DE19858506C2 - Fernspeisedrossel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fernspeisedrossel zur Energieein- oder Energieauskopplung bei Signalübertragungsleitungen sowie Signalüber­ tragungssystemen mit Signalübertragungsleitungen, deren Zwischenver­ stärker über die Signalübertragungsleitungen mit elektrischer Energie versorgt werden.

Aus der Praxis sind Signalübertragungssysteme bekannt, bei denen ein hochfrequentes Signal über eine Signalübertragungsleitung, beispiels­ weise ein Koaxialkabel, von einer Signalquelle zu einer Signalsenke übertragen wird. Dabei ist es häufig erforderlich, große Entfernungen zu überbrücken. Hierdurch erfährt das hochfrequente Signal, selbst bei guter Leitungsqualität, eine Schwächung, so daß Zwischenverstärker zur Pegelregenerierung erforderlich sind.

Bei bekannten Signalübertragungssystemen können diese Zwischenverstär­ ker über die Signalübertragungsleitung mit elektrischer Energie ver­ sorgt werden, so daß separate Versorgungsleitungen nicht erforderlich sind. Im allgemeinen sind Signalübertragungsleitungen nach diesem Kon­ zept in mehrere Übertragungsabschnitte unterteilt, welche jeweils über Koppler, die für das hochfrequente Nutzsignal einen möglichst geringen Widerstand darstellen, miteinander verbunden sind. Innerhalb der Über­ tragungsabschnitte erfolgt die Energieein- bzw. Energieauskopplung über Fernspeisedrosseln, die für das hochfrequente Nutzsignal Trenn­ stellen darstellen, so daß das Nutzsignal an den Ein- und Auskoppel­ stellen im wesentlichen nicht geschwächt wird. Allerdings besteht be­ züglich der Fernspeisedrosseln aufbaubedingt die Gefahr, daß bei be­ stimmten Frequenzen Resonanzen auftreten, die den nutzbaren Frequenz­ bereich der Signalübertragungsleitung einschränken.

Für die Ausbildung der Resonanzeffekte ist das Eigenresonanzverhalten der Fernspeisedrosseln von großer Bedeutung. Daher sind in der Praxis verschiedene Konstruktionen entwickelt worden, mit denen die Ausbil­ dung von Eigenresonanzen gedämpft oder in einen für das Nutzsignal un­ kritischen Frequenzbereich verschoben werden. Zur Dämpfung der Eigen­ resonanzeffekte der Wicklungsabschnitte von Fernspeisedrosseln ist es beispielsweise aus der Praxis bekannt, eine Fernspeisedrossel mit Wi­ derstandselementen oder leitfähigen Schichten zu beschalten. Alterna­ tiv oder kommutativ zu dieser Dämpfung ist es aus der Praxis auch be­ kannt, eine Verschiebung der Eigenresonanzen durch eine Variation des Abstands der Windungen und oder von Wicklungsabschnitten der Fernspei­ sedrossel vorzunehmen. Bei Fernspeisedrosseln ist es ferner bekannt, die Wicklungen der Drossel auf einen gemeinsamen Kern gegenläufig an­ zuordnen, um somit die Ausbildung von resultierenden Störfeldern zu verhindern.

Die Nachteile bei den aus der Praxis bekannten Fernspeisedrosseln be­ stehen vor allem darin, daß trotz der Beschaltungen und Wicklungsva­ riationen die nutzbaren Frequenzbereiche durch eigene Resonanzen der Anordnung stark eingeschränkt sind. Ferner sind die mit den bekannten Fernspeisedrosseln erreichbaren Induktivitätswerte bei vorgegebenen Volumina begrenzt. Ein weiteres Problem ist der hohe fertigungstechni­ sche Aufwand, insbesondere beim Beschalten mit Widerstandselementen und leitfähigen Schichten, da deren exakte Dimensionierung und Posi­ tionierung einen entscheidenden Einfluß auf das Resonanzverhalten der Fernspeisedrossel hat. Gleiches gilt für die Variation der Wicklungen, so daß zusammenfassend gesagt werden kann, daß bekannte Fernspeise­ drosseln, wegen der zu fordernden Präzision bei der Herstellung, an die Fertigungstechnik höchste Anforderungen stellen.

