DE2330352A1 - Verbindungsleitung fuer ein zeitmultiplex-uebertragungssystem - Google Patents

Description

9097-73/H/Elf

ital.Anm. No. 25735 A/72

vom 15.6.1972

Societä Italiana Telecomunicazioni Siemens s.p.a., Malland (Italien)

Verbindungsleitung für ein Zeitmultiplex-Übertragungssystem

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsleitung für ein Zeitmultiplex-übertragungssystera, insbesondere für die übertragung von Signalpraben in Zeitiuultiplex-Fernsprechsystemen.

Bekanntlich treten bei solchen elektrischenLeitungen Nebensprecherscheinungen auf, wogegen geeignete Maßnahmen getroffen werden müssen. Beispielsweise 1st bekannt, die Sprechleitung eines Zeitmultiplex-Fernraeldesystems während der zeitlichen Schutzeibstände zwischen zwei benachbarten Zeitphasen mit ihrem Wellenwiderstand abzuschliessen. Hierdurch wird ein Teil des Nebensprechens vermieden, der dem kapazitiven Verhalten der Leitung zuzuschreiben ist. Eine weitere Verringerung des Nebensprechens kann dadurch erreicht werden, daß man mit der Sprechleitung geeignete Kompensationszellen in Reihe schaltet, die den Zweck haben, die parasitären Parameter der Leitung unabhängig von der Frequenz zu machen· Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß die richtige Einstellung der Kompensationsseilen Schwierigkeiten bereitet und eine zusatz- i liehe unerwünschte Dämpfung eingeführt wird. i

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Aufgabe der Erfindung ist, eine Leitung anzugeben, bei der die möglichen Ursachen des Nebensprechens ausgeschaltet oder wenigstens in ihrer Wirkung verringert werden, ohne daß die Einstellung von Kompensationsschaltungen notwendig ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Verbindungsleitung für ein Zeitmultiplex-Übertragungssystem dadurch, daß zwei übereinander angeordnete Isolierschichten mit als gedruckte Schaltungen aufgebrachten Leitern vorgesehen sind, von denen die Isolierschicht, die dem bei der übertragung von Signalen entstehenden veränderlichen elektrischen Feld ausgesetzt ist, aus einem Material besteht, das ausgeprägte Antipolarisationseigenschaften hat.

Dadurch, daß die Leiter der Übertragungsleitung als übereinander liegende gedruckte Schaltungen realisiert und dadurch entsprer chend dünn sind, ergibt sich eine gleichförmige Stromverteilung, was wesentlich zur Vermeidung von Nebensprecheffekten beiträgt. Dadurch, daß das Material der einem veränderlichen elektrischen Feld ausgesetzten Isolierschicht ausgeprägte Antipolarisationseigenschaften,d.h. eine chemische Struktur ohne große polarisierbare Moleküle (oder ohne Polarisationshysterese) hat, ergibt sich eine weitere Herabsetzung des Nebensprechens.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben: Es zeigen:

Fig. la ein Diagramm der Betragsänderung des Stromdichtevektors längs eines Leitungsabschnitts;

Fig. Ib ein Diagramm der Phasenänderung des Stromdichtevektors längs des Leitungsabschnitts;

Fig. 2 ein Schema zur Erläuterung der Stromverteilung in eine Leitung;

j Fig. 3 ein elektrisches Ersatzschaltbild des Übertragungs-

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systems, das die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung erklärt;

Fig.4 eine Schaltung, die das elektrische Verhalten des Isoliermaterials der Verbindungsleitung darstellt und ebenfalls die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung erklärt;

Fig.5 eine Ausführungsform einer Leitung gemäss der Erfindung;

und
Fig. 6 eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Ein zeitlich veränderlicher Strom verteilt sich ungleichmässig auf die Abschnitte der Leitung, in denen er fließt. Eine analytische Untersuchung des bekannten sogenannten Skineffektes bei Leitungen mit kreisförmigem Querschnitt zeigt, daß die Stromdichte J abhängig von der Frequenz und von der Entfernung r von der Leitungsachse ist, wie in Fig.la und Ib illustriert ist. In den Diagrammen bedeuten: _

⁼ Verhältnis zwischen Stromdichte J in einem allgemeinen Punkt und der Stromdichte J_ auf der Leitungsoberfläche; ^v

) « Phasenwinkel des Vektors J/J_;

r/ro = Verhältnis zwischen der Entfernung r des allgemeinen Punktes, auf den sich J ,bezieht, von der Achse der Leitung und dem Leitungsradius ro;

^mit δ = / — , wobei » die Pulsfrequenz des

Stroms ist und σ bzw. μ die Leitfähigkeit bzw. die magnetische Permeabilität der Leitung sind.

