DE2514662A1

DE2514662A1 - Kabelstrecke zur uebertragung von analogen nachrichtensignalen

Info

Publication number: DE2514662A1
Application number: DE19752514662
Authority: DE
Inventors: Robert Dr Faber; Max Dr Pater; Hermann Dipl Ing Stich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-01-10
Filing date: 1975-04-04
Publication date: 1976-07-15
Also published as: ATA13875A; AT341002B

Description

Kabelstrecke zur Übertragung von analogen Machrichtensignalen Die Erfindung betrifft eine Kabel strecke zur Übertragung von analogen Machrichtensignalen mit in regelmäßigen Abständen angeordneten, über die Leiter der Strecke fern + omversorgten linearen Verstärkern.
Eine Kabelstrecke der vorgenannten Art ist z.B. aus der deutschen Auslegeschrift , 282 724 bekannt. Diese bekannte Koaxial-Kabelstrecke weist in integrierter Technik aufgebaute Letungsverstärker auf, von denen jeder in einem Rohr angeordnet ist, dessen Durchmesser etwa dem Außendurchmesser der Koaxialleitung entspricht. Die Speisestromz führung des Verstärkers erfolgt herbei über das mindestens in zwei Abschnitte unterteilte Rohr.
Weiterhin ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 211 251 eine Koaxialleitungstrecke mit durchgehendem Innen- und Außenleiter zur Übertragung von Nachrichtenimpulsen bekannt, die aus einzelnen, in Reihe geschaltenen Impulsregeneratoren besteht. Jeder dieser Impulsregeneratoren besitzt einen als Speicher dienenden Kondensator, der durch eine Gleichspannungyquelle aufgeladen wird, und ein parallelgeschaltetes Bauelement, dessen Stromspannungskennlinie einen Bereich positiver und einen Bereich negativer Steigung aufweist. Dieses Bauelemente ändert unter dem Einfluß eines Eingangimpulses seinen negativen Widerstand derart, daß sich der Kondensator gemäß diesem Impuls entlädt, wobei diese Entladung eine Regeneration des dem nachfolgenden Impulsregenerator zugeführten Eingangsimpes darstellt. Eine Übertragung analoger Nachrichtensignale ist mit dieser bekannten Loaxialleitungsstrecke nicht möglich.
Ferner ist in den "Unterrichtsblättern der Deutschen Bundespost\' 1957, Nr. 11/12, Seiten 149-154 ein Aufsatz über "Negative Widerstände zum Entdämpfen unbespulter Leitungen" abgedruckt, in dem "tlLT-Verstärker" d.h. mit Transistoren realisierte negative Leitungen beschrieben sind.
Schließlich sind aus der deutschen Patentschrift 975 754 und der deutschen Offenlegungsschrift 2 202 501 weitere Schaltungsaiordnungen von aktiven Zweipolen zur Realisierung von negativen Widerständen für NLT-Verstärker bekannt. Die vorgenannte deutsche Offenlegungsschrift gibt weiterhin an, daß diese Schaltungsanordnungen derart ausgestaltet werden können, daß der frequenzabhängige Impedanzverlauf des erzeugten negativen Längswiderstandes dem Impedanzverlauf des Längswiderstandes des Kabels und der frequenzabhängige Impedanzverlauf des erzeugten negativen Querwiderstandes dem des Querwiderstandes anteilmäßig entspricht.
Aufgabe der Erfindung ist es, Ausgestaltung und Herstellung einer Kabelverbindung der eingangs genannBn Art zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine quasikontinuierliche Aufhebung der Kabel dämpfung durch Anordnung der Verstärker in Abständen gelöst, die wesentlich kleiner als ein Viertel der Wellenlänge sind, welche der höchsten Frequenz des zu übertragenden Nachrichtenbandes entspricht.
Hierdurch wird in vorteilhafter Weise die insgesamt aufzubringende Verstärkung auf eine große Anzahl von Verstärkern mit sehr kleiner Verstärkung aufgeteilt, und somit die Ausfallwahrscheinlichkeit der gesamten Kabelstrecke wesentlich verringert.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht in der Ausgestaltung der Kabelstrecke als Koaxialkabel, dessen innerer Leiter die gesamte Strecke ohne Unterbrechung durchläuft. Eine Koaxialkabel strecke mit durchgehendem inneren Leiter hat gegenüber herkömmlichen Übertragungsstrecken den Vorteil einer bedeutend einfacheren und sichereren Herstellung.
