BE1024223B1

BE1024223B1 - Kabeltap

Info

Publication number: BE1024223B1
Application number: BE2016/5881A
Authority: BE
Original assignee: Technetix B.V.
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2017-12-18
Also published as: GB201604631D0; GB201520975D0; US10050328B2; GB2544826A; IE87327B1; US20170155182A1; IE20160245A1; BE1024223A1; GB2544826B

Abstract

Er is een kabeltapinrichting (70) verschaft voor een CATV-netwerk die een microstrooksrichtingskoppelaar (71) omvat op een elektrisch pad (14) tussen een invoer (16) en een uitvoer (18) die ingericht is om te communiceren met een verdeelinrichting (34) die geassocieerd is met meerdere tappoorten (44, 46, 48, 50). Een richtingskoppelaar met een ferrietkern (72) is ingericht parallel met microstrooksrichtingskoppelaar (71) waarbij lagefrequentiesignalen door richtingskoppelaar met een ferrietkern (71) passeren en hogefrequentiesignalen door microstrooksrichtingskoppelaar (71) passeren.

Description

Titel: Kabeltap Gebied van de uitvinding

Deze uitvinding heeft betrekking op een kabeltap voor een kabelnetwerk, en in het bijzonder aan een buitentap.

Achtergrond van de uitvinding

Vele kabelnetwerken zijn gebouwd in een cascadeschakeling- (boom en tak) structuur, Dit betekent dat verschillende versterkers en taps allemaal in serie geplaatst zijn met talc ken die een deel van het signaal aftappen en opnieuw een cascade van versterkers en taps voeden. Deze takken kunnen afgetapt worden om een andere cascade van taps te voeden. Omdat taps in serie geplaatst zijn en daarom verschillende invoersignaalniveaus hebben die veroorzaakt wordt door demping in de coaxkabel en in de taps zelf, worden er verschillende modellen van taps met verschillende tapverlies waarden gebruikt. Gewoonlijk hebben de eerste taps een hoog invoersignaalniveau en hebben daarom een hoge demping van invoer naar tapuitvoerpoort nodig, wat bekend is als tapverlies, en hebben automatisch een laag invoerverlies van de invoer naar de uitvoer nodig. Wanneer er langs de lijn neerwaarts gemigreerd wordt, moet het tapverlies lager zijn als er minder energie is vanwege verlies in de vorige taps en in de coaxkabel en wordt het invoerverlies automatisch hoger als er meer energie van de lijn afgetapt wordt.

Deze taps staan in de industrie bekend als “buitentap s” omdat zo een netwerk typisch niet in kasten gemonteerd is maar op bovengrondse bedrading of palen of op de muren van huizen, In zo een netwerk wordt een kleine afwijking van de ideale frequentiereactie van invoer naar uitvoer (zogenaamde rimpel) in de buitentaps versterkt door het totale aantal buitentaps die in serie geplaatst zijn. Dit betekent dat, bijvoorbeeld, een kleine en ogenschijnlijk onbelangrijke rimpel in de frequentiereactie van 0,2 dB in een enkele buitenttap vermenigvuldigd wordt naar een meer significante 2 dB wanneer er 10 buitentaps in cascade geplaatst zijn. Omdat de buitentaps gewoonlijk meer of minder een gelijke frequentiereactie hebben, is dit een echt probleem,

Hetzelfde geldt voor het invoerverlies van de invoer naar de uitvoer. Als het invoerverlies verlaagd kan worden met zo weinig als 0,1 dB dan betekent dit dat aan het einde van de coaxkabel het invoerverlies 0,1 dB x het aantal buitentaps dat in cascade geplaatst is hoger zal zijn. Dit is van groot belang aangezien veel netwerken uitgestrekt worden naar hogere frequenties om meer en meer data en programma’s te transporteren. Hogere frequenties betekenen in wezen meer verlies in de coaxkabels en dus lagere niveaus aan het einde van de lijn. Het herinrichten of het toevoegen van versterkers die in het cascadeschakeling-netwerk geplaatst zijn, is normaalgesproken niet mogelijk of alleen met hele hoge kosten. Een lager verlies in de buitentaps is daarom een echt voordeel.

