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Hochfrequenz-Nachrichtenilbermittlungssystem.
Gegenstand der Erfindung ist ein System zur elektrischen Nachrichtenübermittlung und insbesondere ein System für Trägerstrombetrieb.
Da. s System nach der Erfindung gestattet, Zeichen über einen weit grösseren Frequenzbereich als bisher zu übertragen. Es nutzt insbesondere die Eigenschaft einer Übertragungsleitung voll aus, bei der ein hohler zylindrischer Leiter als Rückleiter für einen konzentrischen und durch ein geeignetes Dielektrikum getrennt angeordneten Innenleiter dient. Eine solche Übertragungsleitung leitet mit geringer Dämpfung Wellen mit Frequenzen in der Grössenordnung von Megahertz.
Die Erfindung bezweckt eine höhere Anpassungsfähigkeit und Wirksamkeit eines Trägers, trom- systems zur Vergrösserung des Zeichenfrequenzbereiches und zur Verminderung von Anzahl und Kosten der Apparate.
Die Erfindung benutzt vorzugsweise Trägerwellen, auf die Zeichen durch aufeinanderfolgende Modulationsvorgänge aufgedrückt werden. Zuerst werden Zeichen auf eine Anzahl von Trägerwellen aufgedrückt und auf bekannte Art auf eine Übertragungsleitung gebracht. An einer andern Stelle der Anlage werden diese modulierten Wellen als Gruppe auf eine zweite Trägerwelle höherer Frequenz aufgebracht. Andere in demselben Punkt über andere Übertragungsleitungen ankommende Gruppen modulierter Wellen können in ähnlicher Weise auf die gleiche oder auf besondere Trägerwellen aufgebracht werden. Das so entstehende breite Frequenzband von Trägerwellenzeichen wird dann auf eine zweite Übertragungsleitung gebracht, vorzugsweise auf eine konzentrische Leitung.
Es können auch wie früher Gegensprechverbindungen mittels verschiedener Frequenzbereiche für beide Richtungen oder mittels getrennter Leiterpaare hergestellt werden.
Die Dämpfung je Längeneinheit einer Übertragungsleitung mit konzentrischen Leitern ändert sich annähernd proportional mit der Quadratwurzel aus der Frequenz und umgekehrt proportional dem Innendurchmesser des Aussenleiters. Diese Grössen und die Verstärkerabstände in der Übertragungsleitung und die zulässige Dämpfung zwischen den Verstärkern stehen in enger Abhängigkeit, können jedoch entsprechend angepasst werden. Dies bietet den Vorteil, dass die Leiterabmessungen verringert werden können, wenn die Entfernung zwischen den Verstärkern kleiner als ein bestimmter Normalwert ist, und vergrössert, wenn sie grösser ist und wenn sie sich je nach der zu übertragenden Maximal- frequenz ändert.
In einem Netz, das sich über ein grösseres Gebiet erstreckt, ergeben sich sehr verschiedene Konstruktionen und verschiedene Verkehrserfordernisse. Die Erfindung sieht die Verwendung verschieden bemessener konzentrischer Leiter vor, um allen Anforderungen zu genügen. Für viele Sprechwege über offenes Gelände kann ein starker konzentrischer Leiter von 5 bis 7'5 cm Aussendurchmesser die beste Lösung sein. Machen städtische Strassen oder anderes schwieriges Gelände einen starken, starren Leiter ungeeignet, dann kann es wirtschaftlicher sein, ein oder mehrere konzentrische Leiterpaare von kleinerem Durchmesser, z. B. in einem Bleimantel zur Bildung eines biegsamen Kabels eingeschlossen, zu verwenden.
Die schwachen Leiter werden das gesamte Frequenzspektrum des grossen Leiters übertragen, nur mit viel grösserer Dämpfung und der Notwendigkeit kürzerer Verstärkerabstände. Bisweilen können mehrere schwache konzentrische Leiter in einem Kabel vorzuziehen sein, von denen jeder nur einen
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Teil des Frequenzspektrums überträgt. Dies erfordert eine Zerlegung des Frequenzbereiches am Ende des starken Leiters, so dass die schwachen Leiter im wesentlichen ein Kabelträgerstromsystem bilden.
Beispielsweise sei in einer Grossstadt, wie etwa New York, ein 1000-Sprechwege-System anzubringen.
Ein konzentrisches Paar von 8 cm Durchmesser des Aussenleiters würde in den Landbezirken die etwa nötige Bandfrequenz von 4-5 x 106 Hertz übertragen. Im Grossstadtbezirk würde ein so starker starrer Leiter zwischen den unterirdisch verlegten Leitungen, Röhren und andern Konstruktionen unter der Strassenfläche beträchtliche Schwierigkeiten verursachen. Ein biegsames konzentrisches Paar von 1-25 cm Durchmesser in einem Bleimantel wäre weit vorzuziehen. Dieses würde das ganze Frequenzband übertragen und die höchste Frequenz ungefähr um 4 db je Kilometer dämpfen.
