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Verfahren zum Ausgleich störender Kopplungen in Fernmeldeanlagen.
Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum Ausgleich störender Kopplungen in Fernmelde- anlagen, insbesondere magnetischer Kopplungen, und ergibt eine wesentliche Vereinfachung der Aus- gleichsmassnahmen, z. B. eine wesentliche Verringerung der Zahl der Ausgleichsstellen oder grössere
Freiheit in der Wahl der Ausgleichsmittel oder der Punkte, wo sie angewendet werden. Nach der
Erfindung werden die ausgleichenden Gegenkopplungen in Abständen von etwa 1/4 Wellenlänge der
Schwerpunktsfrequenz der Kopplungsströme von der auszugleichenden Kopplung oder weiter entfernt angeordnet. Bei der Wahl der Gegenkopplung ist das Phasenmass des zwischen ihr und der auszugleichenden Kopplung liegenden Leitungsabschnittes zu berücksichtigen. Hienach sind z.
B. bei der
Verlegung von Pupinkabeln die Kreuzungen oder sonstigen Ausgleichsmassnahmen entgegen den bisherigen Ansichten in Abständen von Spulenfeldlänge oder mehr vorzunehmen. Dieses Verfahren ergibt in allen Fernmeldeanlagen mit verhältnismässig schmalen Frequenzbändern, also insbesondere bei den gebräuchlichen Trägerfrequenzleitungen, einen ausreichenden Ausgleich der störenden Kopplungen. Die Erfindung bietet nicht nur für den Ausgleich magnetischer Kopplungen in Pupinleitungen, sondern auch für deren Ausgleich in stetigen (unbelasteten oder stetig belasteten) Leitungen, in letzteren auch für den Ausgleich kapazitiver Kopplungen, grosse Vorteile.
Bei spulenbelasteten Fernmeldekabeln beträgt unter den derzeit gebräuchlichen Verhältnissen eine halbe Spulenfeldlänge mindestens das Dreifache einer Fertigungslänge von Fernmeldekabeln.
Die Zahl der Kreuzungsstellen wird also nach der Erfindung gegenüber dem bisher für notwendig angesehenen Verfahren etwa auf den dritten Teil oder noch weiter herabgesetzt. Ganz besondere Vorteile bietet die Erfindung bei der nachträglichen Einrichtung bestehender Fernmeldekabel für Trägerfrequenzbetrieb. Bei dem bekannten Kreuzungsverfahren wäre eine grosse Anzahl von Verbindungsmuffen zu öffnen, was vor allem dann umständlich ist, wenn die Kabel unter Strassen mit neuzeitlichem Belag liegen. Bei dem Verfahren nach der Erfindung sind in der Regel nur Spulenmuffen, allenfalls eine in der Mitte des Spulenfeldes liegende Verbindungsmuffe, zu öffnen. Die Arbeit wird also ausserordentlich vereinfacht.
Es ist an sich bekannt, dass störende magnetische Kopplungen zwischen verschiedenen Stromkreisen elektrischer Fernmeldeanlagen z. B. durch Kreuzen von Adern oder Adergruppen weitgehend beseitigt werden können. Diese Aufgabe tritt u. a. in Anlagen für Betrieb mit höheren Frequenzen, z. B. Trägerfrequenzbetrieb, auf, da die von magnetischen Kopplungen hervorgerufenen Störungen vorwiegend bei höheren Frequenzen unzulässige Werte erreichen. Besondere Schwierigkeiten bereiten die magnetischen Kopplungen zwischen gleichdralligen Verseilelementen von Fernmeldekabeln, vor allem zwischen unmittelbar unter dem Bleimantel oder in der Nähe eines sonstigen, die Wirbelstrombildung begünstigenden Leiters liegenden Elementen, weil die durch Wirbelströme vermittelten oder beeinflussten magnetischen Kopplungen frequenzabhängig sind.
