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Elektrisches Signalsystem mit einer belasteten Übertragungsleitüug.
Die Erfindung hat den Zweck, ein besonders für lange Linienleitungen geeignetes Belastungsystem zu schaffen, das eine bessere Übertragung ermöglicht.
Das Pupin-Campbell'sche Belastungssystem, wie es ursprünglich ersonnen und bisher praktisch benutzt wurde, bezweckt einzig und allein eine Verringerung der Dämpfung, wodurch der mögliche Bereich der telephonischen Übertragung von Sprechstrom erweitert wird. Beim Auftauchen der wirksamen Telephonübertrager bzw. Verstärker hat die blosse Verringerung der Dämpfung durch Belastung ihre frühere Hauptwichtigkeit verloren, wogegen gleichzeitig die mögliche Länge der Leitungen für telephonische Vermittlung erheblich grösser wurde. Diese Erwägungen machten es notwendig, der Frage der Qualität bzw. Verbesserung der Übertragung und der Aufnahme von Sprechströmen erhöhte Aufmerksamkeit zu widmen, da bei langen Leitungen verschiedene Faktoren zusammenwirkend diese Qualität erheblich beeinträchtigen.
Drei dieser Faktoren, welche besondere Aufmerksamkeit erfordern, sind : 1. gleiche Abschwächung oder Dämpfung für Ströme der verschiedenen Frequenzen innerhalb des Bereiches telephonischer Frequenzen ; 2. die Zeitdauer der Übertragung der Sprechimpulse und 3. die vorübergehende, d. h. die fallweise unter besonders ungünstigen Umständen auftretende Verzerrung. Alle diese drei Faktoren, die dazu beitragen, die Qualität der empfangenen Sprache zu verschlechtern, werden durch das bisher benutzte Belastungssystem schädlich beeinflusst.
Bezüglich des Erfordernisses gleicher Dämpfung für verschiedene Frequenzen ist es ohneweiters klar, dass die empfangenen Ströme, die die telephonisch übermittelte Sprache darstellen, eine getreue Kopie der entsprechenden Ströme sein müssen, die in das Übertragungssystem am Sendeende desselben eintreten, wenn das System die Sprache nicht verzerren soll. In der Praxis hat man es bloss mit Strömen jener Frequenzen zu tun, die die Sprache bilden, und kann angenommen werden, dass die letzteren zwischen 200 und 2500 Perioden liegen.
Wenn diese Frequenzen mit gleicher Dämpfung über die Linie übertragen werden, so kann man das System vom Standpunkte des stationären Zustandes aus als ver- zerrungsloses bezeichnen. Bei praktisch ausgeführten Systemen jedoch ist dieses Erfordernis allein nicht ausreichend, eine gute Qualität zu sichern, und sobald die Länge des Stromkreises wächst, spielen, wie gefunden wurde, die Zeitdauer der Übertragung und die vorübergehende Verzerrung weit wichtiger Rollen.
Bezüglich des Effektes der Übertragungszeit wurde gefunden, dass bei Verlängerung der Zeitbeispielsweise zufolge Verlängerung der Linie über einen bestimmten Punkt hinaus-reflektierte Ströme eine äusserst schädliche Wirkung auf die Qualität der empfangenen Sprache und ebenso schädliche hörbare und physiologische Wirkungen auf den Sprechenden ausüben, der seine eigenen Worte wie ein Echo vernimmt. Dieser spezielle Übelstand kann durch Vergrösserung der Verluste im Stromkreis oder durch Verkürzung der Übertragungszeit möglichst verkleinert werden. Die Verluste müssen jedoch unter einem bestimmten Punkt gehalten werden, um den Erfordernissen des Betriebes zu entsprechen.
Bezüglich des Einflusses der vorübergehenden Verzerrung sei bemerkt, dass die Ströme, nachdem sie am entfernten Ende der Linie angelangt sind, eine merkliche Zeit brauchen, um sich zu dem, was dem übertragenen Strom gleicht, in dem kurzen Zeitabschnitt, während dessen dieser Strom vorhanden
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ist, zu entwickeln ; unter gewissen Umständen kommt eine solche Entwicklung überhaupt nicht zustande. Diese Wirkung hat zur Folge oder kann zur Folge haben, dass die Qualität und Verständlichkeit der empfangenen Sprache erheblich beeinträchtigt wird, selbst wenn die Linie so eingerichtet ist, dass die
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das System vom Standpunkte des Stationärzustandes aus im wesentlichen ein verzerrungsloses ist.
