DE2324114C3 - Fernspeisesystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fernspeisesystem für Gleichstromserienspeisung von mehreren, in Abständen angeordneten und durch aufeinanderfolgende Kabelabschnitte miteinander verbundenen mehrstufigen Transistor-Breitbandgegentaktverstärkern, wobei jeder Kabelabschnitt zwei parallele Adern enthält, Ober die der Speisegleichstrom parallel und die Breitbandsignale im Gegentakt übertragen werden, und wobei die parallelen Adern an ihren beiden Enden Ober Kabelabschlußimpedanzen miteinander verbunden sind, die die Verstärkereingangs- bzw. -ausgangsimpcdanzen bilden und mit deren Hilfe der Gleichstrom und die Breitbandsignale an den Verstärkereingängen getrennt und an den Verstärkerausgängen wieder zusammengefügt werden.

Der Wirkungsgrad, hier ausgedrückt in der maxima- ν, len Anzahl Verstärker, die an ein derartiges Speisesystem angeschlossen werden können, hängt dabei von der maximal zulässigen Speisegleichspannung ab, die an das Kabel angeschlossen wird, geteilt durch die Summe des Spannungsverlustes an den Adern pro Kabelab- so schnitt und dem Spannungsverlust pro Verstärker.

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung des Wirkungsgrades eines derartigen Speisesystems durch Verringerung der Spannungsverluste.

Dies wird bei einem Fernspeisesystem der eingangs genannten Art erfindungsgcmäß dadurch erreicht, daß die pro Transistorverstärker für die Transistoren benötigten Elektrodenwiderstände durch Aufteilung mindestens derjenigen Kabelabschlußimpedanz, die die Verstärkercingangsimpedanz bildet, unter Beibehaltung bo des für den Kabelabschnitt erforderlichen charakteristischen Impedanzwertes, realisiert sind.

Die Erfindung und ihre Vorteile sollen an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, wovon

F i g. 1 das Prinzipschaltbild eines Übertragungsweges für die Übertragung von Breitband-Gegentaktsignalcn,

F i g. 2 eine bekannte Ausführung eines in einem

derartigen Übertragungsweg verwendeten Leitungsverstärker, und

Fig.3 eine mögliche Ausführungsform eines Leitungsverstärkers zeigt, wie er in einem Fernspeisesystem nach der Erfindung verwendet wird.

Bei einer üblichen Ausführung eines Übertragungsweges für die Übertragung von Breitbandsignalen in Gegentaktschaltung, wie in Fig. 1 gezeigt, sind D\ und Di zwei am Anfang bzw. Ende des Übertragungsweges liegende Endverstärker. Der Übertragungsweg selber enthalt mehrere in Abständen liegende Leitungsverstärker Li... L_n, die mit den aufeinanderfolgenden Kabelabschnitten Ai, A₂...A_n miteinander verbunden sind, die jeweils zwei Adern enthalten, die an ihren beiden Enden mit der Kabelabschlußimpedanz R₀ verbunden sind. Ferner sind die beiden Endverstärker D-, und Di, der besseren Symmetrie wegen für die im Gcgentakt übertragenen Signal:, als Differentialverstärker ausgeführt, während die Leitungsverstärker L\... L_n als mehrstufige Trcmsistor-Brcitbandgegentaktverstärker ausgeführt sind. Dabei kommen die Breitbandsignale im Gegentakt an die Eingangsklemmen 1 und 2 des Endverstärkers Di, der die Eingangsimpedanz 3 und die Ausgangsimpedanz 4 hat, wobei letztere durch die Kabelabschlußimpedanz Ro des an diesen Endverstärkei angeschlossenen Kabelabschnittes Ai gebildet wird. Die auf dem Übertragungswege im Gegentakt übertragenen Breitbandsignale erscheinen an den Ausgangsklemmen 5 und 6 des Endverstärkers L\ der die Ausgangsimpedanz 7 und die Eingangsimpedanz 8 hat, wovon letztere durch die Kabelabschlußimpedanz R₀ des Kabelabschnittes A_n gebildet wird.

Die genannten Endverstärker D\ und Di werden, wie üblich, individuell von einer eigenen Gleichspannungsquelle Ue bzw. Ue gespeist Ferner ist dabei der Ausgang des Gleichstromkreises des Endverstärkers Di mit der negativen Klemme der Gleichspannungsquelle U_c verbunden, deren positive Klemme über Erde mit der Mittelanzapfung der Ausgangsimpedanz 4 verbunden ist, so daß der Speisestrom in zwei gleiche Teile geteilt wird, die über die Adern von Kabeiabschnitt A\ an den Eingang des Gleichstromkreises des Endverstärkers Di gelangen. Dabei halten die Trennkondensatoren 9 und 9' die Gleichspannung U_e von den Eingangsklemmen 1 und 2 fern.

