COUPLING ELEMENT FOR THE CONNECTION OF A SIGNAL TRANSMISSION DEVICE TO A MAIN COAXIAL LINE

Abstract: 1. Coupling element for connecting a signal transmission device to a coaxial main line (1) with - a connecting piece (14, 15, 16) mounted on said main line, in the path of the main line (1), with which a connection suitable for a signal transmission (20) may be established, characterised in that - a cylindrical section (8) of the external conductor (4) of the coaxial main line (1) is formed by two break points (6, 7) of the external conductor (4) provided at a predetermined distance from one another, - a conductive cylindrical element (9) of the connecting piece (14, 15, 16) spans the section (8), electrically insulated from it, and at its ends is conductively connected to the external conductor (4) of the main line (1) near break points (6, 7) respectively, - there being formed between the section (8) and the internal conductor (2) of the main line (1) a first capacitance (C0 ) and between the section (8) and the cylindrical element (9) a second capacitance (C1 ) - and one conductor of the connection of the signal transmission device being connectible to the section (8) and the other conductor being connectible to the cylindrical element (9) via the connecting piece (14, 15, 16).

Description: Koppelelement zum Anschluss einer Signalübertragungseinrichtung an eine koaxiale Hauptleitung Die Erfindung bezieht sich auf ein Koppelelement zum Anschluss einer Signalübertragungseinrichtung an eine koaxiale Hauptleitung mit einem im Verlauf der Hauptleitung auf ihr befestigten Anschlussteil, mit dem eine zur Signalübertragung geeignete Verbindung herstellbar ist. Eine Ankopplung von Signalübertragungseinrichtungen an eine Hauptleitung in Form eines Koaxialkabels ist in der Nachrichten- und Datentechnik häufig notwendig, wobei die Hauptleitungen in der Regel fest installiert sind und eine vollständige Unterbrechung der Hauptleitung zum Anschluss von besonderen Abzweigungspunkten oft zu Störungen bei der Signalübertragung führt. Insbesondere bei Bussystemen (lokale Netzwerke), z. B. in der Prozessdatenverarbeitung, sind eine Vielzahl von Sende-/Empfangseinrichtungen an eine gemeinsame, oft fest installierte Übertragungsleitung (Bus) anzuschliessen. Es ist bereits ein Koppelelement bekannt (Design Guide to AMi-Coaxial Taps, AMP Incorporated Harrisburg, DP 5525, Rev A, 1982, Seiten 1 bis 9), bei dem ein oder mehrere Kontaktierungsstifte durch den Isoliermantel, den Aussenleiter und das Dielektrikum des Koaxialkabels gedrückt werden. Dieser oder diese Kontaktierungsstifte stellen die Verbindung zwischen dem Innenleiter des Koaxialkabels und einem Anschluss der Signalübertragungseinrichtung her; der Aussenleiter des Koaxialkabels wird durch Schneid-, Lötoder Klemmkontakte ebenfalls mit einem Anschluss der Signalübertragungseinrichtung kontaktiert. Die Kontaktsicherheit hängt hierbei von der Sorgfalt bei der Kontaktierung und insbesondere von der Anpresskraft ab. Es ist notwendig, den Aussenleiter und das Dielektrikum der koaxialen Hauptleitung zu durchbohren, wobei die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen dem Innen- und dem Aussenleiter besteht. Diese Art der Anzapfung der Hauptleitung bildet darüber hinaus eine elektrische Stossstelle im Kabel, welche zu Reflexionen des zu übertragenden Signals führt. Die Intensität der dadurch verursachten Reflexionen hängt hierbei insbesondere von der Eingangsimpedanz der beispielsweise nachgeschalteten Sende-/Empfangseinrichtung ab. Bei einer Datenübertragung mit hohen Datenraten (-z. B. 10 Mbit/s) kann z. B. bereits eine durch diese Anzapfung entstandene parasitäre Kapazität ( U 5 pF) zu unzulässigen Reflexionen führen. Ein ebenfalls möglicher Kurzschluss in der nachgeschalteten Sende-/Empfangseinrichtung macht darüber hinaus durch die Rückwirkung auf die Hauptleitung eine Datenübertragung auf der Hauptleitung (Bus) unmöglich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Koppelelement zum Anschluss einer Signalübertragungseinrichtung an eine koaxiale Hauptleitung zu schaffen, bei dem der Einfluss des Koppelelements und der angekoppelten Einrichtungen auf die Hauptleitung möglichst gering gehalten werden. Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Koppele#ement der eingangs angegebenen Art ein zylindrisches Segment des Aussenleiters der koaxialen Hauptleitung durch zwei in vorgegebenem Abstand voneinander angebrachte Unterbrechungsstellen des Aussenleiters gebildet, das Segment durch ein leitendes zylindrisches Element des Anschlussteils elektrisch von ihm isoliert überspannt und mit jeweils einem Ende mit dem Aussenleiter der Hauptleitung an jeweils einer Unterbrechungsstelle leitend verbunden, wobei zwischen dem Segment und dem Innenleiter der Hauptleitung eine erste Kapazität und zwischen dem Segment und dem zylindrischen Element eine zweite Kapazität gebildet und der eine Leiter des Anschlusses der Signalübertra gungseinrichtung am Segment und der andere Leiter am zylindrischen Element über das Anschlussteil anschliessbar ist. Gemäss der Erfindung ist es in vorteilhafter Weise möglich, auf eine besondere Kontaktierung des Innen leiters zu verzichten, indem man diesen gemeinsam mit dem Segment des Aussenleiters (oder einem anstelle dessen konzentrisch zum Innenleiter angeordneten leitenden Belag) zu einem Rohrkondensator ausbildet. Die für diese Anordnung notwendige teilweise Entferung des Aussenleiters wird durch das als leitende Brücke wirkende zylindrische Element wieder aufgehoben, wobei das als Rohrkondensator ausgebildete Kabelstück vollständig umschlossen wird. Die so möglich gewordene kapazitive Kopplung zwischen der Hauptleitung und der angekoppelten Einrichtung ist für alle Signalübertragungen geeignet, bei denen auf eine Gleichstrorkopplung verzichtet werden kann. Sehr gute Ergebnisse werden vor allem beim Anschluss von Empfangseinrichtungen erreicht. Das erfindungsgemässe Koppelelement ist darüber hinaus mechanisch äusserst stabil, da es mit hoher Kontaktsicherheit fest auf dem leitenden Mantel (Aussenleiter) der Hauptleitung befestigbar ist und ein mechanischer Zugriff auf den Innenleiter nicht notwendig ist. Hinsichtlich des elektrischen Übertragungsverhaltens ist vorteilhaft, dass die Reflexionen und Rückwirkungen von der angekoppelten Einrichtung äusserst gering gehalten werden können, da die Leiterkonfiguration und das Dielektrikum der Hauptleitung weitgehend erhalten bleiben. Ausserdem ist die Kurzschlussgefahr, die bei einer mechanischen Kontaktierung nicht auszuschliessen ist, vollständig vermieden. Es ist auch möglich, das Koppelelement als gesondertes Bauteil auszuführen, damit diese Art der Ankopplung auch bei einer Hauptleitung, deren Unterbrechung keine Schwierigkeiten bereitet oder die bereits aufgetrennt ist, vorteilhaft anwendbar ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert, wobei Figur 1 einen Querschnitt durch eine koaxiale Hauptleitung mit Koppelelement, Figur 2 ein vereinfachtes mechanisches Schema, Figur 3 ein elektrisches Ersatzschaltbild und Figur 4 einen radialen Querschnitt durch das Koppelelement mit Teilen einer elektrischen