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Kettenleiter für ein Übertragungssystem mit pupinisierten Leitungen
zur Signalübermittlung auf große Entfernungen Es sind Übertragungssysteme mit pupinisierten
Leitungen vorgeschlagen worden, die zur Signalübertragung auf große Entfernungen
dienen, bei welchen durch besondere Schaltmittel, z. B. :Kunstleitungen, die aus
Drosseln und Kondensatoren bestehen, der Phasenwinkel zwischen der Anfangs- und
Endspannung so. ergänzt wird, daß er nahezu proportional mit der Frequenz wächst.
Hiermit wird bezweckt, daß die Schwingungen aller bei der Übertragung in Frage kommenden
Frequenzen,nach nahezu derselben Laufzeit am Ende des Kabels eintreffen, so daß
die Dauer der Einschwingvorgänge beträchtlich verringert wird. In dem Hauptpatent
453 294 ist vorgeschlagen worden, als Kunstleitung oder Netzwerk für diesen Zweck
ein oder mehrere Glieder zu nehmen, die nach dem bekannten Schema des sogenannten
Kreuzgliedes oder Brückengliedes (vgl. z. B. Bell, System Technical Journal von
1923, Heft i, Seite i9) aufgebaut sind, und zwar eine Ausführungsform, bei der zwei
Zweige der Brücke aus je einer Spule und die beiden anderen aus je einem Kondensator
bestehen.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf eine besonders zweckmäßige Weiterbildung
dieser aus Brückengliedern bestehenden. Ketten, bei welchen in jedem der Brückenzweige
mindestens je ein Kondensator und eine Spule enthalten sind. Nach .der Erfindung
sind je zwei gegenüberliegende Zweige gleichgebaut und je zwei benachbarte Zweige
zueinander widerstandsreziprok. Es enthalten demnach alle Zweige eines Gliedes eine
gleiche Anzahl von Reaktanzen; die Anzahl dieser Reaktanzen jedes Zweiges soll als
Ordnungszahl des Gliedes bezeichnet werden. Nach der Erfindung ist es nun häufig
zweckmäßig, eine Anzahl von Gliedern hintereinander zu schalten, die gleichen Wellenwiderstand,
aber verschiedene Ordnungszahl haben. In anderen Fällen wird man zur Erzielung einer
gleichen Laufzeit für alle Frequenzen mehrere Glieder gleicher Ordnungszahl verwenden,
die sich aber voneinander im Aufbau oder in der Bemessung der Brückenzweige unterscheiden.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert, und zwar stellt
Abb. i Idas allgemeine Schema eines Kettengliedes, Abb.2 eine Ausführungsform dar.
Abb. 3 und , 5 zeigen als weitere Ausführungsbeispiele, die Anwendung von Ketten
in einer Fernleitung, die aus verschiedenartigen Gliedern bestehen. Die Wirkungsweise
der Anordnung nach Abb. 3 ist in Abb. 4 erläutert.
In dem allgemeinen
Schema Abb. i eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Gliedes gelten die Punkte
i und z als Eingangsklemmen, die Punkte 3 und q. als Ausgangsklemmen des Gliedes.
Die gegenüberliegenden Brückenzweige R sind untereinander gleiche, im wesentlichen
aus Reaktanzelementen aufgebaute Impedanzen, desgleichen sind die Impedanzen S untereinander
von gleicher Art und von gleichem Bau. Außerdem sind die beiden komplexen Widerstände
R und S zueinander (widers@andstreziprok. Derartige Widerstände haben bekanntlich
die Eigenschaft, daß für alle Frequenzen der #tScheinleitwert
proportional dem Scheinwiderstand R ,st. (Vgl. M a t t -h i e s & S t r e c
k e r , Archiv für Elektrotechnik, 1q.. Band, Seite 1, 192q.). Das Produkt der beiden
Widerstände ist also konstant, d. h. es ist R S = P2, wobei P eine konstante
Größe, die Inversionspotenz ist. Für zwei Ohmsche Widerstände W1 und W2, die zueinander
reziprok sind, gilt z. B. die Gleichung Wi # W2 = P2. Zu einem induktiven
Scheinwiderstand j c) L ist ein kapazi.-tiver Scheinwiderstand 2%j w C reziprok,
wenn die Bedingung besteht, daß
ist. Da andererseits bekanntlich der Wellenwiderstand des Brückengliedes Z= R S
beträgt, so ergibt sich die b.em;erkei#swlertoo Eigenschaft, daß der Wellenwiderstand
Z eine von der Frequenz unabhängige Konstante ist. Dies ist eine Eigenschaft, welche
derartige Kettenleiter für die verschiedenartigsten Zwecke sehr wertvoll macht.
