DE1148289B - Verfahren zum Ausgleich des systematischen Tauscheffektes bei Traegerfrequenzleitungen, insbesondere auf der Kabelstrecke - Google Patents

Description

• Verfahren zum Ausgleich des systematischen Tauscheffektes bei Trägerfrequenzleitungen, insbesondere auf der Kabelstrecke Bei den als Trägerfrequenzleitungen verwendeten symmetrischen Sternviererleitungen entsteht bekanntlich eine indirekte Kopplung zwischen den beiden Stämmen dadurch, daß sowohl die verdrahte störende Leitung als auch die durch die räumliche Anordnung der Stämme im Vierer gegen sie um 90° versetzte gestörte Leitung mit einer dritten Leitung gekoppelt ist, wobei der Kopplungsbelag periodisch schwankt. Diese indirekte Kopplung bewirkt einen reellen Kopplungswiderstand, der proportional mit dem Quadrat der Frequenz wächst. In Fig. 1 ist zur Erläuterung des Sachverhalts die bekannte Ortskurve für diesen unerwünschten Kopplungswiderstand mit der Frequenz als Parameter dargestellt, und zwar bedeutet der mit KI,II bezeichnete Vektor den Kopplungswiderstand für die Kopplung vom Stamm I auf Stamm 1I und der Vektor KIII den Kopplungswiderstand in umgekehrter Richtung.
• Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, können die Kopplungswiderstände in beiden Richtungen unterschiedlich groß sein. Diese gesamte Erscheinung bezeichnet man als systematischen Tauscheffekt im Vierer. Er wird hervorgerufen durch das Einwirken eines verdrahten Erdkreises als dritter Kreis.
• Zur Beseitigung des systematischen Tauscheffektes sind Verfahren bekanntgeworden, die auf die in der Kabeltechnik an sich bekannten Maßnahmen der Änderung der Drallrichtung oder der räumlichen Kreuzung eines Sternviererpaares zurückgreifen.
• Zum Ausgleich des systematischen Tauscheffektes ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem konzentrierte Ausgleichselemente zwischen die sich beeinflussenden Leitungen an difinierten Stellen eingebaut werden. Dieses Verfahren läßt sich zum Ausgleichen des Tauscheffektes bei bereits verlegten Kabeln deswegen praktisch nicht anwenden, weil die Ausgleichselemente an ganz bestimmten Stellen angeordnet werden müssen.
• Zum Ausgleich des allgemeinen Tauscheffektes ist ferner vorgeschlagen worden, Ort und Größe von zwischen die Stämme und eine Hilfsleitung geschalteten konzentrierten Ausgleichselementen so zu bestimmen, daß der aus den störenden Kopplungen und den Ausgleichskopplungen resultierende Kopplungswiderstand hinsichtlich des indirekten Fernnebensprechens in beiden Richtungen möglichst klein wird. Dieses bekannte Verfahren, das konzentrierte Ausgleichselemente verwendet, hat ebenfalls den Nachteil, daß die Ausgleichselemente an ganz bestimmten Stellen des Kabels eingebaut werden müssen. Dies verursacht insbesondere dann Schwierigkeiten, wenn der Ausgleich auf der Kabelstrecke vorgenommen werden soll. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleich des systematischen Tauscheffektes beim Fernnebensprechen im Vierer, vorzugsweise im Sternvierer, von symmetrischen Trägerfrequenzleitungen, unter Verwendung von zwischen den in gleicher Richtung betriebenen Trägerfrequenzleitungen und einer Hilfsleitung liegenden konzentrierten Ausgleichselementen. Dieses Verfahren wurde unter dem Gesichtspunkt entwickelt, daß es einen Ausgleich des systematischen Tauscheffektes insbesondere auf der Kabelstrecke gestatten soll, d. h., daß die Einbauorte der konzentrierten Ausgleichselemente in einem möglichst großen Bereich beliebig wählbar sein müssen. Diese Bedingung ist bei dem neuen Verfahren dadurch erfüllt, daß erfindungsgemäß durch diese Ausgleichselemente unter Berücksichtigung ihrer Anordnung im Leitungszug zwei einander entgegengerichtete reelle Kopplungswiderstände zwischen den Trägerfrequenzleitungen geschaffen werden, deren Dimensionierung so erfolgt, daß der eine Kopplungswiderstand entgegengesetzt gleich dem kleineren, der andere Kopplungswiderstand entgegengesetzt gleich der Differenz der beiden am Tauscheffekt beteiligten Kopplungswiderstände gewählt wird.