Ankoppelschaltung zeigt. Die Darstellung nach der Figur 1 zeigt eine koaxiale Hauptleitung 1 mit einem Innenleiter 2, einem Dielektrikum 3 und einem zylindrischen Aussenleiter 4. Die gesamte Hauptleitung 1 ist von einem isolierenden Kunststoffmantel 5 umschlossen. An Unterbrechungsstellen 6 und 7 ist der Aussenleiter 4 entfernt, so dass sich ein zylindrisches Segment 8 bildet, das vom übrigen Aussenleiter 4 elektrisch isoliert ist. Das zylindrische Segment 8 ist vollständig von einem leitenden zylindrischen Element 9 umschlossen, welches durch eine dielektrische Zwischenlage 10 vom Segment 8 isoliert ist und darüber hinaus an Stellen 11 und 12 mit dem Aussenleiter 4 elektrisch verbunden ist (z. B. durch Löten oder Klemmen). Die axialen Ausdehnungen der Unterbrechungsstellen 6 und 7 sind mit b bezeichnet, die Ausdehnungen der Überlappungs- bzw. Kontaktierungsstellen zwischen dem zylindrischen Element 9 und dem Aussenleiter 4 sind mit a bezeichnet und die gesamte Länge des zylindrischen Elements 9 ist 1. Das zylindrische Element 9 kann beispielsweise aus zwei Halbschalen mit einer axialen Trennfläche zusammengesetzt werden. Das zylindrische Element 9 weist eine Ausnehmung 13 auf, durch die ein Kontaktierungsstift 14 geführt ist, der über ein Verbindungselement 15 elektrisch leitend mit dem zylindrischen Segment 8 verbunden ist. Der Kontaktierungs stift 14 stellt den Innenleiter einer koaxialen Schraubverbindung dar, zu der eine Schraubfassung 16 gehört, die elektrisch leitend am zylindrischen Element 9 gehalten ist. An diese Schraubfassung 16 mit dem koaxial anyeordneten Kontaktierungsstift 14 kann hier eine nicht daryestellte Sende-/Empfangseinrichtung als Signalübertragungseinrichtung mit koaxialem Anschluss angekoppelt werden. In der Figur 2 sind vereinfacht die leitenden Beläge, die durch das Koppelelement gebildet werden, dargestellt. So bildet der Aussenleiter 4 zusammen mit dem zylindrischen Element 9 und das zylindrische Segment 8 einen Rohrkondensator, ebenso wie das zylindrische Segment 8 zusammen mit dem Innenleiter 2. Die kapazitive Auskopplung des Signals auf die angekoppelte Einrichtung erfolgt über die Beläge unter Einschluss des Kontaktierungsstifts 14. Das elektrische Ersatzschaltbild nach der Figur 3 zeigt eine erste Kapazität Cg, die zwischen dem Innenleiter 2 und dem Segment 8 als Rohrkondensator gebildet ist, ferner eine zweite Kapazität C1, die zwischen dem zylindrischen Element 9 und dem Segment 8 als T-Schaltung liegt, sowie z den halben Wellenwiderstand 2 der Hauptleitung 1 auf der 2 einen Seite und eine parasitäre Kapazität CT mit einem Eingangswiderstand RT der nachgeschalteten Einrichtung auf der anderen Seite der T-Schaltung. In Empfangsrichtung weist diese Schaltung Hochpass-Charakter und in Senderichtung Bandpass-Charakter auf. Die Grenzfrequenzen und Dämpfungen hängen von den Abmessungen des Koppelelements, dem Wellenwiderstand Z und den elektrischen Eigenschaften der angekoppelten Signalübertragungseinrichtung (beispielsweise CT und RT) ab. Beim radialen Querschnitt durch das Koppelelement nach der Figur 4 sind die Lagen der beiden Kapazitäten C0 und Ci deutlich zu erkennen, ausserdem ist hier schematisch eine Schaltung 20 angefügt, die ausser der parasitären Kapazität CT mit dem Reihenwiderstand RT auch noch Verstärker 21 und 22 aufweist und somit andeutungsweise eine nachgeschaltete periphere Sende-/Empfangseinrichtung darstellen soll. Ausserdem sind in der Figur 4 der Querschnitt des Innenleiters 2 mit ri, der radiale Abstand des Innenleiters 1 vom Aussenleiter mit rg und vom