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Hochfrequenzkabel mit mehreren konzentrischen Leitungen Bekanntlich
haben konzentrische Leitungen gegenüber den verdrillten bzw. gekreuzten Doppel-
und Viererleitungen den Vorteil, daß sie breite Frequenzbänder mit verhältnismäßig
kleiner Leitungsdämpfung und geringer Verzerrung der Ströme übertragen. Aus diesem
Grunde wurde von der Fachwelt in neuerer Zeit in Erwägung gezogen, die konzentrischen
Leitungen für die Mehrfachträgerfrequenzübertragung, für die Musik- und Bildfunkübertragung
sowie für die Fernsehübertragung zu benutzen. Es hat sich aber gezeigt, daß bei
Zusammenfassung mehrererkonzentrischer Leitungen zu .einem Kabel trotz der kleinen
kapazitiven und magnetischen Kopplungen Nebensprechstörungen zwischen den konzentrischen
Leitungen auftreten. Nähere Überlegungen und Berechnungen zeigen, daß die Nebensprechstörungen
bei hochfrequenten Strömen zwischen parallel geführten konzentrischeri Leitungen
in erster Linie auf galvanische Kopplungen zwischen den Außenleitern der benachbarten
konzentrischen Leitungen zurückzuführen sind. Die galvanischen Kopplungen kommen
dadurch zustande, daß infolge der Stromverdrängung die Außenleiter der konzentrischen
Leitungen einen nicht zu vernachlässigenden Widerstwid, der von innen nach außen-
abnimmt, aufweisen und der im Außenleiter der störenden Leitung fließende Strom
im Außenleiterwiderstand einen Spannungsabfall hervorruft; der bei voneinander isolierten
Leitungssystemen über den zwischen den Außenleitern der beiden Leitungen liegenden-Wellenwiderstand
eine Störspannung in dem Außenleiter der gestörten Leitung hervorruft. Diese auf
den Außenleiter der benachbarten Leitung übertragene Störspannung ist proportional
dem Spannungsteilerverhältnis von der störenden Leitung zur gestörten Leitung, und
zwar ist die Störspannung um so größer, je größer der Kopplungswiderstand des störenden
Leiters und je kleiner der zwischen den Außenleitern liegende Wellenwiderstand und
der Wellenwiderstand der Leitung selbst ist.
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Auf Grund dieser Erkenntnisse wird bei Hochfrequenzkabeln. mit mehreren
konzentrischen Leitungen, bei denen zwischen den Außenleitern der konzentrischen
Leitungen ein zusätzliches, nicht als Träger für den einzelnen Außenleiter dienendes,
unmittelbar oder unter Zwischenfügung einer dünnen Isolationsschicht an den Außenleitern
anliegendes leitendes Medium angeordnet ist, erfindungsgemäß die Nebensprechdämpfung
zwischen den benachbarten konzentrischen Leitungen dadurch vergrößert, daß zwischen
den Außenleitern (einschließlich ihrer sie gegebenenfalls umhüllenden metallischen
Trägerkörper), deren gegenseitiger Abstand größer als die Stärke der den Außenleiter
bildenden
Drähte o. dgl. einschließlich des gegebenenfalls vorgesehenen Trägerkörpers ist,
ein leitendes Medium angeordnet wird, dessen Stärke mit dem gegenseitigen Abstand
der Außenleiter mindestens annähernd übereinstimmt.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maßnahme wird erreicht, daß
auch bei Verwendung von verhältnismäßig dünnen Außenleitern sich über der stromdurchflossenen
Innenschicht ein leitendes Medium. befindet, so daß die von dem Spannungsabfall
in Kopplungswiderstand der störenden Leitung herrührende elektrische Feldstärke
in dem zusätzlichen leitenden Medium stark abklingt und keine merklichen Störströme
im Außenleiter der gestörten Leitung hervorrufen kann. Je größer der gegenseitige
Abstand der Außenleiter und je dicker die Schicht des zusätzlichen leitenden Mediums
ist, desto kleiner ist die am Außenleiter der gestörten Leitung vorherrschende Feldstärke.
