DE2623412B2 - Ferngespeister Zwischenverstärker für Nachrichtenübertragungsstrecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zwischenverstärker entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Zwischenverstärker ist bereits aus der DE-AS 10 60 442 bekannt.

Bei Verstärkerstellen für Breitband-Übertragungssysteme, beispielsweise Trägerfrequenz-Leitungsverstärkern, die über die Innenleiter der verwendeten Koaxialkabel mit Gleichstrom reihenferngespeist sind, liegen die Verstärkerbezugspotentiale auf dem Gleichstrompotential der Kabelinnenleiter und können daher nicht unmittelbar mit den Kabelaußenleitern verbunden werden. Es wird daher im allgemeinen ein Gehäuse vorgesehen, an welches die geerdeten Außenleiter der Koaxialkabel angeschlossen sind. Zwischen dem Verstärkerbezugspotential und dem Gehäuse muß eine niederohmige Wechselstromverbindung im Frequenzbereich des Übertragungsbandes vorhanden sein, die durch einen Abblockkondensator hergestellt wird.

F i g. 1 zeigt das bekannte Prinzip einer einfachen Weichenschaltung für einen ferngespeisten Zwischenverstärker im Falle einer Gleichstromreihenspeisung. Der über den Innenleiter des Koaxialkabels 21 bzw. 22 fließende Speisegleichstrom wird über Drosseln 51, 52 um den ferngespeisten Verstärker 1 herumgeleitet und zur Erzeugung der Speisespannung U herangezogen. Der Fußpunkt X der Drosseln 51, 52 liegt dabei wechselstrommäßig auf Nullpotential und ist daher bei dieser Art der Fernspeisung über einen Kondensator 3 mit dem Außenleiter Y des Koaxialkabels 21 bzw. 22 verbunden. Dieser Kondensator 3 muß eine Spannungsfestigkeit von z. B. mehreren kV aufweisen, da zwischen Innen- und Außenleiter des Kabels eine erhebliche Spannungsdifferenz auftreten kann und da dieser Kondensator bei Auftreten von Überspannungen durch Gewitter usw. nicht zerstört werden darf.

Die Realisierung dieses Hochspannungskondensators ist mit verschiedenen Problemen verbunden. Wegen der Hochspannungsfestigkeit muß er gewisse Mindestabmessungen aufweisen, die wiederum zu einer bei hohen Frequenzen nicht vernachlässigbaren Eigeninduktivität und infolgedessen zu Parallelresonanzen bei bestimmten Frequenzen führen. Der Wechselstrom ύ im Ausgangskreis muß über den Kondensator 3 fließen und ruft dort einen Spannungsabfall Uc hervor, sobald die Impedanz des Kondensators 3 nicht mehr vernachlässigbar klein ist. Diese Spannung erzeugt wiederum einen Strom /Έ im Eingangskreis, so daß eine Rückwirkung vom Ausgang auf den Eingang stattfindet.

Diese kann zu Instabilität oder mindestens zu Änderungen im Frequenzgang des Verstärkers 1 führen.

Es müssen daher, z. B. durch eine besondere Ausgestaltung des Kondensators 3, Maßnahmen getroffen werden, um eine hinreichend hohe Umlaufdämpfung, d. h. eine hinreichend geringe Rückkopplung vom Ausgang auf den Eingang, zu erzielen. Ein zu diesem Zweck speziell ausgestalteter Kondensator ist bereits in der DE-AS 19 40 517 beschrieben.

Wenn der Verstärker 1 zum Ausgleich der Verstärkerfelddämpfung eine besonders hohe Verstärkung in einem bestimmten Frequenzbereich nahe der oberen Bandgrenze aufweisen muß, kann es jedoch vorkommen, daß sich die erforderliche Umlaufdämpfung selbst durch Einsatz eines Spezialkondensators nicht mehr erreichen läßt. Es ist in diesem Fall auch nicht ohne weiteres möglich, mehrere gleiche oder verschiedene Kondensatoren parallel zu schalten, da wiederum Parallelresonanzen auftreten können, wfinn bei einer bestimmten Frequenz einzelne Elemente induktiv, andere aber noch kapazitiv wirken, so daß der beabsichtigte Effekt ins Gegenteil verkehrt wird.