Samenvatting van de uitvinding

In overeenstemming met de huidige uitvinding, wordt er een kabeltapinrichting verschaft voor het gebruik in een kabeltelevisie- (“cable television”), CATV-, netwerk, die een eerste richtingskoppelaar en een tweede richtingskoppelaar omvat die elektrisch parallel ingericht zijn tussen een invoer en een uitvoer, waarbij elke richtingskoppelaar ingericht is om te communiceren met een gewone verdeelinrichting die geassocieerd is met meerdere tappoorten, waarbij de eerste richtingskoppelaar een microstrooksrichtingskoppelaar is en de tweede richtingskoppelaar een richtingskoppelaar met een ferrietkern is. Door gebruik te maken van een microstrooksrichtingskoppelaar en een richtingskoppelaar met een ferrietkern, kunnen gescheiden signaalpaden verschaft worden.

Capacitieve elementen kunnen geassocieerd worden met de microstrooksrichtingskoppelaar om doorlating van lagefrequentiesignalen door de mircrostrooksrichtingskoppelaar te voorkomen en bij voorkeur is er een gescheiden capacitief element geassocieerd met elk van de invoerpoort, uitvoerpoort en een gekoppelde poort van de microstrooksrichtingskoppelaar. Op deze manier kunnen de nadelen van het gebruiken van een microstrooksrichtingskoppelaar voor lagere frequenties, typisch lager dan 400 MHz, vermeden worden.

Een koppelingspoort van de microstrooksrichtingskoppelaar is bij voorkeur verbonden met een invoerpoort van de verdeelinrichting.

Capacitieve en inductieve elementen kunnen geassocieerd worden met de richtingskoppelaar met een ferrietkern om doorlating van hogefrequentiesignalen door de richtingskoppelaar met een ferrietkern te voorkomen. Hiermee kunnen de nadelen van het gebruiken van een richtingskoppelaar met een ferrietkem voor hogere frequenties, meestal boven 400 MHz, vermeden worden.

Inductieve elementen die geassocieerd zijn met de richtingskoppelaar met een ferrietkern zijn bij voorkeur luchtkerninductors om brommodulatie van het RF-signaal te voorkomen.

Signaalaanpassingselementen zoals verminderaars of frequentie-afhankelijke verminderaars kunnen geplaatst zijn in een van of beiden van het signaalpad tussen de microstiOoksrichtingskoppelaar en verdeelinrichting en het signaalpad tussen de richtingskoppelaar met een ferrietkern en de verdeelinrichting. Dit staat het afstemmen van de signaalkarakteristieken van de kabeltap toe.

De uitvinding wordt nu beschreven worden aan de hand van een voorbeeld onder verwijzing naar de volgende tekeningen waarin:

Figuur 1 een schematisch diagram laat zien van een buitentap volgens de stand van de techniek;

Figuur 2 een schematisch diagram Iaat zien van een richtingskoppelaar volgens de stand van de techniek;

Figuur 3 een schematisch diagram laat zien van een eerste uitvoeringsvorm van een kabeltap; en

Figuur 4 een schematisch diagram Iaat zien van een tweede uitvoeringsvorm. Beschrijving

Figuur 1 Iaat een buitentap 10 zien zoals die gebruikt wordt in bestaande breedbandkabeltelevisie- (“broadband cable television”), CATV-, netwerken. Meerdere onderling verbonden taps zijn geplaatst tussen een hoofdeind dat geassocieerd is met een kabelverstrekker en meerdere neerwaartse gebruikers, meestal in een cascadeschakeling-structuur zoals hierboven beschreven is.