Nach der Erfindung enthalten -inun die Zweige ider Brücke mindestens je einen Kondensator
und eine Spule; der Vorteil dieser Anordnung wird an einem Ausführungsbeispiel ersichtlich.
Der Kettenleiter kann aus einem Glede oder auch aus einer Reihe von unter sich gleichen
oder verschiedenen Gliedern. bestehen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. z dargestellt. Die
Reihenimpedänz R besteht aus der Spule L0, zu welcher eine Xeihenschaltung aus der
Spule L und dem Kondensator ;K parallel `liegt. Die Impedanz S ist nun widerstandsreziprok
zu dem Widerstand R. Die widerstandsreziproke Schaltung geht bekanntlich aus einer
gegebenen Schaltung dadurch hervor, daß jede Parallelschaltung in eine Reihenschaltung
sowie jede Induktivität in einen Kondensator übergeführt wird, und umgekehrt (v-i.
O r-1 i c h, »Kapazität und Induktivität«, Seite i 2o, Braunschweig, 19o9).
Der Spule La in R entspricht daher der Kondensator Co in S, und an Stelle der Reihenschaltung
L und K, die La parallel liegt, tritt hier eine Parallelschaltung aus einer
Kapazität C und einer Induktivität M, die in Reihe zu Co liegt. Der Kondensator
C entspricht der Spule L, und die Spule 1Y1 entspricht dem Kondensator K.
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Die Genauigkeit, mit der man gewisse an den Kettenleiter zu stellende
Forderungen erfüllen, also z. B. für einen bestimmten Frequenzbereich, mit Hilfe
von Kettengliedern höherer Ordnung den resultierenden Phasenwinkel eines Übertragungssystems
proportional zur Kreisfrequenz w machen kann, steigt natürlich mit der Ordnungszahl
der verwendeten Brückenglieder an, da die Zahl der wahlfreien Konstanten mit der
Ordnungszahl des Gliedes steigt. Andererseits lassen sich durch Kombination einer
Anzahl von Gliedern verschiedener Ordnungszahl, die .gleichen Wellenwiderstand haben,
häufig in dieser Beziehung sehr gute Erfolge erzielen. Auf eine derartige Ausführungsform
beziehen sich die Abb. 3 und q., und zwar ist in Abb.3 das Schaltungsschema der
Anordnung und in Abb. G. schaubildlich die erzielte Wirkung dargestellt. In Abb.3
bezeichnet U die Fernleitung, E1 ein Glied erster Ordnung und E'2 ein Glied zweiter
Ordnung, die zur Erzielung gleicher Laufzeiten für das Gebiet der Sprechfrequenzen
in Reihe mit der Leitung U geschaltet sind. Zur Erläuterung der Wir. kungsweise
dieser Anordnung zeigt die Abb. q. in drei Kurven die Laufzeit der Schwingungen,
die als Ordinate eingetragen ist, in Abhängigkeit von ;der als Abszisse dargestellten
Kreisfrequenz w. Die (Kurve U zeigt den Verlauf für die Fernleitung U allein. Durch
Hinzuschaltung des Gliedes Ei zu der Leitung U entsteht die Kurve U + E'1, bei welcher
für die niedrigen Frequenzen eine erhebliche Verlängerung der Laufzeiten und für
mittlere Sprachfrequenzen ein Minimum der Laufzeit erreicht wird. Diese Abweichung
von dem gewünschten horizontalen Verlauf wird nun durch die Hinzuschaltung des Gliedes
E2 fast ganz aufgehoben, denn wie aus der Kurve U -f - Ei + E'2 ersichtlich ist,
sind die Laufzeiten für die Gesamtanordnung über den gesamten zur Sprachübertragung
in Betracht kommenden Bereich bis auf sehr geringe Abweichungen einander gleich.
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Abb. 5 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die Kette aus den
Gliedern G, G'-und ('r" besteht, die alle von dritter Ordnung, aber verschieden
ausgebildet sind. Cr und ('r' haben gleichen Aufbau, aber die Elemente
La, L und K, die -den Brückenzweig R bilden, unterscheiden sich der Größe
nach von den in gleicher Weise angeordneten Elementen Lö , L' und K' im Brückenzweig
;R'. Dasselbe
gilt natürlich für die reziproken Glieder S und S'.
Das Glied G" unterscheidet sich im Aufbau insofern von den beiden anderen, als an
Stelle der Spulen Lo und: Lö @ein1 Kondensator Co" getreten ist, zu dem die Reihenschaltung
aus L" und V" parallel geschaltet ist. Im Brückenzweig S" ist infolge der
Reziprozität an die Stelle des einen Kondensators eine Spule getreten.