DE973252C - Aus einzelnen Kabelstuecken aufgebaute Traegerfrequenzkabelanlage mit symmetrischen Leitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aus einzelnen Kabelstücken aufgebaute Trägerfrequenzanlage für Betriebsfrequenzen bis vorzugsweise 552 kHz und darüber.

Es ist bekannt, daß in Fernmeldebabelanlagen Kopplungen über dritte Kreise auftreten, die nichtlinearen Charakter tragen. Als Herkunft dieser Kopplung werden magnetische Kopplungen über den Bleimantel, inneres reflektiertes Nahnebensprechen, Zwischenkreiskopplungen über eigene oder fremde Phantomkreise und Endreflexionen vermutet. Es wurde auch versucht, diese Effekte zu errechnen. Dabei ist unter Annahme statistischer Verteilung versucht worden, Grenzwerte für die einzelnen Fabrikationslärigen festzulegen. Es ist z. B. bekannt, die Längsgleichmäßigkeit durch Gruppierung zu verbessern, wobei eine Gleichmäßigkeit bis zu 1% eingehalten wird. Dabei werden die von der Einzellänge einzuhaltenden Kopplungsgrenzwerte statistisch berechnet und festgelegt. Damit ist die Möglichkeit gegeben, im Rahmen der zu übertragenden höchsten Betriebsfrequenz, die bisher bei 252 kHz liegt, einen praktisch ausreichenden Ausgleich zu erzielen.

Die Erfindung hat zum Ziel, Trägerfrequenzkabelanlagen mit symmetrischen Leitungen zu schaffen, die bei weit höheren Frequenzen, bis vorzugsweise 552 kHz und darüber, betrieben werden können.

Zunächst wurde die überraschende Feststellung gemacht, daß entgegen den bisherigen Anschauungen

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nicht die Gesamtheit der oben angeführten Effekte die Ursache für die Kopplung über dritte Kreise ist, sondern daß, wie eingehende theoretische und praktische Untersuchungen gezeigt haben, nur ein einziger Faktor diese Kopplungen über dritte Kreise bewirkt, nämlich das innere reflektierte Nahnebensprechen, während die Fernmitsprechkopplungen während der Fabrikation in -bekannter Weise vernachlässigbar klein gehalten werden. Die Einflüsse der übrigen Faktoren sind untergeordneter Natur und können mit einfachen Mitteln unwirksam gemacht werden.

Um das Verständnis des Erfindungsgedankens zu erleichtern, seien die Begriffe »inneres reflektiertes Nahnebensprechen« und »inneres reflektiertes Fern-' nebensprechen« an Hand der Abb. ι näher erläutert:

I und II stellen die störende und die gestörte Leitung eines Übertragungssystems dar, von dem ein Abschnitt von der Länge/ betrachtet wird. In der Leitung I befindet sich in einer Entfernung m vom Anfang an der Stelle Si eine Stoßstelle (Lötstelle). Die Ubertragungseigenschaften der beiden Leitungen sind durch das Fortpflanzungsmaß γ_χ und γ₂, die Wellenwiderstände Q₁ und Q₂ und den Reflexionsfaktor^» gegeben, wobei der Einfachheit halber γ_χ «a y₂ sa γ und Si ^ §2 ^ S angenommen sei. In einer Entfernung α von der Stoßstelle befindet sich zwischen den beiden Leitungen eine Kopplung K.

Unter »innerem reflektiertem Nahnebensprechen«· wird das Nebensprechen verstanden, das durch die in der Leitung II in einer Entfernung m vom Anfang an der Stelle N, d. h. der Stoßstelle Si gegenüberliegend, resultierende Störspannung verursacht wird. Die an dieser Stelle auftretende Störspannung errechnet sich wie folgt:

U₀

wobei U₀ die Ausgangsspannung am Anfang der. Leitung I bedeutet.

Der an der Stoßstelle reflektierte Teil der Spannung läuft in entgegengesetzter Richtung und fließt über die Kopplung K in die Leitung II, in der die Flußrichtung wieder geändert wird. Die an der Stelle N ankommende Störspannung beträgt

U₀

„-yn

-Za γ

κ-

-ρ) Die innere reflektierte Nahnebensprechdämpfung b_n beträgt somit

x — p 2e^2a?

U₀ ■ e~^y™ ■ p

-2αγ

Unter »innerem reflektiertem Fernnebensprechen« wird das Nebensprechen verstanden, das durch die am Ende der Leitung II ankommende Störspannung verursacht wird. Die Spannung am Ende der Leitung I beträgt

Die Störspannung am Ende der Leitung II nimmt den im Falle des inneren reflektierten Nahneben-

,r _,„ U₀-e-n (X-P)

sprechens geschilderten Verlauf, so daß nur der weitere Verlauf von der Stelle N bis zum Ende der Leitung II zu berücksichtigen ist. Somit beträgt die Störspannung am Ende der Leitung II

_e-y(l-m)

Daraus ergibt sich für das innere reflektierte Fernnebensprechen

= In

ι —

U₀

^Ym ■

p ■

_β-2αγ . _e-Y(l-m)

Die Bezeichnung b^r _g^ soll zum Ausdruck bringen, daß die Formel nur für den betrachteten Einzelfall gilt. Für die gesamte Anlage ergibt sich die innere reflektierte Fernnebensprechdämpfung b\ durch Summation der einzelnen AJ(^). Beim inneren reflektierten Nahnebensprechen wirken immer eine Wellenwiderstandsstoßstelle und mindestens eine Kopplung zusammen. Bei einer aus mehreren Kabelstücken zusammengeschalteten Kabelanlage wird nun dieser Fall mehrmals auftreten.

