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Nebenkopplungsarmes-Trägerfrequenz-Fernmeldekabel Die Übertragung
von Nachrichten und Signalen mittels Trägerfrequenzen auf symmetrischen, papierisolierten
Fernmeldekabeln hat gegenwärtig mit einer höchsten Übertragungsfrequenz von 252
kHz eine Grenze erreicht, die wegen der stark mit steigender Frequenz wachsenden
dielektrischen Verluste der Papierisolierung in wirtschaftlicher Weise nicht wesentlich
überschritten werden kann. Es ist bekannt, daß zwar durch Anwendung von Styroflex
an Stelle von Papier die zulässige Frequenzgrenze erheblich weiter zu höheren Frequenzen
verschoben werden könnte, sofern es gelingt, auch bei diesen Frequenzen die für
das Nebensprechen einzuhaltenden Bedingungen zu erfüllen.
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Wenn die Aufgabe gelöst ist, kann der Bereich der Übertragungsfrequenzen
verdoppelt, d. h. von 25o kHz auf 5oo kHz erhöht werden. Aus wirtschaftlichen Gründen
ist es wünschenswert, daß bei der höchsten Trägerfrequenz (5oo kHz) auf diesem Kabel
die Leitungsdämpfung nicht überschritten wird, die ein papierisoliertes Fernmeldekabel
bei 252 kHz aufweist.
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Dies kann insbesondere durch Anwendung einer Schaumstoffisolierung
mit einer resultierenden Dielektrizitätskonstanten von z,z oder weniger erfüllt
werden.
Dadurch gelingt es z. B., auf einem symmetrischen Aderpaar mit Schaumstoffisolierung
12o Trägerfrequenzkanäle bei einem Verstärkerabstand von etwa 18 km vorzusehen,
während bei dem gegenwärtig angewendeten Kabeltyp mit Papierisolierung nur 6o Trägerfrequenzkanäle
bei gleichem Verstärkerabstand pro Aderpaar untergebracht werden können.
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Um das für solche Übertragung erforderliche hohe Nebensprechdämpfungsniveau
einzuhalten, ist es erforderlich, die zwischen den Sprechkreisen infolge ihrer Drallierung
periodischen Kopplungen so klein wie möglich zu halten. Ursprünglich nur für tonfrequenten
Übertragungsbereich vorgesehen, sind Berechnungsverfahren bekanntgeworden, die Kopplungsfreiheit
zwischen zwei mit bestimmten Drallen verseilten Gruppen theoretisch vorauszubestimmen.
Dabei wurde bereits erkannt, daß selbst unter Anwendung dieser Regeln die Kopplungen
innerhalb der ganzen Kabellänge keineswegs ständig Null sind, sondern einen periodischen
Verlauf haben. Über einen gewissen Kabellängenteil heben sich nach dieser Theorie
die Summen der positiven und negativen Teile dieses Kopplungsverlaufs auf, so daß
ihre Summen über diesen Abschnitt in der Tat Null sein müssen. Demnach .existiert
auch theoretisch immer dann eine Restkopplung, wenn die Kabellänge nicht in eine
ganze Zahl entkoppelter Abschnitte teilbar ist. Im wesentlichen sind diese Rechenregeln
dadurch charakterisiert, daß das Verhältnis der Dralle dem Verhältnis einer geraden
und einer ungeraden Zahl gleich sein muß. Entspricht das Drallverhältnis etwa dem
Verhältnis zweier ungerader Zahlen, so ergibt diese Theorie eine Restkopplung für
jeden »Entkopplungsabschnitt«, wobei diese Restkopplungen sich über die ganze Länge
addieren und somit ein ungünstiges Nebensprechniveau verursachen. Messungen der
Nebensprechdämpfung im Bereich hoher Trägerfrequenzen zeigten bei nach dieser Theorie
entkoppelten Drallen recht unterschiedliche Ergebnisse; selbst Nebensprechdämpfungen
zwischen Gruppen, deren Dralle im. Verhältnis ungerader Zahlen standen, waren oft
gleichwertig oder sogar günstiger als die dieser Theorie entsprechenden Drallverhältnisse.
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Genauere Untersuchungen zeigten die Mängel dieser für tonfrequente
Übertragungen nützlichen Theorie im Trägerfrequenzbereich auf. Während bei Tonfrequenzbetrieb
die über eine Länge verteilten Kopplungen addiert werden können, ist dies bei hohen
Trägerfrequenzen infolge des ungleich größeren Phasenmaßes nicht mehr möglich. Es
ist hier also notwendig, die Größe der periodischen Kopplung zu kennen, über welche
die angezogene Theorie nichts aussagt.