Durch die zusätzliche Anordnung des leitenden Mediums zwischen den Außenleitern
bzw. ihren Trägern wird zwar eine leitende Verbindung der Außenleiter herbeigeführt,
wodurch der zwischen den Außenleitern liegende Wellenwiderstand zum Verschwinden
gebracht wird. Die hierdurch bedingte Erhöhung der Störspannung ist aber gegenüber
der durch das zusätzliche leitende Medium erzielten Verminderung der Störspannung
zu vernachlässigen.
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Die Einwirkung des in dem Außenleiter der störenden Leitung infolge
der Stromverdrängung auftretenden Spannungsabfalles auf die gestörte Leitung wird
an Hand der Fig. i näher erläutert. io und i i sind die beiden in das leitende Medium
12 eingebetteten konzentrischen Leitungen. Es sei angenommen, daß i o die stromführende
und damit die störende Leitung und i i die gestörte Leitung ist. Der in der störenden
Leitung io fließende Strom J ruft im Widerstand R des Außenleiters einen Spannungsabfall
J # R hervor. Da die Stromstärke im Außenleiter selbst infolge der Stromverdrängung
stark abklingt, nimmt auch der hierdurch bedingte Spannungsabfall nach außen hin
ab, so daß auch die ,die Störung hervorrufende Spannung an der Außenfläche des Außenleiters
mit wachsender Stärke desselben rasch abklingt. Der in dem Außenleiter der gestörten
Leitung auftretende Spannungsabfall wirkt als elektromotorische Kraft e, durch die
der Störstrom hervorgerufen wird. Das gesamte Nebensprechen ergibt sich dadurch,
daß man die Wirkung aller dieser ielektromotorischen Kräfte in bezug auf den Anfang
der Leitung summiert.
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Aus dieser Betrachtung ergibt sich auch ohne weiteres, daß die Erfindung
sich von dem bekannten Vorschlag, zwischen den konzentrischen Leitungen leitende
Schirme üblicher Art anzuordnen, unterscheidet. Durch die .üblichen Schirme sollten
im wesentlichen nur die- -Wirkungen der kapazitiven und der .. magnetischen .Kopplungen
zwischen den konzentrischen Leitungen herabgesetzt werden. Durch die Schirme üblicher
Art werden zwar auch die früher nicht beachteten galvanischen Kopplungen je nach
der Stärke des Schirmes zum Teil herabgesetzt, aber nur in dem Maße, daß infolge
der zusätzlichen Anordnung des Schirmes statt einer einzigen Spannungsteilerstufe
eine doppelte, zwischen den Außenleitern befindliche Spannungsteilerstufe für die
Größe des Störstromes in der gestörten Leitung maßgebend ist. Die Herabsetzung der
galvanischen Kopplungen durch Schirme üblicher Art ist also begrenzt. Demgegenüber
ist die erfindungsgemäß getroffene Maßnahme wesentlich wirkungsvoller, da sie bei
geeignet(#r Bemessung des zusätzlichen leitenden Mediums zu einer praktisch restlosen
Beseitigung der galvanischen Kopplungen führt.