Wird die innerhalb einer Länge erreichte Nahnebensprechdämpfung mit b_n und die Reflexionsdämpfung zwischen zwei benachbarten Längen mit b_r bezeichnet, so muß die Summe b_n + b_r so groß sein, daß ihr Einfluß auf die Fernnebensprechdämpfung b_g vernachlässigbar klein ist. Diese Forderung ist besonders beim Betrieb mit höheren Frequenzen zu beachten. Es genügt daher, zur Erzielung einer großen Summe entweder b_n oder b_T oder beide zu vergrößern. Die Auffassung, daß b_n bei steigender Frequenz mit der Wurzel aus der Frequenz kleiner wird, während b_r durch die Wellenwiderstandsunterschiede zweier zusammengeschalteter Kabellängen bestimmt ist, hatte zur Folge, daß symmetrische Leitungen in Anlagen mit vielpaarigen Kabeln mit einer Betriebsfrequenz höher als 252 kHz nicht ausgenutzt wurden. Die genannte Frequenzabhängigkeit von b_n kommt in einer bekannten Formel für das Nahnebensprechen zum Ausdruck:

1 —

"T

Die Schaffung von Trägerfrequenzkabelanlagen mit symmetrischen Leitungen für eine Betriebsfrequenz von vorzugsweise 552 kHz und darüber beruht auf der Erkenntnis, da-ß entgegen den bisherigen An-

schauungen die Nahnebensprechkopplung mit steigender Frequenz nicht unbegrenzt wächst.

Wird die bekannte Formel beispielsweise bei einer unendlich hohen Frequenz betrachtet, so geht e~v exponentiell gegen Null, so daß b_n— χ wird. Wird nun das Verhältnis φ zweier Nebensprechkopplungen bei den Frequenzen f₂ und f_x betrachtet und ist dabei f_% größer als f_x, so ist ersichtlich, daß auf Grund des Exponentialgesetzes der Nenner stärker wächst als der Zähler, weil hier die Dämpfung im Exponenten mit der Wurzel aus der Frequenz wächst. Auf Grund dieser Erkenntnis wird die bekannte Formel für das Nahnebensprechen so abgewandelt, daß die gemachte Feststellung eindeutig zum Ausdruck kommt. In der Abwandlung sieht die Formel nun wie folgt aus:

r'lfi '

worin φ das Verhältnis der Nahnebensprechkopplungen bei den Frequenzen f_g und f_x bedeutet. Aus der Formel geht hervor, daß die Funktion mit steigendem f₂ nicht gegen 00, sondern gegen Null strebt, " so daß der ö„-Wert ein Minimum durchschreitet, dessen Frequenzlage durch die Länge des einzelnen Kabelstückes bestimmt ist. Damit ist erwiesen, daß b_n nicht unbegrenzt schlechter werden kann.

Abb. 2 zeigt den Verlauf von φ abhängig von der Frequenz. Das kilometrische Dämpfungsmaß ist hier als Parameter angegeben.

Wird nun bei einem aus einzelnen Kabelstücken zusammengeschalteten Verstärkerfeld die innere reflektierte Nahnebensprechdämpfung

K_r = b_n + b_r

in der Zusammenschaltung berechnet, so werden zur Berechnung die Kopplungen summiert. Zwischen der inneren reflektierten Nahnebensprechdämpfung und der inneren reflektierten Femnebensprechdämpfung besteht folgende Beziehung:

V₁ =

¹T — 0,35

Diese Formel ergibt sich daraus, daß an einer Längsstoßstelle über davor und dahinter benachbarte Kopplungen Störspannungen fließen, die durch Reflexionen an dieser Längsstoßstelle entstanden sind. Da diese Längsstoßstelle praktisch an jeder Lötstelle zweier zusammengeschalteter Kabelstücke entsteht, diese reflektierten Spannungen jedoch als Summen von Nahnebensprechspannungen in die gestörte Leitung fließen, ergibt sich die Gesamtstörspannung als eine Summierung aller Spannungen über η Stoßstellen (n-Anzahl der Lötstellen). Als Ergebnis dieser schrittweisen Summierung entsteht die vorstehend angegebene Formel.