Aus DE 31 22 084 C2 ist eine Frequenzweiche zur Trennung eines Signal- und eines Versorgungsstromes bekannt. Diese Frequenzweiche weist eine eingangsseitige Drosselanordnung für die Stromversorgung auf, die mittels einer koaxialen Leitung aufgebaut ist. Die beschriebene Frequenzweiche findet in Systemen des Frequenzträgerverfahrens und in der digitalen Signalübermittlung Anwendung. Eine Störspannungsunterdrückung erfolgt mittels des Resonanzverhaltens inhomogener koaxialer Leitungen, wobei deren Wirkung im Frequenzbereich, aufgrund physikalischer Gegebenheiten von Leitungen, eingeschränkt ist. Die an einer aktiven Komponente ein- und ausgangsseitig vorhandenen Drosselanordnungen sind wie gesagt aus einer koaxialen Leitung gebildet, deren Außenleiter mit dem Bezugspotential und deren Innenleiter einerseits mit dem Innenleiter eines koaxialen Eingangs und andererseits sowohl mit dem Versorgungsanschluß der aktiven Komponente als auch über einen Trennkondensator mit dem Bezugspotential verbunden ist. Nachteilig an derartigen Anordnungen ist, daß aufgrund der Nutzung leitungsabhängiger Resonanzgebilde ein Einsatz bei entsprechender spektraler Bandbreite nur in höheren Frequenzbereichen sinnvoll ist. Zudem ist die Frequenzweiche gemäß DE 31 22 084 C2 aufgrund vielfältig vorzusehender einzelner Elemente nur mit hohem Aufwand herstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Signalübertragungssy­ steme einen hochfrequenten Signalweg und eine niederfrequente Energieeinspeisung über einen möglichst großen Frequenzbereich rückwirkungsfrei zu verbinden, wobei der dazu erforderliche ferti­ gungstechnische Aufwand gering gehalten werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung ist bei einer Fernspeisedrossel ein den Speise­ strom führender Hauptwickel, vorzugsweise aus einem elektrisch iso­ lierten Leitermaterial, und ein Dämpfungskreis derart vorgesehen, daß der Dämpfungskreis einen Nebenwickel aus einem vorzugsweise elektrisch isolierten Leitermaterial aufweist, wobei der Nebenwickel und der Hauptwickel durch kapazitive und/oder induktive Kopplung in Wechsel­ wirkung stehen. Die Anordnung des Nebenwickels, aus elektrisch iso­ liertem Leitermaterial, erfordert im Vergleich zu den Maßnahmen, gemäß dem Stand der Technik, einen erheblich geringeren fertigungstechni­ schen Aufwand. Gleichzeitig ist es möglich, sehr präzise und wirkungs­ voll auf das Eigenresonanzverhalten der Fernspeisedrossel Einfluß zu nehmen, da der Nebenwickel deutlich größere Freiheiten bei seiner An­ ordnung bietet als andere bekannte Anordnungen.

Die Anordnung des Nebenwickels erlaubt einen gezielten Eingriff in den inneren Wirkmechanismus der Drossel, so daß durch den Nebenwickel stö­ rende Wechselwirkungen einzelner Wicklungsabschnitte des Hauptwickels wirkungsvoll unterdrückt werden.

Vorzugsweise weisen der Haupt- und der Nebenwickel im wesentlichen parallel verlaufende Wickelachsen, insbesondere eine gemeinsame Wickelachse auf. Hierbei wird der erforderliche Fertigungsaufwand er­ heblich reduziert. Wenn der Nebenwickel zwischen den Windungen des Hauptwickels verlaufende Windungen aufweist, schirmen die Windungen des Nebenwickels die Windungen des Hauptwickels voneinander ab. Hier­ durch werden störende Effekte zwischen den einzelnen Windungen des Hauptwickels, die bei anderer Konstruktion entstehen und sich zu den nachteiligen Resonanzeffekten kumulieren, weitestgehend ausgeschaltet. Mit einer übereinanderliegenden Anordnung der Windungen des Haupt- und des Nebenwickels in radialer Richtung wird eine vergleichsweise ana­ loge Wirkung bezüglich der Eigenresonanzunterdrückung erzielt.

Durch die Möglichkeit der Variation des ohmschen Widerstands des Dämp­ fungskreises beispielsweise über ein ohmsches Widerstandselement, kann auf das Dämpfungsverhalten gezielt Einfluß genommen werden.

