DE3301433A1 - Elektrischer resonator, insbesondere fuer regeneratoren von digitalen nachrichtenuebertragungssystemen - Google Patents

Description

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B.B.Foster-14

Elektrischer Resonator, insbesondere für Regeneratoren von digitalen Nachrichtenübertragungssystemen

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Resonator, der für Regeneratoren von digitalen Nachrichtenübertragungssystemen, besonders, aber nicht ausschließlich, für Unterwasser-Nachrichtenübertragungssysteme verwendbar sein soll.

Bei manchen übertragungssystemen, insbesondere bei Unterwasser-Übertragungssystemen, ist die Zuverlässigkeit von höchster Wichtigkeit. Wenn eine Störung auftritt, die das System außer Betrieb setzt, bis eine Reparatur stattgefunden hat, sind die Kosten des Ertragsverlustes während der Ausfallzeit zu den Kosten zu addieren, die durch das Heben des Kabels vom Meeresgrund entstehen, so daß eine solche Störung insgesamt enorm hohe Kosten verursachen kann.

Unter diesem Gesichtspunkt kann man Oszillatoren mit Phasenrege L se h I ei fen und i η j ek t i on ssync h rom'si ert e Oszillatoren als zu unzuverlässig betrachten, als daß sie in einem Unterwasser-Regenerator eines digitalen übertragungssy stems verwendet werden könnten.

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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Oszillator anzugeben, mit dem sich eine Taktrückgewinnungsscha Ltung realisieren läßt, die einfach und betriebszuverlässig ist.

Land-Leitungsübertragungssysterne verwenden oft einen Para 11 eI resonanzkreis mit einem Kondensator und einer offenen Spule. Dies hat die folgenden Nachteile:

(1) Die offene Spule, hat einen Widerstand und eine Induktivität, die von ihrer Umgebung abhängig sind. Nebensprechen auf andere Teile der Schaltung begrenzen den "sicheren" Gütefaktor Q, der verwendet werden kann.

(2) Der nutzbare Gütefaktor Q ist nahezu der Größe propol— tional, so daß große Gütefaktoren Q zu ziemlich großen Bauteilen führen. Die Verwendung eines Abschirmbechers macht die Struktur sogar noch größer.

(3) Streukapazitäten vermindern die erreichbare Stabilität.

(4) Handelsübliche Kondensatoren neigen dazu, bei Frequenzen über 100 MHz einen schlechten Gütefaktor aufzuweisen.

Die obige Aufgabe wird wie im Patentanspruch 1 angegeben gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprücher entnehmbar.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines digitalen Regenerators, der die Erfindung verwendet,

Fig. 1A verschiedene Signalformen zum Blockschaltbild bis 1G nach Fi g. 1,

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Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des Resonators

nach Fig. 1,

Fig. 2 A das Ersatzschaltbild zur Fig. 2,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Resonators nach Fig. 1 ,

Fig. 3A ein näherungsweises Ersatzschaltbild zum Ausführungsbeispiel nach F ig. 3,

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel des Resonators

nach Fig. 1,

Fig. 4A das Ersatzschaltbild zu Fig. 4 und

Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel des Resonators nach Fig. 1, bei dem der Resonator ohne ein Koaxialkabel aufgebaut ist.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines digitalen Zwischen-Verstärkers eines optischen digitalen Unterwasser-Nachrichtenubertragungssystemes. Das Signal gelangt von der optischen Faser auf einen Empfänger 1, der es in ein elektrisches Signal umsetzt. Dieses Signal wird in einem Vei— stärker 2 mit einer einstellbaren VerStärkungsregelungs-2Q schaltung 3 verstärkt. Bei manchen Systemen ist dafür gesorgt, daß die Verstärkungsregelungsschaltung 3 fernsteuerbar ist.

Das verstärkte Datensignal wird einer Entschei dungs- und Taktsteuerungsschaltung 4 zugeführt, die entscheidet, ob die Daten gültig sind und die den Bitstrom mit Hilfe eines Taktes 5 synchron mit den empfangenen Daten regeneriert.

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Das regenerierte Signal wird darauf vom Sender 6 aLs op" tisches Signal über die abgehende Faser 7 ausgesendet.

Der Takt wird in einer ImpuLsformungsschaltung 8 von den ankommenden Daten abgeleitet, in einem Verstärker 9 verstärkt und einem passiven Resonator 10 zugeführt. Der Resonator kann nach irgend einem der in den Fig. 2 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispielen realisiert sein.