• Im allgemeinen tritt bei einer solchen Trägerfrequenzleitung nicht nur eine indirekte Kopplung, sondern auch eine direkte Kopplung auf, die einen imaginären, linear mit der Frequenz ansteigenden Kopplungswiderstand besitzt. Demgemäß befolgen in diesem Falle die Kopplungswiderstände zwischen den Leitungen die in Fig.1 mit KI", und Kin bebezeichneten Ortskurven, die zusammen etwa V -Form haben, wobei vorwiegend durch die direkte Kopplung der Imaginärteil der Kopplungswiderstände verursacht wird. Bei einer solchen allgemeinen Kopplung ist es zweckmäßig, zunächst den Imaginärteil der Kopplungswiderstände in an sich bekannter Weise, z. B. durch Kreuzen oder durch einen Einfachkondensator, zu beseitigen, so daß die Kopplungswiderstände in der in Fig. 1 angegebenen Pfeilrichtung auf die den Tauscheffekt bewirkenden Realteile KIIII bzw. KüIi reduziert werden. Im Anschluß an diesen Normalausgleich zum Entfernen der direkten Kopplung wird dann die indirekte Kopplung durch das neue Verfahren beseitigt. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, zuerst den systematischen Tauscheffekt zu beseitigen und dann die direkte Kopplung auszugleichen.
• Im folgenden wird an Hand der Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Ausführung des neuen Verfahrens beschrieben. In der Figur ist mit 1 die störende und mit II die gestörte Leitung mit den Adern a und b bzw. c und d bezeichnet; beide Leitungen sind mit ihrem Wellenwiderstand Z abgeschlossen. Auch die Hilfsleitung HI sei zunächst mit ihrem Wellenwiderstand Zk abgeschlossen. Als Ausgleichsabschnitt möge das Verstärkerfeld dienen. An einer beliebigen Stelle O des Verstärkerfeldes, die aber von den Verstärkerfeldenden so weit entfernt ist, daß kein zusätzliches störendes Nebensprechen entsteht, wird zwischen der störenden Leitung I und der Hilfsleitung III sowie zwischen der gestörten Leitung iI und der Hilfsleitung In je ein konzentriertes Ausgleichselement vorgesehen, wofür vorzugsweise Kondensatoren c2, 0 und c3, 0 verwendet werden. An einer ebenfalls beliebigen, von den Verstärkerfeldern verschiedenen zweiten Stelle S, die von der ersten Stelle O um eine Strecke s entfernt sein soll, wird ein weiteres konzentiertes Ausgleichselement zwischen der störenden Leitung I und der Hilfsleitung In vorgesehen, das ebenfalls vorzugsweise als Kondensator c2, S ausgeführt ist. Es ist einzusehen, daß statt jeweils eines Ausgleichselementes zwicken je zwei Leitungen auch mehrere Ausgleichselemente an derselben Stelle oder an nur so weit voneinander entfernten Stellen, daß keine störenden Phasendifferenzen auftreten, angeordnet sein können. Dabei können auch Mehrfach-, z. B. Doppelkondensatoren Verwendung finden.
• Die Ausgleichselemente an den beiden Orten müssen nun unter Berücksichtigung ihrer Anordnung im Leitungszug zwei Kopplungswiderstände zwischen störender und gestörter Leitung bilden, wobei der eine entgegengesetzt gleich dem kleineren und der andere Kopplungswiderstand entgegengesetzt gleich der Differenz der beiden am Tauscheffekt beteiligten Kopplungswiderstände gewählt werden muß. Die beiden konzentrierten Ausgleichselemente am Ort O werden so bemessen, daß durch sie zusammen der Kopplungswiderstand gebildet wird, der entgegengesetzt gleich dem kleineren der beiden am Tauscheffekt beteiligten Kopplungswiderstände ist, und durch das konzentrierte Ausgleichselement zwischen der gestörten Leitung 1I und der Hilfsleitung III an der Stelle O wird zusammen mit dem konzentrierten Ausgleichselement zwischen störender Leitung I und Hilfsleitung In am Ort S der Kopplungswiderstand gebildet, der entgegengesetzt gleich der Differenz der beiden am Tauscheffekt beteiligten Kopplungswiderstände ist. Dann ergibt sich der in Fig. 2 eingetragene Verlauf der Kopplungsströme. Die Dimensionierung der als Ausgleichselemente verwendeten Kondensatoren erfolgt unter Verwendung folgender Größen:

  Ko = Kopplungswiderstand, hervorgerufen durch

  das Zusammenwirken der beiden Ausgleichs-

  kondensatoren c2, 0 und c3, 0 an der Stelle O,

  K, = Kopplungswiderstand, hervorgerufen durch

  das Zusammenwirken des Ausgleichskon-

  densators c2, S an der Stelle S und des Aus-

  gleichskondensators c3, 0 zur gestörten Lei-

  tung II an der Stelle O,

  ( og = höchste Übertragungskreisfrequenz,

  u) = Kreisfrequenz,

  Z = Wellenwiderstand der sich beeinflussenden

  Leitungen,

  Z" = Wellenwiderstand der Hilfsleitung,

  d I -'J = Differenz der Kehrwerte der Phasengeschwin-

  '' digkeiten der sich beeinflussenden Leitungen

  und der Hilfsleitung,

  s = Entfernung zwischen den Einbaustellen O

  und S,

  d a = Differenz der Dämpfungen der sich beein-

  flussenden Leitungen und der Hilfsleitung je

  Längeneinheit.

  Bei der folgenden Rechnung wird von der bei einem Vierer im allgemeinen erfüllten Voraussetzung ausgegangen, daß die Stämme I und 1I zumindest annähernd gleiche Fortpflanzungskonstanten und gleiche Wellenwiderstände haben.
• Da der Tauscheffekt infolge der Proportionalität mit dem Quadrat der Frequenz stark frequenzabhängig ist, wird für die Dimensionierung der Ausgleichskondensatoren die höchste zu übertragende Frequenz co, zugrunde gelegt. Dann ergibt sich für den durch die Kondensatoren c2, 0 und c3, 0 gebildeten Kopplungswiderstand Ko die Größe Da dieser Kopplungswiderstand K, bei der Frequenz cog gleich dem kleineren auszugleichenden Kopplungswiderstand KII,I bei derselben Frequenz sein soll, wobei also auch jetzt als kleinerer Kopplungswiderstand der für die Kopplung von Leitung 1I auf Leitung I angenommen wird, erhält man für den Kondensator c2, 0 aus Gleichung (1) die Beziehung Den Ausgleichskondensator c3, 0 wählt man zweckmäßig etwa doppelt so groß wie c2, 0, so daß sich aus Gleichung (1) auch die Beziehung ergibt. Dadurch wird ein großer Ausgleichskondensator c2, S vermieden, der erfahrungsgemäß zu störenden Kopplungen zwischen den Leitungen I und 1I über die Hilfsleitung III infolge bereits vorhandener Kopplungen zwischen der Leitung 1I und der Hilfsleitung 111 Anlaß geben kann. Damit sind die Ausgleichskondensatoren c2, o zwischen störender Leitung I und Hilfsleitung III und c3, o zwischen gestörter Leitung II und Hilfsleitung III an den Stelle O dimensioniert.
• Für die Bemessung des Kondensators c", zwischen störender Leitung I und Hilfsleitung III an der Stelle S muß die Differenz der Dämpfungen der sich beeinflussenden Leitungen und der Hilfsleitung berücksichtigt werden. Diese hat, wenn mit ,Ja der Dämpfungsunterschied je Längeneinheit bezeichnet wird, bei einem Abstand s zwischen den Stellen O und S den Wert Ja-s. Aus diesem Grunde ergibt sich für den durch die Kondensatoren c2, s und c.,0 hervorgerufenen zweiten Kopplungswiderstand bei der Frequenz cog der Wert Diese Gleichung gilt für den Fall, daß lediglich ein Unterschied der Dämpfungsmaße auftritt, jedoch keine durch unterschiedliche Phasenmaße hervorgerufene Phasendrehung dieses Kopplungswiderstandes gegenüber der erwünschten Größe, die gegen den zu kompensierenden Kopplungswiderstand um 180° phasenverschoben sein muß.