Man kann ferner im Speisegleichstromweg einen Spannungswandler vorsehen, dessen Ausgang vom Eingang galvanisch getrennt ist, so daß das Bezugspotential des Zwischenverstärkers unmittelbar mit dem Kabelaußenleiter verbunden werden kann und ein Kondensator in dieser Verbindung überflüssig ist (vgl. DE-OS 23 55 014). In diesem Falle ist für jeden Zwischenverstärker ein besonderes Stromversorgungsgerät nötig. Ein derartiges Stromversorgungsgerät hat jedoch, abgesehen vom Bauteileaufwand und der Zuverlässigkeit, den Nachteil, daß Speiseenergie verlorengeht und sich die Geräte zusätzlich erwärmen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die gewünschte große Umlaufdämpfung bei Zwischenverstärkern zu erzielen, bei denen Abblockkondensatoren zwischen Bezugspotential und Außenleiterverbindung vorgesehen sind.

Gemäß der Erfindung wird der Zwischenverstärker zur Lösung dieser Aufgabe entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ausgebildet. Dabei dienen als Kondensatoren insbesondere induktivitäts- und resonanzarme Kondensatoren. Der Zwischenverstärker ist vorzugsweise ein HF- bzw. TF-Verstärker großer Bandbreite oder ein Regenerativverstärker bzw. Regenerator eines PCM-Systems.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders große Umlaufdämpfung bei besonders kleinen Leistungsverbrauch.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand in den F i g. 2 bis 7 dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1, wie eingangs bereits näher dargelegt, das bekannte Prinzip einer einfachen Weichenschaltung für einen ferngespeisten Zwischenverstärker;

F i g. 2 einen aus zwei Teilverstärkern zusammengesetzten Zwischenverstärker,

F i g. 3 eine Leitungsdrossel,

Fig.4 das Ersatzbild für die Leitungsdrossel nach Fig. 3,

F i g. 5 einen aus zwei Teilverstärkern zusammengesetzten Zwischenverstärker mit kurzgeschlossenen Leitungen in den Stromversorgungsweichen,

F i g. 6 einen Zwischenverstärker, bei dem die Teilverstärker in Kammern untergebracht sind und

Fig. 7 einen Zwischenverstärker, bei dem zwei Teilverstärker hinsichtlich ihrer Stromversorgung in Serie geschaltet sind.

In F i g. 2 ist ein Zwischenverstärker bzw. Breitbandveistärker für koaxiale Nachrichtenübertragungsstrekken gezeigt, der zwei Teilverstärker 11 und 12 enthält. Der Zwischenverstärker ist über das ankommende Koaxialkabel 21 und abgehende Koaxialkabel 22 ferngespeist, und zwar durch eine Gleichstromreihenspeisung. Während die Außenleiter der Kabel 21 und 22 direkt miteinander verbunden sind, ist an die Innenleiter jeweils eine Stromversorgungsweiche angeschlossen, die das Nachrichtenübertragungsband, das nicht bis zur Frequenz 0 Hz reicht, vom Speisegleichstrom trennt.

Der Innenleiter des Kabels 21 ist dabei über die Drossel 51 an den Anschluß Cdes Speisespannungseingangs des Teilverstärkers 11 geführt. Der andere Anschluß + liegt über die Drossel 52 am Innenleiter des abgehenden Koaxialkabels 22.

