DE608368C - Einrichtung zum UEbertragen von Signalen unter Verwendung der Brueckenschaltung - Google Patents

Description

Die Verzerrungen bei der Übertragung von Nachrichtensignalen haben ihre Ursache in den elektrischen Eigenschaften der Leitung, wobei in erster Linie die Kapazität und In-— 5 duktivität von Bedeutung sind. Diese beiden Faktoren wachsen bei gegebenem Leitungsoder Kabelquerschnitt und gleichen Verlegungsbedingungen mit der Länge der Leitung und nehmen schon bei verhältnismäßig geringer Länge der Leitung Werte an, die ohne besondere Hilfsmittel eine jede Signalübertragung unmöglich machen würden.

Zur Kompensation des kapazitiven Übergewichts von Kabelleitungen sind nun im wesentlichen zwei Methoden vorgeschlagen worden, deren erste von Krarup stammt und darin besteht, die einzelnen Kabeladern fortlaufend mit einem dünnen Draht aus geglühtem Eisen zu umwickeln, während nach dem zweiten Verfahren von Pup in in gewissen Abständen voneinander um einen Eisenkern gewickelte Drahtspulen in die Kabelleitungen eingeschaltet werden. Es ist klar, daß diese Kompensationsmittel nur für einen ganz bestimmten Betriebsfall und insbesondere für eine ganz bestimmte Frequenz optimal sein können, denn es läßt sich leicht zeigen, daß die Kapazitäts- und Induktivitätsverhältnisse einer Leitung von der Kreisfrequenz des Wechselstromes unmittelbar abhängig sind. Die Erfindung schafft hier eine grundlegende Änderung der Betriebsverhältnisse. Durch die Erfindung wird es tatsächlich möglich, die Induktivitäts-, Kapazitäts- und Widerstandsverhältnisse einer Leitung im Rhythmus der ihr aufgedrückten Schwingungen oder der auf sie einwirkenden elektrischen Veränderungen momentan derart zu verändern, daß die Leitung in jedem Betriebszeitpunkt die optimalen Eigenschaften für die jeweils übertragene Frequenz besitzt. Dabei ist dies nicht etwa mit einer Verteuerung der Anlage oder einem größeren technischen Aufwand verbunden, sondern die Erfindung bringt im Gegenteil sogar insofern eine wesentliche Ersparnis mit sich, als keine zusätzlichen Kapazitäten oder Induktivitäten, wie Krarupbewicklungen oder Pupinspulen bei Kabeln, längs der Leitung mehr benötigt werden.

Die Erfindung beruht auf dem bekannten Prinzip der Übertragung von Signalen unter Verwendung der Brückenschaltung, bei welcher der Signalstrom durch oder bei Verschiebung der Übertragungsleitung auf einem Brückenzweig hervorgerufen wird und der von diesem Differenzstrom gesteuerte Empfänger mit einer Einrichtung versehen ist, mittels welcher das Ende· der Leitung auf einem anderen Brückenzweig so lange verschoben wird, bis das Brückengleichgewicht wiederhergestellt ist. Gemäß der Erfindung erfolgt nun die Verschiebung des Leitungsendes auf dem Brückenzweig der Empfangsseite mit einer so hohen, dem Rythmus der übertragenen Frequenzen entsprechenden Geschwindigkeit, daß Empfänger und Sender synchron arbeiten und die Einrichtung zur Telegraphie und Telephonie über große Entfernungen verwendbar ist,