Für verhältnismässig kurze Linien kann die schädliche Wirkung der üblichen Belastung auf diese drei die Qualität der Übertragung beeinträchtigenden Faktoren ausser acht gelassen werden, weil die Wirkungen verhältnismässig gering sind ; sobald aber der Bereich telephonischer Übermittlung erweitert wird, wird ein Punkt erreicht, bei dem die Verschlechterung der Qualität so weit geht, dass die betriebsmässige Wirkung bzw. der Wirkungsgrad der Stromkreise erheblich herabgemindert wird.
Gemäss vorliegender Erfindung werden diese Übelstände dadurch beseitigt, dass die Belastung in richtige Beziehung zur Länge der Linie gebracht wird. Im allgemeinen muss daher erfindungsgemäss der Wert der Induktanz für jeden Belastungsabsehnitt verringert werden, wenn die Länge der Linie zunimmt und umgekehrt. Als Linienlänge in dem hier gebräuchlichen Sinne ist natürlich die elektrische Länge anzusehen, die gewöhnlich ungefähr der Entfernung zwischen Anfang und Ende der Leitung gleich ist, aber das Kriterium für die elektrische Länge der Linie ist eher der Grad der Echowirkung, die durch die Linie oder durch vorübergehende Verzerrung der Signalströme hervorgerufen wird.
Eine Linie von irgendeiner Länge kann durch ihre elektrischen Charakteristiken definiert werden, man sagt sodann, die Linie habe eine bestimmte elektrische Länge. Wenn gewünscht wird, die Länge einer Linie zu vergrössern, die bereits so belastet ist, dass die Eehowirkungen auf ein Minimum gebracht sind, so muss die Induktanz pro Belastungsabschnitt entlang der ganzen verlängerten Linie verkleinert werden, wenn die Echowirkungen in dieser verlängerten Linie auf dem gleichen Minimum erhalten werden sollen.
Fig. 1 der Zeichnung stellt eine Linie dar, bei welcher die Erfindung Anwendung finden kann, wogegen-Fig. 2 eine Kurve zeigt, welche die FrequenzdÅampfungscharakteristik einer belasteten Linie darstellt.
In Fig. 1 bedeutet x ein Ende und y das andere Ende der Leitung. Die Belastungsspulen sind schematisch bei 1, 2,3 und 4 angedeutet. Auf langen Linien (Leitungen), auf welche-die Erfindung besonders anwendbar ist, werden Verstärker, wie bei A angedeutet, verwendet.
Für irgendeine gegebene Belastung einer Leitung gibt es eine Frequenz, oberhalb welcher die Ströme durch die eigene Belastung gedämpft werden, d. h., das Vorhandensein der Belastungsspulen selbst führt eine Dämpfung herbei. Diese Wirkung ist aus dem Diagramm in Fig. 2 zu erkennen, wo die strichlierte Linie die Dämpfung infoige der in einer idealen Übertragerleitung vorhandenen Belastung allein darstellt und die volle Linie die tatsächliche Dämpfung, wobei der Widerstand der Leitung berück- sichtigt wurde.
Die Frequenz, bei welcher die Dämpfungswirkung der Belastungsspulen merklich wird, wird kritische Frequenz genannt und in der Zeichnung durch 10 bezeichnet.
Damit die Erfindung für den Fachmann mit genügender Klarheit dargestellt werde, wird die Art der Austeilung der Belastung und die Prinzipien, auf welchen die Erfindung aufgebaut ist, noch weiter ausgeführt.
Es sei L die Gesamtinduktanz der Leitung (einschliesslich der Belastungsspulen), R der Gesamtwiderstand, C die Gesamtkapazität, und n die Anzahl der Belastungsabschnitte.
Die kritische Frequenz ft. ist gegeben durch :
EMI2.2
EMI2.3
EMI2.4
wo p das Verhältnis des Widerstandes der Belastungsspulen zum Widerstände der Leitung ist und Ableitungsverluste vernachlässigt sind.
Diese Formeln sind dem Artikel G. A. Campbells fiber belastete Leitungen in Phi Mag. March 1903 entnommen.