Ein solcher Leiter könnte bis zur ersten Verstärkerstation ausserhalb der Stadt in einer Entfernung von ungefähr 13 km verwendet werden, also weit genug, um die Verlegung einer grossen Rohrleitung unter einem Fluss (Hudson) und unter den dicht besiedelten Gebieten zu'vermeiden. Es erscheint wirtschaftlicher, die 8-em-Röhrenleitung in einer Vorstadtstation abzuschliessen und dort die Auflösung des 4'5 x 106 Hertz breiten Bandes in 33 Bänder von je 140 Kilohertz vorzusehen und von dort ein Kabel mit 33 konzentrischen Paaren von je 1'25 cm Durchmesser in die Stadt zu verlegen.
Oft, z. B. wenn eine abseits von der grossen Übertragungsleitung liegende Stadt mit dem System verbunden werden soll, wird die Anzahl der für die Zweigleitung erforderlichen Wege die Verlegung eines grossen Leiters und der notwendigen Modulations-und Demodulationseinrichtungen wirtschaftlich nicht zu rechtfertigen imstande sein. Dann kann durch ein Mehrleiterkabel, wie oben beschrieben, abgeholfen werden. Auch können hier. vorteilhaft ein oder mehrere konzentrische Paare in einem Kabel neben einer Anzahl von Sprechfrequenzpaaren Verwendung finden.
Ein konzentrisches Übertragungssystem eignet sich im allgemeinen besonders darum, weil vorhandene Verstärkerstationen nicht gleich weit voneinander entfernt sind. Bei den bisherigen Systemen ergab dies zwischen den Verstärkern eine grössere oder geringere Dämpfung als die für das System geeignetste Normaldämpfung.-Die konzentrische Leitung kann jedoch so angepasst werden, dass man in jeder Verstärkerstation die gewünschte Dämpfung erhält.
Ein Merkmal der konzentrischen Übertragungsleitung macht sie für die vorliegende Erfindung besonders geeignet. Die charakteristische Impedanz der Abschnitte einer konzentrischen Leitung wird von dem Verhältnis der Durchmesser der beiden Leiter bestimmt. Daher können zwei Leitungen verschiedenen Durchmessers unmittelbar verbunden werden, ohne Unregelmässigkeiten und damit uner- wünschte Reflexionen in der Impedanz zu verursachen, vorausgesetzt, dass das Verhältnis der Durchmesser bei beiden Lotungen gleich ist.
Erfindungsgemäss werden die Leiter einer konzentrischen Übertragungsleitung dem unreelmässigen Abstand der vorgesehenen Verstärker angepasst.
Ferner wird ein günstigste Verhältnis der Leiter eines Verstärkerabschnittes eingehalten, wobei bestimmte Längen der Leiter von bestimmtem Durchmesser sind.
Die Unempfindlichkeit einer konzentrischen Leitung gegen äussere Störungen kann bei der Erfindung ausgenutzt werden. Man kann die Stärke der übermittelten Signale auf einen ungewöhnlich niederen Wert sinken lassen, so zwar, dass die von den Vakuumröhrcn und andern Verstärkerorganen sowie von der Wärmebewegung in den Leitern herrührenden Störungen infolge von Molekularwirkungen
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tischen, von den Signalen auf der Leitung erregten Felder auf denringförmigen Zwischenraum zwischen den Leitern begrenzt, insbesondere bei höheren Frequenzen. Diese beiden Merkmale setzen das Übersprechen zwischen benachbarten konzentrischen Paaren herab.
Andere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer besonderen Ausführungsform. In den Zeichnungen bedeuten :
Fig. 1 die schematische Darstellung der Endausrüstung, wie sie bei einer Ausführung nach der Erfindung verwendet wird ; Fig. 2 eine schematische Darstellung des Fernsprechsystems nach der Erfindung ; Fig. 3 zeigt die relative Empfindlichkeit verschiedener Arten von Übertragungsleitungen bezüg- lich Übersprechen ; Fig. 4 ist eine Einzelheit des Systems der Fig. 2.
Fig. 1 zeigt die Verwendung aufeinanderfolgender Modulation und Demodulation für den Zweck einer Zweiwegübertragung von Signalen zwischen einer gemeinsamen konzentrischen Leitung 20 und einer Mehrzahl gewöhnlicher Fernsprechleitungen 1. Der mit 40 bezeichnete Apparatsatz enthält Modulatoren 4 für mehrere Sprechwege zur Übertragung der Fernsprechsignale von den Leitungen 1 auf einzelne Stellen im Wellenbereich der auf die Leiter 42 aufgedrückten Zwischenfrequenzwellen. Er enthält auch mehrere Sprechwegmodulatoren 5, um die modulierten Zwischenfrequenzwellen, die über die Leiter 43 einlangen, auf ihre ursprüngliche Frequenz zur Übertragung auf die Fernspreehleitungen 1 zu reduzieren.
