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Fernmeldekabel zur Übertragung von Trägerfrequenzströmen.
Die Erfindung bezieht sich auf vieladrige Fernmeldekabel mit symmetrisch verseilten, ungeschirmen und unbelasteten Sprechkreisen, vorzugsweise mit papierisolierten Massivleitern, zur Übertragung von Trägerfrequenzströmen über 10 ks. Derartige Kabel hat man bisher mit einer Betriebskapazität C von etwa 33-36 nP/km (10-9 F/m) gebaut. Der Wellenwiderstand Z derartiger Kabel beträgt bei 50 Ms etwa 140 Ohm. Der Wellenwiderstand Z ist bekanntlich für dieses Freauen/sebiet
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Die Dämpfung eines Kabels ist durch den Ausdruck
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gegeben, worin R den Wirkwiderstand pro Kilometerschleife und G die Ableitung pro Kilometersehleife bedeutet.
Da das Ableitungsglied klein gegen das Widerstandsglied ist, ergibt sich für die Dämpfung näherungsweise die Formel :
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei höheren Frequenzen die Dämpfung innerhalb gewisser Grenzen unabhängig von der Stärke der einzelnen Kupferleiter ist, sofern man den Durch- messer der isolierten Ader konstant hält. Diese Erscheinung ist folgendermassen zu erklären :
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Verringert man nun erfindungsgemäss den Durchmesser der Kupferleiter, ohne den Durchmesser der isolierten Adern zu verkleinern, so ergibt sieh eine Erhöhung der Induktivität. Diese ist einmal durch die Vergrösserung des Abstandes der Leiteroberflächen und zum andern durch die geringere Abnahme des Innenfeldes bedingt. Gleichzeitig verringert sich die Betriebskapazität.
Beides wirkt sich im Sinne einer Erhöhung des Wellenwiderstandes und damit einer Dämpfung- verminderung aus.
Nun wird zwar anderseits durch die Verringerung des Kupferdurchmessers der Wirkwiderstand R, der ebenfalls in die Dämpfungsformel eingeht, vergrössert. Es wurde jedoch gefunden, dass die Ver- grösserung des Wellenwiderstandes bei höheren Frequenzen die Vergrösserung des Wirkwiderstandes völlig kompensieren kann. Dies beruht : um Teil auch darauf, dass die durch den Skineffekt bedingte
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Erhöhung des Wirkwiderstandes im Verhältnis zum Gleichstromwiderstand bei dünnen Leitern nicht so gross ist wie bei dicken Leitern. Ausserdem wird die zusätzliche Wirkwiderstandszunahme durch die sogenannte Nähewirkung bei einem Kabel gemäss der Erfindung infolge des grösseren relativen Abstandes der Leiter verringert.
Ein Kabel gemäss der Erfindung weist somit den Vorteil auf, dass es bei gleichem Kabeldurchmesser und gleicher Dämpfung für die Betriebsfrequenzen mit wesentlich dünneren Leitern auskommt, so dass Kupfer eingespart wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Frequenzabhängigkeit der Dämpfung geringer ist als bei einem Kabel bisheriger Bauart. Es ist zwar durch die amerikanische Patentschrift 2034035 bekannt geworden, bei geschirmten Hochfrequenzleitungen die Dämpfung durch passende Wahl des Verhältnisses von Leiterdurchmesser und Schirmdurchmesser herabzusetzen. Bei diesen bekannten Kabeln liegt jedoch der Wellenwiderstand immer noch niedriger als beim Gegenstand der Erfindung.
Das Ausmass der Kupferersparnis durch die Erfindung soll im folgenden an einem Beispiel erläutert werden. Bei einem Kabel bisheriger Bauart betrug der Leiterdurchmesser beispielsweise 1'5 mm, die Betriebskapazität 34 nF/km und der Wellenwiderstand bei 50 kHz 140 Ohm. Die Dämpfung eines solchen Kabels beträgt bei 50 Mfs 0'142 N jkrn. Setzt man nun beispielsweise bei gleichbleibendem Aderdurchmesser erfindungsgemäss den Leiterdurchmesser auf 1'2 mm herab, so erhöht sich der Wellenwiderstand auf 172 Ohm ; gleichzeitig sinkt die Betriebskapazität auf 26'5 F/m und die Dämpfung
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Kupferersparnis von 35% erzielt.