• Der Kopplungswiderstand K, muß bei dem neuen Verfahren die Größe der Differenz zwischen den beiden am Tauscheffekt beteiligten Kopplungswiderständen, der Umpoldifferenz KI,II- KIIII, erhalten, damit die beiden unerwünschten Kopplungswiderstände ausgeglichen sind. Mit dieser Bedingung liefert die Gleichung (4) eine Beziehung zur Ermittlung des letzten noch unbekannten Ausgleichskondensators c2. s: Die Verwendung von rein imaginären Ausgleichselementen führt jedoch nur dann zum Ausgleich des systematischen Tauscheffektes, wenn keine Phasendrehungen zwischen den Trägerfrequenzleitungen und der Hilfsleitung andererseits infolge unterschiedlicher Phasenmaße dieser Leitungen auftreten. Ist dies der Fall, so müssen die konzentrierten Ausgleichselemente alle oder teilweise durch einen oder mehrere Widerstände ergänzt werden. In den Fig. 3 a und 3 b sind Schaltungen für die Ausgleichselemente und diese Ergänzungswiderstände RS an der Stelle S dargestellt für den Fall, daß z. B. als Hilfsleitung der eigene Phantomkreis desjenigen Vierers, in dem der systematische Tauscheffekt gemessen wird, Verwendung findet. Dabei gilt die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 a für den Fall, daß die Hilfsleitung das kleinere Phasenmaß besitzt, und die Fig. 3 b für den entgegengesetzten Fall, daß die Hilfsleitung das größere Phasenmaß aufweist. Im Falle einer negativen Phasendrehung wird, wie aus Fig. 3 a ersichtlich, der Ergänzungswiderstand RS am Ort S zwischen die Ader a der störenden Leitung des Vierers und zwei die Adern c und d der gestörten Leitung des Vierers verbindende Ausgleichskondensatoren k", geschaltet, wobei jeder der Ausgleichskondensatoren den doppelten Wert des Kondensators c2, s gemäß Gleichung (5) besitzt. Der Ergänzungswiderstand RS wird im wesentlichen bestimmt durch die Differenz der Kehrwerte der Phasengeschwindigkeiten der an dem Tauscheffekt beteiligten Leitungen und die Entfernung s zwischen den Einbaustellen O und S: In Fig. 3 b, die sich auf den Fall einer positiven Phasendrehung bezieht, liegt der Ergänzungswiderstand RS am Ort S zwischen der einen Ader b der störenden Leitung des Vierers und zwei die Adern c und d der gestörten Leitung des Vierers verbindenden Ausgleichskondensatoren k2". Auch in diesem Fall hat jeder der Ausgleichskondensatoren k2, s den doppelten Wert des Kondensators c.", gemäß Gleichung (5). Für die Größe des Ergänzungswiderstandes RS gilt wieder die unter (6) angeführte Beziehung. Bei der Schaltung nach Fig. 3 b ist auch die Ader a über Kondensatoren k., s mit den Adern c und d des Vierers verbunden, wobei jeder dieser Ausgleichskondensatoren doppelt so groß wie die Ausgleichskondensatoren k", zu bemessen ist.
• Bei dem neuen Verfahren sind die Einbaustellen O und S für die konzentrierten Ausgleichselemente weitgehend frei wählbar. Es empfiehlt sich jedoch, den Abstand s zwischen den Einbauorten O und S so groß zu wählen, daß der Ausgleich des kleineren unerwünschten Kopplungswiderstandes durch das konzentrierte Ausgleichselement an der Stelle S nicht beeinflußt wird. Dies ist dann der Fall, wenn das an der Stelle S eingebaute Ausgleichselement lediglich doppeltes Fernnebensprechen verursacht. Die Einbauorte O und S sind vertauschbar, wenn beide in genügendem Abstand von den Verstärkerfeldenden liegen. Andernfalls ist eine Vertauschung nicht möglich, da mindestens die Einbaustelle O von den Verstärkerfeldenden so weit entfernt sein muß, daß Reflexionen infolge von Fehlabschlüssen der Hilfsleitung kein zusätzliches Nebensprechen hervorrufen können.