Ein mit 50 bezeichneter Apparatsatz dient zur Übersetzung der zahlreichen Frequenzbänder einfach modulierter Wellen von den verschiedenen Sätzen 40 in ein entsprechendes noch höheres und breiteres Wellenband, das auf die Leitung 20 übertragen wird.
Hiebei ist für jede der Gruppen 40 ein Modulator 44 vorgesehen. Ebenso sind mehrere Gruppendemodulatqren 45 verwendet, deren jeder die vorläufige Demodulation eines Teiles des über die Leitung 20
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einlangenden Wellenbandes bewirkt. Die ausgehende Leitung jedes dieser Demodulatoren ist an den zugeordneten Apparatsatz 40 angeschlossen, für weitere Demodulation und für fallweise Weitergabe auf die Fernsprechleitungen 1.
Die Modulations-und Demodulationsstromkreise 40 können von der in gewöhnlichen Trägerstromanlagen üblichen Art sein. In jeder Gruppe sind drei Fernsprechwege dargestellt ; im praktischen Falle würden es erheblich mehr sein. Jede Fernsprechleitung 1 ist mit einer Gabelspule 2 versehen, die die ausgehenden und einlangenden Fernsprechsignale trennt. Die Nachbildung 3 gleicht die Leitungen aus. Signale, die vom Teilnehmerkreis in die Gabelspule 2 gelangen, werden über ihre Ausgangswickl un g 138 an einen Modulator 4, vorzugsweise von der Bauart, die die Trägerwelle unterdrückt, weitergegeben.
In jedem Sprechweg wird ein Seitenband durch das betreffende nachfolgende Bandfilter 8 bzw. 18 bzw. 28 unterdrückt.
Die von mehreren Filtern abgehenden Signale gelangen auf die Sammelleitung 38 und treten durch den Verstärker 46 und über den Leiter 42 in den zweiten Stufen-oder Gruppenmodulator des Apparatsatzes 50. Die Frequenzen der Trägerwellen, die von den verschiedenen Hochfrequenzgeneratoren 6 bzw. 16 bzw. 26 erzeugt und auf die Modulatoren 4 gegeben werden, weichen voneinander um weniges mehr als die zu übertragende Signalbandbreite ab.
Der notwendige Abstand hängt von der Art des verwendeten Filters ab. Die höchste Bandfrequenz, die von dem Modulator 4 erzeugt wird, kann in der Grössenordnung von 500 Kilohertz sein ; die der niedrigsten von 50 Kilohertz. Diese Zahlen sind jedoch rein willkürlich von den jeweiligen Verhältnissen abhängig und daher beispielsweise zu verstehen.
Die Empfangsapparate jedes Satzes 40 enthalten mehrere Bandfilter 9 bzw. 19 bzw. 29, die an die Verteilleitung 39 angeschlossen sind, um die Trägerwellenkanäle der Signalbänder, die auf die Sammelleitung vom Verstärker 47 und den Leitern 43 aufgedrückt wurden, zu sondern. Auf jedes dieser Bandfilter folgt ein Demodulator 5, an den der besondere Hochfrequenzgenerator 7 bzw. 17 bzw. 21 angeschlossen ist. Die Frequenz der von jedem zugeordneten Hochfrequenzgenerator an jeden Demodulator gelieferten Trägerwelle ergibt auf diesem die endgültige Demodulaton der verwendeten Wellen. Das resultierende Sprechfrequenzsignal trifft auf die Eingangswicklung der Ûbertragerspule 2 und wird von dort an die Teilnehmerleitung 1 weitergegeben.
Die Gruppenmodulator-und-demodulatorkreise 50 sind ähnlich den Sprechwegkreisen 40, mit dem Unterschied, dass hier mehrere Gruppen von Trägerwellensprechwegen durch einen zweiten Modulationsvorgang auf Stellen eines noch breiteren Bandes modulierter Wellen übertragen werden und umgekehrt ein breites Band empfangener modulierter Wellen in mehrere Gruppen zerlegt wird, deren jede dann durch Demodulation auf den Frequenzbereich eines einfach modulierten Trägerstromsystems reduziert wird. Wie Fig. 1 zeigt, kann Zweiwegübertragung über ein einzelnes Leiterpaar stattfinden, wobei verschiedene Frequenzbereiche für die Sonderung der in verschiedenen Richtungen verlaufenden Signale verwendet werden.
Wenn eine Frequenz in der Grössenordnung von 5000 Kilohertz als höchste gewählt wird, kann das Sendefilter 15 ein Band von 3000 bis 5000 Kilohertz und das Empfangsfilter 25 ein Band von 500 bis 2500 Kilohertz durchlassen. Bei zwei oder mehreren Übertragungsleitungen zwischen den Verkehrspunkten wird man für jede Übertragungsrichtung gesonderte Leitungen vorziehen.