In der Formel bedeuten b_g die innere reflektierte Femnebensprechdämpfung, b_n die Nahnebensprechdämpfung im einzelnen Kabelstück, b_r die Reflexionsdämpfung zwischen zwei zusammenstoßenden Kabelstücken, γ das Fortpflanzungsmaß des einzelnen Kabelstückes und η die Anzahl der einzelnen Kabelstücke im Verstärkerfeld. Die Zahl 0,35 ergibt sich daraus, daß bei der logarithmischen Summation die Wurzel aus der quadratischen Summe zweier gleich großer Gruppen auftritt. Bei der Rechnung mit der obigen Formel wird für γ die auf ein einziges Kabelstück bezogene Leitungsdämpfung als Realteil des Fortpflanzungsmaßes genommen. Es ist bereits go früher die Beziehung:

b_g = b_n + b_r + bg —^-ς-Ιη 2

aufgestellt worden, in welcher b_s die Leitungsdämpfung η · ß_s bedeutet. Diese Beziehung ist jedoch für mit hohen Betriebsfrequenzen arbeitende Kabel nicht anwendbar, weil in ihr der Einfluß der η über die ganze Kabelstrecke verteilten Stoßstellen, die die Ursache für Kopplungen über dritte Kreise sind, keine Berücksichtigung gefunden hat.

Erfindungsgemäß ergibt sich für die Praxis die Anwendung der Formel für die Herstellung von Trägerfrequenzkabeln mit symmetrischen Leitungen und ihre Montage zur fertigen Kabelanlage nach folgenden Gesichtspunkten: Sobald für die Verstärkerfeldlänge die höchste zu übertragende Frequenz und damit die Dämpfung und die aus Kabelquerschnitt und Verlegeart ergebende Länge der einzelnen Kabelstücke feststeht, wird die maschinelle Fertigung der einzelnen Kabelstücke so gesteuert, daß für jedes einzelne Kabelstück die Summe von b_n 4- b_r zur Erzielung eines bestimmten Wertes der inneren reflektierten Femnebensprechdämpfung b_g folgender Bedingung genügt:

A^-f

Die fertiggestellten Längen werden bei der Montage zur fertigen Kabelanlage so gruppiert, daß an den €0 Lötstellen die &„+ b_r-Werte benachbarter Längen gleich oder größer als der errechnete sind. Der zu erzielende reflektierte Fernnebensprechdämpfungswert wird zweckmäßigerweise noch um 0,5 Neper höher

gewählt als der vorgeschriebene wirksame Fernnebensprechdämpfungswert b™, so daß einmal die Sicherheit gegeben ist, daß der vorgeschriebene Wert eingehalten ist und zum anderen die Fertigung der Kabelstücke nicht zu kostspielig wird.

Die Abb. 3 und 4 zeigen die Dämpfungswerte, die

an einer fertiggestellten Kabelanlage, die aus nach der gefundenen Formel hergestellten einzelnen Kabelstücken besteht und für Betriebsfrequenzen bis 552 kHz ausreicht, gemessen worden sind, in Abhängigkeit von der Frequenz, und zwar zeigt Abb. 3 die Nahnebensprechkopplung, Abb. 4 die Fernnebensprechkopplung, hervorgerufen durch das innere reflektierte Nahnebensprechen. Kurve ι in Abb. 4 ist dabei die Fernnebensprechkopplung von der störenden Leitung I auf die gestörte Leitung II und Kurve 2 die Fernnebensprechkopplung von der störenden Leitung II auf die gestörte Leitung I.

Durch die Heraufsetzung der Betriebsfrequenz von 252 auf 552 kHz kann über die Leitungen die doppelte Anzahl von Gesprächen übertragen werden. Durch einen geringen Aufwand an Zwischenverstärkern lassen sich damit z. B. 120 Gespräche statt 60 übertragen. Damit wird praktisch die Auslegung eines zweiten Kabels gleicher Güte und gleichen Materialaufwandes überflüssig.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Aus einzelnen Kabelstücken aufgebaute Trägerfrequenzkabelanlage mit symmetrischen Leitungen für Betriebsfrequenzen bis vorzugsweise 552 kHz und darüber mit vorgegebener Verstärßerfeldlänge, höchster Ubertragungsfrequenz und Dämpfung und sich aus Kabelquerschnitt und Verlegeart ergebender Länge der einzelnen Kabelstücke, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der einzelnen Kabelstücke und bei der Reihenfolge ihrer Verlegung für jedes einzelne Kabelstück die Summe von b_n + b_r zur Erzielung eines bestimmten Wertes der inneren reflektierten Fernnebensprechdämpfung b^r _g folgender Bedingung genügt:

   a—2 y\2

   wobei b_n die Nahnebensprechdämpfung im einzelnen Kabelstück, b_r die Reflexionsdämpfung zwischen zwei zusammenstoßenden Kabelstücken, V₉ die innere reflektierteFernnebensprechdämpfung, γ das Fortpflanzungsmaß des einzelnen Kabelstückes und η die Anzahl der einzelnen Kabelstücke im Verstärkerfeld bedeutet.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   «Europäischer Ferns'prechdienst« (EFD), Heft 49, Juli 1938, S. 173 bis 179, und 53. Folge, November 1939, S. 255 und 256.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 738/250 12.55 (909 681/6 12.5J)