Sensoren Bild 5:
Sensoren Bild 5: Blockschaltung der LTC5800-Dust-Eterna-„Stäubchen“ drahtlose Technik die Häufigkeit des Batterieaustauschs reduziert. Prozessregelung in Raffinerien – Chevron nutzt drahtlose Netzwerke, um die Fabriken zur Ölgewinnung und Raffination zu überwachen. Diese Netzwerke sind oft in rauen Umgebungen eingesetzt (wegen gefährlich hohen Temperaturen, Chemika- lien, oder dem Risiko von Explosionen) in denen es unmöglich ist, Installationen mit verdrahteten Sensoren zu betreiben. Darüber hinaus ermöglicht die drahtlose Technik die Überwachung von rotierenden Strukturen und mobilen Bedienpersonen. Für einen Einsatz (Bild 6) sind drahtlose Netzwerke an unterschiedlichen Orten in einer großen Raffinerie installiert. Um die Daten für ein zentrales Kontrollzentrum zu sammeln, wurde ein IEEE 802.15.4-drahtloses Mesh von Cisco als Backhaul-Verbindung für jeden IEEE 802.15.4-Netzwerk-Manager verwendet. Dies erlaubte es den Low-Power-Sensoren an ihren Bild 6: Netzwerkarchitektur für die Prozesskontrolle einer Raffinerie lokalen Manager zu berichten, wo die Daten gesammelt werden und zuverlässig weiter gegeben wurden. Dieser Einsatz repräsentiert eine leistungsstarke Fusion der beiden Standards. Überwachung des Energieverbrauchs – Vigilent (5) nutzt intelligente Energiemanagementsysteme für Innenräume wie Datenzentren, in denen die Regelung der Klimatisierung wichtig ist. Wenn die Temperatur an einem beliebigen Ort im Datenzentrum ansteigt, kann das zu Ausfällen des Equipments führen, deshalb läuft die Klimaanlage häufig ununterbrochen mit voller Leistung, wodurch Energie verschwendet wird. Da die Betriebsleiter abgeneigt sind, ihre internen Netzwerke nutzen und evtl. zu gefährden, setzt Vigilent drahtlose Geräte ein, die den regulären Betrieb nicht stören. Die Betriebsstätten sind auch sicherheitsrelevant, so dass das drahtlose Protokoll eine Endto-End-Verschlüsselung von allen Datenpaketen haben und zusätzliche Sicherheit durch den Netzwerk-Manager bieten muss. Die Messpunkte in Datenzentren sind üblicherweise sehr dicht angeordnet und Vigilent hatte Erfolg mit dem Einsatz mehrerer überlappender Netzwerke, um die benötigte Anzahl an Sensoren realisieren zu können. Zusammenfassung Zeitsynchronisierte Mehrkanal- Mesh-Netzwerke, basierend auf 802.15.4-Funkstrecken, adressieren viele der Herausforderungen, die mit dem Aufbau von zuverlässigen flexiblen Sensornetzwerken mit geringster Leistungsaufnahme zusammenhängen. Referenzen (1) L. Doherty, W. Lindsay, J. Simon, K. Pister, “Channel-Specific Wireless Sensor Network Path Analysis,” Proc. ICCCN ’07, Honolulu, HI, 2007. (2) http://www.hartcomm.org/ hcf/documents/documents_ spec_list.html (3) https://datatracker.ietf.org/ doc/ (4) http://www.streetline.com/ (5) http://www.vigilent.com/ 34 hf-praxis 3/2014
Grundlagen RF- und Mikrowellen-Transformatoren, Teil 1 Dieser Anwendungsbericht soll die Grundlagen von RF- und Mikrowellentransformatoren erläutern und Richtlinien zur Auswahl eines Transformators für bestimmte Anwendungen geben. Der Bericht beschränkt sich auf Kern-und-Drahtsowie LTCC-Transformatoren. Unter Verwendung der Applikationsschrift AN 20-002 Mini-Circuits www.minicircuits.com Bild 1: Transformator auf binokularem Kern mit offenem Gehäuse Was ist ein Transformator? Ein Transformator ist ein passives Bauelement, das eine gegebene Impedanz, Spannung, oder einen Strom in einen anderen Sollwert umwandelt. Zusätzlich kann der Transformator auch Gleichstromisolierung, Gleichtaktunterdrückung und Umwandlung von symmetrischen Impedanzen in unsymmetrische bewirken oder umgekehrt. Transformatoren gibt es in einer Vielfalt von Ausführungen; unser Schwerpunkt liegt hier auf Transformatoren für RF- und Mikrowellenanwendungen. Im Grunde genommen besteht ein RF-Transformator aus zwei oder mehr Windungen die durch ein magnetisches Feld miteinander verbunden sind. Wenn nur eine Wicklung vorhanden ist, an der eine Wechselspannung liegt, wird ein sich ändernder magnetischer Fluss erzeugt. Die Amplitude des magnetischen Flusses hängt vom fließenden Strom und der Anzahl der Windungen ab. Der gemeinsame Fluss, der mit der Sekundärwicklung verbunden ist, induziert in ihr eine Spannung, deren Amplitude abhängig ist von der Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung. Je nach Windungszahl kann eine gewünschte Erhöhung oder Absenkung von Spannungen, Strömen oder Impedanzen realisiert werden. Wozu sind Transformatoren erforderlich? Transformatoren werden in folgenden Anwendungen benötigt: • Impedanzanpassung; sie soll den maximalen Leistungstransfer zwischen zwei Bauelementen ermöglichen. • Aufwärts- oder Abwärtstransformation von Spannung oder Strom • Gleichstromisolierung zwischen Schaltungsstufen bei gleichzeitiger wirkungsvoller Wechselstromübertragung. • Interface zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Schaltungen; beispielsweise bei Gegentaktverstärkern, oder ICs mit symmetrischen Eingängen, so wie es bei A/D- Wandlern der Fall ist. • Gleichtaktunterdrückung in symmetrischen Architekturen Wie sind Transformatoren aufgebaut? Ein RF-Transformator enthält normalerweise zwei oder mehr zusammengedrehte, isolierte Kupferlackdrähte, die um einen Kern oder durch Löcher im Kern, sei er magnetisch oder unmagnetisch gewickelt werden. Je nach Entwurfs- und Leistungserfordernissen kann der Kern binokular sein, wie in Bild 1, eine Ringkernspule wie in Bild 2 usw. Die Bild 2: Ringkern Bild 3: Transformator- Ersatzschaltbild Bild 4: Transformator, der die Punktkonvention in Bezug auf Spannung und Stromrichtung anzeigt Enddrähte der Wicklungen werden an entsprechende isolierte Anschlusspunkte geschweißt oder gelötet. Die Kern- und Drahtanordnung wird in einem Plastik-, Keramik- oder Metallgehäuse untergebracht. Der ideale Transformator Bei niedrigen Frequenzen erzeugt ein Wechselstrom, der an einer Primärwindung liegt, einen zeitvariablen magnetischen Fluss. Er induziert eine Spannung in einer anderen Wicklung (sekundär). Bei hohen Frequenzen bilden die Kapazitäten zwischen den Windungen und die Induktivität des Drahts eine Übertragungsleitung, die dafür sorgt, dass sich eine elektromagnetische Welle von der Primär- zur Sekundärwicklung ausbreitet. Die Kombination aus magnetischer Kopplung und hf-praxis 3/2014 35
