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Serienresonanzkreis zur unsymmetrischen Einspeisung bzw. Ableitung
hochfrequenter Energie bei vieladrigen Fernmeldekabeln Die Erfindung bezieht sich
auf einen Serienresonanzkreis zur unsymmetrischen Einspeisung bzw. Ableitung hochfrequenter
Energie zwischen allen Adern und Mantel bei vieladrigen Fernmeldekabeln, vorzugsweise
auf die unsymmetrische Einspeisung bzw. Ableitung von hochfrequenten Drahtfunksendungen
bei gleichzeitig mit niederfrequenter Sprachenergie erdsymmetrisch beaufschlagten
Fernsprechteilnehmerkabeln.
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Seit Einführung des hochfrequenten Drahtfunks etwa Mitte der dreißiger
Jahre besteht das Problem, die hochfrequente Energie mit möglichst geringem Aufwand
und hohem Wirkungsgrad auf die Teilnehmerleitungen aufzukoppeln bzw. diesen zu entnehmen,
also diese abzuleiten. Da man sich für die hochfrequente Aussendung der über Draht
übertragenen Rundfunkprogramme für die erdsymmetrische Einspeisung auf die Doppeladern
entschieden hatte, erfolgte Einspeisung und Abnahme mittels in jede Doppelader eingeschalteter
Weichen aus Hoch-und Tiefpässen. Dieses ist nicht nur aufwendig, es erfordern auch
die Weichen in den Amtseinrichtungen einen hohen Platzbedarf.
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Dieser hohe Aufwand und Platzbedarf führte dazu, daß die erdsymmetrische
Einspeisung auf die Doppeladern verlassen wurde, als es galt, einem möglichst großen
Teilnehmerkreis für Luftwarnzwecke Drahtfunksendungen zugänglich zu machen. So erfolgte
z. B. eine unsymmetrische Einspeisung dadurch, daß die hochfrequente Energie über
Koppelkondensatoren auf eine Reihe von Adern gegen den Mantel eingespeist wurde,
wobei dann über die Adernkapazität eine weitere Aufteilung auf alle Adern erfolgte.
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Bei einer neueren Anordnung wird mittels eines axial um das Kabel
angebrachten Ringkernes aus ferromagnetischem Material, der eine Erregerwicklung,
an die der Drahtfunksender angeschlossen ist, aufweist, in allen Adern des Kabels
die Hochfrequenzspannung induziert. Damit der Kabelmantel nicht über Isolationsfehler
gegen Erde als Kurzschlußwindung wirkt, ist er in Nähe der Einspeisestelle unterbrochen.
Obwohl schon bei dieser Einspeiseart kein Eingriff in das Kabel, z. B. zum Anschließen
von Koppelkondensatoren an die Adern, mehr notwendig ist, stellt der hierfür benötigte
Ringkern - meistens aus Ferritmaterial - ein Sonderbauteil dar.
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Während nun bei der erdsymmetrischen Einspeisung auf die Adernpaare
die Hochfrequenzspannungen von den Fernsprechamts- und Teilnehmereinrichtungen durch
die Weichen ferngehalten wurden, liegen bei der unsymmetrischen Einspeisung diese
Hochfrequenzspannungen auch an den Amtseinrichtungen. Hierdurch können infolge der
nichtlinearen Kennlinien von Übertragern, Drosseln, Relaiswicklungen usw. und auch
durch Kontaktübergangswiderstände der Amtseinrichtung unerwünschte Modulations-
bzw. Demodulationsvorgänge auftreten, durch die einerseits eine Modulation des Drahtfunkträgers
mit der Sprache der Telefongespräche auf den Doppeladern, also ein hochfrequentes
Nebensprechen auf dem Drahtfunkprogramm wie auch andererseits durch Demodulation
der Drahtfunksendung ein niederfrequentes Nebensprechen auf den Teilnehmerleitungen
erfolgen kann.
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Wenn in den Amtseinrichtungen empfindliche elektronische Einrichtungen
eingesetzt sind, können die verhältnismäßig hohen Amplituden des Drahtfunks sogar
zu Störungen in der Funktion dieser Einrichtungen führen.
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Ein Auftreten unzulässig hoher Drahtfunkspannungen könnte nun theoretisch
dadurch verhindert werden, daß bei den Amtseinrichtungen zwischen jede Ader und
Kabelmantel ein Ableitkondensator geschaltet wird. Abgesehen von den hierdurch entstehenden
Materialkosten und dem Platzbedarf führt diese Maßnahme nicht zum Erfolge, da ihr
einsetzbarer Kapazitätwert durch die zulässige Dämpfung der höchsten Sprechfrequenz
des Telefongesprächs durch diese Kondensatoren begrenzt ist.