Die Zeichen von den Sprechapparaten jeder Gruppe 40 werden auf entsprechende Modulatoren 44 gegeben. Von Hochfrequenzgeneratoren 11 bzw. 21 bzw. 31 werden Trägerwellen mit Frequenzen zwischen 3000 und 5000 Kilohertz geliefert, die voneinander durch Abstände in der Grössenordnung der Gruppenbandbreiten verschieden sind. Die doppelt modulierten Wellen gelangen dann durch die Bandfilter 13 bzw. 23 bzw. 33 zur Sammelleitung 10. Von hier werden sie als Wellenband durch den gemeinsamen Verstärker 48, der entsprechend ausgeführt sein muss, und durch das Sendefilter 15 an die Übertragungsleitung 20 weitergegeben.
Auf der Übertragungsleitung 20 einlangende Zeichen werden von den ausgehenden durch ein Empfangsfilter 25 gesondert. Sie treten dann durch einen Verstärker 49 auf die Verteilleitung 30. Die Filter 14 bzw. 24 bzw. 34 zerlegen das empfangene Signalband in eine Anzahl von Gruppen von Sprechwegen. Jede Wellengruppe wird dann einem eigenen Demodulator 45 zugeführt, der an die entsprechenden Trägerstromquellen 12 bzw. 22 bzw. 32 angeschlossen ist. Die Frequenz der Trägerwellen ist so gewählt, dass die Gruppen von Sprechwegen, über die gearbeitet wird, auf den Bereich, für den die Sprechwegkreise 40 eingerichtet sind, herabgesetzt werden, bei der beschriebenen besonderen Ausführung also auf 500-2500 Kilohertz.
Endstellen an andern Punkten des Systems, an die der Leiter 20 angeschlossen ist, können in Übereinstimmung mit der hier erläuterten Endausrüstung entworfen werden. Während die Sprechweganlage 40 und die Gruppenanlage 50 örtlich nahe aneinander aufgestellt sein können, wie z. B. bei einer Endausrüstung, liegt es jedoch auch im Bereich der Erfindung, sie an örtlich weit voneinander entfernten Punkten anzuordnen, wobei zu ihrer Verbindung eine Trägerstromübertragungsleitung geeigneter Ausführung dient. Ausserdem können der Endausrüstung ähnliche Apparate an den Leiter 20 an Zwischenpunkten zur Verbindung mit andern Stellen des Systems angeschlossen werden.
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Die Übertragungsleitung 20 der Fig. 1 besteht aus einer äusseren zylindrischen Hülle 35, vorzugsweise aus Kupfer, und einer inneren 36, ebenfalls vorzugsweise aus Kupfer, die in ihrer konzentrischen Lage mittels isolierender Zwischenstücke 37 gehalten werden. Letztere bestehen aus geeigneter Isoliermasse mit geringem Verlustwinkel und niedriger Dielektrizitätskonstante, so dass zwischen den Leitern minimale Ableitung besteht. Bisweilen, wie z. B. wenn eine Anzahl von Gruppen von Modulatoren der ersten Stufe mit einem entfernten Modulator zweiter Stufe verbunden werden soll, kann es vorteilhaft sein, ein Mehrleiterkabel nach Art des in Fig. 4 mit 79 bezeichneten zu verwenden. Dieses Kabel enthält eine Anzahl konzentrischer Leiter, innerhalb eines Bleimantels 78 in einer Gruppe, die einzeln so wie der Leiter 20 in Fig. 1 ausgebildet sind.
Der Innenleiter derselben kann entweder röhrenförmig oder massiv sein. Die Isolierstücke 77 aus Porzellan, Hartgummi, Glas oder anderm geeigneten Material sind in Abständen entlang dem Innenleiter vorgesehen.
Die eben beschriebene konzentrische Leitertype weist für die erfindungsgemässe Anlage vorteil- hafte Merkmale auf. Die-Beziehung zwischen Dämpfung und Frequenz einer konzentrischen Leitung ist für höhere Frequenzen näherungsweise gegeben durch
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wobei R, G, 0 und L Widerstand, Ableitung, Kapazität und Induktivität je Längeneinheit bedeuten. Die Grössen R, 0 und L können durch folgende Näherungsformeln ausgedrückt werden, wobei G als annähernd gleich 0 angenommen ist :
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wobei b der Aussendurchmesser des Innenleiters, c der Innendurchmesser des Aussenleiters und f die Frequenz ist, die für die Berechnung als die höchste zu übertragende Frequenz des Bandes angenommen wird ; ko, k1 und k2 sind Zahlenkonstanten.