δ ist dimensionsmässig eine Länge und wird "Eindringtiefe" genannt. Z.B. für Kupferleitungen und Wechselströme mit der Frequenz von 0,6 MHz (der augenblicklich für die Resonanz-ttbertragung in nach dem Zeitmultiplexverfahren arbeitenden Fernsprech-

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anlagen benutzten Frequenz) ist δ ^β 90 ym. Wenn man normalerweise im Handel erhältliche Übertragungsleitungen benutzt, wäre also K >> 1, was eine starke Veränderung, sowohl im Modul als auch in der Phase der Stromdichte entlang dem der Leitungsquerschnitt mit sich bringen würde, wie aus Figur la und Ib hervorgeht.

Um die Erscheinung physikalisch zu schematisieren, kann man das Entstehen von parasitären Umlaufströmen betrachten, welche im Masseteil der Leitung von dem magnetischen Feld des Signalstroms induziert werden. Wenn man mit Jc die dem parasitären Umlaufstrom entsprechende Dichte angibt und mit Ju die Dichte, die dem Signalstrom mit gleichförmiger Verteilung entspricht, erhält man den vom Vektor der Stromdichte J dargestellten tatsächlichen Strom, der entlang der Leitung fliesst, als Überlappung der beiden Stromfelder oder Dichten Jc und Ju. Fig. 2 zeigt diese Verhältnisse im Falle eines koaxialen Leitungspaares.

Fig. 3 zeigt insbesondere der Teil L™. ein elektrisches äquivalentes Ersatzschaltbild der Übertragungsleitung, das aufgrund der oben erläuterten physikalischen Schematisierung ausgearbeitet wurde und aus Gründen der Einfachheit nur vier Teilnehmer IL. _f U„, Up, U_D in Betracht zieht. Es bedeuten:

1₁ = Signalstrom bei Resonanz-Übertragung;

1₂ = den parasitären Umlaufströmen entsprechender Strom;

^Ll2 ⁼ magnetische Kopplung zwischen L₁ und L₂;

L₁, L₂,R₂ ="äquivalente Parameter der speziellen übertragungsleitung;

L,C = Induktanz und Kapazität des Teilnehmeranschlusses.

Wenn man annimmt, daß die Teilnehmer U_A und U_c miteinander sprechen und anschliessend die Teilnehmer U_n und U_n , ist aus Fig.3 ersichtlich, daß an den Klemmen der Kapazitäten der Teilnehmer Ug und U_D eine Nebensprechspannung V-, auftritt, die an die vor-

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hergehende Verbindung der Teilnehmer ü_A und ϋ_ durch den,Strom gebunden ist, der von dem vorhergehenden Signalstrom I₁ erzeugt wurde.

Wenn die Signalspannung mit V. bezeichnet wird, ergibt sich aus

der elektrischen Ersatzschaltung der Fig.3 folgender Zusammenhang zwischen V und V,:

Xä 2 ^L12 ω² ο α² _n . "«τ. 2 -_a&t (I) V_a 4L*.L₂ * <*2 ^2 Cl + β J β

Ausser den schon erwähnten Schaltungsparametern bedeuten:

L
L* = L + —sr— «■ "Halbinduktanz" (Seminduktanz) des Resonanz-1 kreises;

Pulsfrequenz der Resonanzübertragung

At = Zwischenphasenschutzzeit.

Praktische Versuche, die an einer Übertragungsleitung mit genau bekannten Parametern durchgeführt wurden, bestätigen ,daß die obige Beziehung (I) mit guter Annäherung richtig ist. Ausserdem hat sich in Übereinstimmung mit der oben entwickelten Theorie herausgestellt?, daß die Nebensprechspannungen für die Teilnehmer U_ß und U_D gleich sind und umgekehrte Vorzeichen haben. Die Untersuchungsdaten bestätigen folglich die Gültigkeit des ausgearbeiteten Modells.

Aus dem Diagramm der Fig.la ist ersichtlich, daß in zylindrischen Leitungen mit K >> 1 fast der gesamte Strom in einer dünnen Umfangsschicht fließt. Annähernd gilt, daß der Strom ganz auf eine pheriphere Leitungsschicht konzentriert ist, deren Dicke

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gleich der sogenannten Eindringtiefe δ ist, und daß die Stromverteilung in dieser Schicht fast gleichförmig ist. Ein rohrförmiger Leiter, dessen Wandstärke in der Grössenordnung von S liegt, wird sich folglich durch eine praktisch gleichförmige Stromverteilung auszeichnen.