Die Arbeitsweise der Entschei dungs- und Zeitsteuerungsschaltung 4, die den Takt 5 verwendet, kann am besten anhand der in den Fig. 1A bis 1G gezeigten Signalformen erläutert werden. Fig. 1A zeigt einen typischen Datenstrom 1110100 in idealer Form (ohne Rückkehr zu Null). In Wirklichkeit würde das Signal eher wie in Fig. 1B gezeigt aussehen. Diese Form ist die Signalform, die bei einem digitalen Signal erwartet werden könnte, nachdem dieses unter Wasser eine Faser der Länge von etwa 20 km vom vorausgegangenen Regenerator durchlaufen hat. Dieses Signal wird der Impulsformungsschaltung 8 zugeführt. Die Schaltung differenziert das Signal, wie in Fig. 1C gezeigt und richtet es gleich, so daß das in Fig. 1D gezeigte Signal entsteht. Die Taktinformation ist in diesem Signal vorhanden, aber nicht während der ganzen Zeit, und außerdem ist Rauschen vorhanden .

Fig. 1E zeigt, wie der Resonator das Rauschen vermindern und "fehlende" Impulse einfügen kann. Fig. 1E zeigt das phasenrichtige begrenzte ResonatorsignaI, und Fig. 1F das phasenverschobene Resona torsigna I. Somit kann dann der abgeleitete Takt durch Einspeisung in den Resonator dazu verwendet wei— den, To r se ha I tungen zu steuern, um das Originalsignal zu regenerieren. Fig. 1G zeigt das regenerierte Signal (ohne Rückkehr zu Null). Die Amplituden in den Fig. 1A bis 1G sind nicht maßstabsgerecht.

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Nachstehend werden nun die verschiedenen AusführungsbeispieLe des Resonators erläutert. Bei Fig. 2 ist ein haLbstarres Kupfer-Koaxialkabel 21 wie gezeigt gewendelt, d. h. zu einer Spule geformt. Es handelt sich um einen 160 Mbit/s-Resonator; ein 325 Mbit/s-Resonator hat nur eine einzige Windung. Der kupferne Außenleiter ist an der Stelle 22 an einen Sattel 23 angelötet, der ihn an einem Punkt mit einem Kupfergehäuse 24 als Masse verbindet. Das Koaxialkabel ist dadurch abgeschlossen, daß der Innenleiter 25 bei D mit dem Außen I ei ter 22 bei E verbunden ist. Energie wird in den abgestimmten Resonanzkreis zwischen C und A über einen Eingangsanschluß 26 eingespeist. Der Eingangs-Schein-■ widerstand nimmt zu, wenn der Abstand zwischen C und A zunimmt. Zwischen Punkten D und A wird über einen Ausgangsanschluß 27 Energie aus dem abgestimmten Resonanzkreis entnommen. Der Ausgangs-Scheinwider stand nimmt zu, wenn der Abstand zwischen B und A zunimmt.

Bei der Resonanzfrequenz sind die Einfügungsdämpfung und der Gütefaktor auswechselbar durch Austauschen von AC und AB (d.h. Eingang und Ausgang) bei irgend einer vorgegebenen Impedanz se ha I tung. Eine Kupferschraube (bei den nachstehenden Ausführungsbeispielen dargestellt) kann in die Mitte der Spule gesetzt werden, um die Resonanzfrequenz einzustellen. Das Ersatzschaltbild zur Anordnung nach Fig.

ist in Fig. 2A gezeigt, und es ist ähnlich zu dem des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4.

Die Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel. Im Kupfei— gehäuse 34 befindet sich ein zu einer Spule geformtes halbstarres Kabel 31, das aus etwa drei Vierteln einer Windung besteht. Dies bildet eine Induktivität L und eine Kapzität C und ist auf kupfernen Bolzen 32, 33 befestigt, die eine Induktivität I bilden. Ein Eingangsanschluß 35 ist mit dem Außen-

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Leiter des KabeLs am Punkt 37 und ein AusgangsanschLuß 36 mit dem InnenLeiter des KabeLs am Punkt 38 verbunden. Eine drehbare EinsteLL sch raube 39 aus Kupfer ist vorgesehen, um die Resonanzfrequenz einzusteLLen.

Fig. 3A zeigt das grobe Ersatzscha LtbiLd der Anordnung nach Fig. 3. Die Anordnung nach Fig. 3 hatte eine Resonatorgüte Q von 150 und eine Einfügungsdämpfung von etwa 7 dB in einer SchaLtung mit 50 Ohm. MaximaL wurde ein Gütfaktor Q von 200 erreicht bei einer Einfügungsdämpfung von 20 dB.