Völlig analog dazu ist der Ausgang des Gleichstromkreises des Endverstärkers Di an die negative Klemme der Gleichspannungsquelle U_e' angeschlossen, deren positive Klemme über Erde mit der Mittenanzapfung der Ausgangsimpedanz 7 des Endverstärkers D₂ verbunden ist

Die Leitungsverstärker Li... L_n im Übertragungsweg werden mit einem Fernspeisesystem in Serie aus der gemeinsamen Gleichstromquelle 11 gespeist wie im folgenden noch näher erläutert werden wird.

Bei einer üblichen Version eines derartigen Leitungsverstärkers enthält dieser, wie in F i g. 2 zu sehen ist, drei in Kaskade geschaltete Verstärkerstufen, wobei jede Stufe aus zwei im Gegentakt geschalteten Transistoren besteht So enthält die Verstärkerstufe zwei Feldeffekttransistoren Ti und T{, deren Gate-Elektroden an die beiden durch die Kabelabschlußimpedanz 12 miteinander verbundenen Adern des dem Verstärker vorhergehenden Kabelabschnittes angeschlossen und deren Drain-Elektroden direkt mit den Basen der Transistoren Ti und Ti der folgenden Verstärkerstufen verbunden sind. Die Endstufe des Verstärkers enthält die beiden Transistoren Tj und Ti, deren Basen direkt mit den

Kollektoren der Transistoren T₂ bzw. T₂ verbunden sind, während die Kollektoren der Transistoren T₃ und Tz an die beiden durch die Kabelabschlußimpedanz 13 miteinander verbundenen Adern des dem Vorstärker folgenden Kabelabschnittes angeschlossen sind.

An den Feldeffekttransistoren liegen ferner die Widerstände 14 und 14'. über die die Drain-FJcktnxlcii au die Mittenanzapfung 15 der KabclabschluUiinpcdan/ 13 angeschlossen sind, während sich an den Transistoren T₂ und T₂ die K.ollektorwiderstände 16 und 16' befinden, die an die Mittenanzapfung 17 der KabelabschluBimpedanz 12 angeschlossen sind.

Um völlige Symmetrie herzustellen, sind die Source-Elektroden des Transistorpaares T\ und TV bzw. die Emitterelektroden der Transistorpaare T₂ und T₂' sowie T₃ und T₃ über je zwei gleiche Widerstände 20 und 20' bzw. 21 und 21' sowie 22 und 22' miteinander verbunden und besitzt jedes Transistorpaar einen gemeinsamen Source- bzw. Emitterwiderstand, nämlich 23 bij/. 24 und 25, wobei der Sourcewiderstand 23 den Verbindungspunkt 26 der Widerstände 20 und 20' an die Mittenanzaptung 17 der Kabelabschlußimpedanz 12 anschließt, während der Emitterwiderstand 25 den Verbindungspunkt 27 der Widerstände 22 und 22* an diese Mittenanzapfung anschließt, sowie der Emitterwiderstand 24 den Verbindungspunkt 28 der Widerstände 2i und 21' an die Mittenanzapfung 15 der Kabelabschlußimpedanz 13 anschließt

Die beiden symmetrischen Hälften des Gegentaktverstärker besitzen ferner jeweils einen Rückkopplungskreis mit Widerstand 29 bzw. 29', der den Emitter von Transistor T₃ bzw. T₃ mit der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors T₁ bzw. Τ₍' verbindet

Außerdem sind die Source-Elektroden der Feldeffekttransistoren T\ und 71' und die Emitter der Transistoren T₃ und T₃' mit den Anschlußklemmen 30 und 30' bzw. 31 und 31' verbunden, an die die üblichen Entzerrerglieder angeschlossen werden können.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Übertragungsweg werden die wie obenstehend ausgeführten Leitungsverstärker Li... L_n von der gemeinsamen Gleichstromquelle 11 in Serie gespeist, die dazu mit ihrer negativen Klemme an die Mittenanzapfung der Eingangsimpedanz 8 des Endverstärkers D₂ und mit ihrer positiven Klemme Ober Erde an die Mittenanzapfung der Ausgangsimpedanz 4 4es Endverstärkers D_x angeschlossen ist Dabei teilt sich der von Stromquelle 11 gelieferte Strom / an der Mittenanzapfung der Ausgangsimpedanz 4 in zwei gleiche Teile, die über die beiden Adern von Kabelabschnitt A\ zusammen mit den Gegentaktsignalen dem Leitungsverstärker Li zugeführt werden, wo die beiden Teilströme ^ über die Hälften der Eingangsimpedanz R₀ von Leitungsverstärker Li zusammengefügt werden und dann über den an diese Mittenanzapfung der Eingangsimpedanz R₀ angeschlossenen Gleichstromkreis von Leitungsverstärker Li an die Mittenanzapfung der Ausgangsimpedanz Ro von Leitungsverstärker Li gelangen. An dieser Mittenanzapfung teilt der Strom /sich wiederum in zwei gleiche Teile, die über die beiden Adern <fes folgenden Kabelabschnittes zusammen mit den in Verstärker Li verstärkten Gegentaktsignalen dem folgenden Leitungsverstärker zugeführt werden, wobei die beiden