Da sich die Phasenlage der magnetisch induzierten Störspannungen längs der Leitung stark ändert, hielt man es zumindest für die den Verstärkerpunkten benachbarten Teilstrecken jedes Verstärkerfeldes bisher für notwendig, die dem Ausgleich magnetischer Kopplungen dienenden Kreuzungen oder sonstigen Ausgleichsmittel an einer möglichst grossen Zahl von Stellen anzubringen, in Fernkabeln daher etwa an jeder Verbindungsstelle aufeinanderfolgender Fertigungslängen. Ähnliche Ansichten galten für den Ausgleich kapazitiver Kopplungen in stetigen Leitungen.
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Die Ortsabhängigkeit des Phasenmasses, das sich für den Strom oder die Spannung auf dem Wege von der störenden Stromquelle über die störende Leitung, dann über die Kopplung zur gestörten Leitung und auf dieser weiter zum gestörten Empfänger ergibt, ist nämlich grundsätzlich verschieden bei spulenbelasteten Leitungen einerseits und stetigen Leitungen anderseits. Auf der stetigen Leitung wächst sowohl das Phasenmass der Spannung als auch jenes des Stromes mit zunehmender Leitungslänge stetig an, wogegen auf der spulenbelasteten Leitung nur das Phasenmass des Stromes stetig zunimmt, während sich jenes der Spannung in den Belastungspunkten (Spulenpunkten) sprunghaft ändert.
Demzufolge kann man bekanntlich kapazitive Kopplungen, die innerhalb eines Spulenfeldes einer Pupinleitung liegen, beispielsweise in der Mitte dieses Spulenfeldes vereinigt denken und sie dort durch Zusatzkapazitäten ausgleichen oder man kann durch Kreuzungen innerhalb des Spulenfeldes die Restkopplung verkleinern. Bei den kapazitiven Kopplungen in stetigen Leitungen und bei den
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Die elektrischen Schwingungen, die durch die Sprache im Mikrophon erzeugt werden, haben in den gebräuchlichen Fernmeldekabeln verhältnismässig geringe Werte für das kilometrische Phasenmass. Die energiereichsten Schwingungen liegen in spulenbelasteten Leitungen bei 1/3 bis Vm der Grenzfrequenz. Werden sie aber in Form eines modulierten Trägerstrombandes übertragen, so ergibt sieh für dessen Energieschwerpunkt mindestens eine etwa fiinfmal höhere Frequenz und damit ein etwa fünfmal höheres Phasenmass. Es war daher naheliegend, beispielsweise den Ausgleich magnetischer Kopplungen in leicht belasteten Spulenleitungen auf besonders kurze Abschnitte einzuschränken, also folgerichtig die Ausgleiehsstellen in grosser Zahl und in sehr kurzen Abständen anzuordnen, wie oben beschrieben.
Eine eingehendere Untersuchung führte aber zur neuen Erkenntnis, dass es weniger auf die absolute Höhe der Frequenzen und damit auf die Grösse des Phasenmasses ankommt, sondern mehr auf die relative Breite des Frequenzbandes, die ein bestimmter Nachriehtenkanal einnimmt. Von diesem Gesichtspunkte aus findet man nun, dass sich das Frequenzband der unveränderten Sprache über drei Oktaven erstreckt (von 300 bis 2400 Hz), während ein moduliertes Sprachband, das über dem gewöhnlichen Sprachkanal angeordnet ist, stets kleiner als eine Oktave ist (z. B. von 3300 bis 5700 Hz).
Darauf beruht aber die Möglichkeit, in einem Trägerstromband die Ausgleichsmassnahmen nicht nur innerhalb kurzer Abstände, in denen sich nur kleine Winkelunterschiede ergeben, treffen zu können, sondern erfindungsgemäss auch in grossen Abständen, denen Winkeluntersehiede von angenähert 180'eu. oder einem Vielfachen davon zugeordnet sind. Unter Winkelunterschied ist das in elektrischen Graden ausgedrückte Phasenmass der hin-und rücklaufenden Welle auf dem Hin-und Rückwege zwischen der auszugleichenden Kopplung und der zum Ausgleich angebrachten Gegenkopplung verstanden.