Durch EinsteLLen von L, der BoLz en Länge, ist es mögLich, die Güte und die Dämpfung zu vertauschen. Bei Anwendungen für Taktsteuerungsse haLtungen sind FiLter mit niedrigem Scheinwiderstand zwischen die Emitter der Transistoren geschaLtet/ und somit machen Sc ha Ltungsst reuungen weniger ' Schwierigkeiten. VergLichen mit einem ParaLLeLresonanzkreis mit hohem Scheinwiderstand sind weniger Transistoren erforderLich. Der Einbau der Anordnung in das Gehäuse definiert die ErdschLeife, begrenzt StreufeLder und ermögLich die Abstimmung des Resonanzkreises mit HiLfe einer EinsteLLschraube

Im AusführungsbeispieL nach Fig. 4 befinden sich in dem Kupfergehäuse 44 zwei kreisförmig gebogene Stücke 41 und eines haLbstarren KabeLs. Die AußenLeiter der Stücke 41 und 42 sind über eine Lötverbindung mit dem Gehäuse 44 an den Punkten G und H geerdet. Die anderen Enden der gLeich Langen f j Stücke sind miteinander verbunden. Der Innen L eiter des Stückes 41 ist dabei mit dem AußenLeiter des Stückes 42 und der InnenLeiter des Stückes 42 mit dem AußenLeiter des Stück« 41 am Punkt J verbunden. Die Energie wird eingespeist über einen Eingang 45 zwischen dem AußenLeiter des KabeLstückes

3Ü 42 am Punkt K und Erde, und an einem Ausgang 46 wird zwischer dem AußenLeiter des KabeLstückes 41 am Punkt M und Erde Energie entnommen. MitteLs einer Drehschraube 47 ist die

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Resonanzfrequenz einstellbar. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist eine kleinere und symmetrische Anordnung. Das erste Modell ergab einen Gütefaktor Q von 146 bei einer Dämpfung von 4,3 dB.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Resonators. Hier sind die halbstarren Leiter 51 und 52 kreisförmig gebogene Stücke, die aus Kupferband bestehen und jeweils 3,5 cm lang und 1,5 cm breit sind. Sie sind an den Punkten N und P mit Erde verbunden und am Punkt S mit einem Eingang und am Punkt R mit einem Ausgang. Die beiden anderen gegenüberliegenden Enden 55 und 56 der Leiterstücke sind mit den durch Aluminium metallisierten Oberflächen einer isolierenden Platte 57 verbunden. Das Ganze befindet sich in einem Kupfergehäuse 58.

Das grobe Ersatzschaltbild ist in Fig. 5A gezeigt. Die Kupferbänder 51 und 52 bilden Induktivitäten (L_ + I₂) und (L. + I₁), und die metallisierte Platte 57 bildet eine Kapazität C.. Die Anordnung nach Fig. 5 ist eine alternative Konstruktion der Anordnung nach Fig. 4. Die Platte 57, die normalerweise für DickfiIm se ha Ltungen verwendet wird und an jeder Oberfläche metallisiert ist, ergibt eine hohe Güte Q und einen Kondensator mit großer Kapazität. Es wurde eine Güte Q von 200 mit einer Einfügungsdämpfung von 10 dB für diesen Resonator erhalten.

Wie bei der vorstehend beschriebenen Anordnung ist zur Einstellung der Resonanzfrequenz eine Abstimmschraube 59 vorgesehen.

Die allgemeinen Parameter der Resonatoren nach den Fig. 3 bis 5 sind in gleicher Weise beeinflußt wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben und in der gleichen Weise einstellbar und rege Iba r.

Claims (5)

1. INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC
   CORPORATION, NEW YORK

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   Pat entanspruche

   1/ Elektrischer Resonator, dadurch gekenn-ζ e i c h n e t, daß er ein halbstarres Kabel (21, 31, 41, 51) enthält, das sich in einem leitenden Gehäuse (24, 34, 44, 58) befindet und den überwiegenden Teil der Induktivität und der Kapazität des Resonators bildet.
2. 2. Resonator-nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das halbstarre Kabel ein gekrümmtes halbstarres Koaxialkabel (31) mit einem Innenleiter und einem Außenleiter ist, wobei einer der Leiter mit dem Eingang (35) und der andere . mit dem Ausgang (36) des Resonators verbunden ist (Fig. 3).
3. 3. Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites gekrümmtes halbstarres Koaxialkabel (41 (42)) zwischen das eine Ende des ersten gekrümmten halbstarren Koaxialkabels (42 (41)) und den Eingang (45) oder Ausgang (46) des Resonators geschaltet ist, wobei der Innenleiter des zweiten Kabels mit dem Außenleiter des ersten Kabels und umgekehrt verbunden ist (Fig. 4).

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4. 4. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das haLbstarre KabeL aus gekrümmten Meta LLbändern (51, 52) besteht und die Kapazität durch eine isoLierende PLatte (57) mit zwei gegen über Liegenden meta LLi sierten FLächen gebiLdet ist, die mit den gegenüberLiegenden Enden (55, 56) der gekrümmten MetaLLbänder (51, 52) vei— bunden sind (Fig. 5).
5. 5. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das haLbstarre KabeL aus einem gewendeLten haLbstarren KoaxiaLkabeL (22) besteht, wobei der InnenLeiter (D) des einen KabeLendes mit dem AußenLeiter (E) des gegenüber-Liegenden KabeLendes verbunden ist und wobei an auseinander L i egenden Punkten am AußenLeiter eine Eingangsvei— bindung (26) und eine Ausgangs verbindung (27) angeschLossen ist (Fig. 2).