• Weiterhin ist es, falls die Hilfsleitung nicht mit ihrem Wellenwiderstand Zk abgeschlossen ist, erforderlich, daß die beiden Einbaustellen O und S mindestens 4 km von den Verstärkerfeldenden entfernt gewählt werden.
• Abgesehen von diesen beiden Erfordernissen ist jedoch die Wahl der Einbaustellen völlig beliebig, so daß man die für den Ausgleich des systematischen Tauscheffektes erforderlichen Ausgleichselemente auch in die Muffen einsetzen kann, welche die Elemente für den Ausgleich der direkten Kopplungen enthalten.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Ausgleich des systematischen Tauscheffektes beim Femnebensprechen im Vierer, vorzugsweise im Sternvierer, von symmetrischen Trägerfrequenzleitungen, insbesondere auf der Kabelstrecke, unter Verwendung von zwischen den in gleicher Richtung betriebenen Trägerfrequenzleitungen und einer Hilfsleitung liegenden konzentrierten Ausgleichselementen, dadurch gekennzeichnet, daß durch diese Ausgleichselemente unter Berücksichtigung ihrer Anordnung im Leitungszug zwei einander entgegengerichtete reelle Kopplungswiderstände zwischen den Trägerfrequenzleitungen geschaffen werden, deren Dimensionierung so erfolgt, daß der eine Kopplungswiderstand entgegengesetzt gleich dem kleineren, der andere Kopplungswiderstand entgegengesetzt gleich der Differenz der beiden am Tauscheffekt beteiligten Kopplungswiderstände gewählt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ausgleich des systematischen Tauscheffektes in bekannter Weise der Normalausgleich zum Entfernen etwa vorhandener direkter Kopplungen vorgenommen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einer beliebigen ersten Stelle O des Verstärkerfeldes, die aber von den Verstärkerfeldenden so weit entfernt ist, daß kein zusätzliches störendes Nebensprechen entsteht, mindestens je ein konzentriertes Ausgleichselement zwischen die Trägerfrequenzleitungen I, 1I mit den Adern. a und b bzw. c und d und die Hilfsleitung III geschaltet wird und daß an einer ebensolchen, jedoch von der ersten um die Strecke s entfernten zweiten Stelle S mindestens ein konzentriertes Ausgleichselement zwischen die störende Trägerfrequenzleitung I und die Hilfsleitung III geschaltet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die konzentrierten Ausgleichselemente an der Stelle O zusammen der Kopplungswiderstand gebildet wird, der gleich dem kleineren der beiden am Tauscheffekt beteiligten Kopplungswiderstände ist, und daß durch das konzentrierte Ausgleichselement zwischen gestörter Trägerfrequenzleitung II und Hilfsleitung III an der Stelle O zusammen mit dem konzentrierten Ausgleichselement zwischen störender Trägerfrequenzleitung I und Hilfsleitung III an der Stelle S der Kopplungswiderstand gebildet wird, der gleich der Differenz der beiden am Tauscheffekt beteiligten Kopplungswiderstände ist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als konzentrierte Ausgleichselemente Kondensatoren oder Mehrfach-, z. B. Doppelkondensatoren C2,0, c3,0 und cs verwendet werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskondensatoren an der Stelle O die Größe und der Ausgleichskondensator an der Stelle S die Größe haben; hierin bedeutet Kzin = unerwünschterKopplungswiderstandvon Stamm I auf Stamm II, KIIII = unerwünschterKopplungswiderstandvon Stamm II auf Stamm I, (»g = höchste übertragungskreisfrequenz, Z = Wellenwiderstand der sich beeinflussen- den Leitungen, Zk = Wellenwiderstand der Hilfsleitung, s = Entfernung zwischen den Einbaustellen O und S, d a = Differenz der Dämpfungen der sich be- einflussenden Leitungen und der Hilfs- leitung je Längeneinheit. 