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Einrichtung zur Dämpfung der von einem elektrischen Generator ausgehenden Hochfrequenzstörwellen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Dämpfung der von einem elektrischen Generator ausgehenden Hochfrequenzstörwellen. wobei in die von dem Generator zu einem von den Störwellen zu befreienden Verbraucher führende Leitung ein die Störwellen dämpfender Vierpol eingeschaltet ist.
Durch die Einführung sich ständig erweiternder Frequenzbereiche in die Nachrichten- und Fernwirktechnik werden auch an die Sieb- und Entstörmittel, durch welche Störwellen von Empfangsgeräten ferngehalten werden, immer höhere Anforderungen gestellt. Es genügt nicht mehr, dass die Rundfunkwellen bereiche von Störwellen freigehalten werden, vielmehr muss auch im Bereich der Fernsehbänder ein störungsfreier Empfang der ausgestrahlten Sendungen sichergestellt werden. Es ist durchaus absehbar, dass die auf einen störungsfreien Empfang der drahtlosen Nachrichtenübermittlung und Bildübertragung gerichteten Bemühungen der Fachleute auf einem Frequenzbereich von 0, 1 bis 1000 MHz erstreckt werden müssen.
Diesen Anforderungen genügen die bekannten Einrichtungen, welche Hochfrequenzenergie durch Spannungsteilung schwächen oder durch geeignete Mittel (z. B. Hochohmwiderstände) in Wärme umwandeln, nicht mehr.
Wesentlich bessere Empfangsverhältnisse sind dagegen zu erzielen, wenn der zur Dämpfung der Störwellen in die Leitung von dem Generator zu einem von den Störwellen zu befreienden Verbraucher eingeschaltete Vierpol gemäss der Erfindung die vom Generator ausgehenden Störwellen mit einem auf 60 Ohm bezogenen Reflexionsfaktor von mindestens 0,96 reflektiert.
Der Reflexionsfaktor errechnet sich an der Übergangsstelle aus einer Leitung mit dem Wellenwiderstand Zl in eine Leitung mit dem Wellenwiderstand Z2 zu
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Dabei ist die Reflexion umso grösser, je grösser der Unterschied zwischen den beiden Wellenwiderständen ist. Ist z.
B. der eine Wellenwiderstand :. 100 und der andere = l, so beträgt die Reflexion 98%. es gelangen also nur 21o der störenden Hochfrequenzenergie von der Leitung mit dem Wellenwiderstand Z. in die Leitung mit dem Wellenwiderstand Z. Besteht diese zweite Leitung aus einem als Siebglied in die Leitung eingeschalteten Vierpol, so wird die beim Eintritt in den Vierpol auf 21o geschwächte Störspannung beim Austritt aus dem Vierpol infolge der hier ebenfalls eintretenden sprunghaften Änderung des Wellenwiderstands in dem gleichen Masse erneut geschwächt, so dass nur noch 0, 0410 der von dem Generator ausgehenden Störspannung in die an den Vierpol anschliessende Leitung gelangen kann.
Mit einem bekannten Vierpol (DBP 974340), bei dem auf die Wellenwiderstände keine Rücksicht genommen ist, kann eine derartige Wirkung nicht erzielt werden.
In einer Zündanlage zum Betrieb einer Brennkraftmaschine z. B. ist die Hauptstörquelle der zwischen den Elektroden der Zündkerzen überspringende Zündfunke. Von ihm ausgehende Hochfrequenzstorwellen wandern über die Mittelelektroden der Zündkerzen zum Zündkerzenanschlusskabel, das einen Wellenwi-
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derstand von etwa 200 Ohm hat. Erfindungsgemäss wird nun zwischen Zündkerze und Anschlussleitung ein Vierpol mit hohem Wellenwiderstand eingeschaltet. Ein derartiger Vierpol kann z. B. als Wenaelleiter mit einem Metallmantel als Aussenleiter ausgebildet sein.
Der Wellenwiderstand eines derartigen Vierpols ist proportional zur Windungszahl pro Zentimeter des Wendelleiters. Der Wendelleiter muss also eine hohe Windungszahl haben, wenn sein Wellenwiderstand gross sein und eine nennenswerte Retlexion durch ihn erreicht werden soll.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, u. zw. in
Fig. 1 eine Zündkerzenanschlusskappe mit eingebautem Wendelleiter und Metallummantelung, in Fig. 2 der Aufbau einer als Dämpfungsvierpol zu verwendenden Bandleitung und in Fig. 3 der Aufbau einer als Siebglied zu verwendenden konzentrischen Leitung. Schliesslich zeigt Fig. 4 ein Schaltbild einer Lichtanlage mit einer konzentrischen Leitung gemäss Fig. 3 als Siebglied.