Weitere ~lnzelheiten und Ausgestaltungen der erfindung werden nachstehend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt hierbei in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Koaxialkabel strecke (Ausschnitt), deren Innenleiter die gesamte Strecke ohne Unterbrechung durchläuft und deren Außenleiter jeweils bei den Verstärkern unterbrochen ist, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Koaxialkabelstrecke (Ausschnitt), deren Innen- und Außenleiter die gesamte Strecke ohne Unterbrechung durchlaufen, wobei die Verstärker jeweils durch einen den Halleffekt ausnutzenden Störhalbleiter realisiert sind, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Koaxialkabelstrecke gemäß Fig. 2, bei der die Verstärker jeweils durch eine Transistorstufe mit nachgeschaltetem Entzerrrer realisiert sind und Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Koaxialkabel strecke gemä Fig. 2, bei der die Verstärker NLT-Verstärker (negative Leitungs-Verstärker) sind.
In Fig. 1 ist der Ausschnitt einer Koaxialkabelstrecke dargestellt, deren Innenleiter 1 die gesamte Strecke ohne Unterbrechung durchlauft und deren Außenleiter 2 bzw. 2' jeweils bei den Verstärkern 3 eine elektrische Unterbrechung 4 aufweist. Das Gehäuse des Verstärkers 3 ist hierbei derart ausgestaltet, daß es Form und Funktion eines Teils oder aller Distanzelemente zwischen den beiden Leitern der Strecke hat. Insbesondere besitzt das Gehäuse des Verstärkers 3 die Form einer Distanzscheibe zwischen dem Innenleiter 1 und dem Außenleiter 2 Der Verstärker 3 enthält u.a. den Transistor 5, den Gleichrichter 6 und die Auskoppelspule 7. Die Steuerelektrode bzw. Basis B des Transistors 5 ist an den Innenleiter 1 angekoppelt und der Verstärke raus gangs'!reis bzw. die Kollektor-Emitterstrecke K-E ist über die Unterbrechungsstelle 4 geschlossen. Es ist hierbei auch möglich, die Unterbrechungsstelle 4 durch eine Zone erhöhten Widerstandes im Außenleiter zu ersetzen.
Der Fernstrom für die Energieversorgung der Verstärker ist ein Wechselstrom mit einer Frequenz außerhalb, vorzugsweise unterhalb des Übertragungsfrequenzbandes. Diese Frequenz kann z.B. bei einigen kHz oder darunter liegen. Die Auskopplung der Betriebsleistung erfolgt durch die Auskoppelspule 7, wobei durch den Gleichrichter 6 die erforderliche Versorgungsgleichspannung aus der ausgekoppelten Wechsel spannung gewonnen wird.
Fig. 2 zeigt ein Ausführurigsbeispiel einer Koaxialkabelstrecke, deren Imlenleiter 1 und Außenleiter 2 die gesamte Strecke ohne Unterbrechung durchlaufen. Der Verstärker 3 ist hierbei jeweils durch einen den Halleffekt ausnutzenden Störhalbleiter realisiert, welcher in Form einer Distanzscheibe den gesamten Zwischenraum zwischen dem Innenleiter 1 und dem Außenleiter 2 ausfüllt. Der Verstärkerausgangskreis zwischen der Kollektorzone K und der Emitterzone E ist hierbei über ein Teilleitungsstück des homogenen Außenleiters 2 geschlossen. Die Vorzugsrichtung der Verstärkung kommt nun durch die asymmetrisdhe Raumladungsverteilung im Halbleiterelement unter dem Einfluß des Magnetfeldes des Radialverschiebungsstromes zustande. Bei diesem Halbleiterelement handelt es sich um einen npn-Störhalbleiter, der angesichts der hohen oberen Grenzfrequenzen hier mit besonders großem Vorteil einsetzbar ist. Der Hall-Winkel im Basis-Kollektorbereich ist in einfacher Weise von der magnetischen Kraftflußdichte des Innenleiters abhängig. Eine nähere Erläutertung des Halleffekts ist z.B. dem Lexikon der Physik, 1969, Franckh'sche Verlagshandlung Stuttgart, Band 1, S. 643 ff. bzw. dem dtv-Lexikon der Physik, Band 4, S.71ff.
entnehiabar.
