ES2232053T3 - Descargador de sobretension coaxial de banda ancha. - Google Patents

Abstract

Conductor de tensión de sobrecarga coaxial de banda ancha que tiene forma de una pieza en forma de té de acoplamiento que tiene una geometría especificada para la resistencia en cortocircuito. El conductor de tensión de sobrecarga de cable coaxial de banda ancha tiene forma de una pieza en forma de té que tiene una sección de conductor coaxial (3) con una longitud menor que un cuarto de la longitud de onda. La unidad tiene una línea en cortocircuito (2) de dimensiones tales que la resistencia es entre dos y tres veces la de la línea coaxial.

Description

Descargador de sobretensión coaxial de banda ancha.

La invención se refiere a un descargador de sobretensión coaxial de banda ancha, con una línea de cortocircuito conectada en paralelo a una sección de línea coaxial y una línea sin carga conectada en serie.

Ya se conocen descargadores de sobretensión coaxiales que consisten en una sección de línea coaxial con línea de cortocircuito conectada en paralelo, por regla general una línea de cortocircuito \lambda/4. Son de banda muy estrecha. Incluso admitiendo una VSWR (relación de ondas estacionarias de tensión) de 1,1, sólo se puede realizar una anchura de banda relativa de un 20%. Se puede lograr una mayor anchura de banda si la impedancia característica Z_{K} de la línea de cortocircuito es mayor que la impedancia característica Z_{O} de la sección de línea coaxial, pero Z_{K} no puede tener una magnitud cualquiera, dado que la tensión perturbadora residual es proporcional a Z_{K}. Sin embargo, si a la conexión en paralelo de la sección de línea coaxial y la línea de cortocircuito se les postconecta en serie una línea sin carga, con una VSWR de 1,1 (correspondiente a un coeficiente de reflexión de aproximadamente 0,05) en los bordes del área de transmisión se puede lograr una anchura de banda de aproximadamente una octava.

Sin embargo, los descargadores de sobretensión de este tipo sólo son adecuados de forma limitada si a través de la línea se han de transmitir dos bandas de frecuencias estrechas cuyas frecuencias centrales estén muy separadas, por ejemplo una octava. Esto es aplicable entre otros casos a la telefonía celular móvil, en la que las señales de la red D (890 a 960 MHz) y la red E (1.710 a 1.880 MHz) son transmitidas a la antena de la estación de base a través de un cable de antena común.

La invención tiene por objetivo crear un descargador de sobretensión coaxial de banda ancha que tenga un coeficiente de reflexión especialmente bajo en los bordes de un área de frecuencias predeterminada.

Este objetivo se resuelve según la invención disponiendo entre el punto de conexión de la línea de cortocircuito y el punto de conexión de la línea sin carga un tramo de línea coaxial transformadora con una longitud < \lambda/4.

La longitud de onda correspondiente a la frecuencia central del área de frecuencias predeterminada es \lambda. Se ha comprobado, y también se puede demostrar por cálculo, que en el descargador de sobretensión propuesto la evolución del coeficiente de reflexión dependiente de la frecuencia presenta dos mínimos muy bajos con una anchura de banda suficiente a ambos lados de un máximo que se encuentra aproximadamente en el centro de la banda no utilizado. Los mínimos pueden estar separados más de una octava. Su posición y su magnitud dependen del dimensionamiento de los elementos de línea transformadores correspondientes, es decir, la línea de cortocircuito, el tramo de línea transformadora y la línea sin carga.

En particular, la longitud del tramo de línea transformadora en serie se puede seleccionar de tal modo que la curva que reproduce la evolución del coeficiente de reflexión dependiente de la frecuencia presente un mínimo en cada caso en dos frecuencias de servicio diferentes del descargador de sobretensión (reivindicación 2).

Convenientemente, la impedancia característica de la línea de cortocircuito es mayor que la impedancia característica de la sección de línea coaxial, y la impedancia característica de la línea sin carga es menor que ésta (reivindica-
ción 3).

En particular, la impedancia característica de la línea de cortocircuito puede ser de dos a tres veces mayor que la impedancia característica de la línea coaxial, y la impedancia característica de la línea sin carga puede ser entre aproximadamente la mitad y un cuarto de la impedancia característica de la sección de línea coaxial (reivindica-
ción 4).

