabgeschirmten Mehrdrahtleitungen, hier neben dem Null-Leiter (Na auf Seiten des Energieversorgungsunternehmens bzw. Nb auf seiten des Gebäudenetzes) die Dreiphasenleitungen (L1 a, L2a, L3a auf seiten des Energieversorgungsunternehmens und L1 b, L2b, L3b auf seiten des Gebäudenetzes). Diese Mehrdrahtleitungen (L1 b, L2b, L3b) werden mit Hochfrequenzspannungen beaufschlagt, so daß sie einen Teil der eingespeisten Hochfrequenzenergie pro Längeneinheit der Leitung abstrahlen. Insofern haben sie damit ähnliche Eigenschaften wie ein Leck-Kabel. Dieser Effekt wird nun zur Hochfrequenz-Mobilfunkversorgung eines oder mehrerer Gebäude als Nutzeffekt verwendet.
Die Hochfrequenzeinspeisung wird dabei so gestaltet, daß keine Hochfrequenz in das Netz (Na, L1 a, L2a, L3a) des Energieversorgungsuntenrehmens einstrahlt, also die
Hochfrequenz nur in das Gebäudenetz (L1 , L2b, L3b) eingespeist wird, da es in jedem Energieversorgungsnetz eine klar definierte Eigentumsgrenze zwischen dem (in Figur 1 linken) Netz des Energieversorgungsunteπrehmes EVU und dem Netz des Gebäudeeigentümers (rechts in Figur 1 ) gibt.
Die Hochfrequenzeinspeisung, also Einspeisung der Hochfrequenzpegel zur Mobilfunkversorgung im Gebäude erfolgt hier gleichmäßig in alle drei Phasen eines Drehstromnetzes. Wenn in einem konkreten Fall weniger als drei Phasen vorliegen, wird der Aufbau entsprechend reduziert. Eine Einspeisuπg kann also auch in nur eine Phase oder in zwei Phasen erfolgen. Die Beschreibung erfolgt nun am Beispiel einer
Phase (L1 b anhand Abbildung 2) und gilt sinngemäß auch für die im vorliegenden Beispiel ebenfalls mit Hochfrequenz beaufschlagten beiden anderen Phasen L2b, L3b.
Figur 2 verdeutlicht die Einspeisuπg in die Niederfrequenzpfade (= Stromleitungen des Netzes im Gebäude) zur Abstrahlung der HF-Energie durch diese Niederspannungsleitungen
Der Anschluß L1 a ist hier der Eingang für die Niederfrequenz-Stromleitung (230 V
50 Hz, = NF) des Hausanschlusses eines Gebäudes oder beispielsweise alternativ der Etageπunterverteilung eines Gebäudes Für die Niederfrequenz (230 V) hat die Hochfrequenz-Bahnsperre (BSP1 ) eine vernachlassigbare Einfugungsdampfung Die folgende Ringleitung RL1 stellt für die Niederfrequenz NF (= 230 V) eine sternförmige Verteilung dar und hat bei 50 Hz (= Niederfrequenz 230 V) allseitigen Durchgang von jedem Anschluß (1 ,2,3,4 an RL1 ebenso wie RL2 ebenso wie RL3) zu jedem anderen Anschluß (entsprechend 1 ,2,3,4 von RL1 , RL2, RL3) An den Anschlüssen 1 und 3 einer Ringleitung RL1 wird die Niederfrequenz durch die Kondensatoren C1 und C1 1 abgeblockt, Entsprechendes gilt für die Kondensatoren C2, C21 , C3, C31 an RL2 und RL3 Vom Anschluß 2 an RL1 gelangt die Niederfrequenz (230 V) über die
Hochfrequenztransformations-Schaltung T1 und das Hochfrequeπzsymmetπeglied SG1 zum Ausgang L1 b Diese beiden Schaltungen T1 und SG1 sind in koaxialer Bauform realisiert und haben mit ihrem Tiefpaßcharakter Durchlaßeigenschafteπ für die Niederfrequenz NF (230 V)