Teilströme y jeweils in der beschriebenen Weise vor

dem Verstärker zusammengeführt wc. len und dann den Speisegleichstrom / bilden, der hinter jedem Verstärker wiederum in die beiden über die beiden Adern der Kabelabschnitte übertragenen Teilströme

-5- geteilt wird, wobei die Teilströme am Ende des

Fernspeisesystems über die Mitter.anzapfung der Eingangsimpedanz 8 zusammen an die negative Klemme der (ileichslrumqucllo 11 gefangen.

Um das l'crnspeisesysteni von dem iiuliviiluelleii Speisesystem von Endverstärker /Λ getrennt zu halten, liegen zwischen diesem Endverstärker und dessen Eingangsimpedanz 8 die Trennkondensatoren 10 und 10'.

Der Wirkungsgrad bzw. die Anzahl Leitungsverstärker, die mit dem Femspeisesystem gespeist werden kann, hängt dabei von der maximal zulässigen Gleichspannung Ui ab (gemessen an Punkt 32), geteilt durch die Summe der Spannungsverluste an den Adern pro Kabelabschnitt und dem Spannungsverlust pro Leitungsverstärker.

Erfindungsgemäß wird nun eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades des Fernspeisesystems erzielt, wenn die pro Laitungsverstärker für die Transistoren benötigten Elektrodenwiderstande durch Aufteilung von mindestens der durch die Kabelabschlußimpedanz gebildeten Verstärker-Eingangsimpedanz unter Einhaltung des für die Kabelabschnitte erforderlichen charakteristischen Impedanzwertes realisiert werden.
Die in Fig.3 gezeigte Version eines dementsprechend ausgeführten Leitungsverstärkers enthält, ebenso wie der Leitungsverstärker in Fig.2, drei in Kaskade geschaltete Verstärkerstufen, wobei jede Stufe von zwei im Gegentakt geschalteten Transistoren gebildet wird. Diese Transistoren und die übrigen Teile, die mit denen in F i g. 2 übereinstimmen, sind in F i g. 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Ausführung des Leitungsverstärkers unterscheidet sich jedoch darin von der in Fig.2, daß die im Leitungsverstärker für die Transistorelektroden benötigten Widerstände durch die erfindungsgemäße Aufteilung der Kabelabschlußimpedanzen 12 und 13 gegeben sind.

So ist die Kabelabschlußimpedanz 12 in vier parallele Kreise aufgeteilt, die jeweils aus der Serienschaltung von zwei gleichen Widerständen 33 und 33' bzw. 34 und 34'; 35 und 35' sowie 36 und 36' bestehen, und ist die Kabelabschlußimpedanz 13 des dem Verstärker folgenden Kabelabschnittes in drei parallele Kreise aufgeteilt, die jeweils aus der Serienschaltung von zwei gleichen Widerständen 38 und 38' bzw. 39 und 39' sowie 40 und 40'bestehen.

Dabei bilden die Widerstände 33 und 33' zusammen den gemeinsamen Source-Widerstand 23 der Feldeffekttransistoren Ti und Ti', während die Widerstände 39 und 39' bzw. 40 und 40' paarweise die Drain-Widerstände 14,14' der Transistoren T_x und 7V bilden.

Die Gate-Elektroden dieser Transistoren sind an die beiden Adern des dem Verstärker vorhergehenden Kabelabschnittes angeschlossen.
Die Widerstände 38 und 38' bilden zusammen den

bo gemeinsamen Emitterwiderstand 24 der Transistoren T₂ und T₂' während die Widerstände 34 und 34' bzw. 35 und 35' paarweise die Kollektorwiderstände 16, Ib' der Transistoren T₂ und T₂' bilden. Die Widerstände 36 und 36' bilden zusammen den gemeinsamen Emitterwiderstand 25 der Transistoren T₃ und T₃.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen werden eigene Widerstände für die Kabelabschlußimpedanz und die darin auftretenden Spannungsverluste

vermieden, so daß man eine Wirkungsgradverbesserung des Fernspeisesystems erhält Die Höhe dieser Verbesserung läßt sich wie folgt berechnen:

Angenommen, der in F i g. 1 dargestellte Übertragungsweg ist mit den in Fig.2 wiedergegebenen bekannten Leitungsverstärkern ausgeführt und diese Verstärker befinden sich in einem Abstand von 2 km, während der durch jede Ader fließende Speiseglcich-

Mroin , ---4OmA uiitl die KabclabsehluUimpedanz K_{u |(l}

gleich 150 Ohm beträgt, (hum ist der Spannungsverlust in jeder der beiden I liilflcn von der durch die geiiiinnte Kahclnhsi'hliiUimpedan/. geformten Versliirkereiii lust pro Verstärkerabschnitt dagegen höchsten: ^+22) Volt - 9 Volt, da bei diesem Leitungsverstärkei

4(1 ηιΛ · 75 Il

JV.