Buitentap 10 zoals die gebruikt wordt in cascadeschakeling-netwerken omvat een richtingskoppelaar 12 die gemaakt is van een ferrietkern in de lijn 14 van invoer 16 naar uitvoer 18, die omgeleid is door een vermogenssmoorspoel 22 en condensators 24, 26. De gekoppelde poort 30, die ook bekend staat als tappoort, van richtingskoppelaar met een ferrietkem 12 is meestal verbonden met een invoerpoort 32 van een verdeler 34 met de uitvoerpoorten 36, 38, 40, 42 van verdeler 34 die verbonden is met uitvoerpoorten of verbindingsstukken 44, 46, 48, 50 van buitentap 10. Verdeler 34 kan van een verschillend ontwerp zijn, bijvoorbeeld tweerichtings, drierichtings, vierrichtings, zesrichtings of achtrichtings afhankelijk van het nodige aantal gebruikersuitvoerpoorten van de buitentap.

Vermogenssmoorspoel 22 is nodig als deze netwerken bekrachtigd worden gebruik makende van wisselstroom van maximaal 10 Amp op 50 of 60 Hz die langs de coaxkabel trekt en de richtingskoppelaar met een ferrietkern 12 niet in staat is om enige significante wissel- of gelijkstroom te dragen. Vermogenssmoorspoel 22 is een grote inductor en overbrugt de RF-componenten in taps (en ook in versterkers). De vermogenssmoorspoel moet wijdbands zijn omdat de meeste kabelnetwerken een frequentiebereik van 5 MHz tot maximaal 1 GHz gebruiken, moet in staat zijn om stromen om te leiden die zo groot kunnen zijn als 10 Amp en moet ook een lage brommodulatie hebben bij deze stroom.

Met de behoefte om naar hogere frequenties te gaan zoals 5 MHz tot 1200 MHz of zelfs tot 1700 MHz, wordt het ontwerp van de vermogenssmoorspoelen kritieker wanneer de vermogenssmoorspoel zelf de limiterende factor in de RF-prestatie van de tap wordt. Meestal introduceren vermogenssmoorspoelen rimpel in de frequentierespons op bepaalde frequenties, invoerverlies bij hogere frequenties en verlagen het terugvoerverlies.

Zoals te zien is in Figuur 2, is er soms alleen één uitvoer 60 nodig en in de industrie staat zo een buitentap 62 bekend als een richtingskoppelaar.

De richtingskoppelaar met een ferrietkern heeft enige inherente beperkingen: - Hij is niet in staat om enige significante wissel- of gelijkstroom te dragen en daarom is een om leidingsvermo gens smoor spoel nodig in de buitentap. Zoals besproken is, is deze vermogenssmoorspoel een beperkende factor. - Hij is onderwoipen aan gelijk- of wisselstroomimpulsen als dit de magnetische parameters van het ferriet verandert en de richtingskoppelaar zal zogenaamde Passieve-intermodulatie- (“Passive InterModulation”), PIM-, producten genereren met de RF-niveaus die meestal in kabelnetwerken aangetroffen worden. - Een richtingskoppelaar met een ferrietkern heeft een significant toegevoegd invoerverlies vergeleken met de theoretische waarde. - De richtingskoppelaar met een ferrietkern moet uitgelijnd worden in de praktische wereld om de beste prestaties te krijgen. - Het is moeilijk om een goede wijdband-RF-prestatie te krijgen die nodig is wanneer kabelnetwerken migreren naar bijvoorbeeld 5 MHz tot 1200 MHz of zelfs 5 MHz tot 1700 MHz. - In de praktische wereld heeft de richtingskoppelaar met een ferrietkern een limiet in de gekoppelde waarde die het kan bereiken. Meer dan -16 dB gekoppelde waarde is niet mogelijk om in de echte wereld te produceren. Dit betekent dat wanneer een buitentap met een hoger tap verlies nodig is dat dit bereikt wordt door het toevoegen van een verlagingselement in de lijn van de gekoppelde poort naar de verdeler of, in het geval van een richtingskoppelaar, in de lijn van de uitvoerverbinder. Het invoerverlies van invoer naar uitvoer van de buitentap is echter nog steeds hetzelfde als een 16 dB richtingskoppelaar met een ferrietkern. - De richtingskoppelaar met een ferrietkern heeft een platte frequentiereactie. Dit betekent dat het tap verlies, en ook het invoerverlies, hetzelfde zijn voor alle frequenties. Hoe het verlies in de coaxkabel ook met de frequentie meeverandert, het is heel laag op lage frequenties en best hoog op hoge frequenties. Omdat het netwerk gebouwd is met buitentaps met verschillende tapverliezen en het coaxkabelverlies heel laag is bij lage frequenties, verschilt het werkelijke verlies in het complete netwerk op lage frequenties enorm en hangt dit af van de tapuitvoerpoort.