Die Dämpfung kann daher in Abhängigkeit von Durchmessern und Frequenz wie folgt ausgedrückt werden :
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oder, da das Verhältnis von c zu b vorzugsweise konstant gehalten wird :
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Mit andern Worten, die Dämpfung je Längeneinheit der Leitung ist proportional der Quadratwurzel der Frequenz und verkehrt proportional dem Innendurchmesser des Aussenleiters. Innerhalb des verwendeten Frequenzbereiches kann, wenn nötig, die Leiterstärke herabgesetzt werden, ohne dass hiedurch etwas anderes als eine proportionale Änderung der Dämpfung erfolgt.
Eine andere Eigenschaft konzentrischer Leiter kann gleichfalls mit Vorteil ausgenutzt werden.
Die charakteristische Impedanz einer solchen Leitung wird näherungsweise durch
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gegeben. L und C bzw. ihre Werte nach 3) und 4) sind nur vom Verhältnis der Durchmesser des Innen-
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Fig. 2 zeigt schematisch ein erweitertes System, das entfernte Besiedlungszentren und zwischen- liegende Verteilpunkte verbindet. Konzentrische Leiterpaare von verschiedenen Durchmessern sind dabei in Serie angewendet und gestatten eine entsprechende Dämpfung zwischen den Verstärkern zu erreichen und gleichzeitig die physikalische Beschaffenheit der Leiter der örtlich verschiedenen Boden- beschaffenheit anzupassen.
Bei 51 ist ein Stadtbezirk an einer Endstelle des Systems angedeutet. Der Teilnehmerapparat 1 ist einer von den Tausenden, die an die Fernsprechämter des Bezirkes angeschlossen sind. Ein Vorstadt- bezirk ist bei 52 angedeutet. Hier sind als Beispiel eine Anzahl gewöhnlicher Trägerstromfernsprechwege vom Stadtbezirk her und einer vom angrenzenden Bezirk dargestellt, die an einen Modulator zweiter
Stufe zur Übertragung auf eine einzelne konzentrische Leitung angeschlossen sind. Eine Nebenleitung tritt an der entfernten Stelle 54 ein, um die Bezirke 53 und 55 an das System anzuschliessen. Der erste dieser Bezirke 53 benötigt keine genügende Anzahl von Spreehwegen, um eine eigene Gruppenmodulations- einrichtung zu rechtfertigen.
Er ist daher an den stärker bevölkerten Bezirk 55 angeschlossen, wo die nötigen Modulationseinriehtungen bereits vorhanden sind. An einer weiteren Stelle der Leitung ist eine Anzahl von Hochfrequenzsprechwegen über den Leiter 93 für die Übertragung zu andern Orten abgezweigt. In dem Endbezirk 56 steht eine Demodulationseinrichtung erster Stufe 58, und es werden hier mehrere Sprechwege hintereinander voll demoduliert. Andere Sprechwege werden noch als Träger- stromsystem weiter übertragen und bei 57 endgültig demoduliert und gegebenenfalls an ein gewöhnliches
Fernsprechzentralensystem 100 angeschlossen.
Der Einfachheit halber ist ein Einwegsystem dargestellt. Offenbar kann jedoch auch ein paralleles
System in der Gegenrichtung vorgesehen werden oder, wenn man dies will, der Frequenzbereich geteilt werden, um gesonderte Übertragung nach beiden Richtungen wie in Fig. 1 zu bewirken. In letzterem
Fall können die an sich bekannten Zweiwegübertrager verwendet werden.
In Fig. 2 ist in dem Stadtbezirk 51 eine Anzahl von Modulatoren erster Stufe 61 vorzugsweise von der in Fig. 1 dargestellten Type ersichtlich, die für die Verbindung mit dem Fernsprechsystem des
Bezirkes dienen. Die hier auf Trägerwellen aufgedrüekten Zeichen treten durch Ausgangsverstärker 62 in Übertragungsleitungen 63 ein, die sie auf Eingangsverstärker 64 in dem Vorstadtbezirk 52 weiter- geben. Für die Leitungen 63 können Einfachkabel oder ein Mehrfachkabel wie das der Fig. 4 verwendet werden. Die Fernsprechämter des Bezirkes 52 sind an den Modulator erster Stufe 66 angeschlossen.
Die modulierten Trägerwellen des letzteren werden zusammen mit den über die Leitungen 63 einlangenden, dem Modulator zweiter Stufe 65 aufgedrückt, der vorzugsweise von der Type der Fig. 1 ist. Das resultierende breite Zeichenfrequenzband geht dann durch den Verstärker 70 und wird auf ein Paar konzentrischer Leiter 81 aufgedrückt.