Die weiteren Spannungsverlustc pro Verstärkerabschnitt setzen sich aus dem Spannungsvcrlust im Verstärker zusammen der bei einer praktischen

Ausführungsform z.B. 6^VoIt beträgt, und dem Spannungsverlust in den Adern pro Abschnitt von 2 km, der bei einem bestimmten Aderquerschnitt z. B. 2 4 Volt beträgt. Der gesamte Spannungsverlust pro Verstärkerabschnitt beträgt dann (3+6^+2^) Volt = 12 Volt.

Bei einer maximal zulässigen Speisegleichspannung I//-6OVoIt bedeutet dies, daß nicht mehr als 5 w Kabelabschnittc mit 4 Leitungsverstärkern gespeist werden können, da hierfür bereits eine Spannung von

(4 χ 12) Volt +2₄ Voll erforderlich ist. Mit diesem Fernspeisesystem kann deshalb nur ein Abstand von s^r> etwa 10 km überbrückt werden.

Bei Verwendung der in Fig.3 dargestellten Leitungsvcrstärkcr beträgt der gesamte Spannungsverder Spannungsverlust von 3 Volt entfällt, der bei den bekannten Verstärkern in jeder der beiden Hälften der durch die Kabelabschlußimpedanz Ro gegebenen Ver· stärkereingangsimpedanz auftritt Bei einem Span nungsverlust von nur 9 Volt pro Verstärkerabschnit können bei einer maximal zulässigen Speiseglcichspan niing von 60 Voll nicht weniger als 7 Kabclabschnitti mit 6 l.cilungsverstärkcrn gespeist werden, da hierfü

(bx9)V + 2₁V-56.V erforderlich sind. Der über Imicklc Abstand beträgt dann etwa 14 km. Obenstehen· de UerechiHing erfolgte ferner ohne Berücksichtigung der Verringerung des Spannungsverlustcs infolge de Tatsache, daß auch die durch die KabelabschluUimpc danz 13 gebildete Verstärkerausgangsimpedanz aufgeteilt ist. Diese Verringerung ist nämlich gering, so daC die Aufteilung dieser Kabelabschlußimpedanz deshalb nicht unbedingt erforderlich ist

Bei der oben beschriebenen, erfindungsgemäßer Ausführungsform des Fernspeisesystems ist nur ein« West-Ost-Verbindung wiedergegeben und verläuft eir Teil des Speisestromkreises durch die Erde. Wenr jedoch neben dieser West-Ost-Verbindung auch ein< Ost-West-Verbindung vorhanden ist kann der durch die Erde verlaufende Teil des Speisestromkreises ir bekannter Weise durch eine Verbindung erset/j werden, die durch die Adern dieser Ost-Wcst-Verbin dung verläuft

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß di Erfindung nicht auf die Verwendung im Leitungsver stärker mit drei in Kaskade geschalteten Gegentaktver stärkerstufen beschränkt ist, da die Erfindung auch be Leitungsverstärkern mit einer größeren oder kleinerer Anzahl Gegentaktverstärkerstufen verwendet werdet kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Fernspeisesystem für Gleichstromserienspeisung von mehreren, in Abständen angeordneten und s durch aufeinanderfolgende Kabelabschnitte miteinander verbundenen mehrstufigen Transistor-Breitbandgegentaktverstärkern, wobei jeder Kabelabschnitt zwei parallele Adern enthält, fiber die der Speisegleichstrom parallel und die Breitbandsignale im Gegentakt Obertragen werden, und wobei die parallelen Adern an ihren beiden Enden Ober Kabelabschlußimpedanzen miteinander verbunden sind, die die Verstärkereingangs- bzw. -ausgangsimpcdanzen bilden und mit deren HiUe der Gleich- is strom und die llrcitbandsigiiiilc an den Vcrslärkcri-iiigitiigcn getrennt und an den Vcrsläi kenuisgan-Kcn wieder zusammengefügt werden, s! a d ti r c h gekennzeichnet, dali die pro Transistorverstärker für die Transistoren benötigten Elektrodenwiderstände durch Aufteilung mindestens derjenigen Kabelabschlußimpedanz, die die Verstärkereingangsimpedanz bildet, unter Beibehaltung des für den Kabelabschnitt erforderlichen charakteristischen Impedanzwertes realisiert sind. 2s