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An Stelle je eines Kondensators zwischen Ader und Mantel könnte nun
ein Serienresonanzkreis eingesetzt werden. Diese Maßnahme führt zwar zum Erfolg,
scheidet aber aus Gründen des Aufwandes und des Platzbedarfes aus.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Aufwand und Platzbedarf
der bekannten Einrichtungen herabzusetzen, indem sowohl zur. unsymmetrischen
Einspeisung
wie zur Ableitung hochfrequenter Energie zwischen allen Adern und Mantel eines vieladrigen
Kabels, vorzugsweise für die unsymmetrische Einspeisung bzw. Ableitung von hochfrequenter
Drahtfunksendung bei gleichzeitig mit niederfrequenter Sprachenergie erdsymmetrisch
beaufschlagten Fernsprechteilnehmerkabeln ein allen Adern gemeinsamer Serienresonanzkreis
eingesetzt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nun dadurch gelöst, daß als Kreiskapazität
die Reihenschaltung einerseits der Kapazität zwischen allen Adern und einem von
dem Kabelmantel durch Abtrennen isolierten Mantelstück mit andererseits der Kapazität
zwischen allen Adern und dem restlichen Kabelmantel, der Belastungs- und Verlustwiderstände
parallel liegen, verwendet wird, und daß die zwischen abgetrenntem Mantelstück und
restlichem Mantel geschaltete Induktivität so bemessen ist, daß für die hochfrequente
Trägerfrequenz Serienresonanz herrscht.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung werden mehrere Einsatzmöglichkeiten
dieses erfindungsgemäßen Serienresonanzkreises für die Einspeisung der hochfrequenten
Energie und zum Schutze der Amtseinrichtungen gegen die Hochfrequenzspannungen aufgezeigt.
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Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen eingehend beschrieben
werden.
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F i g. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Serienresonanzkreis; F i g. 2
zeigt das elektrische Wirkschaltbild dieses Kreises; F i g. 3 zeigt die Verwendung
des erfindungsgemäßen Serienresonanzkreises zum unsymmetrischen Einspeisen von Hochfrequenzenergie
auf alle Adern eines vieladrigen Kabels; F i g. 4 zeigt das elektrische Wirkschaltbild
der Anordnung nach Fig. 3; F i g. 5 zeigt den Einsatz des erfindungsgemäßen Serienresonanzkreises
für die Ankopplung eines Empfängers; F i g. 6 zeigt den Einsatz zweier erfindungsgemäßer
Serienresonanzkreise zur teilnehmergerichteten Aussendung der Hochfrequenzenergie;
F i g. 7 zeigt das elektrische Wirkschaltbild der Anordnung nach F i g. 5; F i g.
8 und 9 zeigen die zu F i g. 6 und 7 duale Anordnung; F i g. 10 zeigt den Einsatz
des erfindungsgemäßen Serienresonanzkreises zur teilnehmergerichteten Aussendung
der Hochfrequenzenergie durch Kompensation; F i g. 11 und 12 zeigen das Wirk- und
Ersatzschaltbild dieser Anordnung.
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In den Figuren sind jeweils gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen. F i g. 1 zeigt nun den Aufbau des erfindungsgemäßen Serienresonanzkreises.
Von dem Mantel 2 eines vieladrigen Kabels ist z. B. durch Einkerben das Mantelstück
1 elektrisch getrennt worden. Zwischen diesem Mantelstück 1 und den miteinander
verbundenen restlichen Mantelteilen 2 liegt die Induktivität L. In F i g. 2 ist
nun das Wirkschaltbild dieses Kreises dargestellt. Der erfindungsgemäße Serienresonanzkreis
besteht nun aus der Kreisinduktivität L und einer Kreiskapazität, die aus der Reihenschaltung
der Kapazität zwischen Mantelstück 1 und den Adern 3 einerseits und der Kapazität
zwischen dem restlichen Kabelmantel 2 und den Adern 3 gebildet wird. Letzter Teilkapazität
liegt der Verbraucherwiderstand 5 sowie der Widerstand 4 der Amtseinrichtung parallel.
Der außerdem dieser Kapazität parallelliegende über die ganze Kabellänge verteilte
Verlustwiderstand des Kabels werde bei den Betrachtungen vernachlässigt. Da diese
Kapazität des Kabelmantels 2 gegen die Adern 3 wertmäßig sehr groß gegenüber der
Kapazität Mantelstück 1 gegen Adern 3 ist, kann sie meistens gegenüber letzterer
für die Resonanzfrequenz des Kreises vernachlässigt werden. Für den Aufbau der üblichen
Fernsprechteilnehmerkabel werden für die Isolation zwischen Mantel und Adern Isoliermaterialien
verwendet, die für Hochfrequenz nicht mehr zu vernachlässigende Verluste aufweisen.