Durch den gemäß der Erfindung vorgesehenen Nebenwickel wird die Repro­ duzierbarkeit und die Präzision von Fernspeisedrosseln erhöht, wobei der Nebenwickel wesentliche Freiheiten bei seiner Dimensionierung, Ma­ terialauswahl und Beschaltung eröffnet. Als eine weitere Möglichkeit hat sich erwiesen, den Nebenwickel an einem Ende elektrisch mit dem Hauptwickel zu verbinden. Weiterhin kann durch den Ersatz des ohmschen Widerstands durch komplex wirkende Schaltungsanordnungen das Verhalten des Dämpfungswickels im Frequenzbereich gezielt beeinflußt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den Zeichnungen im Zu­ sammenhang mit der Beschreibung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Übertragungsabschnitt einer Signalübertragungsleitung ei­ nes Signalübertragungssystems in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine grafische Darstellung des möglichen Einflusses einer Fern­ speisedrossel ohne eigenresonanzunterstützende Maßnahmen auf das Übertragungsverhalten eines Signalübertragungssystems,

Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fernspeise­ drossel und

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fernspeise­ drossel.

Der in Fig. 1 gezeigte Übertragungsabschnitt 10 einer Signalübertra­ gungsleitung besteht im wesentlichen aus einem Koaxialkabel 14, in welches zwei Zwischenverstärker 16 eingebaut sind. Die Zwischenver­ stärker 16 erhalten ihre Energie über erfindungsgemäß ausgebildete Fernspeisedrosseln 18, welche über einen Kondensator gegen Masse ge­ schaltet sind. Die Energie, die über die Fernspeisedrosseln 18 ausge­ koppelt wird, wird über eine ebenfalls erfindungsgemäß ausgebildete Fernspeisedrossel 20 zur Energieeinkopplung, die ebenfalls über einen Kondensator gegen Masse geschaltet ist, in den Übertragungsabschnitt 10, welcher über Kapazitäten 22 hinsichtlich der Energieversorgung von den benachbarten Übertragungsabschnitten getrennt ist, eingekoppelt.

Fig. 2 zeigt den möglichen Einfluß einer Fernspeisedrossel ohne eigen­ resonanzunterdrückende Maßnahmen auf das Übertragungsverhalten. Es ist erkennbar, daß bei bestimmten Frequenzen der Wechselstromwiderstand absinkt. Dies ist gleichbedeutend mit einer negativen Beeinflussung eines zu übertragenden Nutzsignals.

Fig. 3 zeigt eine Fernspeisedrossel 100 gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform der Erfindung. Die Fernspeisedrossel 100 weist einen Hauptwickel 102 auf, der aus Kupferdraht besteht und beispielsweise um einen aus Kunststoffmaterial bestehenden Rohrkörper 104 gewickelt ist. Im Innern des Rohrkörpers 104 ist ein Kern 106 aus ferromagnetischem Material angeordnet. Der Hauptwickel 102, wird am Anschluß 108 mit einer Signalübertragungsleitung und am Anschluß 120 mit der Energie­ versorgung verbunden.

Parallel zu dem Hauptwickel 102 ist ein Nebenwickel 112 aus Kupfer­ draht angeordnet, dessen Windungen 114 wie die Windungen 110 des Hauptwickels 102 an dem Rohrkörper 104 anliegen. Die Windungen 114 des Nebenwickels 112 liegen zwischen den Windungen 110 des Hauptwickels 102 und weisen daher ebenfalls in Fernspeisedrossellängsrichtung gese­ hen, gleiche Abstände auf. Der Nebenwickel 114 wird durch ein ohmsches Widerstandselement 116, welches schematisch dargestellt ist, zu einem Dämpfungskreis 118 geschlossen.

Die Windungen 110 des Hauptwickels 102 und die Windungen 114 des Nebenwickels 112 weisen mindestens bei einer Wicklung eine isolierende Lackschicht auf, so daß die Windungen 110, 114 elektrisch voneinander getrennt sind.

Im Einsatz ist der Anschluß 108 des Hauptwickels 102 an den hochfre­ quenten Teil einer Schaltung oder einer Signalübertragungsleitung an­ geschlossen. Der Anschluß 120 liegt sowohl an einer niederfrequenten Energieeinspeisung als auch über einen Trennkondensator an Schaltungs­ masse an. Im Einsatz erzeugt der Nebenwickel 112 in Verbindung mit dem ohmschen Widerstandselement 116 entlang eines Abschnitts des Haupt­ wickels 102 einen Widerstandsbelag, der die Ausbildung von parasitären Resonanzen im Nutzfrequenzbereich wirkungsvoll unterdrückt ohne die hochfrequenztechnischen Eigenschaften der Fernspeisedrossel 100 maßgeblich zu beeinflussen.