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Beispielsweise ergibt sich zwischen zwei benachbarten konzentrischen
Leitungen, bei denen der Innendurchmesser des Außenleiters 2o mm, die Dicke des
aus Kupfer bestehenden Außenleiters o,5 mm beträgt und über jedem Außenleiter eine
elektrostatische Schirmhülle angeordnet ist, bei einer Frequenz von 25o ooo Hz eine
Nebensprechdämpfung von etwa 18 Neper. Wenn aber gemäß der Erfindung der Abstand
zwischen den Außenleitern 4. mm beträgt und jeder Außenleiter mit einer 2 mm. starken
Bleihülle umgeben wird, so erhält man bei sonst gleichen Abmessungen und bei der
gleichen Frequenz eine Nebensprechdämpfung von etwa 22,5 Neper: Würde man die über
dem Außenleiter angeordnete Bleihülle durch eine Isolierstoffhülle gleicher Dicke
ersetzen, so daß in bekannter Weise die konzentrischen Leitungen gegeneinander isoliert
sind, so beträgt die Nebensprechdämpfung nur etwa 17,5 Neper. Noch kleiner
wird die Nebensprechdämpfung, wenn man nach einem bekannten Vorschlag die Außenleiter
unter Weglassung jeglicher Isolations- oder Schirmhüllen direkt miteinander in Berührung
bringt. In dieseln Falle ergibt sich bei ,einer Frequenz von 250 ooo Hz nur
eine Nebensprechdämpfung von etwa 15 Neper. Bei höheren Frequenzen ergibt die Ausführung
gemäß der Erfindung noch höhere Nebensprechdämpfungswerte im Vergleich zu den bekannten
Ausführungen.
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Die Erfindung wird bei Seekabeln vorteilhaft in der Weise nutzbar
gemacht, daß man als leitendes Medium zwischen den Leitungen eines Mehrfachkabels
das Seewasser benutzt.
Ein aus mehreren konzentrischen Leitungen
bestehendes Seekabel wird erfindungsgemäß so konstruiert, daß die Leitungen in einem
wenigstens so großen Abstand voneinander angeordnet sind, daß die Zwischenräume
zwischen den Leitungen mit Seewasser ausgefüllt werden. Pede Leitung kann dabei
für sich mit einem wasserdichten Bleimantel umgeben sein, um den Innenleiter vom
Außenleiter in bekannter Weise durch eine I,uftraumisolation bzw. durch hygroskopische
Isolierstoffe v3neinander trennen zu können. Vorteilhaft wird man aber die einzelnen
Leitungen in bekannter Weise mit unhygroskopischenStoffen isolieren, beispielsweise
mit thermoplastischen Stoffen, wie Guttapercha, Balata, ferner Gummi und Polystyrol
sowie geeigneten Mischungen dieser Stoffe, gegebenenfalls unter Zusatz anderer -
Stoffe, wie Wachse- o. dgl. Zur Erzielung des erforderlichen gegenseitigen Abstandes
der Leitungen werden vorteilhaft zwischen den Außenleitern der benachbarten konzentrischen
Leitungen hohlraumbildende Abstandhalter oder das Seewasser aufsaugende hygroskopische
Schichten angeordnet. Gegebenenfalls kann jeder Außenleiter mit einer Luftraumisolation
oder 'mit einer hygroskopischen Isolationsschicht umgeben sein. Als leitendes Medium
können ferner Metalle, wie Blei, Kupfer, Ahtminium usw., benutzt werden. So ist
es beispielsweise möglich, als leitendes Medium einen langgestreckten Kupferkern
zu benutzen, der mit Kanälen oder mit an der Oberfläche angeordneten Aussparungen
zur Aufnahme der einzelnen konzentrischen Leitungen versehen ist. Derartige Konstruktionen
kommen mehr oder Weniger für Landkabel in Betracht, bei denen es nicht bzw. nur
unter großen Schwierigkeiten möglich ist, als leitendes Medium Wasser zu benutzen.
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In den Fig. 2 bis 6 sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Die Fig. 2 zeigt ein Hochfrequenzkabel, das aus den vier konzentrischen
Ireitungen 2 i, 22, 23 und 24 aufgebaut ist. Jede Leitung besteht aus einem .zentral
angeordneten Leiter '25, einer iun den, Leiter 25 schraubenlinienförmig gewickelten
Kordel 26 und einem rohrförmigen, aus dünnen Einzeldrähten bestehenden Außenleiter
27. über dem Außenleiter 27 sind eine dünne Isolierschicht 28, ein Bleimantel 29
und eine'hygroskopische Schicht 3o angeordnet. Die freien Räume zwischen den Leitungen
sind in bekannter Weise mit'den Formtrensen 3 i und 32 aus Jute o, dgl. ausgefüllt.