Bei den Teilverstärkern 11 und 12 sind einerseits die Speisespannungsanschlüsse C bzw. D, an denen Verstärkermasse bzw. das Bezugspotential 0 liegt, über die Drossel 53, andererseits die Speisespannungsanschlüsse + über die Induktivität bzw. Drossel 54 miteinander verbunden, so daß die Speisespannungseingänge gleichstrommäßig parallel geschaltet sind.

Die Drossel 54 kann durch eine zwischen Z-Diode 4 und Drossel 52 liegende, in der Figur nicht näher dargestellte Drossel ersetzt werden, so daß der Speisespannungsanschluß + des Teilverstärkers 12 dann am Verbindungspunkt dieser Drossel mit der Drossel 52 liegt. Weiterhin kann in Abwandlung der Anordnung nach F i g. 2 der Teilverstärker 12 unmittelbar und der Teilverstärker 11 über Drosseln gespeist

J5 werden.

Der über die Kabelinnenleiter fließende Speisegleichstrom ruft an der Parallelschaltung der in der Figur nicht näher dargestellten, an den Speiseeingängen wirksamen, durch die Teilverstärker gebildeten Verbraucherwiderstände einen Spannungsabfall, nämlich die Speisegleichspannung, hervor. Die Z-Diode 4, die parallel zum Speiseeingang des Teilverstärkers 11 liegt, ist nicht unbedingt erforderlich und hat zweckmäßigerweise eine Zenerspannung, die etwas höher als die Speisegleichspannung ist, so daß sie normalerweise nicht stromführend ist und lediglich eine spannungsbegrenzende Wirkung hat. Sie kann jedoch gegebenenfalls auch als Spannungsquelle dienen, die aus dem Speisestrom eine konstante Gleichspannung erzeugt.

Der Speiseanschluß Cdes Teilverstärkers 11 ist über den Kondensator 33 an die Verbindung y der Kabelaußenleiter geführt, um den Eingangskreis wechselstrommäßig zu schließen. Der Speiseeingang D des Teilverstärkers 12 ist über den Kondensator 34 an die Kabelaußenleiterverbindung y gelegt, um den Ausgangskreis wechselstrommäßig zu schließen.

Der Innenleiter des ankommenden Koaxialkabels 21 ist über den Kondensator 31 an den Eingang des Teilverstärkers 11 geführt. Der Ausgang des Teilver-

bo stärkers 12 ist über den Kondensator 32 an den Innenleiter des abgehenden Koaxialkabels 22 angeschlossen. Weiterhin ist der Ausgang A des Teilverstärkers 11 direkt mit dem Eingang B des Teilverstärkers 12 verbunden. Die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen

hi der Teilverstärker 11 und 12 haben den Wert Z und liegen zumindest wechselstrommäßig einpolig am Bezugspotential 0.
Der Strom /U im Auseaneskreis durchfließt Hen

Kondensator 34 und erzeugt an diesem Kondensator eine Spannung Ua- Diese verursacht ihrerseits einen Strom ix, der über den Kondensator 33 fließt und einen Strom Ie im Eingangskreis erzeugt. Die Spannung ua liegt aber nicht voll am Kondensator 33, sondern über einen Spannungsteiler, welcher durch den Kondensator 33, die Eingangsimpedanz des Teil verstärkers 12 und die Ausgangsimpedanz des Teilverstärkers 11 gebildet wird. Dadurch ist die Umlaufdämpfung stark erhöht.

Die Umlaufdämpfung kann dadurch noch weiter erhöht werden, daß der Hochpaßweg bzw. Signalweg zwischen den Teilverstärkern U und 12 als Leitungsdrossel ausgebildet wird. Die Leitungsdrossel besteht dabei, wie in F i g. 3 näher dargestellt, insbesondere aus einem Koaxialkabel mit aufgeschobenen Ferritringen. Durch die Leitungsdrossel wird, abgesehen von parasitären Effekten, keine Dämpfung des Übertragungsweges verursacht. Da die Leitungsdrossel im Ersatzschaltbild nach Fig.4 gleichsinnige Wicklungen besitzt, erzeugt der zu übertragende Signalstrom in beiden Wicklungen entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder, die sich aufheben. Für Ströme in gleicher Richtung B-A, D-C wirkt die Anordnung dagegen als H F- Drossel.