Eine besonders gute Wirkung dieses Verfahrens ist dann zu erwarten, wenn der Frequenzgang der auszugleiehenden Kopplungen zwischen den Grenzen des zu übertragenden Frequenzbandes denselben Winkelunterschied ergibt, der auf dem Hin-und Rückwege über die Gegenkopplungen durch den Frequenzgang des Phasenmasses der Leitung entsteht.
Die Erfindung. ermöglicht allgemein eine viel freiere Wahl der Ausgleichsmittel und der Ausgleichsstellen, als man nach den bisherigen Anschauungen für zulässig hielt. Soll beispielsweise eine an der Messstelle beobachtete störende Kopplung durch eine von dieser Stelle weiter entfernte (in der Leitung vorhandene oder zusätzliche) Gegenkopplung ausgeglichen werden, so wählt man letztere vorzugsweise vektoriell rein imaginär und von solcher Art, dass ihr Phasenmass weniger frequenzabhängig ist als das der auszugleichenden Kopplung. Soll dagegen die störende Kopplung durch eine der Messstelle näherliegende Gegenkopplung ausgeglichen werden, so wählt man eine vorzugsweise komplexe Kopplung von stärker frequenzabhängigem Phasenmass.
Die Erfindung kann auch verwertet werden, wenn man die Wirkung einer vektoriell rein
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könnte man hiefür etwa auch kapazitive Ausgleichsmittel verwenden.
Findet man beispielsweise zu einer magnetischen Kopplung, die rein imaginär oder auch mit einem reellen Anteil behaftet sein kann, in der Leitung selbst keine magnetische Gegenkopplung, so kann man in einem Punkt der Leitung, der vom Messort um einen passend bemessenen Abstand weiter entfernt liegt als die auszugleichende Kopplung, eine zusätzliche magnetische Kopplung geeigneter Grösse einschalten. Bei richtiger Wahl von Grösse und Entfernung dieser Gegenkopplung werden die durch sie am Messort erzeugten Ströme bzw. Spannungen im Frequenzbereich des Übertragungsbandes nach Betrag und Phasenwinkel mit hinreichender Annäherung entgegengesetzt gleich den Strömen bzw. Spannungen sein, die durch die auszugleichende Kopplung erzeugt werden.
Will man anderseits die Gegenkopplung näher dem Messort einbauen, also zwischen diesem und der auszugleichenden Kopplung, so muss man hiezu eine komplexe, u. zw. vorzugsweise frequenz-
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abhängig komplexe Gegenkopplung verwenden, beispielsweise eine Kopplungsspule, die mit einer durch einen Ohmschen Widerstand belasteten dritten Wicklung versehen ist.
Die angegebenen Richtlinien können sinngemäss auch für den Gegennebenspreehausgleich verwendet werden, desgleichen können sie auch auf den Neben-oder Gegennebenspreehausgleich von Störungen angewendet werden, die beispielsweise durch kapazitive oder galvanische Kopplungen oder durch Widerstandsdifferenzen hervorgerufen werden.
Das Ausgleichsverfahren nach der Erfindung kann auch in Verbindung mit bekannten Ausgleichsmassnahmen, z. B. zu deren Ergänzung oder Berichtigung, verwendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Ausgleich störender Kopplungen in Fernmeldeanlagen, insbesondere magnetischer Kopplungen in stetigen oder spulenbelasteten Leitungen oder kapazitiver Kopplungen in stetigen Leitungen, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgleichenden Gegenkopplungen in Abständen von etwa vu Wellenlänge der Schwerpunktfrequenz der Kopplungsströme von der auszugleichenden Kopplung oder weiter entfernt angeordnet werden.