Zwischen Verstärker 70 und erstem Verstärker oder Übertrager 71 ist ein Wechsel im Durchmesser der Leiter angedeutet. Der erste Abschnitt 81 hat geringen Durchmesser und kann von einem dünndrähtigen flexiblen Bleikabelpaar, das in den Kabelkanälen des Fernspreehsystems liegt, gebildet werden. An der Grenze des Gebietes, wo ein starrer Leiter grossen Durchmessers ohne Schwierigkeit verlegt werden kann, ist der Abschnitt 81 an ein anderes Paar konzentrischer Leiter z. B. wie das der Fig. 1 angeschlossen. Während die Durchmesser der Aussenleiter von einigen Millimetern im Abschnitt 81 bis auf mehrere Zentimeter im Abschnitt 82 geändert werden können, wird vorzugsweise stets dasselbe Verhältnis von Innendurchmesser des Aussenleiters zu Aussendurchmesser des Innenleiters eingehalten.
Bei gegebenem Durchmesser des Aussenleiters kann eine minimale Dämpfung bei einem Werte dieses Verhältnisses von 3'6 erreicht werden. Dieses Optimum ändert sich jedoch mit der übertragenen Maximalfrequenz und mit dem absoluten Durchmesser der Leiter. Ebenso kann es wünschenswert sein, bei der Annäherung an einen Verstärker einen Abschnitt 83 von kleinerem Durchmesser zu verwenden.
Die Unabhängigkeit konzentrischer Leiter von atmosphärischen Vorgängen und Störungen durch Streufelder wird gemäss der Erfindung mit grösstem Vorteil ausgenutzt. Die Ableitung von Freileitungen ändert sich in weiten Grenzen, da die Witterungseinflüsse den Isolationswert zwischen den Leitern ver- ändern. Demgemäss müssen die Zusatzeinrichtungen des Verstärkers zur Begrenzung der Eingangsintensität und zur Regelung der Verstärkung über einen weiten Bereich einstellbar sein, und die volle Wirksamkeit des Verstärkers kann nur unter den günstigsten Bedingungen ausgenutzt werden.
Der Störpegel in einer Freileitung liegt infolge von atmosphärischen Störungen beträchtlich hoch, und es muss daher, was vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit des Betriebes wichtig ist, infolge dieses hohen Störpegels ein unnötig hoher Zeiehenpegel eingehalten werden. Fig. 3 gibt ein anschauliches Bild des Überspreehens in Freileitungen, gewöhnlichen Kabeln und konzentrischen Kabeln. Auf der Abszissenachse ist die Frequenz in Kilohertz, kHz, aufgetragen ; die Ordinaten geben ein Mass für das Übersprechen in Decibel (db). Die beiden nach rechts ansteigenden Kurven gelten für bisher gebräuchliche Leitungen, die eine, mit F bezeichnet, für Freileitungen, die andere, K, für gewöhnliche Kabel. Bei beiden steigt das Übersprechen mit der Frequenz.
Die fallende Kurve, KK, gilt für konzentrische Kabel ; man erkennt die wirksame Abschirmung gegen Störungen. Beim konzentrischen Leiter fällt das Übersprechen mit der Frequenz und ist selbst bei nur 15 kHz zu gering, um in Betracht gezogen zu werden ; es bleibt unter den Geräuschen, die den Verstärkerelementen anhaften, und unter den Widerstandsgeräuschen in den Leitern.
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Infolge des tieferen Pegels, der von dem relativ konstanten Störpegel bestimmt wird und auf den daher die Zeichen gedämpft werden können-gegenüber dem in weiten Grenzen veränderlichen Störpegel der Freileitungen-, ist es möglich, den Verstärker jederzeit nahezu voll auszunutzen. Die Leiter selbst können so dimensioniert werden, dass die Zeichen zwischen den Verstärkern auf diesen Pegel gedämpft werden, wobei eigene Dämpfungsverlängerungsleitungen meist entfallen und der Bedarf an Verstärkungsreglern wesentlich herabgesetzt wird.
Wie bereits angegeben, können Verstärker bei konzentrischen Leitungen in Abständen von etwa 80 km angeordnet werden. Der Gleichförmigkeit und damit der Wirtschaftlichkeit halber wäre es erwünscht, dass jeder Verstärkerabschnitt jedem andern in bezug auf Länge, Durchmesser, Dämpfung usw. gleich wäre, wobei die Einrichtung in jedem Abschnitt bis zu ihrer grössten Leistungsfähigkeit ausgenutzt würde. Hier tritt jedoch eine andere Erwägung in den Vordergrund, nämlich, dass es vorzuziehen ist, die Verstärker in bereits bestehenden Fernsprechverstärkerämtern innerhalb von Städten unterzubringen, wo geschultes Bedienungspersonal zur Verfügung steht und wo der Verstärker mit örtlichen Modulatoren, Demodulatpren und ähnlichen Apparaten vereinigt oder kombiniert werden kann.
