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Nachbildung des Scheinwiderstandes von Pupinleitungen Das Hauptpatent
486 775 bezieht sich auf eine Nachbildung des Scheinwiderstandes von Pupinleitungen
mit Hilfe eines einem Leitungsglied entsprechenden, symmetrischen Netzwerkes von
etwa demselben Wellenwiderstand wie dem der Leitung, dessen Grenzfrequenz jedoch
höher ist als die der Leitung, und das durch einen Ohmschen Widerstand abgeschlossen
ist.
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Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung dieser Nachbildung. Nach
der Erfindung wird das Netzwerk unsymmetrisch ausgebildet, wodurch sich der Imaginärteil
des Kabelwellenwiderstandes für die höheren Sprachfrequenzen besser nachbilden läßt.
Man unterscheidet nach der bekannten Kettenleitertheorie von K. W. VV a g n e r
Glieder I. und II. Art. Das Glied I. Art enthält eine Reihenimpedanz und zu beiden
Seiten derselben je eine Nebenschlußimpedanz, und man bezeichnet das Glied als sv
mmetrisch. wenn die beiden Nebenschlußimpedanzen einander gleich, als unsymmetrisch,
wenn sie voneinander verschieden sind. Entsprechend bestellt ein Glied Il. Art aus
einer Nebenschlußimpedanz und zwei zu ihren beiden Seiten liegenden Reihenimpedanzen.
und ein einem solchen Glied entsprechendes Netzwerk ist unsymmetrisch, wenn die
beiden Reihenimpedanzen voneinander verschiedene Werte haben. Das Netzwerk nach
der Erfindung hat daher einen Aufbau wie ein Glied der Spulenleitung im Sinne der
Kettenleitertheorie, aber andere Kapazitäts- und Induktivitätswerte. Eine Verbesserung
der Nachbildung dieses Imaginärteiles für niedrige Frequenzen wird nach der Erfindung
weiter dadurch erzielt, daß man vor das nachbildende Netzwerk in den Zug der Leitung
des künstlichen Gebildes einen Kondensator einschaltet. Die erfindungsgemäße Schaltung
eignet sich sowohl zur Nachbildung eines Kabels für sich allein als auch zur Nachbildung
von Kabeln, die wie gewöhnlich im Betriebszustand durch einen Ringübertrager und
durch Rufstromsperrkondensatoren abgeschlossen sind. Ebenso können damit Kabel nachgebildet
werden, die durch verzerrende Kunstleitungen verlängert sind. deren charakteristische
Konstanten in nahezu derselben Weise von der Frequenz abhängen wie die des Kabels
für sich.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist an dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. i und den graphischen Darstellungen Abb. z und 3 näher erläutert. In Abb.
i besteht das Netzwerk aus der Spule L, dem Ohmschen Widerstand r und Kondensatoren
C1 und C=. Diese haben nach der Erfindung verschiedene Größe. Das Netzwerk ist
am
Ende abgeschlossen durch den Ohmschen Widerstand R, der etwa die Größe hat, wobei
Lk und CL. die Induktivität
und lsapazität des Kabels bedeuten. In dem Leitungszug ist vor dein Netzwerk der
Kondensator eingeschaltet. In Abb. 2 ist die Abhängigkeit des Real- und Imaginärteils
der Wellenwiderstände des Kabels und verschiedener Nachbildungen von der Frequenz
dargestellt. Die Kurven i gelten für das Kabel, die Kurven :2 für eine Nachbildung,
bei der C,. und G einander gleich sind und Co nicht vorhanden ist, die Kurven 3
für eine unsymmetrische Nachbildung mit verschiedenen Werten von Cl und G, aber
ohne Co, und die Kurven q. für die in der Abb. i dargestellte Nachbildung.
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Wie aus den Kurven für den Imaginärteil hervorgeht, schmiegt sich
die Kurve i des Kabels, von großen negativen Werten herkommend, der Nullinie an,
bleibt aber stets unter dieser, während die Kurve 2 für die symmetrische Nachbildung
ganz im positiven Gebiet verläuft. Die Kurve 3 für eine unsymmetrische Schaltung
ergibt für höhere Frequenzen bereits negative Werte, und durch Einschaltung des
Kondensators Co wird erreicht, daß auch im Gebiet der niedrigen Frequenzen, wie
aus Kurve 4. hervorgeht, die Nachbildung einen negativen Blindwiderstand hat, der
sich dem des Kabels gut anpassen läßt.
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Die bei höheren Frequenzen noch bestehenden Abweichungen in der Größe
des Imaginärteils bedeuten für praktische Verhältnisse in der Regel keinen Nachteil,
sondern einen weiteren Vorteil. Im Betriebszustande ist das Kabel mit einem Ringübertrager
und Rufstromsperrkondensatoren abgeschlossen. Der Widerstand wird dadurch so umgebildet,
daß sein Imaginärteil für das gesamte Sprachfrequenzgebiet erhebliche negative Werte
annimmt, während der Realteil nur unbedeutend verändert wird. Erfindungsgemäß können
die Unsymmetrie des Netzwerkes und der Längskondensator Co so gewählt werden, daß
eine Nachbildung erreicht wird, ohne daß der Ringübertrager und die Rufstromsperrkondensatoren
je für sich durch gleiche Schaltungselemente nachgebildet werden müssen. In Abb.
3 sind die Kurven für diesen Fall dargestellt. Die an die einzelnen Kurven angeschriebenen
Ziffern haben dieselbe Bedeutung wie in Abb.2. Abb. 3 zeigt, daß sich für diesen
Fall eine ausgezeichnete Nachbildung herstellen läßt.
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Bei zu kurzen Verstärkerfeldern ist es nützlich, dem Kabel eine künstliche
Verlängerung vorzuschalten, die seine Dämpfung auf den Wert des Nörmalverstärkerfeldes
bringt, ohne den Widerstand erheblich zu ändern. Sie wird zweckmäßig zwischen Ringübertrager
und Verstärker geschaltet und beeinflußt den Realteil nur in den höheren Frequenzen.
Und zwar hat der Realteil die Neigung, bei diesen Frequenzen langsamer zu steigen
als beim unverlängerten Kabel. Die Kurven 3, 4 für den Realteil in Abb. 3, die so
dicht zusammenfallen, daß sie in der Zeichnung nicht voneinander getrennt werden
konnten, zeigen, daß der Anstieg des Realteils bei der Nachbildung ebenfalls für
höhere Frequenzen langsamer wird. Die Verringerung der Steigung des Realteiles erlaubt
also, die Verhältnisse bei der verlängerten Leitung sehr gut nachzubilden. Auch
für diesen Fall können die gemäß der Erfindung ausgebildeten Nachbildungen verwendet
werden, ohne daß es notwendig wäre, den Ringübertrager, die Sperrkondensatoren und
die Leitungsverlängerung durch gleichgebaute Elemente je für sich nachzubilden.
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Das Größenverhältnis der Parallelkondensatoren C,. und C= (in Abb.
i) hängt von den in jedem besonderen Fall vorhandenen Verhältnissen ab, es läßt
sich daher kein allgemein gültiger Wert angeben. Die näheren Untersuchungen haben
ergeben, daß in den meisten Fällen C1 '> C2 sein muß, jedoch nur bei Nachbildungen
für Leitungsabschnitte, die im halben Spulenfeld enden. Werden Leitungsabschnitte
nachgebildet, die nicht in der Mitte des Spulenfeldes enden, so verschiebt sich
das Größenverhältnis natiirlich entsprechend der besonderen Aufteilung der Leitung.