DE714800C - Vieladriges Fernmeldekabel zur UEbertragung von Traegerfrequenzstroemen oberhalb 10 kHz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf vieladrige Fernmeldekabel zur Übertragung von TrägerfrequenzstrÖmen über io kHz auf unbelasteten Sprechkreisen, die aus symmetrisch verseilten, gegeneinander nicht abgeschirmten Adergruppen gebildet werden und vorzugsweise papierisolierte Massivleiter haben. Derartige Kabel hat man bisher mit einer Betriebskapazität C von etwa 33 bis 36 nF/ktn (io~⁹ F/km) gebaut. Der Wellenwiderstand Z derartiger Kabel beträgt bei 50 kHz etwa 140 Ohm. Der Wellenwiderstand Z ist bekanntlich für dieses Frequenzgebiet näherungsweise durch den Ausdruck Z = !Z-7=-

gegeben, in dem L die Induktivität der Leiterschleife pro Kilometer in Henry und C die Betriebskapazität der Leiterschleife pro Kilometer in Farad bedeutet. Vieladrig bedeutet hier, daß mehr als zwei Adergruppen (Paare, Vierer) vorhanden sind; ein bleiummanteltes Kabel mit nur einer einzigen Adergruppe liegt außerhalb des Anwendungsbereich's der Erfindung, weil ein solches Kabel praktisch als abgeschirmt zu gelten hat ■und sich die Erfindung nur auf Kabel mit gegenseitig nicht abgeschirmten Adergruppen bezieht.

Die Dämpfung eines Kabels ist durch den Ausdruck

^G-.z

gegeben, worin R den Wirkwiderstand pro Kilometerschleife und G die Ableitung pro Kilometerschleife bedeutet. Da das Ableitungsglied klein gegen das Widerstandsglied ist, ergibt sich für die Dämpfung näherungsweise die Formel

7? τ

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei höheren Frequenzen innerhalb gewisser Grenzen die Dämpfung unabhängig von der Stärke der einzelnen Kupferleiter ist, sofern man den Durchmesser der isolierten Ader konstant hält. Diese Erscheinung ist folgendermaßen zu erklären:

Die Selbstinduktion L einer Leiterschleife berechnet sich bekanntlich zu

L = 0,4 In

2«

IT

mH/km.

d = Kupferdurchmesser,

a = Abstand der Leiter von Mitte zu Mitte.

^r) Von detn Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Karl Germer in Berlin-Nieder schöneweide.

Zu diesem zwischen den Leitern befindlichen sogenannten Außenfeld addiert sich noch das sogenannte Innenfeld, das bei tiefen Frequenzen maximal o.i mH/km beträgt, mit höheren Frequenzen infolge Verdrängung der Stromfäden der Leiteroberfläche entsprechend der Zunahme des Wirkwiderstandes durch den Skineffekt kleiner und kleiner wird.

Verringert man nun erfindungsgemäß den Durchmesser der Kupferleiter, ohne den Durchmesser der isolierten Adern zu verkleinern, so ergibt sich eine Erhöhung der Induktivität. Diese ist einmal durch die Vergrößerung der Leiterschleife und zum anderen '5 durch die geringere Abnahme des Innenfeldes bedingt. Gleichzeitig verringert sich die Betriebskapazität. Beides wirkt sich im Sinne einer Erhöhung des Wellenwiderstandes und damit einer Dämpfungsverminderung aus. Nun wird zwar andererseits durch die Verringerung des Kupferdurchmessers der Wirkwiderstand R, der ebenfalls in die Dämpfungsformel eingeht, vergrößert. Es wurde jedoch gefunden, daß die Vergrößerung des Wellen^a5 Widerstandes bei höheren Frequenzen die Vergrößerung des Wirkwiderstandes völlig kompensieren kann. Dies beruht z. T. auch darauf, daß die durch den Skineffekt bedingte Erhöhung des Wirkwiderstandes im Verhältnis zum Gleichstromwiderstand bei dünnen Leitern nicht so groß ist wie bei dicken Leitern. Außerdem wird die zusätzliche Wirkwiderstandszunahme durch die "sogenannte Nähewirkung bei einem Kabel gemäß der Erfindung infolge des größeren relativen Abstandes der Leiter verringert.

Ein Kabel gemäß der Erfindung weist somit den Vorteil auf, daß es bei gleichem Kabeldurchmesser und gleicher Dämpfung für die Betriebsfrequenzen mit wesentlich dünneren Leitern auskommt, so daß Kupfer eingespart wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Frequenzabhängigkeit der Dämpfung geringer ist als bei einem Kabel bisheriger Bauart.

