DE539107C - Verfahren zur Verminderung der durch nachtraegliche Pupinisierung entstehenden gegenseitigen Stoerungen von Fernmeldeleitungen - Google Patents

Description

Bei einer nachträglichen Pupinisierung von Fernmeldeleitungen tritt im allgemeinen eine unangenehme Erscheinung auf. Die Störungen durch gegenseitige Beeinflussung benachbarter Leitungskreise werden so stark, daß die Übertragungsgüte wesentlich leidet und ein einwandfreier Betrieb kaum noch möglich ist, während sich vor Einschaltung der Pupinspulen die gegenseitige Beeinflussung nicht störend bemerkbar machte.

Gegenstand der Erfindung bilden durch theoretische und praktische Untersuchung entwickelte Maßnahmen und Regeln, die eine Verminderung der durch nachträgliche Pupinisierung entstehenden gegenseitigen Störungen derartiger Fernmeldeleitungen bewirken. Betrachtet man zwei sich gegenseitig beeinflussende Leitungen, beispielsweise zwei Sprechkreise eines Fernsprechkabels, so gelten zunächst für das Zustandekommen derjenigen Störspannungen, die durch am gleichen Ende vorhandene Sendespannungen der induzierenden Leitung hervorgerufen werden, grundsätzlich andere Gesetze wie für das Zu-Standekommen derjenigen, welche von Sendespannungen am entgegengesetzten Ende der induzierenden Leitung herrühren. Bei Fernsprechleitungen bezeichnet man diese beiden Erscheinungen gegenseitiger Beeinflussung durch induzierende Sendespannung am gleichen bzw. am entgegengesetzten Ende als Nebensprechen bzw. als Gegennebensprechen und gibt im allgemeinen als charakteristisches Maß für die wechselseitige Störfreiheit zweier Leitungen die Nebensprechdämpfung b_n und die Gegennebensprechdämpfung b_s an, die aus dem Verhältnis von Anfangsspannung in der störenden Leitung und Störspannung in der beeinflußtenLeitung bestimmt werden. Der Unterschied zwischen Neben- und Gegennebensprechdämpfung ist bekanntlich im wesentlichen bedingt durch die andersartige Summation der Kopplungen aus den einzelnen Teilabschnitten, wie aus den folgenden Beziehungen ersichtlich ist. Die Nebensprechdämpfung kann definiert werden durch die Gleichung (Küpfmüller, Archiv f. Elektret. 1923, Heft 2, S. 160 bis 203)

X	ix	= 0	• e
X

worin e = Basis der natürlichen Logarithmen, § = Wellenwiderstand der beeinflußten Leitung, y_± = Fortpflanzungskonstante der beeinflussendenLeitung, y₂ = Fortpflanzungskonstante der beeinflußten Leitung, f_1; f₂, f_A._= Kopplungen in den einzelnen Teilabschnitten, N = Gesamtzahl der Abschnitte bedeuten. Für die Gegennebensprechdämpfung b_g läßt sich mit den gleichen Bezeich-

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nungen eine ähnliche Formel entwickeln. Es wird

eh = ■

x = N

lo\

Is

X = O

oder

(2)

x = N

■y N \

y_{2 v}

Da die nachträgliche Pupinisierung von Ortskabeln auch bei viererverseilten Kabeln im allgemeinen keine Belastung der Phantomkreise vorsieht, so soll zunächst nur der spezielle Fall der Beeinflussung gleichartiger Leitungen hier näher erörtert werden, obgleich das auseinanderzusetzende Prinzip ebensogut auf das Nebensprechen zwischen ungleichartigen Leitungen, z. B. Stamm- und Viererleitungen des gleichen Vierers oder zwischen Nachbarvierern, ausgedehnt werden kann. Mit der Voraussetzung gleichartiger Leitungen wird

y_{1 =} y_a=y₌ja + ß (₃)

wenn α das Winkel- und β das Dämpfungsmaß der Leitungen ist. Weiter können in diesem Falle die Beeinflussung zwischen den Pupinspulen der verschiedenen Sprechkreise und die Gegeninduktivität in den Kabellängen vernachlässigt werden. Es bleiben dann nur die kapazitiven Kopplungen zu berücksichtigen, und man kann setzen

ix =

j ω k_x

(4)

oder

— K = Δ b_n = In

und

bog- — hg = Δ bg — In

So

Aus Gleichung (8) läßt sich die Verringerung der Gegennebensprechdämpfung durch Belastung für beliebige Kabel leicht berechnen. Abb. ι zeigt den ungefähren Verlauf von Δ b_g (undln^:4-
\ . so

als Funktion der Frequenz für wenn k_x die normaldefinierte Nebensprechkopplung in den einzelnen Abschnitten ist. Man erhält dann aus (1), (2), (3) und (4)

(5)

	X =	N	j	ω	kx-	e	!	-ayx
3	\ \ /
	X =	0

= 0

oder

e <j = ■

is

X = O

(6)

Vergleicht man zwei sich störende unbelastete 85 Leitungen (mit den Werten ba_n, bog·, go· 7o> a₀ und /J₀) unter Berücksichtigung dieser Formeln mit denselben Leitungen nach Belastung (b_n, bg, §, γ, α und ß), so wird

3 x = o

So x = 2V

und

X = O

So

(7)

χ = ο

ß)N.

