DE2927219A1

DE2927219A1 - Schaltmatrix fuer die durchschaltung von breitbandigen hf-signalen

Info

Publication number: DE2927219A1
Application number: DE19792927219
Authority: DE
Inventors: Marcel Basset; Pierre Semur
Original assignee: Nokia Inc
Current assignee: Nokia Inc
Priority date: 1978-07-12
Filing date: 1979-07-05
Publication date: 1980-01-24
Also published as: IE48374B1; CA1126372A; LU81473A1; GB2025736A; FR2431231B1; US4227094A; GB2025736B; IT7968407A0; IE791304L; BE877144A; NL7905424A; IT1118795B; FR2431231A1

Description

SCHALTMATRIX FUR DIE DURCHSCHALTUNG VON BREITBANDIGEN HF-SIGNALEN

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltmatrix für die Durchschaltung von breitbandigen HF-Signalen, bei der die Verbindung einer Zeile mit einer Spalte durch Anlegen eines Gleichstroms an den Verbindungspunkt erfolgt.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf die Durchschaltung von Breitbandsignalen der 12 und 60 MHz-Übertragungssysteme für Analogsignale, der leistungsstarken Datenübertragungssysteme, der Fernsehsignalübertragungssysteme oder auch der primären, sekundären, tertiären oder quaternären Telefon-Gruppensysteme .

Eine symmetrische Schaltmatrix für HF-Signale besteht aus zwei Scharen von Leitern, den Zeilenleitern und den Spaltenleitern, und aus den steuerbaren Verbindungspunkten zwischen den beiden Scharen von Leitern. Die elektrischen Kennwerte (Diaphonie, Einspeiseverluste ...) einer über eine solche Matrix hergestellten Verbindung werden stark durch das Vorhandensein von Matrixkreuzungspunkten beeinträchtigt, die an sich nicht durchgeschaltet sind, aber am gerade aktivierten Zeilen- bzw. Spaltenleiter hängen. Außerdem spielt die Länge der an den ausgewählten Leitern hängenden Leiterstreeken eine störende Rolle. Es ist bereits bekannt, diese Störungen dadurch zu verringern, daß man nicht eine große Schaltmatrix verwendet, sondern ein Netz von Elementarmatrizen, die durch vorgeschaltete Wahlschalter ausgewählt werden. Trotz deutlicher Verringerung der obigen

«09884/0751

Störeffekte durch diese Maßnahmen bleibt die Elementarmatrix der Hauptgrund für eine Verschlechterung der Übertragungsqualität,

Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Elementarmatrix oder ganz allgemein eine Schaltmatrix der eingangs genannten Art konstruktiv so zu verbessern, daß möglichst kurze Signalwege entstehen und damit die elektrischen Kennwerte verbessert werden. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Schaltmatrix gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf den Unteransnruch verwiesen.

Kachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeisniels mithilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den an sich bekannten elektrischen Aufbau einer aus Elementarmatrizen und vorgeordneten Wählschaltern aufgebauten Schaltmatrix.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus dieser Matrix mit Hinweisen auf die erfindungsgemäße Aufteilung in Baueinheiten.

Fig. 3 zeigt persnektivisch eine Baueinheit der erfindungsgemäßen Matrix, und

E^ig. 4 zeigt in Perspektive die Zusammenstellung einer erfindungsgemäßen Matrix aus Baueinheiten.

In einer Matrix mit vorgeordneten Wählschaltern, wie

1
sie in Fig7\ ausschnittweise für einen Kreuzungspunkt gezeigt ist, sollen HF-Signale richtungsneutral übertragen werden, d.h. entweder von einem Zeileneingang 1 zu einem Spaltenausgang 2 oder umgekehrt. Man unterscheidet bei einem solchen Verbindungsaufbau zwischen der zentralen Elementarmatrix 3 und den vorgeordneten Wählschaltern 4 und 5, die nur passive Schaltelemente,

909884/07S7

insbesondere Dioden, enthalten. Die Wählschalter sind über koaxiale Leitungen 6 bzw. 7 mit den eigentlichen Zeilen- bzw. Spaltenleitern 12 und 13 der Elementarmatrix verbunden.