Dies bedeutet, gemäss dem beschriebenen physikalischen Modell, daß die Umlaufströme J völlig unbedeutend sind, weshalb auch die Größe des Stromes I₂ in Figur 3 einen sehr kleinen Wert hat (die magnetische Kopplung zwischen L. und L₂ ist praktisch vernachlässigbar) . Unter diesen Umständen kann die Nebensprechspannung V_rt, die in einer Verbindung zwischen zwei Teilnehmern

auf
auftritt, welche/die Verbindung zwischen anderen Teilnehmerpaaren folgt, nur einen unbedeutenden Wert haben.

Aus diesen Ergebnissen kann man schließen, daß eine ungleichförmige Verteilung des Stromes in den Leitungen eine Art von Nebensprechen zur Folge hat, die sich mit entgegengesetztem Vorzeichen auf die beiden Teilnehmer, die gerade miteinander in Verbindung stehen, auswirkt. Gemäss der vorliegenden Erfindung kann diese Art von Nebensprechen vermieden werden, wenn man zur Realisierung der übertragungsleitung Leiter in Form einer gedruckten Schaltung benutzt, die folglich eine sehr geringe Dicke haben, die in jedem Fall nicht grosser ist als die sogenannte Eindringtiefe δ.

Bei eingehendem Studium der Ursachen des Nebensprechens stößt man auf Auswirkungen der Wahl des Dielektrikums, das bei den Sprechleitungen benutzt werden muß. Nach durchgeführten Untersuchungen hat man feststellen können, daß bei der Entladung der Energie, die sich in der Nominalkapazität einer normalen übertragungsleitung angesammelt hatte, auch nach einer für die vollständige Entladung mit Sicherheit ausreichenden Zeitdauer noch ein restlicher Spannungswert in der Leitung vorhanden war. Diese Tatsache erklär^ ' sich aus der Existenz von polarisierten Molekülgruppen im Isoliermaterial der Verbindungsleitung, die sich in Übereinstimmung xnlt

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dem angelegten elektrischen Feld orientieren und sich bei Verschwinden des Feldes nach einem eigenen Gesetz auflösen, das von ausserhalb nicht zu beeinflussen ist. Es handelt sich also im wesentlichen um eine Erscheinung dielektrischer Hysterese.

Von diesem Gesichtspunkt her kann das elektrische Verhalten der Leitung durch die Schaltung nach Figur 4 erläutert werden, in der C, R₁ und R₂ experimentelle Parameter sind, die das wirkliche Verhalten der übertragungsleitung berücksichtigen und ausschließlich von der Art des benutzten Dielektrikums abhängen. Mit CL und R^ sind die Kapazität der Leitung bzw. der Entladungswiderstand

angegeben.

Während C₁. . R₀ <<At (At = Zwischenphasenschutzzeit) , zeigen

Xi el

die durchgeführten Versuche, daß C (R₁ + R_a) >> At und C'R₂> At ist.

Der Ausdruck C¹R₂ berücksichtigt eine spontane Entpolarisierung des Dielektrikums.

Messungen bestätigen, daß das an diese Art von Erscheinungen gebundene Nebensprechen vermieden werden kann, wenn man Dielektri ka benutzt, die ausgeprägte antipolare Eigenschaften haben (nicht polarisierbar sind) und sich durch eine chemische Struktur mit einfachen Bindungen und ohne große polarisierbare Moleküle auszeichnen. Beispiele hierfür sind Polytetrafluoräthylen und Polyäthylen.

Figur 5 zeigt eine übertragungsleitung mit praktisch koaxialer Struktur geaäss der Erfindung. Die Innenleitung besteht aus der Leiterbahn PI einer ersten gedrückten Schaltung, die auf eine Isolierschicht II aufgebracht ist, welche derart umgebogen wird, daß die Leiterbahn PI eine zylindrische Gestalt annimmt, jedoch j längs einer Mantellinie des Zylinders offen ist. Die Aussenlei- ; tung wird aus der Leiterbahn PE einer zweiten gedruckten Schaltung gebildet, die sich auf einer Isolierschicht IE befindet, welche der vorhergehenden Schicht überlagert und derart umge-

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bogen wird, daß auch die Leiterbahn PE eine (längs einer Mantellinie offene) zylindrische Gestalt erhält und hierbei die innere Leiterbahn PI einschließt.

Diejenigen Teile der Isolierung der Verbindungsleitung, die vom veränderlichen elektrischen Feld beeinflusst werden, das bei der Übertragung der Signale entsteht, bestehen aus einem dielektrischen Material mit ausgeprägten Antipolarisierungseigenschaften, wie oben erläutert wurde.