Die Elemente zur Energie @@ergung für den Störhalbbleiter sind der Übersichtlichkeit halber fortgelassen, sie entsprechen jedoch im wesentlichen denen der Anordnung nach Fig. 1.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Koaxialkabel strecke dargestellt, bei der ebenfalls der Innorleiter 1 und der Außenleiter 2 die gesamte Etre@@@ eine Unterbrechung durchlaufen. Die gesamte Baugruppe des Verstärkers wird von einer isolierenden Deckschicht 8 umschlossen, wobei die Ein- bzw. Auskopplung der RF-Signalleitung kapazitiv durch diese Deckschicht 8 hindurch erfolgt. Ebenfalls durch die Deckschicht 8 wird mittels der Auskoppelspule 7 und @@ @@enters 8 die Betriebsleitung aus dem Kabel ausgekoppelt. Innerhalb des Gehäuses mir der Deckschicht 8 befinden sich drei Baugruppen, erstens der Versorgungsteil 9 mit der Auskoppelspule 7 und dem Gleichrichter 6, zweitens der Verstärkerteil 10 mit der Transistor 5 und drittens der Entzerrerteil 11. Die vom Transistor 5 abgegebene Leistung wird dem Ausgang den gesumten Ver@ ri eranodrnung über das in der Entzerrerteil 11 enthaltene Entzerrungsfilter zugeführt.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Koaxialkabelstrecke, bei der ebenfalls lnnen- und Außenleiter die gesamte Strecke ohne Unterbrechung durchlaufen. Der Verstärker ist hierbei ein NLT-Verstärker, d.h. ein Verstärker der eine negative Leitung erzeugt.
Diese negative eitung Bestens aus dem einen negativen Längswiderstand realisierenden Zweipol 13, der über den Magnetringkern 12 an den Innen eiter angekoppelt ist, und aus dem einen negativen Querwiderstand realisierenden Zweipol 14, der den Innenleiter 1 und den Außenleiter 2 miteinander verbindet.
beispiele für die Realisierung der aktiven Zweipole 13 und 14 sind der deutschen Patentschrift 975 754 und der deutschen Offenlegungsschrift 2 202 502 entnehmbar, gemäß letzterer die entsprechenden Schaltungsanordnungen mit Vorteil derart ausgestaltet werden können, daß der frequenzabhängige Impedanzverlauf des erzeugten negativen Längswiderstandes dem Impedanzverlauf des Längswiderstandes des Kabels und der frequenzabhängige Impedanzverlauf des erzeugten negativen Querwiderstandes dem des Querwiderstandes anteilmäßig entspricht.
Der Magnetringkern 12 ist bei der Anordnung nach Fig. 4 zweckmäßiger;eise dn integraler Bestandteil der Distanzscheibe des Koaxialkabels. Ein weiterer Integrationsschritt ist es, jeweils den gesanten Verstärker von jeder der Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bs 4 die Form und die Funktion eines Teils oder aller Distanzeeente zwischen den beiden Leitern der Strecke zu geben. Dabei ist es zweckmäßig die Verstärker im Zuge des maschinellen Kabelherstellungsverfahrens automatisch einzusetzen.
der Anordnung nach Fig. 4 braucht nicht jeder Verstärker ein voll er lTLT-Verstärke r mit negativem Längswiderstand und negativem Querwiderstand zu sein. Es genügt, wenn jeder n-te, vorzugsweise jeder zweite, Verstärker lediglich einen einen negativen Querwiderstand realisierenden aktiven Zweipol 14 aufweist und die dazwischen liegenden Verstärker lediglich einen einen negativen Längswiderstand realsierenden aktiven Zweipol 13.
äftlichen Ausführungsbeispielen liegt der erfindungsgemäße Gedanke zugrunde, bei einer Kabel strecke zur Übertragung von analogen Nachrichtensignalen die Kabel dämpfung quasikontinuierlich aufzuheben und die Abstände der hierzu erforderlichen Verstärker so klein zu wählen, daß die durch die Verstärker hervorgerufenen Inhomogenitäten keine wesentlichen Reflexionen bewirken können, so daß insgesamt eine quasihomogene Kabelstrecke entsteht. Die Abstände der Verstärker werden daher wesentlich kleiner als ein Viertel der Wellenlänge gewählt, welche der höchsten Frequenz des zu übertragenden Nachrichtenbandes entspricht.
Zweckmäßigerweise werden die Verstärker jeweils derart ausgestaltet, daß sie im Zuge des maschinellen Kabelherstellungsverfahrens automatisch einsetzbar sind.
11 Patentansprüche 4 Figuren