Das Ausmaß der Kupferersparnis soll im folgenden an einem Beispiel erläutert wurden. Bei einem Kabel bisheriger Bauart, bestehend aus 3 + 9 Sternvierern, betrug der Leiter-So durchmesser beispielsweise 1,5 mm, die Betriebskapazität 34 nF/km und der Wellenwiderstand bei 50 kHz 140 Ohm. Die willkürlich gewählte Bezugsfrequenz von 50 kHz liegt im Bereich eines Trägerfrequenzbandes, welches in der Praxis über unbelastete Kabel übertragen wird (vgl. das sogenannte U-System, bei dem 12 Gespräche im Bereich von 10 bis kHz auf ein und demselben Kabelstromkreis übertragen werden). Die Dämpfung eines solchen Kabels beträgt bei 50 kHz 0,142 N/km. Setzt man nun beispielsweise bei gleichbleibendem Aderdurchmesser erfindungsgemäß den Leiterdurchmesser auf 1,2 mm herab, so erhöht sich nach Feststellung an einem entsprechend hergestellten Sternviererkabel gleichen Aufbaues der Wellenwiderstand auf 172 Ohm; gleichzeitig sinkt die Betriebskapazität auf 26,5 nF/km, und die Dämpfung ergibt sich zu 0,138 N/km, liegt also noch niedriger als bei dem Vergleichs- 7" kabel. Dabei wird eine Kupferersparnis λόιι 35 Prozent erzielt. Das untersuchte Beispiel zeigt, daß man zur Erzielung genau gleicher Dämpfung den Kupferdurchmesser noch weiter herabsetzen könnte. Die weiteren Untersuchungen haben gezeigt, daß sich bei stärkeren Leitern noch höhere Ersparnisse ohne Dämpfungserhöhung erzielen lassen, die 50 Prozent überschreiten können.

Allgemein ist über die Wahl des Wellen-Widerstandes folgendes zu sagen: Trägt man die kilometrische Dämpfung in Abhängigkeit vom Wellenwiderstand, gemessen bei 50 kHz, auf, so ergibt sich ein Optimum bei etwa 160 Ohm. Dieses Optimum verläuft zwischen 155 und 170 Ohm verhältnismäßig flach, und somit ergeben sich 155 Ohm als ein unterer Grenzwert und 160 Ohm als ein Vorzugswert. Wenn man mit dem Wellenwiderstand noch höher geht, so steigt die Dämpfung zwar leicht an, es ergeben sich aber gleichwohl noch wirtschaftliche Vorteile infolge der Kupferersparnis. So entspricht beispielsweise einem Kupferdurchmesser von 1,5 mm bei Z= 140 Ohm dämpfungsmäßig ein Kupferdurchinesser von nur 1,18 mm bei Z = 179 Ohm. Das ergibt also eine Kupferersparnis von 38 Prozent. Eine Erhöhung des Wellenwiderstandes über 170 Ohm hinaus bedeutet, daß man bewußt eine kleine Dämpfungserhöhung gegenüber dem optimalen Wert in Kauf nehmen will, um den Kabelaufbau durch äußerste Kupferersparnis möglichst wirtschaftlich zu gestalten. Man erreicht den wirtschaftlichsten Kabelaufbau erfahrungsgemäß bei Sternviererver- «05 seilung. Bei Paarverseilung ergibt sich bei gleicher Gesamtgesprächszahl ein größerer Kabeldurchmesser. Infolge des besonderen Aufbaues eines Sternvierers ist von vornherein das Verhältnis von Leiterabstand zu Lei- no terdurchmesser und damit auch der Wellenwiderstand Z größer als beim Paar. Die der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen wurden in erster Linie an Sternviererkabeln durchgeführt; der Erfindungsgedanke ist jedoch nicht auf Sternvierer beschränkt, sondern kann auch auf DM-Vierer und andere Adergruppen angewendet werden, jedoch ist stets Voraussetzung, daß die einzelnen Adergruppen gegeneinander nicht abgeschirmt sind. Das Kabel gemäß der Erfindung kann mit oder ohne Bleimantel ausgeführt sein.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ι. Vieladriges Fernmeldekabel mit aus symmetrisch verseilten, gegeneinander nicht abgeschirmten Adergruppen gebildeten unbelasteten Sprechkreisen zur Übertragung von Trägerfrequenzströmen oberhalb io kHz, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand der Sprechkreise bei 50 kHz größer ist als 155 Ohm, vorzugsweise größer als 160 Ohm.
2. 2. Fernmeldekabel nach Anspruch 1, insbesondere mit Sternvierern, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand der Sprechkreise größer ist als 170 Ohm.