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In diesem Zusammenhang sind auch jene unsystematischen Kopplungen
zu erwähnen, die durch unvermeidliche Drallschwankungen bei der Herstellung der
Gruppen infolge maschineller Mängel entstehen. Diese Kopplungen sind willkürlich
über die Länge verteilt. Auch sie werden von der erwähnten Theorie nicht erfaßt.
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Weiterhin wird der Aufbau eines Trägerfrequenzkabels, in welchem der
Drall jeder Gruppe sich von dem jeder anderen unterscheiden muß, durch die Forderung
des für jede Gruppenkombination gültigen Drallverhältnisses gerader zu ungerader
Zahl nicht unerheblich erschwert; wobei die konsequente Anwendung dieser Forderung
sogar günstigere Drallverhältnisse ungerader Zahlen ausläßt.
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Die vorliegende Erfindung zeigt einen Weg, wie die genannten Nebensprechforderungen
erfüllt werden können.
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Bai Untersuchungen über den frequenLabhängigen Verlauf des Nebensprechens
bei den Trägerfrequenzkabeln üblicher Bauart, d. h., bei Kabeln mit mehreren Lagen
von Verseilgruppen, hat sich gezeigt, daß insbesondere die Kopplungen zwischen Gruppen
in verschiedenen Lagen bei Frequenzen über 25o kHz einen solchen Verlauf nehmen,
daß ein normaler Zweipunktausgleich auf der Strecke nicht mehr möglich ist. Theoretische
Untersuchungen ergaben, daß die Ursache dieser Erscheinung vor allem darin zu suchen
ist, daß die Identität des periodischen Verlaufs magnetischer und elektrischer Kopplungen
über die Kabellänge, die bei Kopplungen zwischen Gruppen derselben Lage gegeben
ist, hier nicht mehr vorhanden ist.
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Es wird daher vorgeschlagen, ein symmetrisches Trägerfrequenzkabel
für einen Betrieb mit Trägerfrequenzen über den Bereich von 25o kHz hinaus so aufzubauen,
daß nur Nachbarkupplungen bzw. Imviererkopplungen auftreten können. Ein solches
Kabel kann maximal aus sieben gleichen Verseilgruppen bestehen, wobei eine Gruppe
im Kern liegt und die übrigen sechs Gruppen über diesem Kern verseilt sind. Obwohl
dieses Kabel nun doch zwei Lagen hat, besteht zwischen einem solchen Kabel und einen
Kabel mit mehr als einer Gruppe im Kern insofern ein grundlegender Unterschied,
als eine einzelne Gruppe sich bekanntermaßen so verhält, als sei sie in der darüberliegenden
Lage mit Rückdrehung verseilt. Das heißt aber, daß zwischen dieser einen Gruppe
und den Gruppen der darüberliegenden Lage nur Nachbarkopplungen existieren. Daß
ein solches Kabel mit sieben schaumstoffisolierten Sternvierern gegenüber dem, Trägerfrequenz-Normalkabel
mit zwölf papierisolierten Vierern erhebliche wirtschaftliche Vorteile bringt, ergibt
sich schon aus dem einfachen Vergleich der Gewichte des Leitungskupfers pro Übertragungskanal.
Während - bei gleichem Verstärkerabstand - das mit Schaumstoff isolierte Kabel 2
# 7 # no = 168o Übertragungskanäle enthält, sind bekanntlich bei dem Trägerfrequenznormalkabel
2 . 12 # 6o = iq4o Übertragungskanäle verfügbar. Eine einfache Rechnung ergibt dann,
daß das Kupfergewicht pro Kanal bei dem Kabel mit sieben Vierern genau die Hälfte
des vierundzwanzigpaarigen Normalträgerfrequenzkabels beträgt.
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Untersuchungen über die Größe und den Verlauf der frequenzabhängigen
Kopplungen haben ergeben, daß der Kopplungsverlauf auch bei den höchsten Übertragungsfrequenzen
sich durch eine Anzahl Fourierreihen darstellen läßt, wobei die Kopplungen über
die Kabellänge aus Perioden verschiedener Frequenz zusammengesetzt sind. Auf diese
Weise konnte auch der Einfluß der Verhältniszahlen verschiedener Dralle ermittelt
werden. Dabei ergab sich, daß zwar bei Verhältnissen ungerader Zahlen eine
linear
mit der Länge des Kabels anwachsende Kopplung theoretisch existiert, ihre Größe
jedoch -mit Ausnahme des Verhältnisses i : 3 - selbst bei den größten Herstellungslängen
der Kabel noch unmeßbar klein ist.