zylindrischen Element 9 mit rl angegeben. Die Werte der Kapazitäten C0 und C1 berechnen sich wie folgt: EMI6.1 wobei die absolute Dielektrizitätskonstante des Vakuums (0,8855 ¯ 10 F/cm > und G die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums 3 und Egrldie Dielektrizitätskonstante der isolierenden Zwischenschicht 10 darstellen. Das Reflexionsverhalten kann näherungsweise beschrieben werden durch eine Veränderung des Wellenwiderstandes über der Länge 1; die daraus beispielsweise bei Rechtecksignalen entstehenden Echoimpulse haben eine Dauer, welche der doppelten Laufzeit über die Ankopplung (ca. 2 x 5 ns/m) entspricht. Die Amplitude dieser Impulse wird bestimmt durch das Verhältnis r0/r1. parasitäre Kapazitäten CT in der peripheren Sende-/Empfangseinrichtung vergrössern zwar den konstanten Anteil der Ein-/Ausgangskoppeldämpfung, wirken sich aber bei dieser Art der Ankopplung nicht negativ auf das Reflexionsverhalten aus. Auch ein Kurzschluss in der peripheren Einrichtung verursacht hier keine zusätzlichen Reflexionen, wodurch die Übertragung auf der Hauptleitung (Bus) nicht beeinträchtigt ist. Das Prinzip dieser Ankopplung lässt sich auch bei Koaxialkabeln mit einem weiteren Aussenschirm verwenden (Triaxial Kabel), wobei hier lediglich das zylindrische Element 9 mechanisch an die entsprechenden Gegebenheiten dieser Aussenleiter angepasst werden muss. 4 Patentansprüche 4 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Koppelelement zum Anschluss ei SignalüSertragurlc;sei richtung an eine koaxiale Hauptleitung (1) mit - einem im Verlauf der Hauptleitung -(1) auf ihr befestigten Anschlussteil 1 (14, 15, 16), mit dem eine zur Signalüber- tragung geeignete Verbindung herstellbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - ein zylindrisches Segment (8) des Aussenleiters (4) der koaxialen Hauptleitung (1) durch zwei in vorgegebenem Abstand voneinander angebrachte Unterbrechungsstellen (6, 7) des Aussenleiters (4) gebildet wird, - ein leitendes zylindriscres Element (9) des Anschluss teils (14, 15, 16) das Segment (8) elektrisch von ihm isoliert überspannt und mit jeweils einem Ende mit dem Aussenleiter (4) der Hauptleitung (1) an jeweils einer Unterbrechungsstelle (6, 7 > leitend verbunden ist, wobei - zwischen dem Segment (8) und dem Innenleiter (2) der Hauptleitung (1) eine erste Kapazität (CO) und zwi schen dem Segment (8) und dem zylindrischen Element (9) eine zweite Kapazität (C1 > gebildet ist - und der eine Leiter des Anschlusses der Signalübertra gungseinrichtung am Segment (8) und der andere Leiter am zylindrischen Element (9) über das Anschlussteil (14, 15, 16) anschliessbar ist. 2. Koppelelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - zum Anschluss einer Einrichtung mit koaxiale;,; Anschluss eine Schraubfassung (16) mit Aussengewinde zur Kontaktie- rung des Aussenleiters (4) am zylindrischen Element (9) leitend angebracht ist, - in dessen Innerem sich koaxial ein Kontaktierungs stift (14) für den Innenleiter des Anschlusses der an gekoppelten Einrichtung befindet, der isoliert durch das zylindrische Element (9) hindurchgeführt unç an das Segment (8) angeschlossen ist. 3. Koppelelemcnt nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - das zylindrische Element (9) auf den Aussenleiter (4) der Hauptleitung (1) aufgelötet ist. 4. Koppelelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - das zylindrische Element (9) auf dem Aussenleiter (4) der Hauptleitung (1) aufgeklemmt ist.

Inventors: HAMMER, GERHARD, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: H01R17
IPC codes: H01R13