Hierdurch wird der Resonanzkreis verhältnismäßig stark bedämpft, so daß sich auch
für die Modulationsseitenbänder noch ein zulässiger Frequenzgang ergibt. Da für
die erfindungsgemäßen Serienkreise keine hohe Trennschärfe verlangt wird, da der
Abstand zwischen Hochfrequenz und niederfrequenter Sprache sehr groß ist - beträgt
doch das Verhältnis zwischen oberer Frequenzgrenze der Niederfrequenz und dem Träger
der Hochfrequenz im Durchschnitt etwa 1:50 -, ist aber die erzielbare Trennschärfe
ausreichend groß, um eine Beeinflussung der hohen Sprachfrequenzen zu verhindern.
Für das Mantelstück 1 kommt man mit weniger Metern aus. Bei dem erfindungsgemäßen
Serienresonanzkreis kommt man bei den üblichen Teilnehmerkabeln und einer Hochfrequenz
von etwa 100 ... 200 kHz auf Resonanzwiderstände, die in der Größenordnung
von etwa 5 Ohm liegen.
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In F i g. 3 ist nun die Verwendung eines solchen Serienresonanzkreises
zum unsymmetrischen Einspeisen von Hochfrequenzenergie auf alle Adern eines vieladrigen
Kabels gegen den Kabelmantel dargestellt, wobei dann F i g. 4 das Wirkschaltbild
zeigt. Die F i g. 3 entspricht im wesentlichen der F i g. 1, jedoch ist hier die
Induktivität L mit Tr bezeichnet, da sie noch eine Ankopplungswicklung für den Hochfrequenzsender
aufweist. In dem Wirkschaltbild nach F i g. 4 sei L die frequenzbestimmende induktive
Komponente von Tr, 6 sei der Verlustwiderstand des Kreises und Tr' sei die als idealer
verlustfreier Übertrager wirksame Komponente von Tr. Die Pfeile versinnbildlichen
die Verteilung der Hochfrequenzenergie über das Kabel. Hieraus ist ersichtlich,
daß die für die Resonanzfrequenz bestimmende Induktivität L nicht allein aus der
induktiven Komponente des übertragers Tr, sondern auch aus der Reihenschaltung einer
Induktivität L mit der Sekundärwicklung des übertragers Tr bestehen kann. Man sieht,
daß, wenn Amtswiderstand 4 und Verbraucherwiderstand 5 gleich groß sind, sich die
eingespeiste Hochfrequenzenergie zu gleichen Teilen auf beide Widerstände aufteilt.
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Da nun in der Praxis leider der Amtswiderstand 4 etwa in gleicher
Größenordnung mit dem Verbraucherwiderstand 5 liegt, geht praktisch die Hälfte der
eingespeisten Hochfrequenzenergie am Amtswiderstand 4 verloren. Auf die Gefahr des
niederfrequenten Nebensprechens des hochfrequenten Signals und des hochfrequenten
Nebensprechens der niederfrequenten Gespräche durch Demodulation und Modulation
an nichtlinearen Elementen ist schon hingewiesen worden, so daß die Verwendung
dieser
Einspeisungsart ohne zusätzliche Sperrmittel für die Amtsrichtung mit gewissen Unzulänglichkeiten
behaftet ist. Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß für die Hochfrequenzenergie
Amtswiderstand 4 und Verbraucherwiderstand 5 parallel zu der Einspeisungsstelle
liegen, es sich also bei der erfindungsgemäßen Einspeisung um eine Parallelspeisung
handelt.
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Wie wohl selbstverständlich, läßt sich diese Einspeiseschaltung auch
zur Ankopplung des Verbrauchers an das Kabel verwenden. Dieses ist in F i g. 5 dargestellt.
An Stelle der Hochfrequenzquelle wird hierzu bei einer Anordnung entsprechend der
F i g. 3 der Empfänger 7 angeschlossen. Es ist hierbei darauf zu achten, daß der
Serienresonanzkreis so ausgebildet wird, daß sich als Resonanzwiderstand der Wellenwiderstand
des Kabels für die Hochfrequenzenergie ergibt.
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In F i g. 6 bis 12 sind nun verschiedene Anordnungen dargestellt,
denen gemeinsam die Lösung der Aufgabe der Unterdrückung einer in Amtsrichtung gerichteten
Aussendung der Hochfrequenzenergie ist. Diese Anordnungen verbessern also zusätzlich
wesentlich den Wirkungsgrad einer solchen Einspeisung von Hochfrequenzenergie. Alle
Anordnungen setzen zur Lösung dieser Aufgabe den erfindungsgemäßen Serienresonanzkreis
ein.