Claims

P a t e n t 2 n s n r u c h e 1. Kabelstrecke zur Übertragung von analogen Nachrichtensignalen mit in regelmäßigen Abständen angeordneten, über die Leiter der Strecke fernstromversorgten linearen Verstärkern, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h elne quasikontinuierliche Aufhebung der Kabeldämpfung durch Anordnung der Verstärker in Abständen, die wesentlich kleiner als ein Vierteil der Wellenlänge sind, welche der höchsten Frequenz des zu übertragenden Nachrichtenbandes entspricht.
2. Kabelstrecke nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Ausgestaltung als Koaxialkabel, dessen innerer Leiter (1) die gesamte Strecke ohne Unterbrechung dLrchläuSt.
3. Kabdstrecke nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß jeweils die Steuerelektrode (B) eines Verstärkerelements (5) des Verstärkers (3) an den Innenleiter (1) angekoppelt und der Verstärkerausgangakreis über den jeweSs an dieser Stelle (4) unterbrochenen oder in seinem Widerstand erhöhten Außenleiter (2) geschlossen ist.
4. Kabelstrecke nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Außenleiter (2) die gesamte Strecke homogen und ohne Unterbrechung durchläuft.
5. Kabelstrecke nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Verstärkerausgangskreis eines den Verstärker darstellenden Verstärkerelements (5) über ein Teilleitungsstück des homogenen Außenleiters (2) geschlossen ist.
6. Kabelstrecke nach Anspruch 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Verstärker, die einen aktiven Zweipol (13) negativen Längs-Widerstandes enthalten, welcher jeweils magnetisch an den Innenleiter (1) angekoppelt ist.
7. Kabelstrecke nach Anspruch 6. g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Verstärker, die einen der Zweipol (13, negativen Längs-Widerstandes mittels eines den Innenleiter (1) umschließenden magnetischen. Ringkei@e (12) angekoppelt ist.
8. Kabelstreche nach @@ @@ ansprüche 4, 6 oder 7 g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h Verstärker die einen aktiven Zweipol (@@) negativen Quer-Widerstandes enthalten, welcher jeweils Innen @ @ußenleiter miteinander verbindet.
9. Kabelstrcke nach einem der vorhergehenden Anspräche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verstärke: Form und Funktion eines seite oder aller Distazelemente zwischen den beiden Leiter der Strache haben.

0. Kabelstrecke nach einem der vorhergehender Ansprüche, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Ausgestaltung der Verstärker derart, daß sie in Zuge des maschinellen Kabelherstellungsverfahrens automatisch einsetzbar sind.

1. Kabelstrecke nach einem der vorhergehender Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Fernstrom für die Energieversergung der Verstärker ein Wechselstrom mit einer Frequenz außerhalb, vorzugsweise unterhalb des Übertragungsfrequenzbandes ist und in jedem Verstärker ein Gleichrichter für die Erzeugung des örtlichen Versorungsgleichstromes vorgesehen ist.