Das untersuchte Beispiel zeigt, dass man zur Erzielung genau gleicher Dämpfung den Kupferdurchmesser noch weiter herabsetzen könnte. Die weiteren Untersuchungen haben gezeigt, dass sich bei stärkeren Leitern noch höhere Ersparnisse ohne Dämpfungserhöhung erzielen lassen, die 50% überschreiten können.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen wurden in erster Linie an Sternviererkabeln durchgeführt ; der Erfindungsgedanke ist jedoch nicht auf Sternvierer beschränkt, sondern kann auch auf DM-Vierer und andere Adergruppen angewendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vicladriges Fernmeldekabel mit symmetrisch verseilten, ungeschirmten und unbelasteten Sprechkreisen zur Übertragung von Trägerfrequenzströmen über 10 kHz, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenwiderstand der Sprechkreise durch passende Wahl des Verhältnisses von Leiterabstand zu Leiterdurchmesser bei 50 kHz grösser als 155 Ohm, vorzugsweise grösser als 160 Ohm gemacht ist.
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Telecommunication cable for the transmission of carrier frequency currents.
The invention relates to multi-core telecommunication cables with symmetrically stranded, unshielded and unloaded speech circuits, preferably with paper-insulated solid conductors, for the transmission of carrier frequency currents over 10 ks. Such cables have hitherto been built with an operating capacitance C of about 33-36 nP / km (10-9 F / m). The characteristic impedance Z of such cables is approximately 140 ohms at 50 Ms. The wave resistance Z is known for this freaks / area
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The attenuation of a cable is by expression
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where R is the effective resistance per kilometer loop and G is the derivative per kilometer loop.
Since the dissipation element is small compared to the resistance element, the approximate formula for attenuation is:
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The invention is based on the knowledge that at higher frequencies the attenuation is within certain limits independent of the strength of the individual copper conductors, provided that the diameter of the insulated wire is kept constant. This phenomenon can be explained as follows:
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If, according to the invention, the diameter of the copper conductor is reduced without reducing the diameter of the insulated wires, the result is an increase in the inductance. This is due, on the one hand, to the increase in the distance between the conductor surfaces and, on the other hand, to the smaller decrease in the inner field. At the same time, the operating capacity is reduced.
Both have the effect of increasing the wave resistance and thus reducing the attenuation.
On the other hand, by reducing the copper diameter, the effective resistance R, which is also included in the damping formula, is increased. However, it was found that the increase in the wave resistance at higher frequencies can completely compensate for the increase in the effective resistance. This is based: in part also on the fact that the skin effect caused
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The increase in the effective resistance in relation to the direct current resistance for thin conductors is not as great as for thick conductors. In addition, the additional increase in effective resistance due to the so-called proximity effect in a cable according to the invention is reduced due to the greater relative distance between the conductors.
A cable according to the invention thus has the advantage that with the same cable diameter and the same attenuation for the operating frequencies, significantly thinner conductors can be used, so that copper is saved. Another advantage is that the frequency dependence of the attenuation is less than with a cable of the previous type. It has become known from the American patent 2034035 to reduce the attenuation in shielded high-frequency cables by choosing a suitable ratio of conductor diameter and shield diameter. In these known cables, however, the characteristic impedance is still lower than in the subject matter of the invention.
The extent of the copper savings through the invention will be explained below using an example. In a cable of the previous design, the conductor diameter was, for example, 1'5 mm, the operating capacitance 34 nF / km and the characteristic impedance at 50 kHz 140 ohms. The attenuation of such a cable is 0.142 N jkrn at 50 Mfs. If, according to the invention, the conductor diameter is now reduced to 1'2 mm, for example with the core diameter remaining the same, the characteristic impedance increases to 172 ohms; at the same time the operating capacity drops to 26'5 F / m and the damping
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Copper savings of 35% achieved.
The examined example shows that the copper diameter could be further reduced to achieve exactly the same attenuation. Further investigations have shown that even greater savings can be achieved with stronger ladders without increasing attenuation, which can exceed 50%.
The investigations on which the invention is based were carried out primarily on star quad cables; However, the inventive concept is not limited to star fours, but can also be applied to DM fours and other wire groups.
PATENT CLAIMS:
1. Vicladriges telecommunication cable with symmetrically stranded, unshielded and unloaded speech circuits for the transmission of carrier frequency currents above 10 kHz, characterized in that the characteristic impedance of the speech circuits is greater than 155 ohms, preferably greater than 160 ohms, through a suitable choice of the ratio of conductor spacing to conductor diameter at 50 kHz is made.