DE452286C - Pupinleitung zur Sprachuebertragung auf grosse Entfernungen - Google Patents

Description

• Pupinleitung zur Sprachübertragung auf große Entfernungen. Es ist bekannt, daß.beim Fernsprechwesen über lange Pupinkabel eine Verzerrung der Sprechströme durch das Auftreten von Einschwingvorgängen stattfindet. Durch diese Verzerrung ist -die Reichweite der Leitungen bestimmt, und zwar hängt diese Reichweite mit der Höhe der sogenannten Grenzfrequenz co" der pupinisierten Leitung zusammen, wo L" und C" Induktivität und Kapazität der Spulenfelder bedeuten. Um die bei der Überbrückung großer Entfernungen auftretenden schädlichen Einschwingvorgänge zu unterdrücken; ist es notwendig, die Grenzfrequenz höher zu legen, als es sonst üblich ist, z. B. durch Verkleinerung der Spuleninduktivität L". Dies bedeutet jedoch eine Vergrößerung der Dämpfung und damit eine unwirtschaftliche Ausnutzung der Leitungen. Die Erfindung besteht in einem Ausgleichsverfahren, die durch Eigenschwingvorgänge hervorgerufene Verzerrung der Sprechströme aufzuheben. Die Anwendung dieses Verfahrens macht es daher möglich, über Leitungen, die in der bekannten Weise nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten pupinisiert sind, auf beliebige Entfernungen eine Sprechverständigung herzustellen.
• Zur Erläuterung des Verfahrens müssen zunächst die Ursachen jener Verzerrungen näher betrachtet werden. Es ist bekannt, daß Wechselströme auf homogenen Leitungen besonders bei höheren Frequenzen unverzerrt übertragen werden. Nach der bekannten Laufzeit trifft der Wechselstrom irgendeiner Frequenz co am Ende der Leitung von der Länge 1, der Einheitsinduktivität L und der Einheitskapazität C ein. Im Abstande x vom Leitungsanfang ruft die am Anfang wirkende Wechselspannung V" sin co t unter Voraussetzung großer Leitungslängen die Spannung V, = V" c --ß x. sin (w t - a x) (3) hervor, wobei a das Winkelmaß und ß die Dämpfung bezeichnen. Bei höheren Frequenzen ist hinreichend genau also proportional der Frequenz und ß konstant, besonders wenn man von der Wirkung der dielektrischen Verluste absieht. Da nach dem Fourierschen Satze alle Ausgleichsvorgänge auf der Leitung bestimmt sind durch die Frequenzabhängigkeit der physikalischen Größen im eingeschwungenen Zustande, ist hieraus zu schließen: Besteht in irgendeinem Gebilde zwischen einer eingeprägten Wechselspannung V" und der Netzspannung TV" im eingeschwungenen Zustande eine Beziehung ' V" = V" e -- b sin (w t - a), (5) in der b konstant und a proportional der Frequenz-ist, so werden Wechselströme zwar mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung, aber ohne Verzerrung übertragen. Die zeitliche Verzögerung würde, da. sie bei allen Frequenzen die gleiche ist, ohne Einfluß auf die Sprechverständigung über ein solches Gebilde sein; sie bedeutet nur eine Verspätung der im Empfänger gehörten Worte gegenüber dem Sendeort. Prüft man nun, wie weit bei einer langen Pupinleitung die Beziehung (5) erfüllt ist, so findet man, daß die Größe d hier rascher als proportional mit der Frequenz wächst. 2,Tach der Theorie der Kettenleiter, die man bekanntlich mit großer Genauigkeit auf pupinisierte Leitungen übertragen kann, ist für eine Leitung von der Länge l diese Größe gegeben durch Es bedeuten hier s den Spulenabstahd und 1 die Leitungslänge. Für niedrige Frequenzen folgt hieraus näherungsweise die Gleichung (q.), und zwar in der Form da man den Sinus gleich dem Bogen setzen kann. Für höhere Frequenzen steigt a rasch an, wie es in Abb. i gezeigt ist. Der allgemeine Verlauf der Dämpfung b ergibt sich aus folgendem: Man baut bekanntlich die Verstärker so, daß sie die durch die Leitungseigenschaften verursachte stationäre Verzerrung der Wechselströme aufheben (entzerrende Verstärker). Dies geschieht besonders in dem Gebiet der Sprechfrequenzen. Die Größe b hat daher bei langen pupinisierten Leitungen, die mit Verstärkern ausgerüstet sind, etwa die in Abb.2 