Die Verbindungspunkte mit anderen, externen Strömkreisen sind von der eigentlichen Sprechleitung entfernt. Für die elektrischen Verbindungen dienen Verzweigungen der Leiterbahnen PI und PE der Hauptleitung, an die äußere Leitungen mittels Stiften P angeschlossen werden können. Beispielsweise stellen Leiterzungen LI bzw. LE eine elektrische Verbindung mit der inneren Leiter-r bahn PI bzw. der äußeren Leiterbahn PE her. Diese Verbindungstechnik hat den Vorteil, daß übertragungsleitungen mit einer grossen Anzahl von Anschlußverbindungen und grosser Leistungsfähigkeit erreicht werden. Wesentlich ist vor allem, daß der längs der Leiterbahnen PI und PE fliessende Sprechstrom nicht durch die Anschlußkontakte gestört wird, so daß er längs der gesamten Leitungsstrecke gleichförmig bleibt (was wiederum wesentlich für die Vermeidung von Nebensprecherscheinungen ist, wie oben erläutert wurde).

Figur 6 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäß realisierbaren Verbindungsleitung. Diese Verbindungsleitung wird aus drei übereinander liegenden gedruckten Schaltungeplatten gebildet; hierbei besteht der eine Leiter der Verbindungsleitung aus der Leiterbahn CI der Innenplatte , während der andere Leiter aus den Leiterbahnen CE der beiden äußeren gedruckten Schaltungsplatten gebildet wird, die untereinander elektrisch verbunden sind. Auch bei dieser Ausfuhrungsform sind die Verbindungepunkte mit anderen Stromkreisen oder Teilnehmern von den Leiterbahnen

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entfernt und mit diesen über Leiterzungen LI und LE verbunden. Die elektrische Verbindung zwischen den beiden äußeren Leiterbahnen erfolgt durch Leiterstifte PC zwischen jeweils einem Paar von Leiterzungen LE. Der Anschluss an die Leiterzungen LI erfolgt von außen mit Leiterstiften P.

Die vom veränderlichen elektrischen Feld abhängigen Isolierungsteile der übertragungsleitung bestehen aus dielektrischem Material, das nicht zur Polarisierung neigt.

Die Befestigung der drei Platten erfolgt durch Verkleben oder durch Nieten , die derart in ausreichende Entfernung von den Leiterbahnen angebracht werden, daß sie nicht von dem zwischen den Leitern der Verbindungsleitung entstehenden elektrischen Feld beeinflusst werden.

Eine Verbindungsleitung der in Figur 6 dargestellten Art verhält sich sehr ähnlich einer Koaxialleitung. Damit eine noch bessere Annäherung an das Verhalten einer Koaxialleitung erreicht wird, d.h., damit das elektromagnetische Feld in dem Raum um die Verbindungsleitung vernachlässigbar klein wird, ist es zweckmässig, den äußeren Leiterbahnen CE eine grössere Breite zu geben als der inneren Leiterbahn CI.

INSPECTED 309884/1010

Claims (4)

3 30"ίΒ2 Patentansprüche

1.) Verbindungsleitung für ein Zeitmultiplex-Übertragungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß zwei übereinander angeordnete Isolierschichten (II, IE) mit als gedruckte Schaltungen aufgebrachten Leiterbahnen (PI bzw. PE) vorgesehen sind, von denen die Isolierschicht (II), die dem bei der übertragung von Signalen entstehenden veränderlichen elektrischen Feld ausgesetzt sind, aus einem Material besteht, das ausgeprägte Antipolarisationseigenschaften hat.

2.) Verbindungsleitung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungspunkte zwischen den einen Sprechsignalweg bildenden gedruckten Leiterbahnen (PI, PE) und anderen Stromkreisen von der Hauptübertragungsleitung entfernt und an diese durch von den Leiterbahnen (PI, PE) abzweigende Leiter (LE, LI) angeschlossen sind.

3.) Verbindungsleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sie aus zwei übereinanderliegenden gedruckten Schaltungsplatten besteht, deren die Leiterbahnen (PI, PE) tragende Teile derart umgebogen sind, daß sich eine koaxiale übertragungsleitung ergibt.

4.) Verbindungsleitung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daß sie aus drei übereinanderliegenden gedruckten Schaltungsplatten besteht, und daß die Leiterbahnen (CE) der beiden äußeren Platten untereinander an den Stellen von Leitungsabzweigungen (LE) mittels Leiterstiften (PC) elektrisch miteinander verbunden sind.

ORIGINAL K4SPECTE0 309884/1010