Zwischen gewissen Punkten, wie z. B. 72 und 73 in Fig. 2, kann ein normaler Verstärkerabstand von etwa 80 km erreicht werden. Anderswo steht vielleicht keine Fernsprechverstärkeranlage in dem 80-km-Abstand zur Verfügung, und es kann sich ergeben, dass der Verstärker 72 nur 50 km von dem vorhergehenden 71 entfernt ist. Es können auch über 100 km zwischen Verstärkerpunkten zu überbrücken sein, z. B. bei Abschnitt 88 zwischen den Verstärkern 74 und 75. Diese ungleichen Verstärkerabstände würden natürlich, sofern eine einheitliche Leitung benutzt würde, ungleich hohen Zaichenpegel beim Eingang in verschiedene Verstärker ergeben.
Diese Verschiedenheiten des Zeichenpegels können jedoch in Übereinstimmung mit der üblichen Praxis dadurch verbessert werden, dass Dämpfungsverlängerungsleitungen eingeschaltet werden, wie z. B. am Ende des kurzen, dem Verstärker ? vorangehenden Verstärkerabschnittes 84, wodurch die auf den Verstärker wirkende Zeichenstärke auf einen Normaleingangspegel herabgedrückt wird. In dem langen Verstärkerabschnitt 88 kann bei 74 ein Normalverstärker höherer Verstärkung verwendet werden. In beiden Fällen kann in Verbindung mit jedem Verstärker, mit oder ohne der erwähnten Dämpfungsverlängerungsleitung, automatische Verstärkungsregelung zur Anwendung kommen, um den Zeichenpegel bei jedem Verstärker einzuhalten.
Dämpfungsverlängerungsleitungen, wie sie bei Freileitungen üblich waren, bedeuten einerseits Energievergeudung, anderseits, dass die Leistungsfähigkeit der Übertragungsleitung höher als notwendig ist und dass eine stärkere Dämpfung auf der Leitung zulässig wäre.
Gemäss der bevorzugten Ausführung der Erfindung können die konzentrischen Leiterstücke jeweils so gewählt werden, dass sie die Ungleichheiten der Verstärkerabschnitte ausgleichen. Die Gleichung 6) zeigt, dass bei einem gegebenen Verhältnis von Innendurchmesser des Aussenleiters zu Aussendurchmesser des Innenleiters die Dämpfung einer konzentrischen Leitung sich entgegengesetzt zur Dimension des Aussenleiters ändert. Wenn zwischen zwei gegebenen Punkten eine vorbestimmte Dämpfung zugelassen wird, kann ein konzentrischer Leiter solchen Durchmessers gewählt werden, dass die benötigte Dämpfung gerade erreicht wird. So gibt es z. B. zwischen Verstärkerpunkten einen günstigsten Wert für die Gesamt- dämpfung, der hauptsächlich von den Kosten und der Leistung der Verstärker abhängt.
Für eine bestimmte Entfernung wurde das Optimum mit ungefähr 55 db gefunden. Die Vermeidung von Dämpfungsverlängerungsleitungen ist jedoch nicht der einzige Vorteil, der durch die Dimensionierung der Leiter mit Rücksicht auf die zulässige Dämpfung zwischen den zu verbindenden Punkten erreicht wird. Die Ersparnis an Leitermaterial, die durch die Herabsetzung der Durchmesser bei höherer Dämpfung erreicht wird, ist von grösserer Bedeutung. Dies erkennt man daran, dass die Leitungskosten ungefähr drei Viertel der Kosten einer ganzen Anlage betragen.
Es wurde gezeigt, dass der Durchmesser der Leiter willkürlich geändert werden kann, sofern nur dasselbe Verhältnis der Durchmesser aufrechterhalten wird. So kann z. B. ein Abschnitt 86 zwischen den Verstärkerpunkten 73 und 74 (Fig. 2) von schwächerem Durchmesser sein, der folgende Abschnitt S7 von grösserem Durchmesser. Selbst dann kann der Durchmesser des Leiters 87 so gewählt werden, dass die zulässige Gssamtdämpfung zwischen den Verstärkern 73 und 74 gerade erreicht wird. In ähnlicher Weise braucht der Leiter 82 nicht stärker zu sein, als zur Erreichung der gerade zulässigen Gesamtdämpfung in den Abschnitten 81, 82 und 83 nötig ist. Der Durchmesser des Aussenleiters für den oben
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abschnitt 85 auf drei Fünftel dieses Wertes oder ungefähr 5 cm herabgesetzt werden.
Der Mittelleiter wird proportional verkleinert. In ähnlicher Weise kann in einem 130-km-Verstärkerabschnitt ein Aussenleiter von etwa 12'5 cm Durchmesser statt des normalen 8-cm-Leiters verwendet werden.
Der übertragende Frequenzbereich ist von nicht geringerer Bedeutung bei der Bestimmung der Durchmesser der Leiter als die Länge der Verstärker abschnitte. Die Dämpfung ändert sich zufolge Gleichung 6) ungefähr mit der Quadratwurzel der Frequenz. Deswegen ist die Dämpfung der höchsten zu übertragenden Frequenz massgebend. Wo die höchsten Frequenzbänder fehlen, wie z. B. nach der Zweigleitung 93, kann der folgende Abschnitt 88 in bezug auf die neue Höchstfrequenz entworfen werden.