Die Leitungsdrossel stellt über den Außenleiter die Verbindung der Anschlüsse C und D her, so daß die Drossel 53 dabei entfällt.

Die übrigen erforderlichen Induktivitäten werden vorzugsweise mit Ferritringen oder -perlen realisiert.

Bei sehr breitbandiger Übertragung kann eine Verwendung von ausgangsseitig kurzgeschlossenen Koaxialleitungen bzw. Stichleitungen anstatt konzentrierter Induktivitäten bzw. Drosseln günstig sein. Eine derartige Ausgestaltung ist in F i g. 5 gezeigt. Verwendung finden dabei Stichleitungen entsprechender Länge mit einer λ/4-Resonanz, die insbesondere bei oder oberhalb der oberen Grenzfrequenz des Systems liegt, in dem der Zwischenverstärker Vervendung findet. Solche Stichleitungen stellen bei tie. en Frequenzen ebenfalls im wesentlichen Induktivitäten oar.

Die Stichleitungen 510 und 520 ersetzen die Drosseln 51 und 52 nach F i g. 2. Die parallele Stichleitung 540 tritt an die Stelle der Drossel 54 und kann durch eine serielle Stichleitung 540' ersetzt sein. Die Leitungsdrossel 55, die im HF-Signalübertragungsweg zwischen den Teilverstärkern 11 und 12 liegt, verbindet die Anschlüsse Cund D.

Beim konstruktiven Aufbau ist insbesondere darauf zu achten, daß direkte Verkopplungen zwischen dem Ein- und Ausgang vermieden werden. Eine Masseverbindung zwischen den Teilverstärkern 11 und 12 darf nur über die Verbindung Y der Kabelaußenleiter erfolgen.

Dies läßt sich entsprechend Fig. 6 auf besonders vorteilhafte Art durch eine Anordnung der Teilverstärker 11 und 12 in getrennten Kammern 61,62 erreichen, die ihrerseits durch isolierte Unterbringung in weiteren zwei äußeren Teilkammern 63, 64 gegeneinander entkoppelt sind. Dabei ist für eine ausreichende Hochspannungsfestigkeit zwischen den Kabelaußenleiterverbindung Y und den Innenkammerwänden X\ bzw. Xi zu sorgen.

Bei dem in Fi g. 6 gezeigten Zwischenverstärker, bei dem die Teilverstärker 11, 12 zwecks Entkopplung der Hochspannungskondensatoren in einem Kammersystem untergebracht sind, ist eine Außenkammer vorgesehen, die als Gesamtschirm des Leilungsverstärkcrs mil den Außenleitcrn des ankommenden und des abgehenden Koaxialkabels 21 bzw. 22 verbunden ist um die Kabelaußenleiterverbindung herstellt. Diese äußer Kammer ist durch eine Trennwand in die beide Teilkammern 63, 64 unterteilt. In diesen äußere Teilkammern ist jeweils die Innenkammer 61 bzw. 6. untergebracht, die von der zugehörigen Außenkamnic 63 bzw. 64 hochspannungsfest isoliert ist. In der eine inneren Teilkammer 61 ist der Teilverstärker 11, in de anderen inneren Teilkammer 62 der Teilverstärker 1

ίο untergebracht.

Diese Anordnung hat den weiteren Vorteil, daß di Kapazitäten bzw. Kondensatoren 33 und 34 zumindes teilweise durch die Kapazitäten zwischen den Kammer wänden und -boden der ineinandergeschachtelte Kammern gebildet werden können.