gezeigte Frequenzabhängigkeit. In dem Bereich col bis (s2, der die wichtigen Sprechfrequenzen einschließt, bleibt b weitgehend konstant. Vergleicht man Leitungen verschiedener Länge, so sieht man, daß sich die Restdämpfungskurven b wesentlich nur in der Steilheit des Anstieges oberhalb und unterhalb von wi und c)., unterscheiden. Praktisch werden jedoch Schwingungen, die erheblich außerhalb dieses Bereiches liegen, schon bei verhältnismäßig kleinen Leitungslängen nicht mehr übertragen. Die Frequenzabhängigkeit von b scheidet also von den Gründen, die zu einer Verzerrung der Sprechströme bei langen Leitungen führen, aus. Die Ursache dieser Verzerrung liegt demnach in der Abweichung der Größe a", Gleichung (6), von dem durch Gleichung (4) und (7) vorgeschriebenen Verlauf. Die Praxis hat jene Verzerrung bisher dadurch zu vermeiden versucht, daß sie co" erheblich vergrößerte. Dadurch werden, wie eine nähere Betrachtung zeigt, in der Tat die Abweichungen zwischen den durch die Gleichungen (6) und (7) gegebenen Fortpflanzungsgrößen vermindert. Die Erfindung besteht nun darin, die Differenz a" - a = 0 durch geeignete Schaltmittel in dem wichtigen Frequenzbereich klein zu machen bzw. a" so zu ergänzen, daß der neue Phasenwinkel proportional finit der Frequenz wächst. Auf diese Weise wird die an die Gleichung (5) angeschlossene Bedingung erfüllt, gleichgültig, wie die Leitung selbst pupinisiert ist, so daß alle Schwingungen der Sprechströme mit der gleichen Verspätung im Empfänger eintreffen. Die Schaltmittel können an irgendeiner oder mehreren Stellen in den Leitungszug gelegt «erden, z. B. an den Verstärkerpunkten.
• Aus den Gleichungen (6) und (7) folgt für die Differenz. in dem wichtigen Frequenzbereich durch Reihenentwicklung Für eine Leitung mit der Grenzfrequenz cuo = 18 ooo, dem Spulenabstand s ==:z km und der Länge L = i 5o km ergibt diese Beziehung die in Abb. 3 dargestellten Winkeldifferenzen. In der gleichen Abbildung sind durch eine beispielsweise gegebene gestrichelte Linie diejenigen Werte eingezeichnet, auf die erfindungsgemäß die Winkeldifferenzen der Leitung ergänzt werden, damit der Gesamtphasenwinkel proportional mit der Frequenz wächst.
• Als Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 4 einen Kettenleiter in Verbindung mit der Leitung und einem Verstärker, durch den die Korrektion des Phasenwinkels bewirkt wird. Dies geht aus, der Abb. 5 hervor, wo der Phasenwinkel eines solchen Kettenleitergliedes d wie er nach der Theorie dieser Gebilde berechnet werden kann, in Abhängigkeit von der Frequenz aufgezeichnet ist. Die Abb.6 bezieht sich auf den Fall, daß eine Pupinleitung mit der Grenzfrequenz (0o = 17 000 von i 5o km Länge mit einem Kettenleiter von vier Gliedern der in Abb. 4 gezeigten Form zusammengeschaltet ist. Dieser Kettenleiter enthält in jedem Glied als Querimpedanz einen Spannungsresonanzkreis, als Längsimpedanz einen Stromresonanzkreis. Damit ergibt sich aus der Theorie der Kettenleiter der in Abb. 5 dargestellte Verlauf des Phasenwinkels im Durchlässigkeitsbereich. Der Vergleich mit Abb. 3 und die in Abb. 6 ausgeführte Addition zeigt, daß in einem weiten Frequenzbereich diese Phasenwinkelkurve diejenige der Leitung auf die gerade Linie ergänzt, so daß die Verzerrung durch Einschwingvorgänge praktisch aufgehoben wird.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Übertragungssystem mit pupinisierten Leitungen zur Signalübermittlung auf große Entfernung, gekennzeichnet durch aus Drosseln und Kondensatoren zusammengesetzte Schaltmittel, durch die der Phasenwinkel zwischen Anfangs- und Endspannung so ergänzt wird, daß er nahezu proportional mit der Frequenz wächst.
2. 2. Ausführungsform der Leitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verstärkerpunkten Schaltgebilde, bestehend aus induktiv gekoppelten Spannungsresonanzkreisen als Querimpedanzen und aus Stromresonanzkreisen als Längsimpedanzen, in den Leitungszug eingeschaltet sind.