Der Wählschalter 4 besitzt einen gemeinsamen Anschluß und eine Vielzahl von Wählanschlüsseh, die je über_eine Entkopplungsdiode mit dem Anschluß.1 verbunden sind. Aus Gründen einfacherer Darstellung der Wählschalter 4 wurde nur eine ein--, zige Schaltverbindung zwischen dem Anschluß 1 und einem Wählanschluß 8 im Detail dargestellt. Das Vorhandensein weiterer Wählanschlüsse wird durch Dioden 40- angedeutet, deren Anoden zu anderen Wählanschlüssen führen. Die Verbindung zwischen dem Anschluß I und dem Wählanschluß 8 besitzt in Serie eine Diode --41, deren Kathode zum gemeinsamen Anschluß 1 führt, und einen Widerstand 43. Allen Wählanschlüssen des Wählschalters 4 gemeinsam ist ein Widerstand 42 zwischen dem gemeinsamen Anschluß 1 und Erde angeordnet. Die Diode 4.1 ist durchlässig, wenn ein Gleichstrom vom Wählanschluß 8 über die Diode 41 und den Widerstand 42 nach Masse fließt. Ansonsten ist die Diode 41 für HF-Signale gesperrt.

Der mit der Diode 41 in Reihe liegende X-iiderstand 43 dient ebenso der Impedanzanpassung des Wählschalters an die Impedanz des HF-Kabels 6 wie ein Ableitwiderstand 44 in Serie mit einem Ableitkondensator 45, Qie am Wählanschluß 8 angeschlossen sind. . '-..""--

Der Wählschalter 5 ist von genau derselben Struktur wie der Wählschalter 4. Sein gemeinsamer Anschluß 2 ist mit einer Vielzahl von Xiählanschlüssen über Entkopplungsdioden 51

909884/07St

verbunden, von denen nur ein Wählanschluß 9 im Detail dargestellt ist. Auch hier finden sich Imoedanz-Anpassungsglieder 5'3, 54, 55 entsnrechend den Elementen 41 bis 45 im vvählschalter 4 sovts ein ^?>rbo its >:ider stand 52 entsprechend dem Widerstand 12, über den der über -rin HF-Kabel 7 und einen Wählanschluß 9 kommende Gleichstrom abfließt.

Die eigentliche Elementarmatrix, auf deren Aufbau sich die Erfindung bezieht, besitzt eine Vielzahl von Zeilenanschlüssen, von denen einer, der Zeilenanschluß 10, in der Figur sichtbar ist, und von Spaltenanschlüssen, von denen einer, der Spaltenanschluß 11, sichtbar ist. Die entsprechende Zeile trägt das Bezugszeichen 12 und die entsprechende Spalte das Bezugszeichen 13. Durch frei hängende Dioden i?:¹ und 1 3¹ wird angedeutet, daß jede Zeile bzw. jede Spalte wesentlich mehr als den einen hier dargestellten Kreuzungspunkt besitzt. Der Kreuzungspunkt wird gleichzeitig mit den beiden angeschlossenen Wählschaltern 4 und 5 durch .Anlegen eines Gleichstroms für HF-Signale durchgeschaltet. Dieser Gleichstrom stammt von einer Gleichstromquelle 16, von der ebensoviele vorhanden sind, wie Kreuzungspunkte in der Matrix existieren. Die Stromquelle besteht im wesentlichen aus zwei in Darlington-Schaltung angeordneten PNP-Transistoren 18 und 19 und aus einem Widerstand 17, über den die Kollektoren der Transistoren mit dem Kreuzungspunkt, d.h. mit dem gemeinsamen Punkt der beiden Anoden 14 und 15 verbunden sind. In der Gleichstromquelle 1.6 ist außerdem noch ein HF-Ableitschalter in Form eines NPN-Transistors 21 vorgesehen, der über einen Kondensator 20 ebenfalls mit dem Kreuzungspunkt verbunden ist und am Kreu-

909884/0757

ORIGINAL INSPECTED

zungspunkt auftretende HF-Signale nach Erde ableitet, wenn er durchgeschaltet ist. In Serie mit den Dioden τ4 "und 15, die den eigentlichen Kreuzungspunkt mit den Zeilen bzw. Spalten- .■_ leitern verbinden, finden sich noch Widerstände 22 und 23, die : zusammen mit an den Zeilen- bzw. Spaltenanschlüssen angeordneten Äbleitzweigen der Impedanzanpassung der Matrix an die Impedanz der HF-Kabel 6 und 7 dienen. Die Ableitzweige bestehen aus der Serienschaltung eines Widerstands 24 bzw. 25 und eines Kondensators 26 bzw. 27, die zwischen dem Zeilenleiter.12 bzw. dem Spaltenleiter 13 und Erde angeordnet sind.