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Die nachstehende Tabelle zeigt für ein bestimmtes System die verschiedenen in Betracht kommenden Faktoren nebeneinandergestellt. In der ersten Reihe ist der Innendurchmesser des Aussenleiters in Millimetern angegeben, in der zweiten die Anzahl der Kilometer zwischen den Verstärkern, in der dritten die zu übertragende Maximalfrequenz in Kilohertz und in der vierten die Anzahl der vorgesehenen Einwegsprechkanäle.
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<tb>
<tb>
Durchmesser <SEP> des <SEP> Verstärker-Maximalfre <SEP> quenz <SEP> Anzahl <SEP> der
<tb> Aussenleiters <SEP> abstand <SEP> Sprechwege
<tb> 76 <SEP> mm <SEP> 160 <SEP> km <SEP> 1100 <SEP> kHz <SEP> 250
<tb> 76 <SEP> so <SEP> 4500 <SEP> 900
<tb> 51 <SEP> " <SEP> 160, <SEP> 450 <SEP> " <SEP> 110
<tb> 51 <SEP> " <SEP> 80 <SEP> " <SEP> 1700 <SEP> " <SEP> 340
<tb> 51 <SEP> " <SEP> 40 <SEP> " <SEP> 7300 <SEP> " <SEP> 1450
<tb> 25-4 <SEP> 80 <SEP> 500 <SEP> 120
<tb> 25-4 <SEP> 40,, <SEP> 2000 <SEP> 400
<tb> 12'7 <SEP> " <SEP> 40 <SEP> " <SEP> 500 <SEP> " <SEP> 120
<tb> 6'35 <SEP> " <SEP> 40 <SEP> " <SEP> 140 <SEP> " <SEP> 30
<tb>
Unmittelbar auf den Verstärker 73 folgend ist eine Zubringerleitung 108 dargestellt.
Letztere führt Zeichen von dem Modulator zweiter Stufe 105 zu, der seinerseits von dem Modulator erster Stufe 103 gespeist wird, wobei ein ähnlicher Modulator 101 in dem angrenzenden Bezirk 53 aufgestellt ist. Die derart auf die Hauptleitung übertragenen Zeichen nehmen ein Frequenzband über den höchsten Zeichenfrequenzen, die vom Verstärker 73 übertragen werden, ein bzw. ein Band, das für sie freigelassen oder das früher abgezweigt wurde. Das Bandfilter 106 ist für den Durchgang nur dieser Frequenzen entworfen. Von der Hauptleitung zweigt eine Leitung 93 knapp vor Erreichen der nächsten Verstärkerstation 74 ab. Das Bandfilter 91 hindert alle, ausser den gewünschten Frequenzen, in diese Zweigleitung einzutreten.
Bei 94 ist in der Zweigleitung ein kurzer Abschnitt kleinen Durchmessers dargestellt, wie er z. B. im Zuge einer Übertragungsleitung bei Kreuzung eines Flusses oder unter den Strassen einer Stadt verwendet werden kann.
Im weiteren Verlauf der Hauptleitung sieht man am Ende des langen Abschnittes 88 einen Verstärker 75 und einen Demodulator erster Stufe 58. Es können hier mehrere Gruppen von Sprechwegen unmittelbar in der Apparatur 59 voll demoduliert und die sich ergebenden Sprechfrequenzleitungen an das örtliche Fernsprechsystem angeschlossen werden. Eine andere Gruppe kann mit Trägerfrequenzen über Leitung 60 an einen entfernt angeordneten Demodulator 55 für eventuelle Verbindung mit einer Fernsprechzentrale 100 übertragen weiden.
Die einzelnen hier angeführten Werte der Durchmesser und Frequenzen sind als Beispiele zu verstehen und dienen nur dem Zwecke der Erläuterung. Die Prinzipien, die der Dimensionierung der Leiter zugrunde liegen, können entsprechend dem Umfang der Patentansprüche auf konzentrische Leitungssysteme ganz allgemein mit geringer Beschränkung bezüglich Durchmesser, Frequenz, Verstärkerabstand und verwendete besondere Leitungstyp, sei es nun ein einzelnes konzentrisches Leiterpaar, ein Mehrleiterkabel oder gleichwertige Leitungen, angewendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Hochfrequenz-Nachrichtenübermittlungssystem zur Übeitragung eines breiten Frequenzbandes (z. B. Megahertz) mit mehreren hintereinandergeschalteten Abschnitten eines konzentrischen Leiters und mehreren Verstärkern in unregelmässigen Abständen, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Leiterabschnitte in ein solches Verhältnis zueinander gebracht sind, dass für eine vorherbestimmte Frequenz die Dämpfung zwischen aufeinanderfolgenden Verstärkern im wesentlichen gleich ist.