7. Verfahren nach Anspruch 3 oder einem der folgenden für den Fall des Auftretens von Phasendrehungen zwischen den Trägerfrequenzleitungen einerseits und der Hilfsleitung andererseits infolge unterschiedlicher Phasenmaße, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrierten Ausgleichselemente alle oder teilweise durch einen oder mehrere Widerstände RS ergänzt werden. B. Verfahren nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsleitung der Phantomkreis oder der Vierererdkreis ist. 9. Verfahren nach Anspruch 5, 7 und 8 für den Fall, daß die Hilfsleitung das kleinere Phasenmaß besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ergänzungswiderstand RS an der Stelle S zwischen die eine Ader a der störenden Leitung des Vierers und zwei die Adern c und d der gestörten Leitung des Vierers verbindende Ausgleichskondensatoren k2, s geschaltet wird, die jeder die doppelte der in Anspruch 6 für c2, s angegebenen Größe besitzt, und daß der Ergänzungswiderstand die Größe hat, worin d v die Differenz der Kehrwerte der Phasengeschwindigkeiten der sich beeinflussenden Leitungen I, 1I und der Hilfsleitung III bedeutet. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 5, 7 und 8 für den Fall, daß der Hilfskreis das größere Phasenmaß besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ergänzungswiderstand RS an der Stelle S zwischen die eine Ader b der störenden Leitung des Vierers und zwei die Adern c und d der gestörten Leitung des Vierers verbindende Ausgleichskondensatoren k", geschaltet wird, wobei jeder Ausgleichskondensator k2, s die doppelte der in Anspruch 6 für c"., angegebenen Größe und der Ergänzungswiderstand Rs die in Anspruch 9 angegebene Größe hat, und daß die Adern c und d mit der Ader a durch je einen Ausgleichskondensator k2,, verbunden werden, der doppelt so groß ist wie die Ausgleichskondensatoren k2, s- 11. Verfahren nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stellen O und S um eine solche Strecke s voneinander entfernt gewählt werden, daß der Ausgleich des kleineren Kopplungswiderstandes durch das konzentrierte Ausgleichselement am Ort S nicht gestört wird. 12. Verfahren nach Anspruch 3 oder einem der folgenden für den Fall, daß die Hilfsleitung nicht mit ihrem Wellenwiderstand Zk abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stellen O und S mindestens 4 km von den Verstärkerfeldenden entfernt gewählt werden. 13. Verfahren nach Ansprach 3 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichselemente in die Muffen eingebaut werden, die auch die Elemente für den Ausgleich der direkten Kopplungen enthalten. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung J 3987, 21 a (bekanntgemacht am 11. 6. 1952); deutsche Patentschrift Nr. 815 979; »Die Theorie des Nebensprechens« von Dr. W. Klein, 1955, Springer-Verlag; Zeitschrift »Technische Mitteilungen PTT«, Nr.10, 1955, S. 411/412.