Die Gleichstromquelle 16 liefert entweder einen Gleichstrom, wenn die Darlington-Transistoren 18 und 1-9 stromführend sind, während der Ableittransistor 21 gesperrt ist, oder sie wirken als ein HF-Ableitglied, wenn die Darlington-Transistoren gesperrt und der Ableittransistor 21 stromführend ist. Die Wechselstromimpedanz der Stromquelle 16 während des stromführenden Zustande wird allein durch den Widerstand 17 bestimmt. Der gelieferte Strom teilt sich am Kreuzungspunkt in einen Zweig auf, der den Widerstand 22, die Diode 14, das Koaxialkabel 6, den Widerstand 43, die Diode - 41 und den Widerstand 42 durchläuft, und in einen zweiten Zweig,der den Widerstand 2 3, die Diode 15, das Koaxialkabel 7, den Widerstand 53, die Diode 51 und den Widerstand 52 durchfließt* Ein Übertragungssignal durchläuft den Kreuzungspunkt dann zwischen den Anschlüssen 1 und 2.

Wenn an einen Steueranschluß 28 der Stromquelle 16 ein tiefes Niveau angelegt wird, dann sind die Darlington-Transistoren gesperrt, wodurch auch die Dioden 14, 15, 41 und 51 eine

809884707E7

hohe Impedanz annehmen. Ein an die Anschlüsse 1 oder 2 angelegtes HF-Signal kann also nicht übertragen werden. Gleichzeitig wird der Kreuzungspunkt über den Kondensator 20 und den Tran» sistor 21 für eventuell auftretende Stör-HF-Signale geerdet. Die Diaphonie aufgrund der nicht durchgeschalteten Kreuzungspunkte ist also vernachlassigbar klein.

Wie man aus Fig. 1 ersehen kann, durchläuft ein HF-Signal bei Durchschaltung eines Kreuzungspunkts einen Zeilenleiter und einen Spaltenleiter nicht immer über deren ganze Länge. Die nicht benutzten Teill&ngen, die an im Sperrzustand befindliche Kreuzungspunkte angeschlossen sind, könnten Reflexionen und Fehlanpassungen bewirken. Es ist deshalb wichtig, die Länge der Leiter so gering wie möglich zu halten. Dies wird durch die nachfolgend erläuterte Aufteilung der Matrix in zwei Arten von flachen länglichen Baueinheiten erreicht, die über ihre Stirnseiten unmittelbar miteinander verbunden sind. Die ersten Baueinheiten umfassen je einen Zeilenleiter, die mit den Kreuzungs— punkten dieses Leiters unmittelbar verbundenen Schaltelemente sowie die Stromquellen für diese Kreuzungspunkte,· während die weiteren Baueinheiten je einen Spaltenleiter und die mit den Kreuzungspunkten dieses Spaltenleiters unmittelbar verbundenen Schaltelemente trägt. Zueinander komplementäre HF-Zwischenstecker sind an den beiden Arten von Baueinheiten so angebracht, daß die Baueinheiten,wie noch im einzelnen anhand der Figuren 3 und 4 dargestellt wird, unmittelbar miteinander verbunden werden können.

Fig. 2 zeigt die beiden Arten von Baueinheiten in der Darstellung ihrer elektrischen Komponenten, wobei sich die Schaltung nur unwesentlich von der Schaltung gemäß Fig. 1 unterscheidet.

909804/075?