El descargador de sobretensión según la presente propuesta presenta además la ventaja de tener una construcción más pequeña que un descargador de sobretensión según el estado actual de la técnica, dado que tanto la longitud de la línea de cortocircuito como la longitud de la línea sin carga pueden ser aproximadamente entre un 20 y un 30% menores que \lambda/4 (reivindicaciones 5 y 6).

Para la mayoría de las aplicaciones, la longitud del tramo de línea coaxial transformadora en serie puede corresponder a aproximadamente entre un 20 y un 50% de \lambda/4 (reivindicación 7).

En una forma de realización preferente, la línea sin carga consiste en una sección de diámetro reducido del conductor interior del tramo de línea coaxial transformadora, un casquillo de un material dieléctrico que rodea dicha sección, cuya longitud corresponde a la longitud de la línea sin carga, y, rodeando coaxialmente el casquillo, una sección tubular del conductor interior que continúa la línea coaxial en acción conjunta con el conductor exterior continuo del descargador de sobretensión (reivindicación 8).

Los dibujos representan esquemáticamente y de modo simplificado un ejemplo de una forma de realización de un descargador de sobretensión según la invención y su comportamiento de reflexión se ilustra mediante un diagrama. Los dibujos muestran:

- Figura 1: El descargador de sobretensión en sección longitudinal.

- Figura 2: La evolución del coeficiente de reflexión dependiente de la frecuencia para un ejemplo de realización práctico del descargador de sobretensión.

- Figura 3: Una representación muy simplificada del descargador de sobretensión, únicamente para aclarar el significado de las magnitudes de cálculo en las que se basa el diagrama de reflexión de la figura 2.

El descargador de sobretensión representado en la figura 1 está configurado como un grupo constructivo coaxial que está provisto en sus dos extremos de conexiones de enchufe, en principio de un tipo cualquiera y que no tiene mayor interés aquí. El descargador de sobretensión es recíproco e incluye una sección de línea coaxial 1, una línea de cortocircuito 2 conectada en paralelo con ésta, un tramo corto de línea coaxial transformadora 3 y una línea sin carga 4 conectada en serie con ésta. El conductor exterior 25 de la línea de cortocircuito 2 se puede considerar como parte de conductor exterior 5 común de las demás secciones de línea. Como es habitual, el conductor interior 11 de la sección de línea coaxial 1 está conectado con el conductor interior 21 de la línea de cortocircuito 2, en este caso de acuerdo con el principio clavija/enchufe hembra. Por el otro extremo, el conductor interior 21 está conectado de forma eléctricamente conductora con el conductor exterior 25. La longitud de la línea de cortocircuito es menor de \lambda/4, siendo \lambda la longitud de onda correspondiente a la frecuencia central de banda empleada para el cálculo pero no utilizada. El diámetro del conductor interior 21 y el diámetro interior del conductor exterior 25 de la línea de cortocircuito se eligen de acuerdo con la relación conocida, de tal modo que la impedancia característica de la línea de cortocircuito corresponda a aproximadamente entre el doble y el triple de la impedancia característica de la línea coaxial.

En el punto de unión del conductor interior 11 de la sección de línea coaxial 1 y el conductor interior 21 de la línea de cortocircuito 20 está conectado el conductor interior 31 del tramo de línea transformadora 3. Por regla general, la longitud de este tramo de línea es menor de \lambda/8. El salto de diámetro representado únicamente de forma esquemática sirve para compensar la abertura del conductor exterior 5 a través de la cual sale el conductor interior 21 de la línea de cortocircuito 2 sujeto por un disco de material aislante 22.

A continuación del tramo de línea transformadora 3 está conectada en serie la línea sin carga 4. Ésta puede tener aproximadamente la misma longitud que la línea de cortocircuito 2 e incluye un conductor interior 41 que continúa el conductor interior 31 y cuyo diámetro es considerablemente más pequeño que el del conductor interior 31. Además, la línea sin carga también incluye un casquillo 42 de un material dieléctrico que rodea dicho conductor interior 41. El casquillo 42 tiene una brida circunferencial 42a que separa eléctricamente la sección tubular 45 del conductor interior que continúa la línea coaxial, que rodea el casquillo, y el conductor interior 41 del tramo de línea transformadora 3. Por ello, la sección tubular 45 constituye el conductor exterior de la línea sin carga 4. Ésta, a causa de las proporciones dadas de los diámetros y las constantes dielectricas del casquillo 42, tiene una impedancia característica que corresponde a aproximadamente entre la mitad y un cuarto de la impedancia característica de la sección de línea
coaxial 1.