Dit betekent dat in het geval van een terugvoerpad, de ingangs- (of ruis-) signalen die van de binnenshuisinstallaties komen van gelijke verschillende niveaus zijn, Dit staat in de industrie bekend als terugvoerpad-onbalans en het is heel problematisch omdat sommige binnenshuisnetwerken de gewilde ontvangen signalen van andere binnenshuisinstallaties zullen limiteren. Het ingangs- (of ruis-) niveau van de binnenshuisinstallatie die verbonden is aan een lagetapverliesbuitentap zal een veel hoger niveau hebben en daarom dominant zijn wanneer het toegevoegd wordt aan gewilde signalen die van een verliesbinnenshuisinstallatie komen die verbonden is met een hoogtapverliesbuitentap.

Om de beperkingen van de richtingskoppelaar met een ferrietkern aan de orde te stellen, is een uitvoeringsvorm van kabeltap 70 in overeenstemming met de uitvinding getoond in Figuur 3.

Buitentap 70 omvat een micro stro oksrichtingskoppelaar 71 die verbonden is in pad 14 dat loopt van invoer 16 naar uitvoer 18 om zo een hoogfrequentiesignaalpad te verschaffen aan tapverdeler 34, met een richtingskoppeiaar met een ferrietkern 72 die elektrisch verbonden is in parallel met tapverdeler 34 om een laagfrequentiesignaalpad te verschaffen.

Microstrooksrichtingskoppelaar 71 heeft een invoerpoort 73 en een uitvoerpoort 75 die verbonden zijn tussen invoer 16 en uitvoer 18, met een gekoppelde poort 74 in tweerichtingscommunicatie met vierrichtingsverdeler 34 om signalen te verschaffen aan, en om signalen te ontvangen van, tapverbinderpoorten 44, 46, 48 en 50. Geïsoleerde poort 76 van koppelaar 71 is verbonden met de aarde via weerstand 80. Condensators 82, 82’ en 82” zijn respectievelijk verbonden met invoerpoort 73, gekoppelde poort 74 en uitvoerpoort 75 om zo te voorkomen dat lagefrequentiesignalen reizen door de microstrooksrichtingskoppelaar in ofwel de opwaartse dan wel neerwaartse richting.

Voor lagefrequentiesignalen is er een alternatief signaalpad 84 elektrisch verschaft in parallel met microstrooksrichtingskoppelaar 71, zodanig dat lagefrequentiesignalen geleid worden door richtingskoppelaar met een ferrietkern 72 voordat tapverdeler 34 bereikt wordt. Signaalpad 84 is tweerichtings wat toestaat dat lagefrequentiesignalen van en naar tapverdeler 34 over gezet kunnen worden.

Lagefrequentiepad 84 omvat eerste en tweede inductieve luchtkernen 86, 88 die geplaatst zijn aan beide kanten van richtingskoppelaar met een ferrietkem 72 die geassocieerd is met een vermogenssmoor spoel 22, waarbij signalen naar richtingskoppelaar met een ferrietkem 72 geleid worden van een hoofdlijn tussen invoer 16 en uitvoer 18 om te passeren door inductieve luchtkemen 86, 88. Luchtkernen 86, 88 zijn verbonden met de aarde via condensators 90, 90’ en condensators 92, 92’ zijn geassocieerd met richtingskoppelaar met een ferrietkern 72 om bescherming te verschaffen van wissel- en gelijkstroomspanningen.

Gekoppelde poort 94 van richtingskoppelaar met een ferrietkern 72 is verbonden met een tapverdeler 34 met inductor 100 die geplaatst is tussen poort 94 en tap 34, Signaalpad 84 verbindt in invoerpoort 32 van tap 34 onder condensator 82’, zodanig dat condensator 82’ geplaatst is tussen gekoppelde poort 74 en het punt waar hogefrequentie- en lagefrequentiesignaalpaden samenkomen.