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Wenn t2 die Zeit bezeichnet, die für einen Strom von der Frequenz f erforderlich ist, um nach Ankunft am Ende der Leitung annähernd auf seinen Stationärzustand zu kommen, so stellt sich diese Zeit theoretisch dar durch die Gleichung :
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EMI3.2
EMI3.3
EMI3.4
EMI3.5
kreises, den Drahtdurchmesser und den Abstand bestimmt werden.
Nun dürfen, wie vorher festgestellt, die Übertragungszpit < i und die Entwicklungszeit t2 bestimmte
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und T2 diese Werte darstellen, dann sind die Bedingungen der vorgeschriebenen Normalqualität erfüllt, wenn :
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EMI3.8
gute Übertragung wurde angenommen :
EMI3.9
<tb>
<tb> T1 <SEP> = <SEP> 0#05 <SEP> Sek. <SEP> T2=0#005 <SEP> Sek.
<tb>
Werte, die experimentell festgestellt wurden und eine gute Qualität bezüglich Echo und vorübergehenden Wirkungen gewährleisten.
EMI3.10
<tb>
<tb>
Beispiel <SEP> I.
<tb>
1150 <SEP> Meilen <SEP> Nr. <SEP> 19 <SEP> Ga. <SEP> Kabel.
<tb>
C <SEP> = <SEP> 0#7. <SEP> 10-4 <SEP> Farad
<tb> T1 <SEP> = <SEP> 0#05
<tb> T2 <SEP> = <SEP> 0#005
<tb> fm <SEP> = <SEP> 2300
<tb> L <SEP> # <SEP> (0#05)2
<tb> -#=36 <SEP> Henry
<tb> 0#7.10-4
<tb> f2 <SEP> # <SEP> (2300)2#3#025
<tb> 0#525
<tb> fe <SEP> = <SEP> (2#40)(2300) <SEP> = <SEP> 5520
<tb> n <SEP> = <SEP> 867.
<tb>
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<tb>
<tb> Beispiel <SEP> II.
<tb>
115 <SEP> Meilen <SEP> Nr. <SEP> 19 <SEP> Ga. <SEP> Kabel.
<tb>
C <SEP> = <SEP> 0. <SEP> 7. <SEP> 10- <SEP> (, <SEP> Farad <SEP> T2 <SEP> = <SEP> 0-005
<tb> t", <SEP> = <SEP> 2300.
<tb>
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EMI4.1
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EMI4.3
EMI4.4
<tb>
<tb> f. <SEP> 3090 <SEP> n <SEP> 97
<tb>
ist und dass der Abstand der Belastungsspule 1#18 Meilen und die Belastungsspuleninduktanz 148 mh nicht Überschreiten soll.
In den vorhergehenden Beispielen wurde keine Rücksicht auf die Frage der Dämpfung
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welcher Betrag sich im allgemeinen in dem Masse verkleinert, als sich die Abschaltfrequenz f c vergrössert.
Wenn daher L A einen vorgeschriebenen Wert nicht überschreiten soli, so kann diese Bedingung
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der, die Belastungsbedingung und/,. aus den Formeln I, II und III zu bestimmen und-A dann ans Formel IV zu berechnen.
Wenn die so berechnete Dämpfungsänderung innerhalb der vorgeschriebenen Grenze fällt, so ist die Anordnung zufriedenstellend, sonst muss die Absehaltfrequenz gesteigert werden und die Belastungsbestimmung aus den Formeln I, II und III zurüekgerechnet werden. Als ein Beispiel dieses geeigneten Vorganges sei angenommen, dass in einem System nach Beispiel 1 die Forderungen bezilglich der erlaubten Dämpfungsänderung es notwendig machen, die Abschaltfrequenz f, auf 6000 Perioden pro Sekunde zu steigern.
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Abstande von-1-3 Meilen (41). (0-85) = 35 mh nicht überschreiten.
Aus dem Vorhergehenden ergibt sich also, dass durch vorliegende Erfindung ein Belastungssystem geschaffen und eine Methode des Aufbaues desselben bezüglich Länge des Systemes, Widerstand und
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2. Echowirkungen, 3. vorübergehender Verzerrung vollständig entspricht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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dass die Induktanz für jeden Belastungsabschnitt in umgekehrtem Verhältnisse zur elektrischen Länge der Linie steht, so dass die Übertragung der Sprache nicht leidet.