Der in Fig. 1 dargestellte Anschlussstecker für Zündkerzen besteht aus einer Kunstharzhülse 10, die von einem auf eine Zündkerze aufsteckbaren Metallmantel 11 umgeben ist. Innerhalb der Hülse 10 befindet sich ein auf einen Isolierstoffträger mit einem Durchmesser von 4 mm aufgewickelter Wendelleiter 12 mit Anschlusskappen 13 und Kontaktstücken 14 und 15. Der Wendelleiter 12 erstreckt sich zwischen den Anschlusskappen 13 über eine Länge von etwa 16 mm und umfasst 650 Windungen eines 0,02 mm dicken Kupferdrahtes mit einem Widerstand von 450 Ohm. Er ist innerhalb der Kunstharzhülse 10 lufteinschlussfrei von einem Giessharzmantel 16 umgeben.
Der Wellenwiderstand dieser Anordnung errechnet sich bei einem Durchmesser des Wendelleiters von 4 mm, einem Innendurchmesser des Metallmantel von 13 mm und einer Dielektrizitätskonstanten des Bakelits von-6 zu 9600 Ohm ; unter Zugrundelegung des Wellenwiderstandes von 60 Ohm für den inner-
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Austritt aus dem Kerzenstecker bzw. aus dem Dämpfungsvierpol in das Anschlusskabel wird die Hochfre- quenz erneut auf 1, 25% geschwächt, so dass nur noch etwa 0, 015% der von den Zündfunken ausgehenden Störspannung in die weiterführenden Leitungsabschnitte gelangen kann.
Beachtlich ist dabei, dass der errechnete Wellenwiderstand frequenzunabhängig ist. Seine Wirkung wird lediglich durch geometrische Grössen begrenzt. Der als Ausführungsbeispiel beschriebene Zündkerzenstecker mit Dämpfungsvierpol siebt z. B. alle Störwellen im Bereich von etwa 10 bis 500 MHz.
Die obere Grenze hängt dabei vom mittleren Durchmesser der konzentrischen Leitung ab. Die untere Grenze kann noch durch eine grössere Drahtlänge verschoben werden oder dadurch, dass der Wendelleiter auf einen Ferritkern aufgewickelt wird, anstatt auf einen keramischen Träger. Durch einen Ferritkern mit einer relativen Permeabilität von etwa 9 und einer Länge von 5 cm können Störwellen im Frequenzbereich von 1 bis 500 MHz unschädlich gemacht werden. Der ohmsche Widerstand eines derartigen Dämpfungsgliedes ist kleiner als 1500 Ohm.
Zur Vermeidung stehender Wellen im unteren Frequenzbereich ist es zweckmässig, wenn der Dämpfungsvierpol mit ohmschen, magnetischen oder dielektrischen Verlusten derart behaftet ist, dass die am Vierpolausgang reflektierte Störenergie bis zu ihrer Rückkehr zum Vierpoleingang praktisch verzehrt ist.
Dadurch kann die Siebwirkung des Vierpols noch gesteigert werden.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel entsteht die Reflexion der Störwellen dadurch, dass der in eine Leitung eingeschaltete Vierpol einen im Vergleich zu demjenigen der Leitung sehr grossen Wellenwiderstand hat. Dasselbe kann aber auch durch einen Vierpol mit extrem niederem Wellenwiderstand erreicht werden. In diesem Fall wird dann eine von einem relativ hochohmigen Leitungsabschnitt (Wellenwiderstand z. B. 100 Ohm) kommende Hochfrequenzwelle beim Übergang auf den Vierpol zum ersten Mal und vor dem Austritt aus dem Vierpol zum zweiten Mal reflektiert.
Schaltelemente, welche derartig kleine Wellenwiderstände haben, können z. B. als Bandleitung oder besonders gestaltete konzentrische Leitungen ausgebildet sein. Bei einer Bandleitung besteht der einen Betriebsstrom und einen hochfrequenten Störstrom führende Leiter aus einem breiten Band 20 gemäss Fig. 2, dem ein gleich breites Band 21 als Rückleitung gegenübersteht. Der Zwischenraum zwischen den beiden Bändern ist durch eine dünne Schicht 22 eines Dielektrikums mit möglichst hoher Dielektrizitäts - konstante ausgefüllt. Der Wellenwiderstand einer Bandleitung ergibt sich im wesentlichen aus der Breite der beiden Bänder, der Dicke des Dielektrikums zwischen ihnen und der Dielektrizitätskonstanten dieses Dielektrikums. Er kann leicht auf 0,02 Ohm gebracht. werden.
Wird eine derartige Bandleitung als Dämpfungsvierpol in eine Leitung mit einem Wellenwiderstand von 60 Ohm eingeschaltet, so verhalten sich die Wellenwiderstände der beiden Leitungsabschnitte zueinander wie 1 : 3000, der Reflexionsfaktor ist 99, 90/0. Da bei der Bandleitung verhältnismässig grosse Flächen und Querschnitte, aber nur geringe
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