Die Induktivität 53 in F i g. 2 bzw. die Leitung 540' i F i g. 5 und 6 können in der einen und/oder der andere Innenkammer und/oder auch zwischen den Kammer angeordnet sein. Die Durchführung der mit de Stichleitung 540' verdrosselten Leitung durch di Innenkammerwände a, c muß dabei mindesten bezüglich der Wand der Innenkammer, in der sich dies Stichleitung (oder Drossel) befindet, hinreichend kapa zitätsarm sein, wogegen die Durchführung durch di Außenkammertrennwand eine hohe Kapazität zu Entkopplung aufweisen soll und vorzugsweise al· hochspannungsfester Durchführungskondensator aus geführt ist.

Bei der in den F i g. 5 und 6 dargestellten Realisierung der Drosseln durch kurzgeschlossene Leitungen ist be Verwendung von Koaxialleitungen darauf zu achten daß Innen- und Außenleiter auf der jeweils richtige Seite angeschlossen werden.

Zum Beispiel darf bei der Leitung 540' de Außenleiter nicht mit der durch die Innenkammerwan a führenden Leitung verbunden sein, da der Außenleitei eine relativ große Streukapazität gegen die Innenkam mer Xi aufweist, welche die Stichleitung 540' überbrük ken würde.

Wird im dargestellten Beispiel keine Leitungsdrossel 55 vorgesehen, so wird die Masseverbindung C-C ebenfalls verdrosselt und die Verbindung A-B kapazitätsarm durchgeführt.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 2,5 un 6 ist jeweils eine Parallelspeisung, beim Ausführungsbei spiel nach F i g. 7 dagegen eine Serienspeisung de Teilverstärker 11,12 vorgesehen.

Bei dem in F i g. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sin< die Teilverstärker 11 und 12 in einem Kammersystem entsprechend Fig.6 untergebracht. Abweichend von Fig.6 sind die Teilverstärker jedoch mit ihren Speisespannungseingängen nicht parallel, sondern in Serie geschaltet, wobei parallel zu jedem der beiden Speisespannungseingänge eine eigene 2T-Diode 41 bzw. 42 geschaltet ist. Die Serienschaltung der beiden Speisespannungseingänge ist über den Außenleiter de Leitungsdrossel 55 hergestellt. Dieser Außenleiter ist mit der Jnnenkammer 62, in der der Teilverstärker 12 untergebracht ist, verbunden, auf der anderen Seit

ι,» dagegen von der Innenkammer 61 des Teilverstärkers 11 isoliert. Auch durch die Trennwand zwischen den beiden Außenkammern 63,64 ist die Leitungsdrossel 55 isoliert hindurchgeführt. Zwischen jeder der beiden Innenkammern 61,62 und der Außenkammerlrennwand

(.·. sind jeweils Ferritkerne auf die Koaxialleitung, die den Ausgang des Teilverstärkers 11 mit dem Eingang des Teilverstärkers 12 verbindet, aufgesetzt. Die in Fig. 7 gezeigte Serienspeisung weist zwa

einen höheren Gesamtspannungsabfall auf, sie hat aber den Vorteil, daß keine zusätzliche Durchführung für den Gleichstrom erforderlich ist, der, wie in Fig. 7 gezeigt, in diesem Falle über die Leitungsdrossel 55 fließen kann.

Der Gleichstrom kann aber andererseits anstatt über eine Leitungsdrossel über eine separate, verdrosselte Leitung geführt werden.

In der Beschreibung der Fig. 1, 2, 5, 6 und 7 wurde jeweils vorausgesetzt, daß die Betriebsspannungsanschlüsse der Teilverstärker 11, 12 (mit 0 und + bezeichnet) kapazitiv miteinander verbunden sind. Durch den entsprechenden Verblockungskondensator 35 nach F i g. 7 wird der Ausgangskreis des Teilverstärkers 11 wechselstrommäßig geschlossen.