Fig. 4 zeigt eine Fernspeisedrossel 200 gemäß einer zweiten Ausfüh­ rungsform. Da wesentliche Konstruktionsmerkmale der Fernspeisedrosseln 100, 200 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform übereinstimmen, sind für Konstruktionselemente der Fernspeisedrossel 200 gemäß der zweiten Ausführungsform, die mit Konstruktionselementen der Fernspei­ sedrossel 100 gemäß der ersten Ausführungsform übereinstimmen, Bezugs­ zeichen verwendet worden, die gegenüber den entsprechenden Bezugszei­ chen bei der ersten Ausführungsform um 100 erhöht sind. Auf die Be­ schreibung im Zusammenhang mit der Fernspeisedrossel 100 gemäß der er­ sten Ausführungsform wird insofern verwiesen.

Die einzelnen Windungen 210 des Hauptwickels 202 der Fernspeisedrossel 200, die durch einen Lacküberzug des Drahtmaterials des Hauptwickels 202 elektrisch voneinander getrennt sind, liegen in einem ersten Be­ reich 222 und in einem zweiten Bereich 224 direkt aneinander an und sind in einem dazwischenliegenden dritten Bereich 226 mit einem ge­ genseitigen Abstand angeordnet. Der Nebenwickel 212, der wiederum mit einem ohmschen Widerstandselement 216 zu einem Dämpfungskreis 218 er­ gänzt ist, weist Windungen 214 auf, die in radialer Richtung der Fern­ speisedrossel 200 gesehen, außen auf den Windungen 210 im ersten Be­ reich 222 angeordnet sind. Die Windungen 214 liegen mit ihren Lack­ überzügen aneinander an. Bei der Fernspeisedrossel 200 gemäß der zwei­ ten Ausführungsform sind der Anschluß 220 des Hauptwickels 202 und der Anschluß des Nebenwickels 212 elektrisch miteinander verbunden.

Claims (13)

1. Fernspeisedrossel zur Energieein- oder Energieauskopplung bei Si­ gnalübertragungsleitungen, mit einem den Speisestrom führenden Hauptwickel (102; 202) aus einem elektrischen Leitermaterial und
einem Dämpfungskreis (118; 218),
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dämpfungskreis (118; 218) einen Nebenwickel (112; 212) aus einem Leitermaterial aufweist,
wobei der Nebenwickel (112; 212) und der Hauptwickel (102; 202) durch kapazitive und/oder induktive Kopplung in Wechselwirkung stehen.

2. Fernspeisedrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt- und der Nebenwickel (102; 112; 202, 212) im wesentlichen paral­ lel verlaufende Wickelachsen, insbesondere eine gemeinsame Wickel­ achse aufweisen.

3. Fernspeisedrossel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenwickel (112) zwischen den Windungen (110) des Hauptwickels (102) verlaufende Windungen (114) aufweist.

4. Fernspeisedrossel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenwickel (212) Windungen (214) aufweist, die innerhalb der Win­ dungen des Hauptwickels, unter diesen, oder außerhalb der Windungen (210) des Hauptwickels (202) auf diesen, gewickelt sind.

5. Fernspeisedrossel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Leitermaterial des Nebenwickels (112; 212) ein mit einem ohmschen Widerstand behaftetes Material aufweist.

6. Fernspeisedrossel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dämpfungskreis (118; 218) zur Verbindung der An­ schlüsse des Nebenwickels (112; 212) ein ohmsches Wi­ derstandselement (116; 216) aufweist.

7. Fernspeisedrossel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dämpfungskreis zur Verbindung der Anschlüsse des Nebenwickels eine mit einem ohmschen Widerstand behaftete Folie oder eine Leitlackschicht aufweist.

8. Fernspeisedrossel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dämpfungskreis zur Verbindung der Anschlüsse des Nebenwickels eine Anordnung aus mindestens einem ohmschen Wider­ stand und einem weiteren Blindelement aufweist.

9. Fernspeisedrossel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dämpfungskreis (218) einen Anschluß aufweist, der elektrisch mit dem Hauptwickel (202) verbunden ist.

10. Fernspeisedrossel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hauptwickel (102; 202) und/oder der Nebenwickel (112; 212) mindestens aus einem isolierten Draht bestehen.

11. Fernspeisedrossel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Hauptwickel (102; 202) auf einem Kern (106, 206) oder auf einem Rohrkörper (104; 204) schraubenförmig auf­ gewickelt ist.

12. Fernspeisedrossel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (104; 204) aus einem elektrisch isolierenden Material be­ steht und einen Kern (106; 204) aus ferromagnetischem Material um­ schließt.

13. Signalübertragungssystem mit Signalübertragungsleitungen, deren Zwischenverstärker (16) über die Signalübertragungsleitungen (14) mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei dazu verwendete Fernspeisedrosseln (18, 20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 aus­ gebildet sind.