Die äußere Schutzumhüllung besteht aus einer in Faserstoffschichten eingebetteten
Runddrahtbewehrung 33. Wird ein derartiges Kabel im Wasser verlegt, 'so dringt das
Wasser bis zu den Bleimänteln 29 vor und bildet mit -den - Bleimänteln zusammen
das leitende Medium zwischen den konzentrischen Leitungen.
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Die Fig. 3 zeigt ein :aus drei konzentrischen Leitungen 34, 35 und
36 aufgebautes Hochfrequenzseekabel. Jede Leitung besteht aus dem Innenleiter 37,
der urihygroskopischen Isolation 3.8 und denn rohrförmigen, aus dünnen Einzeldrähten
bestellenden Außenleiter 39. 111s Isolierstoff für die Isolation 38 werden zweckmäßig
thermoplastische Stoffe benutzt, wie Guttapercha, Balata, ferner Gummi und Polystyrol
sowie geeignete Mischungen dieser Stoffe, wie Wachse o. dgl. Unmittelbar über den
Außenleitern 39 ist eine hygroskopische Schicht 4o angeordnet, die bei der Verlegung
des Kabels vom Wasser völlig durchtränkt wird. Die freien- Räume zwischen den Leitungen
können in der gleichen Weise wie bei einem Kabel- gemäß der Fit. i mit Formtrensen
41 ausgefüllt werden. Die äußere Schutzumhüllung besteht aus einer in Juteschichten
eingebetteten Runddrahtarmatur 42. . Nach dem in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
dient als leitendes, Medium zwischen den konzentrischen Leitungen ein langgestreckter
leitender Kern aus Kupfer, Blei o. dgl. Jede- Leitung besteht aus- dem Innenleiter
43, der um den Innenleiter schraubenlinienförmig gewickelten Korde144, dem rohrförmigen
Außenleiter 45 sowie einer dünnen, über dem Außenleiter angeordneten Isolationsschicht
46. Die drei in dieser W ,eiseliergestellten konzentrischen Leitungen werden zweckmäßig
gemeinsam durch eine Metallpresse, zweckmäßig durch eine Bleipresse, hindurchgezogen
und mit dem leitenden Kern 47 umpreßt. Über dem leitenden Kern 47 kann die in Juteschichten
48 o. dgl. eingebettete kunddrahtbewehrung 49 angeordnet sein. Dieser Aufbau findet
vorteilhaft bei Landkabeln Verwendung.
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Die Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, nach dein die konzentrischen
Leitungen in den am Umfang eines leitenden Kernes angeordneten Aussparungen angeordnet
sind. 5o und 51 sind zwei konzentrische Leitungen, 52 der leitende Kern, der mit
den Aussparungen zur Aufnahme der Leitungen 5o und 51 versehen ist. Jede Leitung
besteht aus dem zentralen Leiter 53, der Isolationshülle 54, dem rohrförmigen Außenleiter
5 5 und einer isolierenden Schutzschicht 56. Der leitende Kern 52 besteht zweckmäßig
aus einem gut leitenden Metall, beispielsweise aus Aluminium. Als äußere Schutzschicht
dient die in Juteschichten 57 und 58 eingebettete Bandeisenbewehrung 59.
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Die Fig: 6 zeigt ein aus den vier konzentrischen Leitungen 6o,
61, 7 i und 72 bestehendes Hochfrequenzkabel. Jede Leitung besteht
aus
dem Innenleiter 62, der schraubenlinienförmig gewickelten Kordel 63, dem
Außenleiter 64 und dem Bleimantel 65. Die vier so aufgebauten Leitungen sind gemeinsam
mit den aus einem gut leitenden Metall, z. B. aus Aluminium, bestehenden Fornnsträngen
66 und 67 zum Kabel verseilt. Als äußere Schutzumhüllung dient die in Juteschichten
68 und 69 eingebettete Bandeisenwicklung 70.