Con las siguientes magnitudes:

Z_{O}	=	Impedancia de la descarga de sobretensión
Z_{k}	=	Impedancia de entrada (reactancia) de la línea de cortocircuito
Z_{3}	=	Impedancia característica de la línea transformadora con la longitud l_{3}
Z_{L}	=	Impedancia de entrada (reactancia) de la línea sin carga
l_{k}	=	Longitud de la línea de cortocircuito
l_{3}	=	Longitud de la línea transformadora
l_{L}	=	Longitud de la línea sin carga
f	=	Frecuencia

son aplicables correspondientemente a las ecuaciones de transformación conocidas las siguientes relaciones para calcular el coeficiente de reflexión dependiente de la frecuencia r(f):

\vskip1.000000\baselineskip

1

10

Con los siguientes valores de las magnitudes incorporadas en la representación esquemática del descargador de sobretensión de la figura 3:

f: = 800, 810. 2000 MHz

\hskip0.5cm

Z_{0}: = 50 Ohm

\hskip0.5cm

c: = 3\cdot10^{8}

\hskip0.5cm

m/s

\hskip0.5cm

\varepsilon_{r}: = 1

Z_{K}: = 120	Ohm	1_{K}: = 40	mm
Z_{L}: = 20.743	Ohm	1_{L}: = 40	mm
Z_{3}: = 50	Ohm	1_{3}: = 12	mm

resulta la evolución representada en la figura 2 del coeficiente de reflexión r para un ejemplo de realización de un descargador de sobretensión dimensionado para ser utilizado en un cable de antena común de una estación de base de red D y una estación de base de red E.

Claims (8)

1. Descargador de sobretensión coaxial de banda ancha, con una línea de cortocircuito (2) conectada en paralelo a una sección de línea coaxial (1) y una línea sin carga (4) conectada en serie, caracterizado porque entre el punto de conexión de la línea de cortocircuito (2) y el comienzo de la línea sin carga (4) está dispuesto un tramo de línea coaxial transformadora (3) con una longitud < \lambda/4.

2. Descargador de sobretensión según la reivindicación 1, caracterizado porque la longitud del tramo de línea transformadora (3) se selecciona de tal modo que la curva que reproduce la evolución del coeficiente de reflexión dependiente de la frecuencia presenta un mínimo en cada caso en dos frecuencias de servicio diferentes del descargador de sobretensión.

3. Descargador de sobretensión según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la impedancia característica de la línea de cortocircuito (2) es mayor que la impedancia característica de la sección de línea coaxial (1), y la impedancia característica de la línea sin carga (4) es menor que ésta.

4. Descargador de sobretensión según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la impedancia característica de la línea de cortocircuito (2) puede ser de dos a tres veces mayor que la impedancia característica de la sección de línea coaxial (1), y la impedancia característica de la línea sin carga (4) puede ser entre aproximadamente la mitad y un cuarto de la impedancia característica de la sección de línea coaxial (1).

5. Descargador de sobretensión según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la longitud de la línea de cortocircuito (2) es aproximadamente entre un 20 y un 30% menor que \lambda/4.

6. Descargador de sobretensión según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la longitud de la línea sin carga (4) es aproximadamente entre un 20 y un 30% menor que \lambda/4.

7. Descargador de sobretensión según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la longitud del tramo de línea coaxial transformadora (3) puede corresponder a aproximadamente entre un 20 y un 50% de \lambda/4.

8. Descargador de sobretensión según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la línea sin carga (4) consiste en una sección (41) de diámetro reducido del conductor interior (31) del tramo de línea coaxial transformadora (3), un casquillo (42) de un material dieléctrico que rodea dicha sección, cuya longitud corresponde a la longitud de la línea sin carga (4), y, rodeando coaxialmente el casquillo (42), una sección tubular (45) del conductor interior que continúa la línea coaxial en acción conjunta con el conductor exterior continuo (5) del descargador de sobretensión.