(8)

ein Ortskabel von 10 km Länge mit 0,8 mm Leiterdurchmesser, das mit. 0,2 H-Spulen im Abstande von j = 2 lan belastet wurde.

Die Gleichung (7), die die Änderung der 120 JNTebensprechdämpfung durch Belastung charakterisiert, hat eine verhältnismäßig korn-

plizierte Form; das erste Glied auf der rechten Seite ist zwar wie in (8) eine einfache Funktion des Wellenwiderstandsverhältnisses und ergibt abgesehen von sehr niedrigen Frequenzen eine Verringerung der Nebensprechdämpfung durch Belastung. Das zweite Glied ist dagegen in der Praxis eine verwickelte Funktion der Verteilung der Kopplungen und der Größen γ und y₀.

ίο Es seien z. B. in zwei benachbarten Teilabschnitten, d. h. in zwei benachbarten Spulenfeldern oder beim unpupinisierten Kabel in zwei Punkten, deren Entfernung einer Spulenfeldlänge entspricht, zwei gleich große Kopplungen einmal mit gleichem Vorzeichen und einmal mit entgegengesetztem Vorzeichen vorhanden; dann ist der für das Nebensprechen maßgebende Absolutwert der Summe der Kopplungen bei verschiedenen Frequenzen eine Funktion von

τ±_β~-ν bzw. von |i+e-²:»-
und unter Vernachlässigung der Dämpfung von

bzw. von

2 cos a 1 oder I 2 sin α

2 cos a₀ j oder ; 2 sin a₀ 1

wenn a, a_u das Winkelmaß für ein Spulenfeld bzw. für die gleiche unpupinisierte Länge bedeutet.

Für den oben zugrunde gelegten Kabeltyp erhält man so die Kurven nach Abb. 2, Abb. 3 zeigt (ebenfalls unter Vernachlässigung der Dämpfung) die entsprechende Addition von zwei Kopplungen in Übernachbarspulenfeldern bzw. von zwei entsprechend voneinander entfernten Kopplungen im unbelasteten Kabel. Die Frequenzabhängigkeit des Absolutwertes der Kopplungssumme ist bestimmt durch die Funktionen

bzw.

! 2 cos 2 α I und I 2 sin 2 α I

2 cos 2 Ci₀ und j 2 sin 2 a₀

Man sieht, daß beim unbelasteten Kabel die resultierende mittlere Nebensprechkopplung sehr wesentlich vom Vorzeichen der Kopplung abhängt, während sie beim belasteten Kabel nur wenig davon abhängig ist. Bei gleichmäßiger Verteilung des Vorzeichens der Kopplungen in den einzelnen Abschnitten ist also die Wahrscheinlichkeit einer teilweisen Kompensation der Kopplungen im unbelasteten Kabel größer als im belasteten Kabel. Dieser Umstand und die Verschiedenheit der Wellenwiderstandswerte bedingen im allgemeinen eine Verschlechterung der Nebensprechdämpfung durch Pupinisierung; die Gegennebensprechdämpfung aber wird immer durch Pupinisierung eine erhebliche Senkung erfahren.

Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit eines besseren Ausgleichs der Kopplungen, sobald ein Kabel nachträglich pupinisiert wird, und zwar erfolgt dieser Ausgleich im Spulenfeld in an sich bekannter Weise durch Kreuzen der Leitungen oder Einschaltung von Zusatzkondensatoren unter Berücksichtigung der oben abgeleiteten Beziehungen, die sich für die Praxis jedoch noch vereinfachen lassen.

Die Vorschriften für die gegenseitige Störfreiheit von Fernmeldeleitungen beschränken sich im allgemeinen darauf, daß irgendein bestimmter Mindestwert für die Neben- und Gegennebensprechdämpfung einzuschalten ist. Wenn dieser Wert den technischen Anforderungen vollkommen genügt, ist es unwirtschaftlich, die Kopplungen in den einzelnen Abschnitten, z. B. Spulenfeldern, ganz oder bis auf einen sehr geringen Rest zu kompensieren, da die Ausgleichskosten um so höher werden, je geringer die Toleranz für die Restkopplungen ist. Für die Bestimmung der maximal zulässigen Kopplung k₀ bei einem garantierten Mindestwert für die Neben- und Gegennebensprechdämpfung &_min ergeben sich erfindungsgemäß durch die Kombination der entwickelten Formeln mit dem Ergebnis praktischer Untersuchungen einfache Beziehungen. Man berücksichtigt die Addition der Kopplungen aus den einzelnen Teilabschnitten bei verschiedenen Frequenzen nicht in der exakten Form gemäß Gleichung (5), sondern nur dadurch, daß man folgende Beziehung für b_m-_in definiert:

(9)

Δ ist hierin eine Größe zwischen etwa 0,4 und 1,0 Neper, deren Festlegung entsprechend der Restkopplungsverteilung im Bereich— k₀ bis -j- Ji₀ geschieht; ω ist eine Frequenz des mittleren Sprechbereichs, etwa 2 ji · ι 000, und 5 der Wellenwiderstand der beeinflußten Leitung bei dieser Frequenz. Aus Gleichung (9) erhält man leicht die für ein Spulenfeld höchst zulässige Kopplung. Ein ungefähres Bild davon, wie die Frequenzkurven der Nebensprechdämpfung vor und nach der Pupinisierung (nach Pupinisierung mit und ohne derartigen Ausgleich) aussehen, geben die Funktionen I, II und III der Abb. 4.