Zum Hochfrequenz-Pfad (HF-Pfad)
An der Buchse HF in Figur 2 wird die abzustrahlende Hochfrequenzenergie (welche durch Abstrahlung von den Leitungen die Mobilfunkversorgung im Gebäude realisieren soll) eingespeist Über den Dreifach-Koppler/Verteiler KV1 wird die eingespeiste Leitung hier gleichmaßig auf die drei Phasen L1 , L2 und L3 verteilt Sind nur eine oder zwei Phasen vorhanden, kann der Koppler entfallen oder er wird durch einen Zweifach-Koppler/Verteiler ersetzt Über den Kondensator C1 gelangt die Hochfrequenz-Energie zum Eingang 1 der Ringleitung RL1 Die Ringleitung RL1 verteilt die an ihrem Eigang 1 eingespeiste gleichmäßig auf ihre Ausgange 2 und 3 Sind die an den Ausgangen 2 und 3 von RL1 angeschlossenen Impedanzen im HF-
Frequenzbereich identisch, ist der Eingang 4 von RL1 spaπnungslos und vom Eingang 1 von RL1 entkoppelt Die Impedanz Z1 ist die Nachbildung der Impedanz des Gebaudenetzes und stellt somit die Entkopplung der beiden Eigange sicher Dennoch vorhandene geringe Teile der Hochfrequenz am Eingang 4 werden über die Bahnsperre BSP1 zusätzlich gedampft Durch dieses Zusammenwirken von
Ringieitungen und Bandsperre wird eine ausreichende Entkopplung vom Netz des Eπergieversorgers EVU erreicht. Die Hochfrequenz am Ausgang 2 der Ringleitung gelangt über die Transformationsschaltung T 1 zum Symmetrieglied SG1. Die Transformationsschaltung T1 kann als koaxiale Lamda-1/4-Transformationsleituπg ausgeführt sein und dient zur Anpassung an die Leituπgsimpedanz des
Gebäudenetzes. Die Realisierung als Lamda-1/4 (λ/4)-Leitung hat den Vorteil, daß die Schaltung grundsätzlich Tiefpaßcharakter aufweist und für sehr große Strombelastungeπ des NF-Pfades (230 V) ausgelegt werden kann. Das Symmerieglied SG1 kann ebenfalls in koaxialer Bauform als Lamda-1/4-Sperrtopf konstruiert werden und hat ebenfalls Tiefpaßcharakter mit großer Strombeiastbarkeit. Vom Hochfrequenz-
Symmetrieglied SG1 gelangt die HF zur Anschlußbuchse L1 b und wird dort erdsymmetrisch (im HF-Bereich) in die entsprechende Phase des Gebäudenetzes eingespeist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und Interface kann zur Versorgung von einem oder mehreren Mobiifunkendgeräten verwendet werden. Es können erfindungsgemäß ein oder mehrere Gebäude mit Hochfrequenz zur Mobilfunkkommunikation versorgt werden. Es ist auch möglich, in einem Gebäude eine etagenweise Versorgung durch Einkopplung in jeweils eine Etage vorzunehmen. Es wäre auch vorstellbar, unterschiedliche Etagen eines großen Gebäudes als eigene Funkzellen zu definieren und dabei unterschiedliche Einkopplung in die Niederspannungsenergienetze der einzelnen Etagen des Gebäudes vorzunehmen. Gebäude im Sinne der Ansprüche können verschiedenste Gebäude sein; insbesondere können es Hoch- und Tiefbauten unterschiedlichster Art sein. Beispielsweise können es Häuser, Hochhäuser, Brücken, Tunnel, U-Bahnen, Treppenhäuser oder Abschnitte von Gebäuden, wie beispielsweise
Etagen von Gebäuden sein.