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Im Gegensatz zu den bisherigen Vorstellungen wurde nun erkannt, daß
nicht die Verhältniszahlen der Dralle entscheidend sind für die Güte des Nebensprechens,
sondern allein dieAmplitude derperiodischen Kopplung, deren Länge sich aus der Formel
ergibt, worin dl und d2 die Verseildralle der betrachteten Gruppen bedeuten. Die
Amplitude dieser periodischen Kopplung enthält gleichfalls diesen Faktor
Wenn in diesem Ausdruck dl und d2 in Zentimeter eingesetzt werden, ergibt dieser
Faktor den Wert einer magnetischen Kopplung in nano Henry, wobei der bekannte Zusammenhang
zwischen dem C. G. S.-System und dem elektromagnetischen Maßsystem zu beachten ist.
(Infolge der Definition der Permeabilität #t o des Vakuums ist
Dieser Faktor A wird im folgenden als Amplitudenmaß bezeichnet.
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Aus der Formel für A ist zu ersehen, daß immer dann mit großen Kopplungen
zu rechnen ist, wenn die Differenz (d2 - dl) sehr klein ist, insbesondere
dann noch, wenn dl und d2 sehr groß sind. Deshalb werden lange Drallängen, die sich
nicht sehr voneinander unterscheiden, auch dann noch hohe Kopplungen verursachen,
wenn die betreffenden Gruppen im Kabel den größtmöglichen Abstand haben.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei Anwendung
der genannten Amplitudenformel dann noch eine ausreichende Nebensprechdämpfung zwischen
Nachbar- (bzw. Übernachbar-) Gruppen bei Frequenzen über 25o kHz erreicht ist, wenn
A kleiner als 55 cm ist. Erfindungsgemäß wird daher ein solches Kabel so aufgebaut,
daß der Gruppendrall der Verseilelemente des Trägerfrequenzkabels so gewählt ist,
daß für keine der möglichen Kombinationen von zwei Vierern oder Paaren ein als zulässig
erachteter Kopplungswert von endlicher Größe überschritten ist, der sich ergibt
aus dem Amplitudenmaß A = 55 D einer periodisch über die Kabellänge
verlaufenden Kopplungsfunktion, wobei D den Durchmesser des verwendeten Verseilelementes
in Zentimeter bedeutet.
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Hierbei ist zu berücksichtigen, daß der praktisch zur Verfügung stehende
Drallängenbereich beschränkt ist. So ist dessen untere Grenze dadurch gegeben, daß
bei ihrer Unterschreitung mechanische Deformationen des Vierers eintreten, während
die obere Grenze durch Instabilität der Lage der Adern innerhalb eines Vierers bestimmt
ist. Im ersten Fall sind, abgesehen von den mechanischen Beschädigungen, hohe Imviererkopplungen
zu erwarten. Im zweiten Fall werden infolge der mechanischen Instabilität die Imviererkopplungen
inkonstant. Es hat sich ergeben, daß die Mindestdrallänge dmin > 5 - D
(D
= Durchmesser der Gruppe) sein muß, um Beschädigungen des Vierers zu vermeiden.
Dagegen darf erfahrungsgemäß die Höchstdrallänge dm", den Wert von 35 . D nicht
überschreiten, wenn die Verseilgruppen nicht mechanisch instabil werden sollen.
Die Aufteilung dieses praktisch möglichen Drallängenbereiches auf n Vierer eines
Trägerfrequenzkabels muß nun gemäß der Erfindung so vorgenommen werden, daß keine
der möglichen Kombinationen der n Vierer die Kopplungsamplitude
A = 55 cm überschreitet, wenn dl und d2 in Zentimeter in die Amplitudenformel
eingesetzt werden. Der, kleinstmögliche Wert für A läßt sich durch einen Einsatz
der Grenzwerte des zur Verfügung stehenden Drallängenbereiches für ein Kabel mit
n Vierern aus der Gleichung
bestimmen. Dabei sind alle Werte von dmax, dman und D in Zentimeter einzusetzen.
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Entsprechend dem Hyperbelcharakter der Funktion
ist diese Aufteilung optimal, so daß, wenn beispielsweise als kürzeste Drallänge
des Kabels dl gewählt ist, alle folgenden Drallängen festgelegt sind. Denn aus der
für d2 explizit umgeformten Gleichung
läßt sich die benachbarte Drallänge d2 berechnen; weiterhin folgt die d2 benachbarte
Drallänge d3 aus
usw. Es gilt folglich die allgemeine Formel:
für die Berechnung der einzelnen Drallängen. Wie sich überprüfen läßt, kommen dann
keine Drallängenkombinationen vor, die eine größere Kopplungsamplitude als A besitzen.
Es ist mit wirtschaftlich vertretbaren Mitteln nicht möglich, eine solche Aufteilung
des Drallängenbereiches ohne Anwendung der genannten Formel zu erreichen.