Die anhand der Ausführungsbeispiele beschriebene Aufteilung des Verstärkers in Teilverstärker und hochfrequenzmäßig Entkopplung ihrer Speisespannungseingänge Entkopplung läßt sich in entsprechender Weise auf mehr als zwei Stufen anwenden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Ferngespeister, zwischen einer eingangsseitigen und einer ausgangsseitigen, über eine Außenleiterverbindung miteinander verbundenen Leitung angeordneter Zwischenverstärker für insbesondere koaxiale Nachrichtenübertragungsstrecken, bei dem die Außenleiterverbindung und ein Speisespannungsanschluß, der zugleich ein wechselspannungsmäßiges Bezugspotential hat, kapazitiv verbunden sind, wobei der Verstärker in wenigstens zwei Teilverstärker aufgeteilt ist mit je einer eigenen, zwischen dem Bezugspotentiai und der Außenleiterverbindung liegenden Kapazität, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannungseingänge (0, +) der Teilverstärker (11, 12) mittels Induktivitäten (53, 54) oder ausgangsseitig kurzgeschlossener Leitungen (540, 540') hochfrequenzmäßig voneinander entkoppelt sind.

2. Zwischen verstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Parallelspeisung der Teilverstärker (11,12) derart, daß einer (11) der Teilverstärker (11, 12) unmittelbar an einer Speisequelle liegt und wenigstens ein weiterer Teilverstärker (12) über je eine, in den Stromzuführungen gelegene Induktivität (53, 54) oder ausgangsseitig kurzgeschlossene Leitung (540,540') an die Speisequelle angeschlossen ist.

3. Zwischenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Leitungsdrossel (55) zur Verbindung zweier aufeinanderfolgender Teilverstärker (11, 12) vorgesehen ist und daß dem einen (12) der beiden Teilvarstärker (11, 12) das Bezugspotential (0) über die irn Hochfrequenzsignalübertragungsweg gelegene Leitungsdrossel (55) und das andere Potential ( + ) der Speisespannung eine Induktivität (54) oder eine ausgangsseitig kurzgeschlossene Leitung (540) zugeführt ist.

4. Zwischenverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kabelinnenleiter jeweils über eine Induktivität an die Anschlüsse der Speisespannungsquelle geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der gegen das Bezugspotential (0) Spannung führende Anschluß ( + ) der Speisequelle von einem Teilverstärker (11) über eine Induktivität (54) oder ausgangsseitig kurzgeschlossene Leitung (540, 540') an den Speiseeingang eines weiteren Teilverstärkers (12) geführt ist und daß diese Induktivität (54) oder ausgangsseitig kurzgeschlossene Leitung (540, 540') entweder in der Kabelinnenleiterverbindung oder in dem Verbindungsweg zwischen Kabelinnenleiterverbindung und Speiseanschluß des weiteren Teilverstärkers (12) liegt.

5. Zwischenverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilverstärker (11, 12) in getrennten Kammern (61, 62) angeordnet sind und daß diese ihrerseits in weiteren Kammern (63,64), insbesondere hochspannungsmäßig, isoliert untergebracht sind (F i g. 6).

6. Zwischenverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Kammern (63,64) eine gemeinsame Trennwand aufweisen.

7. Zwischenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine b5 kapazitätsarme Durchführung der Leitung, die eine Induktivität (53, 54) oder eine ausgangsseitig kurzgeschlossene Leitung (540, 540') enthält, durch

die zugehörige Innenkammerwand.

8. Zwischenverstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung durch die Außenkammertrennwand eine hohe Kapazität aufweist, insbesondere als hochspannungsfester Durchführungskondensator ausgebildet ist.

9. Zwischenverstärker nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer ausgangsseitig kurzgeschlossenen Koaxialleitung (540') derart angeschlossen ist, daß diese ihre Überbrückung durch die Streukapazität zwischen ihrem Außenleiter und der Innenkammerwand verhindert ist.

10. Zwischen verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Serienspeisung der Teilverstärker (11,12) (F i g. 7).