Die Schaltungen zur Erzielung eines derartigen Synchronismus können mannigfacher Art sein, und-die-Zeichnung, an Hand derer die Erfindung näher beschrieben sei, zeigt nur einige Möglichkeiten in schematischer Weise. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. ι ist nur ein einadriges Kabel vorhanden, dessen Ader 18 von dem geerdeten Bleimantel 19 umgeben ist. Die Leitungsader 18 ist über die Drähte 11 und 12 einerseits an den Geber 10 und andererseits an den Empfänger 21 angeschlossen, die von jeder beliebigen Art, also z. B. Telegraphentaste und Morseschreiber oder Mikrophon und Telephon, sein können und daher in der Zeichnung nur schematisch angedeutet sind. Auf den Zweigen 2-3 bzw. 6-7 von Wheatstoneschen Brücken, die an den Stromquellen 15 und 16 liegen und selbst beispielsweise aus Kapazitäten oder Induktivitäten bestehen, werden von dem Geber 10 sowie dem Empfänger 21 nach Maßgabe der Frequenz und Größe Ströme gesteuert. Diese Steuerung ist derart ausgebildet, daß in ihren Brückenzweigent Selenzellen, Photozellen oder andere Körper oder Einrichtungen angeordnet sind, welche die Eigenschaft haben, unter der Einwirkung von Lichtstrahlen elektrisch leitend zu werden. Die Instrumente 10 und 21 verschieben unter Einwirkung des sie durchfließenden Stromes ihre eine Zuleitung automatisch auf einen Brückenzweig, und zwar derart, entweder mechanisch durch Abtasten des Brückenzweiges, z. B. durch Gleiten des den Ausgleichstrom führenden Zeigers auf dem Brückenzweig, oder trägheitslos in der Art, daß die elektrische Verbindung zwischen der Spule des Instrumentes und der Brücke durch Einwirkung von Lichtstrahlen hergestellt wird. Wird beispielsweise der Geber 10 derart beeinflußt, daß die Leitung 11, 18 mit dem Punkt f des Brückenzweiges 2-3 verbunden wird, so entsteht in der als Brückendiagonale wirkenden Übertragungsleitung 18 ein Differenzstrom, der die Übertragung des Geberausschlages zum Empfänger 21 bewirkt. Der Empfänger 21 zeichnet, sofern er ein Telegraph ist, das Signal auf; da er jedoch gemäß der Er^ findung gleichzeitig die Leitung 18 nach Maßgabe seines Ausschlages auf dem Brückenzweig 6-7 wiederum beispielsweise mittels einer Photozelle verschiebt, wird jetzt das Gleichgewicht der Brücke 6-7, 8-9 gestört, deren Diagonale der Kabelmantel 19 ist. Dieser Mantel' ist an dem Hilfsgeber 13 angeschlossen, welcher unter Wirkung des durch ihn fließenden Ausgleichstromes den Mantel auf dem Brückenzweig 8-9 ζ. B. nach dem Punkte k verschiebt. Gleichzeitig wird der mittels der Leitung 17; an das andere Ende des Mantels 19 angeschlossene Hilfsempfanger 20 derart von dem Ausgleichstrom angetrieben, daß er den Mantel an den Punkt b des Brückenzweiges 4-5 legt, wodurch das Gleichgewicht des ganzen Systems wiederhergestellt ist.

Hieraus ergibt sich, daß die Übertragungsleitung 18, 19 ständig aufgeladen ist und nicht etwa, wie es bei den bisherigen Systemen der Fall war, bei jeder Änderung der aufgedrückten Spannung eine neue Aufladung erfährt.

Gemäß der Erfindung pendeln die Kapazitätsveränderungen zwischen Ader und Mantel beständig hin und her, und es herrscht in jedem Augenblick ein statisches Gleichgewicht. Dieser Gleichgewichtszustand ist, wenn man völlige Trägheitslosigkeit der Geber und Empfänger voraussetzt, was, wie anderweitig gezeigt wird, tatsächlich geschehen kann, völlig unabhängig von der Frequenz der übertragenen Ströme bzw. aufgedrückten Spannungen.