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In F i g. 6 erfolgt nun die Einspeisung der hochfrequenten Energie
entsprechend der F i g. 3. Die in Richtung Amtseinrichtung fließenden Hochfrequenzströme
werden nun durch Einsatz eines für alle Adern des Kabels wirksamen Sperrkreises
herabgesetzt. Dieser Sperrkreis wird dadurch erhalten, daß um das Kabel ein Ringkern
8 angebracht ist, der eine Wicklung 9 trägt, deren Enden mit einer Kapazität 10
zu einem auf den hochfrequenten Träger abgestimmten Parallelresonanzkreis überbrückt
sind. Diese Anordnung wirkt sich auf" die Adern so aus, als ob in jede Ader ein
Sperrkreis 9, 10, wie in F i g. 7 angedeutet, eingeschaltet wäre. Allein durch diese
Maßnahme ist es praktisch in allen vorkommenden Fällen möglich, die an dem Amtswiderstand
4 anstehende Hochfrequenzspannung ausreichend niedrig zu halten und den Hochfrequenzfluß
praktisch vollständig in Richtung Verbraucherwiderstand 5 zu leiten. Sollte eine
noch weitergehende Verminderung der am Amtswiderstand 5 anstehenden Hochfrequenzspannung
erwünscht sein, so könnte dieses durch Einsatz eines weiteren Serienresonanzkreises,
bestehend aus L' und der Kapazität des Mantelstückes 1' gegen die Adern 3 erfolgen.
Der Widerstand 11 ist der Verlustwiderstand dieses Kreises.
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F i g. 8 und 9 zeigen die zu der Anordnung nach F i g. 6 und 7 duale
Anordnung. Hier erfolgt die Einspeisung der Hochfrequenzenergie in an sich bekannter
Weise mittels eines Ringkernes 8', dessen Wicklung 9' an den Hochfrequenzsender
angeschlossen ist. Wie in F i g. 9 dargestellt, handelt es sich bei dieser Einspeisungsart
um eine Serienspeisung, d. h., Speisequelle, Verbraucherwiderstand und Amtswiderstand
liegen für die Hochfrequenzströme in Reihe.
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Gemäß der Erfindung wird nun entsprechend der Anordnung nach F i g.
6 der Weg zur Amtseinrichtung durch einen Ringkernsperrkreis 8, 9, 10 gesperrt
und dafür für die Hochfrequenzströme durch einen Serienresonanzkreis aus L' und
Kapazität zwischen Mantelstück 1 und Adern 3 ein Stromweg geschaffen. Auch bei dieser
Anordnung erfolgt der Energiefluß der Hochfrequenz fast vollständig nur in Richtung
zum Verbraucherwiderstand 5.
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Bei der in den F i g. 10 bis 12 dargestellten Anordnung wird die gleiche
Aufgabe dadurch gelöst, daß bei an sich bekannter Serieneinspeisung mittels eines
Ringkernes 8', 9' über einen Serienresonanzkreis entsprechend der F i g. 3 eine
Hochfrequenzspannung gleicher Träger- und Modulationsfrequenz und Amplitude, jedoch
entgegengesetzter Phase eingespeist wird. Hierdurch wird erreicht, daß, wie in F
i g. 11 durch die Pfeile angedeutet, in Richtung Verbraucherwiderstand 5 sich die
von Ringkern 8', 9' eingespeisten Ströme den über den Serienresonanzkreis eingespeisten
Strömen addieren, sich jedoch diese Ströme in Richtung Amtswiderstand 4 kompensieren,
da es sich ja bei der Einspeisung über den erfindungsgemäßen Serienresonanzkreis
um eine Parallelspeisung handelt.
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Hauptsächliches Anwendungsgebiet für Schaltungen mit den erfindungsgemäßen
Serienkreisen ist die unsymmetrische Einspeisung von Drahtfunksendungen auf alle
Adern eines vieladrigen Fernsprechleilnehmerkabels und deren Auskopplung. Hierfür
stellt dieser Serienkreis eine einfache und zweckmäßige Lösung dar und erlaubt mit
einfachen Mitteln, das Problem der nur teilnehmergerichteten Aussendung der Drahtfunkenergie
zu lösen und dadurch sowohl den Wirkungsgrad der Anlagen zu erhöhen, wie auch Störungen
der Vermittlungseinrichtungen durch die Hochfrequenzspannungen und hoch- und niederfrequentes
Nebensprechen infolge nichtlinearer Glieder in den Vermittlungseinrichtungen zu
unterbinden.