De waarden van de inductieve componenten, luchtkern 86 en 88 en inductor 100 en ook de waarden van de condensators 82, 82’, 82”, 90, 90’, 90’ worden geselecteerd om te verzekeren dat lagefrequentiesignalen van 400 MHz of lager geleid worden door lagefrequentiesignaalpad 84 en voorkomen worden om overgezet te worden in micro stro oksrichtingskoppelaar 71 door condensators 82, 82’, 82”. Hogere frequenties boven 400 MHz worden niet geblokt door condensators 82, 82’, 82” en dus zijn hoge frequenties vrij om te reizen door microstrooksrichtingskoppelaar 71 om tappoorten 44} 46, 48 en 50 te bereiken. Het schakelsysteem dat getoond is in Figuur 3 is tweerichtings, waarbij hogefrequentiesignalen van lagefrequentiesignalen, gescheiden worden, waarbij hogefrequentiesignalen geleid worden door microstrooksrichtingskoppelaar 71 voor zowel opwaartse als neerwaartse signalen, en waarbij lagefrequentiesignalen opwaarts geleid worden en waarbij neerwaartse signalen door richtingskoppelaar met een ferrietkern 72 geleid worden.

Bij lage frequenties wordt wissel- of gelijkstroomspanning geblokt door condensators 82, 82’, 82” van microstrooksrichtingskoppelaar 71 en in plaats daarvan loopt er stroom door luchtkern 86, vermogenssmoorspoel 22 en richtingskoppelaar met een ferrietkern 72 om tapverdeler 34 te bereiken.

De wissel- of gelijkstroom kan verscheidene ampères zijn en het gebruikmaken van een luchtkerninductor voor elk van de inductieve elementen 86, 88 vermijdt brommodulatie van het RF-signaal.

Er zijn vele voordelen van de voorgestelde architectuur van deze hybride tap wanneer het vergeleken wordt met een buitentap met een richtingskoppelaar met een ferrietkern: - De microstrooksrichtingskoppelaar is niet onderworpen aan wissel- of gelijkstroomimpulsen, omdat het geen ferrietkern heeft, en heeft geen Passieve Intermodulatie wanneer het gebruikt wordt met de RF-niveaus die meestal in kabelnetwerken aangetroffen worden. - Het heeft een heel laag invoerverlies van invoer naar uitvoer wanneer het vergeleken wordt met een richtingskoppelaar met een ferrietkern. - Het kan makkelijk geproduceerd worden in hogere gekoppelde waarden en dus heeft een buitentap die geconstrueerd wordt volgens de voorgestelde architectuur een nog lager invoerverlies van invoer naar uitvoer op de ho geretap verl iesmodellen. - Er is geen behoefte om uit te lijnen omdat het gekoppelde verlies gedefinieerd wordt door de lengten, breedten en het gat tussen de lijnen. Deze waarden kunnen allemaal accuraat vast worden gezet bij productie, omdat er een kostenvermindering is. - In de voorgestelde architectuur is een wijdbandrespons, bijvoorbeeld 5 MHz tot 1200 MHz of 5 MHz tot 1700 MHz, veel gemakkelijker te bereiken wanneer het vergeleken wordt met een richtingskoppelaar met een ferrietkern. - In de voorgestelde buitentaparchitectuur kan het tapverlies op het terugvoerpad hetzelfde zijn voor alle modellen. Terugvoerpad-onbalans is niet langer een probleem. Dit resulteert in veel hogere opwaartse datasnelheden. - Het heeft een erg laag invoerverlies voor hoge frequenties die geassocieerd zijn met microstrooksrichtingskoppelaars, meestal boven 400 MHz van invoer naar uitvoer wanneer het vergeleken wordt met een richtingskoppelaar met een ferrietkern zoals getoond is in Figuur 1. - Omdat de lagefrequentiereactie gemaakt wordt door de richtingskoppelaar 72 met een ferrietkern, wordt het tapverlies op lage frequenties verlaagd. - De isolatietap die uitgevoerd moet worden op lage frequenties wordt verbeterd als de richting van de richtingskoppelaar met een ferrietkern wordt toegevoegd aan het tapverlies wat resulteert in hogere isolatie, Er zijn geen problemen met rimpel of microreflectie als de RF-beëindiging van de hoofdlijn niet ideaal is. - De vermogenssmoorspoel is gemonteerd in het lagefrequentiepad zodat de inherente hogefrequentieproblemen van vermogenssmoorspoelen (verlies, rimpel meestal voor frequenties boven 400 MHz) worden vermeden.

De opstelling die getoond is in Figuur 3 verschaft hoge tap naar uitvoerisolatie en laag tapverlies dat geassocieerd is met richtingskoppelaars met een ferrietkern voor lagere frequenties onder 400 MHz en verschaft voor hogere frequenties boven 400 MHz het lage invoerverlies en kabelcompensatietapverlies dat geassocieerd is met micro strooksrichtingskopp elaars.

Een bijkomende uitvoeringsvorm van een geconditioneerde tap is getoond in Figuur 4. Elektrische componenten van elektrische schakelsystemen 102, 104 zoals verlaagelementen of frequentie-afhankelijke verlaagelementen kunnen geplaatst worden in het hogefrequentiepad tussen micro stro oksrichtingskoppelaar 71 en vierrichtingsverdeler 34 en als alternatief of in combinatie geplaatst worden in het lagefrequentiepad tussen richtingskoppelaar met een ferrietkern 72 en verdeler 34, Elektrische componenten 102, 104 staan het bijstellen van de signaalkarakteristieken toe van de kabeltap om aan de eisen te voldoen van het netwerk waarin de kabeltap geïnstalleerd is. Meestal worden inplugverbinders 106 verschaft binnen de hoge- en lagefrequentiepaden zodat de elektrische componenten of elektrische schakelsystemen 102, 104 toegevoegd kunnen worden als dit nodig is, in plaats van permanent aangesloten te worden.

Claims

Conclusies

1. Kabeltapinrichting die een eerste richtingskoppelaar en een tweede richtingskoppelaar omvat die elektrisch parallel ingericht zijn tussen een invoer en een uitvoer, waarbij elke richtingskoppelaar ingericht is om te communiceren met een gewone verdeelinrichting die geassocieerd is met meerdere tappoorten, waarbij de eerste richtingskoppelaar een microstrooksrichtingskoppelaar is en de tweede richtingskoppelaar een richtingskoppelaar met een ferrietkern is.
2. Kabeltapinrichting volgens conclusie 1, waarbij capacitieve elementen geassocieerd zijn met de microstrooksrichtingskoppelaar om doorlating van lagefrequentiesignalen door de microstrooksrichtingskoppelaar te voorkomen.
3. Kabeltapinrichting volgens conclusie 2, waarbij een gescheiden capacitief element geassocieerd is met elk van een invoerpoort, een uitvoerpoort en een gekoppelde poort van de microstrooksrichtingskoppelaar.
4. Kabeltapinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij een koppelingspoort van de microstrooksrichtingskoppelaar verbonden is met een invoerpoort van de verdeelinrichting.
5. Kabeltapinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij inductieve en capacitieve elementen geassocieerd zijn met de richtingskoppelaar met een ferrietkern om doorlating van hogefrequentiesignalen door de richtingskoppelaar met een ferrietkern te voorkomen.
6. Kabeltapinrichting volgens conclusie 5, waarbij inductieve elementen die geassocieerd zijn met de richtingskoppelaar met een ferrietkern, luchtkerninductors zijn.
7. Kabeltapinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij signaalaanpassingselementen geplaatst zijn in een signaalpad tussen de microstrooksrichtingskoppelaar en de verdeelinrichting.
8. Kabeltapinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij signaalaanpassingselementen geplaatst zijn in een signaalpad tussen de richtingskoppelaar met een ferrietkern en de verdeel inrichting.
9. Kabeltapinrichting die in hoofdzaak is zoals hierin beschreven is onder verwijzing naar en zoals geïllustreerd in Figuren 3 en 4.