Fig. ι zeigt ein Ausführungsbeispiel für Seekabel, bei welchem der Mantel als Seerückleitung dient. Für Landkabel, bei denen die Zahl der Adern keine so ausschlaggebende Rolle spielt und man daher ohne nennenswerten Nachteil eine besondere Ader für den Brückenkampensationsstrom vorsehen kann, wird man im allgemeinen eine Schaltung nach Art der Fig. 2. vorziehen, da diese eine, automatische Kompensation mit nur einem Geber und Empfänger ermöglicht, so- daß die Sende- und Empfangsapperatur an sich erheblich einfacher wird. Die Fig, 3 zeigt ein zweiadriges Kabel 18, 190, dessen Mantel hier nicht dargestellt ist, weil· er bei dieser Schaltung keinerlei elektrische Funktionen zu erfüllen hat. Die eine Ader, beispielsweise 18, ist wieder mittels der Drähte 11 und 12 an den Geber 10 bzw. Empfänger 21 angeschlossen, während die zweite Ader 190 an beiden Enden zu Brückenzweigen 2-3 und 4-5 führt, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an den Klemmen von Stromquellen 15 bzw. 16 liegen, deren negative Pole geerdet sind,. Bei dieser Schaltung ' ist auf jeder Seite nur ein Brückenzweig erforderlich; Im übrigen "ergibt sich ihre Wirkung aus der Beschreibung der Fig. 1 von selbst: Wenn der Geber 10 die Leitung 11,18 im Punkte α mit dem Brückenzweig 2-3 verbindet, so hat der Empfänger 21 die Leitung auf den entsprechenden Punkt e. des Brückenzweiges 4-5 eingestellt, so daß das ganze System sich im Gleichgewicht befindet. . Sobald aber der Geber .10 die Leitung 11 beispielsweise an den Punkt b o.der' c legt," fließt über 11, 18, 12 ein Ausgleichstrom riäch... dem Empfänger 21, welcher derart ausgebildet oder mit einer entsprechenden Einrich-

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tung gekuppelt ist, daß er nach Maßgabe seines Ausschlages die Leitung 12 an den Punkt d bzw. / des Brückenzweiges 4-5 legt, wodurch automatisch das Gleichgewicht des Systems wiederhergestellt wird.

Die bisher beschriebenen Einrichtungen dienen zur automatischen und momentanen Anpassung der Kapazitäts-, Induktivitätsoder Widerstandsverhältnisse eines Kabels oder einer Freileitung an die Betriebsströme.

Die elektrischen Werte von Kabeln und

Freileitungen sind zeitliehen Änderungen unterworfen. Bei Freileitungen ändert sich die Kapazität der einzelnen Drähte gegeneinander und deren Induktivität auch durch Windbewegung. Beim Zweidrahtverkehr hat man die von außen her auf die Leitungen einwirkenden veränderlichen Faktoren bisher in der Weise berücksichtigt, daß man Anfang und Ende der Leitung an eine Brücke anschloß, deren einer Zweig, in der Schwachstromtechnik als Kunstleitung bezeichnet, die Leitung hinsichtlich ihrer Kapazitäten, Induktivitäten und/oder Widerstandsverhält-' nisse nachbildet. Wenn sich die Größe dieser Faktoren auch sehr viel langsamer ändert als die Betriebsströme in der Leitung, so daß man ihnen durch Nachregulieren der Kunstleitung einigermaßen zu folgen vermag, so ist doch klar, daß auch diese Methode nur eine sehr grobe Annäherung an die günstigsten Verhältnisse ermöglichen kann, da es in der Praxis natürlich nicht möglich ist, die zur Angleichung der Kunstleitung erforderlichen Messungen und Einstellungen in Abständen von wenigen Minuten fortlaufend zu wiederholen. Insbesondere kann mit ihr nicht den Kapazitäts- und Induktivitätsveränderungen Rechnung getragen werden, die sich aus den atmosphärischen Verhältnissen für die Freileitungen ergeben. Gemäß der Erfindung ist es aber möglich, das Übertragungssystem diesen von außen einwirkenden Faktoren momentan und automatisch anzupassen.

Fig. 3 zeigt eine solche Anordnung, und zwar ist hier zwecks Übersicht ausschließlich die zum automatischen Angleichen der Kunstleitung dienende Einrichtung, nicht aber auch die Schaltung nach Fig. 1 oder 2 dargestellt, die zur automatischen Angleichung an die Betriebsströme dient.