Auf die dargelegte Weise ist jedoch erst der Mindestwert für dieNebensprechdämpfung festgelegt. Der Mindestwert für die Gegennebensprechdämpfung kann unter Umständen tiefer liegen. Er wird aber sofort erheblich höher sein, wenn man erfindungsgemäß wei-

ter nach folgendem Prinzip verfährt. Aus Gleichung (6) ist zu ersehen, daß beim Gegennebensprechen die Kopplungen aus den einzelnen Abschnitten sich alle ohne Phasenverschiebung algebraisch addieren. Um also eine hohe Gegennebensprechdämpfung zu erhalten, kreuzt man, wenn die Kopplungen in den einzelnen Spulenfeldern bis zu dem erwähnten Grade ausgeglichen sind, im Zuge der Ausgleichsarbeiten die Leitungen so an den Spulen, daß die resultierende Summe über die Kopplungen aus den jeweils schon ausgeglichenen Spulenfeldern Σ ^_x möglichst gering wird, und zwar kann diese Maßnahme ohne weitere Messung auf Grund der vorher ermittelten Restkopplungswerte in den Spulenfeldern durchgeführt werden. Das Verfahren sei an folgendem Schema erläutert: '

Gang der Ausgleichsarbeiten

I. -j- 200	+	2. 100 X 100	3· — 100	4· — 150	3- — 25c
+	100		100
		O		— 150
			--150		X + 25Ο

6. Spulenfeld
-250 —300 /i^F-Restkopplung

-f-— 300

—

bedeutet Kombination, χ bedeutet gekreuzt.

Man kann auch so vorgehen, daß man erst in allen Spulenfeldern des ganzen Kabels den Ausgleich durchführt und auf Grund der Meßprotokolle nachträglich Kreuzungen an einzelnen Spulen ausführt, in obigem Falle z. B. an den Spulenpunkten 3 und 4, wodurch die resultierende Gegennebensprechkopplung ο würde.

Handelt es sich um das Nebensprechen zwischen ungleichartigen Leitungen, jedoch nicht um Stamm- und Phantomleitungen des gleichen Vierers, so erhält man mit Gleichung (1) und (4)
. 8

x = N

χ = 0

(10)

und aus (2) und (4)

x=N

j ω k_χ·

(II)

Für die Bestimmung der maximal zulässigen Kopplung kann man jedoch auch in diesem Falle Gleichung (9) benutzen.

Wenn jedoch die Nebensprecher scheinungen zwischen Stamm- und Phantomleitungen des gleichen Vierers zu beseitigen sind, muß man in den Gleichungen (1) und (2)

j ω h_x

(12) setzen, wenn k_x die normal definierten Nebensprechkopplungen zwischen Stamm- und Phantomleitung (Mitsprechkopplung) in den einzelnen Abschnitten sind. Es resultiert dann

j ω Ti_x · e -

₁+ ν,) *

(13)

χ = 0

und

IS >

(14)

χ — ο

und statt der Formel (9) wird man der Bestimmung der höchst zulässigen Kopplung pro Spulenfeld folgende Gleichung zugrunde legen:

(15)

3 ω A₀ j

Die schon angegebenen Folgerungen für den Gegennebensprechausgleich lassen sich in allen diesen Fällen zweckmäßig anwenden.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Verminderung der durch nachträgliche Pupinisierung entstehenden gegenseitigen Störungen von Fernmeldeleitungen, dadurch gekenn-

   zeichnet, daß in Verbindung mit der nachträglichen Pupinisierung ein Ausgleich der kapazitiven Kopplungen vorgenommen wird, derart, daß der Höchstwert der pro Spulenfeld auftretenden Kopplungen die Größe k₀ erreicht, die bei einem Mindestwert für Neben- und Gegennebensprechdämpfung &_mi„ aus den Gleichungen

   bzw.

   in + ^Λ

   I 3 ^ω K I

   ermittelt wird, worin Δ eine Größe zwischen etwa o,4 und i_fo Neper, ω eine Kreisfrequenz aus dem mittleren Sprachfrequenzspektrum, d. h. etwa 2 π · ι 000, und 3 der Wellenwiderstand der beeinflußten Leitung bei dieser Frequenz bedeuten.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere zur weiteren Erhöhung der Gegennebensprechdämpfung bei Zusammenschaltung der in vorbezeichneter Weise ausgeglichenen Spulenfelder die Leitungen dem Vorzeichen der gemessenen Restkopplungen entsprechend so gekreuzt werden, daß die algebraische Summe der Restkopplungen ein Minimum wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   . GfeDttUCKT IN ÖER