Die erste Baueinheit 60 weist, wie erwähnt, einen Zeilenleiter 62 auf, der über einen zeilen—HF-Stecker 63 (entsprechend dem Anschluß 10 aus Fig. 1) mit HF-Signalen versorgt wird. Es wird davon ausgegangen, daß die Matrix vier Zeilen und vier Spalten hat. Dementsprechend sind auf der Baueinheit 10 vier Entkopplungsdioden 64 bis 67 (entsprechend den Dioden' 12* und ,14 aus Fig. 1) und vier Gleichstromquellen 72 bis 75 {entsprechend der Gleichstromquelle 16 aus Fig. 1) angeordnet. Aus der Baueinheit führen vier Zwischenstecker 68 bis 71 heraus, die den vier dem Zeilenleiter 62 zugeordneten Kreuzungspunkten entsprechen. Vier SchaItleitungen 76 (entsprechend der Schaltleitung 28 in Fig.l) führen zu je einer der Gleichstromquellen.

Außer dieser Baueinheit gibt es noch einen zweiten Baueinheiten-Typ, der in Fig. 2 das Bezugszeichen 80 trägt. In jeder derartigen Baueinheit befindet sich ein Spaltenleiter 83· mit einem Spaltenanschluß 81 (entsprechend dem Anschluß 11 aus Fig.l), mit vier Entkopplungsdioden 83, 84, 85 und 86 entsprechend den vier zugeordneten Spaltenkreuzungspunkten und mit kapazitiven und resistiven Schaltelementen zur Impedanzanpassung an das Koaxialkabel 7 (Fig. 1).-Die Anode jeder der Entkopplungsdioden 83 bis 86 ist mit einem HF-Zwischenstecker 87 bis 90 vom Koaxialtyp verbunden, der zu den HF-Zwischensteckern 68 bis 71 typenmäßig komplementär ist.

Eine Elementarmatrix besteht aus je vier Baueinheiten der beiden Typen, die über ihre Zwischenstecker so unmittelbar miteinander verbunden werden^ daß die vier zwischenstecker einer Baueinheit mit je einem Zwischenstecker der vier andersartigen

909884/0757 .,

Baueinheiten verbunden werden und umgekehrt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen in Perspektive die Ausbildung einer Einheit und ihre erfindungsgemäße Stapelung. Jede Baueinheit befindet sich in einem flachen rechteckförmigen abgeschirmten Gehäuse stets gleicher Abmessungen. Die vier Zwischenstecker, z.B. die Zwischenstecker 68 bis 71, befinden sich in gleichem Abstand auf einer Schmalseite 103 des Gehäuses, wobei der gegenseitige Steckerabstand mindestens gleich der Baubreite einer Baueinheit gewählt ist.

Fig. 3 zeigt in Perspektive eine Baueinheit 60 in geöffnetem Zustand. Das Gehäuse besteht aus einem Rahmen 100 und zwei aufgeschraubten Deckeln 101 und 102. Auf der den koaxialen Zwischensteckern gegenüberliegenden Seite Hl des Gehäuses befindet sich der Anschlußstecker 104 für den Zeilenleiter (entsprechend dem Anschluß 10 in Fig. 1 und dem Anschluß 63 in Fig. 2) neben einem Vielfachanschluß 105 für die Steuerleiter 76 (Fig. 2). Das Gehäuse ist durch eine Längswand 106 in zwei Abteile unterteilt, von denen das eine hinter dem Zeilenanschlußstecker 104 eine Druckschaltungskarte 107 mit dem Zeilenleiter und den ihm unmittelbar zugeordneten Schaltelementen enthält. Das andere Abteil ist durch weitere Wände 108 in vier gleich große Unterabteile unterteilt, die je hinter einem der Zwischenstecker 68 bis 71 liegen. In diesen Abteilen befinden sich Druckschaltungsplatten mit den vier Gleichstromquellen 72 bis 75 aus Fig. 2. Abgeschirmte Durchführungen durch die Längswand 106 sind in ofer Figur nicht dargestellt.

909884/0767

Zur Verbesserung der Diaphonie ist es günstig, wenn die Wände 106 und 1O8 sich über die ganze Baubreite der Einheit erstrecken und wenn die Druckschaltungskarten je getrennt mithilfe von umbiegbaren Haltern 109 und 110 in ihrem Abteil fixiert werden.

Die Baueinheit 80 ist noch wesentlich einfacher aufgebaut, da der Vielfachanschluß 105 und die Gleichstromquellen entfallen. Ihre äußeren Abmessungen sind jedoch dieselben wie die der Baueinheit 60.