Mit ι S ist die Leitung eines einadrigen Kabels bezeichnet, dessen geerdeter Mantel bei 19 angedeutet ist. Die Kabelader 18 ist an den Brückenzweig 2-3 angeschlossen. Der andere Brückenzweig 4-5, der die Rolle der Kunstleitung spielt, liegt an der Stromquelle 15, deren negativer Pol mit dem Mantel 19 verbunden bzw. geerdet ist. An einem Punkt des Brückenzweiges 2-3 ist die Diagonale 180 abgezweigt, die zu einem Apparat oder Instrument führt, welches unter Wirkung des Ausgleichstromes das andere Ende dieser Diagonale derart auf dem Zweig 4-5 verschiebt, bis das Gleichgewicht selbsttätig wiederhergestellt ist. Ein solcher Diagonalstrom wird nämlich entstehen, sobald sich beispielsweise der Kapazitätswert der Ader 18 gegen Erde durch äußere Beeinflussungen verändert. Die Diagonale 180 wird dann unter Einfluß dieses Stromes sebsttätig und momentan auf dem Brückenzweig 4-5 so weit verschoben, beispielsweise vom Punkt b nach einem der Punkte c oder d, bis die Kunstleitung den veränderten Bedingungen angepaßt ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltung ist der Übersicht halber angenommen, daß das Kabel 18 in der bisher üblichen Weise über einen Transformator 22 besprochen wird, in dessen Primärstromkreis ein Mikrophon 23 und eine Batterie 30 liegt. Die Beeinflussung der Leitung 18 kann aber, wie . bereits erwähnt, auch· in der aus Fig. 1 oder 2 . ersichtlichen Weise erfolgen. Die Kombination der Schaltungen nach den Fig. 1 bzw. 2 und 3 würde ein System ergeben, welches eine dauernde und momentane Angleichung der elektrischen Leistungseigenschaften sowohl an die betriebstechnischen Vorgänge als auch an die von außen her wirkenden Einflüsse ermöglicht. Die in den Sende- und Empfangsapparaturen vorhandenen Fehlerquellen lassen sich beispielsweise nach der in Fig. 4 gezeigten Schaltung beseitigen. Hier ist als Geber beispielsweise ein Mikrophon dargestellt, in dessen Stromkreis sich eine Spule 31 befindet, welche man sich als Primärwicklung des Transformators 22 in Fig. 3 vorstellen mag. Mit 24 ist der Sprechtrichter des Mikrophons bezeichnet und mit 25 die Antriebsmembran, welche mittels eines starren Verbindungsgliedes 26 mit einer metallischen Membran oder Platte 27 im Innern eines Gehäuses 28 verbunden ist, das mit Kohlekörnern oder -grieß 29 angefüllt ist und dessen vor und hinter der Platte 27 liegende Wände 32 und 33 an einem Brückenzweig 2-3 und an eine Stromquelle 15 angeschlossen sind. Die Spule 31 ist einerseits, beispiels- no weise über das Verbindungsglied 26, mit der metallischen Membran 27 leitend verbunden, während das andere Ende 34 zu einem Instrument führt, das unter Wirkung eines Stromes dieses Ende 34 auf dem Brückenzweig 2-3 zu 1x5 verschieben vermag. Die beiderseits der Membran 27 liegenden Füllungen 29 bilden zusammen mit dem Zweig 2-3 eine Wheatstonesche Brücke. Durch Besprechen der Membranen 25 und 27 wird abwechselnd und im Rhythmus der aufgedrückten Schwingungen der .Widerstand der Mikrophoufüllung

vor und hinter der Membran 27 dauernd verändert. . Im gleichen Rhythmus wird aber unter Wirkung des durch die Spule 31 fließenden Diagonalstromes der andere Brüekenzweig 2-3 angeglichen, so daß das ganze System sich dauernd im Gleichgewicht befindet, woraus sich ergibt, daß der durch die Spule 31 fließende Wechselstrom unverzerrt bleiben kann. Da es auf Grund dieser Angaben dem Fachmanne keine Schwierigkeiten bereiten würde, auch eine entsprechende Empfängerschaltung anzugeben, sei davon abgesehen, auch diese noch darzustellen und zu beschreiben.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zum Übertragen von Signalen unter Verwendung der Brückenschaltung, bei welcher der Signalstrom durch oder bei Verschiebung der übertragungsleitung auf einem Brückenzweig hervorgerufen wird und der von diesem Differenzstrom gesteuerte Empfänger mit einer Einrichtung versehen ist, mittels welcher das Ende der Leitung auf einem anderen Brückenzweig verschoben wird, bis das Brückengleichgewicht wiederhergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Leitungsendes auf dem Brückenzweig der Empfangsseite mit einer so hohen, dem Rhythmus der übertragenen Frequenzen entsprechenden Geschwindigkeit erfolgt, daß Empfänger und Sender- synchron arbeiten und die Einrichtung zur Telegraphic und Telephonie über große Entfernungen verwendbar ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen