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Fernmeldekabel mit mehreren Verseilgruppen 2. Grades, insbesondere
DM-Vierern Es ist bei Fernmeldekabeln mit mehreren verdrillten Adergruppen bzw.
Verseilgruppen zur Erzielung kleiner Nebensprechkopplungen bekannt, die wirksamen
Drallängen der Verseilgruppen nach bestimmten theoretischen Regeln zu wählen (s.
ENT 1931, S. 114, 1932, S.81, und 1934, S.119). Durch Anwendung dieser bekannten
Drallregeln soll erreicht werden, daß die spezifischen Kopplungen k als Funktion
der Kabellänge x periodisch und symmetrisch um Null schwanken, damit innerhalb bestimmter
Entkopplungsabschnitte sich positive und negative Kopplungen aufheben, d. h. die
Wahl der Dralle erfolgt so, daß die Kopplungsfunktion k = f (x) periodisch
und symmetrisch zur x-Achse wird. Theoretisch. müßte also, wenn die Kabellänge bzw.
Fabrikationslänge eine ganze Zahl von Perioden oder Entkopplungsabschnitten, enthält
die Gesamtkopplung
gleich Null werden. In Wirklichkeit ist jedoch die Kopplung nicht gleich Null, sondern
kann unter gewissen Umständen ganz erhebliche Werte annehmen. Der Grund hierfür
liegt darin, daß in der Praxis die Verseilung mit gewissen Unregelmäßigkeiten behaftet
ist und daher der tatsächliche Kopplungsverlauf vom theoretischen mehr oder weniger
stark abweicht. Es verbleiben in jedem Entkopplungsabschnitt gewisse
Restkopplungen,
die sich nach statischen Gesetzen über die Kabellänge summieren. Den Bemühungen,
die Verseilung unter gleichzeitiger Einhaltung der theoretischen festgelegten Dralle
genau durchzuführen, sind also in fabrikatorischer Hinsicht Grenzen gesetzt. Dies
hat zur Folge, daß auch für den Fall einer nach den bekannten Regeln genau durchgeführten
Abstimmung der Dralle eine vollkommene Kompensierung der positiven und negativen
Kopplungen nicht erreicht wird, selbst wenn die Zahl der Entkopplungsabschnitte
einer Kabellänge eine ganze Zahl wäre. Die praktisch noch verbleibenden Restkopplungen
mußten bisher in Kauf genommen und deren Störwirkungen durch nachträgliche Ausgleichsmaßnahmen
kompensiert werden. Man kann innerhalb der einzelnen Kabellängen in bekannter Weise
zwar dadurch sehr kleine Restkopplungen erreichen, daß man die Kopplungen während
der Verseilung messend verfolgt und durch zusätzliche, noch während der Verseilung
durchgeführte Maßnahmen vermindert. Dieses Verfahren führt aber nicht nur zu einer
Verteuerung der Herstellungsmaschinen, sondern auch zu einer Erschwerung der Maschinenbedienung
und zu einer Herabsetzung der Fabrikationsgeschwindigkeit. Besonders schwierig gestaltet
sich das Verfahren dann, wenn man- auch die Kopplungen zwischen Nachbarvierern und
zwischen verschiedenen Verseillagen beeinflußen will, da dann Ausgleichsmaßnahmen
durch Änderung der Maschineneinstellung praktisch kaum durchführbar sind und man
mehr oder weniger auf durch Hand ausgeführte Aderverlagerungen bzw. Aderkreuzungen
angewiesen ist. Die Erfindung geht von der neugewonnenen Erkenntnis aus, daß die
vom theoretischen Kopplungsverlauf durch unvermeidliche Fabrikationseinflüsse hervorgerufenen
Abweichungen um so geringer sind, je kleiner die Schwankungen der Kopplungen um
Null innerhalb einer Periode sind. Je kleiner aber die Abweichungen vom theoretischen
Verlauf, um so geringer sind auch die in jeder Periode verbleibenden Restkopplungen
und damit die durch statistische Sümmierung dieser Restkopplungen über die Kabellänge
entstehende Gesamtkopplung. Dies soll Fig. i der Zeichnung erläutern, in der die
Kurven a und a'
den theoretischen und praktischen Kopplungsverlauf
bei großen Schwankungen der Kopplungen und die Kurven b und b' die
entsprechenden Verhältnisse bei kleinen Kopplungsschwankungen darstellen. Die Kurven
a und b für den theoretischen Kopplungsverlauf werden als sinusförmig angenommen.
Die Kopplung über eine Periode p
ist in diesem Fall gleich Null, was daraus zu ersehen ist, daß die positiven und
negativen Flächenteile gleich groß sind. Durch Fabrikationseinflüsse entstehen nun
in Wirklichkeit nicht Sinuskurven, sondern abweichende Kurven, im dargestellten
Fall die Kurven a' und b'. Die Darstellung ist entsprechend den Verhältnissen
der Praxis sö gewählt, daß sich beim tatsächlichen Kopplungsverlauf die positiven
und negativen Kopplungen nicht mehr aufheben, sondern eine gewisse Restkopplung
übrigbleibt. Solche Restkopplungen verbleiben in jeder Periode und summieren sich
nach statistischen Gesetzen zu einer merkbaren Gesamtkopplung: Man kann nun an-'nehmen,
daß die durch Herstellungsungenauigkeiten hervorgerufene Abweichung des tatsächlichen
Kopplungsverlaufs vom theoretischen prozentual erfolgt, d. h. eine Kurve mit größerer
Kopplungsamplitude (Kurve a') hat bei gleicher Herstellungsgenauigkeit absolut größere
Abweichungen als eine Kurve kleinerer Amplitude (Kurve b'). Dementsprechend sind
auch die Restkopplungen, wie die Flächenbilanz zeigt, bei kleinerer Kopplungsamplitude
geringer.
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Diese Verhältnisse treten insbesondere bei Verseilgruppen 2. Grades,
z. B. DM-Vierern, in Erscheinung. Trotz der Abstimmung der Dralle nach den bekannten
Uralltheorien weisen DM-Vierer immer noch ein unerwünscht hohes Kopplungsniveau
auf. Besondere Schwierigkeiten bereitet es, die Kopplungen zwischen den Übertragungskreisen
benachbarter DM-Vierer genügend klein zu halten, insbesondere die k? bis k8-Kopplungen
zwischen den Stammkreisen des einen Vierers und dem Phantomkreis des anderen Vierers
und umgekehrt und ferner die k"- bis k12 Kopplungen zwischen den Stammkreisen benachbarter
Vierer.
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Auf Grund der neuen Erkenntnis, die wirksamen Drallängen auf sehr
kleine - Kopplungsamplituden innerhalb .der Kabellängen zu bemessen, und auf Grund
hierauf beruhender Berechnungen und Untersuchungen wurde erfindungsgemäß festgestellt,
daß es bei Fernmeldekabeln mit mehreren Verseilgruppen 2. Grades, insbesondere DM-Vierern,
zur Erzielung kleiner Kopplungen wichtig ist, die Adern zur Verseilgruppe i. Grades
(Untergruppe, z. B. Paar) und die Verseilgruppen i. Grades zur Verseilgruppe 2.
Grades (z. B. Vierer) in der gleichen Richtung zu verseilen und bei den einzelnen
Verseilgruppen 2. Grades das Verhältnis der wirksamen Drallängen bzw. Kreuzungsabschnitte
der Verseilgruppe i. Grades zur wirksamen Drallänge der Verseilgruppe 2. Grades
kleiner als =,ß, vorzugsweise etwa 0,7 bis 1,4 zu wählen. . Es ist bei DM-Vierern
an sich bekannt, die Adern zu Paaren und die Paare zu Vierern in der gleichen Richtung
zu verseilen. Diese Verseilart wurde in früherer Zeit gelegentlich angewendet, als
die Verseilung der Paare und des Vierers noch in getrennten Arbeitsgängen vorgenommen
wurde. Diese Verseilart wurde aber bald wieder verlassen (vgl. Elektrotechnische
Zeitschrift, 193o, Heft 23, S.797, rechte Spalte), weil sich bei dieser gleichgerichteten
Verseilung im Vierer größere Kopplungen ergaben als bei entgegengesetzter Paar-
und Viererverseilung. Ferner bestanden Schwierigkeiten, das international festgelegte
Verhältnis der Viererkapazität zur Stammkapazität von 1,62 einzuhalten. Demgegenüber
wird durch die Erfindung gezeigt, daß es bei der gleichgerichteten Paar- und Viererverseilung
auf die Wahl bestimmter wirksamer Drallängen für die Paare und den Vierer ankommt,
um mit Sicherheit kleine Kopplungen sowohl zwischen benachbarten Vierern als auch
im Vierer zu erzielen und gleichzeitig ein Kapazitätsverhältnis Vierer/Stamm von
1,62 zu erreichen,
und zwar muß das Verhältnis der wirksamen Paardrallängen
zur wirksamen Viererdrallänge kleiner als 1,8 gewählt werden.
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Rechnet man, wie das früher bei der getrennten Verseilung der Paare
zum DM-Vierer in drei Arbeitsgängen üblich war (s. den genannten Aufsatz in der
Elektrotechnischen Zeitschrift), nicht mit den wirksamen Paardrallängen P, sondern
mit den Raumdrallängen P,., so gilt bekanntlich folgende Umrechnungsformel
Hieraus ergibt sich
Setzt man in diese Formel für P/V den auf wirksame Drallängen bezogenen Grenzwert
I,8 ein, so ergibt sich für P,./V die obere Grenze von o,65. Man kann also die Bedingung
gemäß der Erfindung auch so fassen, daß das Verhältnis der Paärdrallängen bezogen
auf den Raum zum Viererdrall kleiner sein muß als o,65, vorzugsweise etwa 0,4 bis
o,6, wenn man mit Sicherheit kleine Kopplungen erhalten will.
quo bzw. ypo = Drallphase bei x = 0.
Setzt man diese letzteren Werte in die
Gleichung (3) ein, so sieht man, daß sich bereits für den einfachen In dieser Gleichung
ist
Da bei zwei miteinander verdrillten Paaren das Verhältnis
ist, so schwankt u um -+- i in den Grenzen + 0,75 und -.- 1,25, während v um 0 in
den Grenzen -+- o,28 und - o,28 schwankt.
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Nach der Gleichung (q.) folgt also die Kopplung k weitgehend dem Verlauf
von v (x). Die Kopplung k hat dieselbe Periode wie v (x), und die Schwankungen der
Kopplungen um Null sind um so größer, je größer Im folgenden wird das Wesen der
Erfindung an Hand der durchgeführten Überlegungen und Untersuchungen näher erläutert.
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Es wird ausgegangen von der allgemeinen Form der Funktion der Kopplung
k k = c - In f [r1 (x), y2 (x) , r3 (x)
... r" (x)J ,
auf die alle vorkommenden Entkopplungsfälle gebracht
werden können. Hierin ist c eine Konstante, und r1 (x), y2 (x) usw.
sind die Abstände zwischen den verschiedenen Leitern. Die Gesamtkopplung K bei einer
Kabellänge x ist dabei
Beispielsweise wird bei zwei miteinander verseilten Paaren die Kopplung in bekannter
Weise
worin c die Dielektrizitätskonstante und CI und C, die Betriebskapazitäten von Paar
I und Paar II sind. Gemäß der Fig. 2, in der die Adern des Paares I mit I und 2
und die Adern des Paares II mit 3 und q. bezeichnet sind, ist Fall zweier Paare
eine sehr komplizierte Kopplungsfunktion ergibt. Um ein übersichtliches Bild über
die Kopplung als Funktion der Kabellänge und über die Abhängigkeit der Kopplung
von den Drallängen und der Drallphase zu erhalten, wurde im Rahmen der Erfindung
die Gleichung (3) auf die folgende vereinfachte Form gebracht
die Schwankungen von v (x) um Null sind. Wie bereits angegeben, erzielt man
um so niedrigere Kopplungen, je kleiner die Amplitude der auch in schwierigen Entkopplungsfällen
einfach zu lösenden Funktion
ist. Man muß also sowohl die Drallängen als auch die Drallrichtungen so wählen,
daß f".. möglichst klein
wird. Für den Fall zweier benachbarter
DM-Vierer oder anderer Verseilgruppen 2. Grades wurden im Rahmen der Erfindung zwei
Funktionen f1 und f2 entwickelt, die zur Erzielung niedriger Kopplungen möglichst
klein gemacht werden müssen. In den Fig. 3 und q. der Zeichnung sind diese beiden
Funktionen in Abhängigkeit vom Verhältnis PIV wiedergegeben, wobei P die wirksame
Paardrallänge bzw. beim Kreuzvierer den Paarkreuzungsabschnitt und V die wirksame
Viererdrallänge bedeutet. Der wirksame Viererdrall ist dabei, wie bekannt, die Entfernung
auf der Viererachse, innerhalb der sich die Achsen der beiden Paare einmal um 36o°
um die Viererachse gedreht haben. Andererseits ist der wirksame Paardrall die Entfernung
auf der Paarachse, innerhalb der sich jede Ader einmal um 36o° um die Achse dreht.
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Es gilt die Fig. 3 für die Stamm-Phantom-Kopplungen k5 bis k$ und
die Fig. q. für die Stamm-Stamm-Kopplungen k. bis k12. In beiden Figuren ist auf
der negativen Abszissenachse das Verhältnis PIV bei gegenläufiger Paar-Vierer-Verseilung
(Viererdrall entgegengesetzt den Paardrallen gerichtet) und auf der positiven Abszissenachse
das Verhältnis P IV bei gleichläufiger Paar-Vierer-Verseilung (Viererdralle gleiche
Richtung wie Paardralle) aufgetragen, während die Ordinaten die Größe der Funktionen
f1 bzw. f2 angeben. Die ausgezogenen Kurven gelten für das Drallverhältnis Vl/V2
= o,6 zweier benachbarter Vierer mit den wirksamen Viererdrallen V1 und V2 und die
gestrichelten Kurven für das entsprechende Verhältnis Vl/V2 = 1,5. Innerhalb dieser
Grenzen bewegen sich im allgemeinen die in der Praxis benutzten Verhältnisse benachbarter
Viererdralle, wobei das Verhältnis V,/V2 in bekannter Weise so gewählt werden muß,
daß die benachbarten Phantomkreise (k4 Kopplung) entkoppelt sind. Die Unendlichkeitsstellen
für die Kopplungsamplitude zeigen an, daß bei diesen Verhältnissen PIV der Kopplungsverlauf
nicht periodisch erfolgt, sondern linear mit der Kabellänge. Bei anderen Verhältnissen
V,/V2 liegen diese Unendlichkeitsstellen bei anderen Werten von P/V, jedoch wird
das charakteristische Verhalten der Kopplungsamplituden, bei den kleinsten Drallverhältnissen
PIV die kleinsten Werte anzunehmen, nicht geändert.
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Aus den Kurven der Fig. 3 und q. ist beispielsweise zu entnehmen,
daß bei Anwendung der gegenläufigen Paar-Vierer-Verseilung das Verhältnis P/Tl sehr
klein gewählt werden muß, um mit Sicherheit kleine Kopplungsamplituden zu erhalten.
Solch kleine Verhältnisse PIV sind jedoch in der Praxis nicht anwendbar. Andererseits
zeigen die Kurven für die gleichläufige Paar-Vierer-Verseilung, daß für diese Verseilungsart
ein größerer Bereich für das Verhältnis PIV zur Verfügung steht, um sehr kleine
Kopplungsamplituden zu gewährleisten, so daß es erfindungsgemäß vorteilhaft ist,
im Gegensatz zur bisherigen Praxis die gleichläufige Paar-Vierer-Verseilung anzuwenden.
Ein Vergleich der Fig. 3 und q. zeigt, daß die Stamm-Phantom-Kopplungen k, bis k5
größere Werte annehmen als die Stamm-Stamm-Kopplungen k9 bis k12. Daher muß die
Wahl des Verhältnisses PIV in erster Linie mit Rücksicht auf die k5 bis k8-Kopp-
1 jungen erfolgen. Wie man sieht, steigen bei einem Viererdrallverhältnis Vl/V2
= 1,5 (gestrichelteKurve) die bereits bei einem Drallverhältnis PIV von i,8 stark
an. Bei kleineren Viererdrallverhältnissen (s. die ausgezogene Kurve für das Verhältnis
V,/V2 = o,6) tritt dieser Anstieg bei etwas höheren Werten von PIV ein. Als
obere Grenze für das Drallverhältnis kann aber der Wert von 1,8 angegeben werden,
der zweckmäßig nicht überschritten werden soll. Vorzugsweise wird das Verhältnis
im Bereich von etwa o,7 bis 1,4 gewählt.
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Auf Grund der Erfindung wurden außer den eingehenden Berechnungen
auch Versuche durchgeführt, die die überraschenden Vorteile der Erfindung bestätigt
haben. Während man bisher bei den DM-Viererkabeln für den Weitverkehr die Nachbarviererkoppjungen
auf Grund von Messungen durch Zusatzkondensatoren ausgleichen mußte, was einen verhältnismäßig
großen Aufwand an Meßarbeiten, Spieißarbeiten und Zusatzkondensatoren bedingt, gelingt
es durch die Erfindung das bisher bei DM-Vierer erreichte Kopplungsniveau in so
starkem Maße zu senken, daß auf den nachträglichen Ausgleich der Nachbarviererkopplungen
ganz oder wenigstens zum größten Teil verzichtet werden kann.
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Die Erfindung ist sinngemäß auch anwendbar bei Fernmeldekabeln, die
außer Verseilgruppen 2. Grades Verseilgruppen i. Grades, z. B. Paare oder Sternvierer,
enthalten, gleichgültig, ob diese geschirmt oder ungeschinnt sind. In diesem Falle
erhalten die Verseilgruppen r. Grades die gleiche Drallrichtung wie die Verseilgruppen
2. Grades.
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Um bei Fernmeldekabeln, die mehrere Verseillagen von gemäß der Erfindung
ausgebildeten Verseilgruppen 2. Grades enthalten, auch extrem kleine Kopplungen
zwischen den Verseilgruppen 2. Grades verschiedener Lagen, d. h. kleine Lage-Lage-Kopplungen
zu erzielen, ist es der weiteren Erfindung gemäß von besonderem Vorteil, alle zu
entkoppelnden Lagen mit gleicher Schlagrichtung, aber verschiedener Schlaglänge
zu verseilen und den Verseillagen die gleiche Verseilrichtung wie den Verseilgruppen
2. Grades zu geben. Hierdurch wird eineguteEntkopplung sowohlkapazitiv als auch
magnetisch erzielt, ohne daß eine genaue Abstimmung der Dralle nach den bekannten
Dralltheorien, die bei DM-Vierern fast unüberwindliche Schwierigkeiten bereitet;
vorgenommen zu werden braucht.- Weisen also bei einem DM-Viererkabel die Paare und
die Vierer einen Rechtsdrall auf, so erhalten auch die Lagen einen Rechtsdrall.
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Unter Verseilgruppen 2. Grades sind außer DM-Vierern beispielsweise
Paarsternvierer und Gruppen aus vier Sternvierern zu verstehen.