In Fig. 4 sind die ersten Baueinheiten (Fig. 3) mit 100 bezeichnet und die weiteren Baueinheiten mit 200. Man erkennt aus Fig. 4, daß zur Bildung einer Matrix je ein Stapel 204 bzw. 205 von vier Baueinheiten der beiden Typen benötigt wird. Diese beiden Stapel liegen zueinander orthogonal auf Regalbrettern 202 und 203 eines Stützgestells 201. Die im
Regal hinten liegenden Baueinheiten 200 weisen mit ihrem Spaltenanschlüssen 210 (entsprechend dem Anscluß 11 in Fig.l und dem Anschluß 81 in Fig. 2) in Richtung zur Regalrückwand und sind durch entsprechende Löcher in dieser Rückwand von hinten zugänglich. An der Regalvorderseite sind die Zeilenanschlüsse (entsprechend den Anschlüssen 10 in Fig. 1 und 63 in Fig. 2) sowie die Mehrfachanschlüsse 1O5 für die Schaltsignale sichtbar.

Für den Aufbau einer vollständigen Matrix sind noch Wählschalter nötig, die in der Figur nicht dargestellt sind und über Koaxialanschlüsse an die Stecker 104 und 210 herangeführt sind.

Durch diesen kompakten Aufbau werden die Leitungslängen

90 9884/0757

— "! O _

optimal verkürzt, und die vollständige Symmetrie zwischen Zeilen und Spalten bleibt erhalten.

Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Struktur wurde eine Diaohoniedämpfung größer als 100 dB und ein Reflexionskoeffizient von < 5% für ein Frequenzband von 4 bis 60 MHz erreicht. Derartige Werte dürften kaum mit einem klassischen Matrixaufbau erreichbar sein.

χ χ

909884/0757

L e e r s e i t e

Claims

Po II 222 D

COMPAGNIE INDUSTRIELLE DK3 TELECOMMUNiaVIIONS

CIT-ALCJTEL S.A.-12, rue de la Baume, 75OOB PARIS, Frankreich

SCEftLTMÄTRIX FUR DIE DURCIISCHFiLTUNG VOM BREIT-B^NDIGEN HF-SIGNJiLEN

PATENTANSPRÜCHE

. Schaltmatrix für die Durchschaltung von breitbandigen HF-Signalen, bei der die Verbindung einer Zeile mit einer Spalte durch Anlegen eines Gleichstroms an den Verbindungspunkt erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in einer: ersten flachen und länglichen Baueinheit (TOO) ein Zeilenleiter (12,62) und die den Kreuzungspunkten dieser Zeile zugeordneten Gleichstromquellen (16) samt den zugehörigen Dioden (z.B. 14) und Impedanzglieder (z.B. 22,24,26) sowie an einer Stirnseite ein HF-Stecker (1O,63) für den Zeilenanschluß der HF-Signale und an der gegenüberliegenden Stirnseite ebensovieIe HF-Zwischenstecker (z.B. 70) untergebracht sind,wie Spalten vorhanden sind, daß in einer weiteren länglichen Baueinheit (200) ein SpaIterileiter (13,83") und die den Kreuzungspunkten dieser Spalte zugeordneten Dioden (z.B. 15,83) und Impedanzglieder (z.B. 23,25,27) sowie an einer Stirnseite ein HF-Stecker (H,81) für den Spaltenanschluß und an der gegenüberliegenden Seite ebensoviele HF-Zwischenstecker (z.B. 89) untergebracht sind, wie Zeilen vorhanden sind, und daß die HF-Zwischenstecker so angeordnet und

809884/07BT

ORIGINAL INSPECTED '^/m

die Bauteile so geformt sind, daß, wenn ebensoviele erste Bauteile nebeneinander angeordnet werden,wie Zeilen vorhanden sind, jedes der weiteren Bauteile orthogonal dazu angeordnet eine Zwischensteckerverbindung mit jedem ersten Bauteil herstellt.

2 - Schaltmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Baueinheit mehrere abgeschirmte Abteile mit F.echteckquerschnitt aufweist, die je eine Gleichstromquelle (z.B. 16,72) oder einen Zeilen- bzw. Spalten-1 eiter mit den ihm zugeordneten Schaltelementen enthält.

909884/0757