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Verfahren zum Ausgleich von reellen Kopplungswiderständen zwischen
symmetrischen Leitungen eines Fernmeldekabels Bei den beispielsweise als Trägerfrequenzleitungen
in Fernmeldekabeln verwendeten symmetrischen Sternviererleitungen treten indirekte
Kopplungen auf, deren Wirkung als systematischer Tauscheffekt im Vierer bekannt
ist. Er wird durch das Einwirken eines verdrallten Erdkreises als dritter Kreis
hervorgerufen. Andere indirekte Kopplungen, die einen nichtsystematischen Tauscheffekt
im Vierer zur Folge haben, können auch durch beliebige andere dritte Kreise hervorgerufen
werden, und zwar nicht nur als Kopplungen zwischen den Stämmen des gleichen Sternvierers,
sondern auch zwischen denen verschiedener Sternvierer. Auch sind indirekte Kopplungen
zwischen beliebigen, z. B. paarverseilten Leitungen möglich. Unabhängig von der
Art der dritten Leitungen ist allen diesen indirekten Kopplungen ein Kopplungswiderstand
gemeinsam, dessen Vektor in Abhängigkeit von der Frequenz einer reellen Ortskurve
folgt und dessen Größe mit dem Quadrat der Übertragungsfrequenz ansteigt.
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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. Ferner ist zum
Ausgleich des systematischen Tauscheffektes ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem
konzentrierte Ausgleichselemente zwischen die sich beeinflussenden Leitungen an
definierten Stellen eingebaut werden. Dieses Verfahren läßt sich zum Ausgleich des
Tauscheffektes bei bereits verlegten Kabeln deswegen praktisch nicht anwenden, weil
die Ausgleichselemente an verschiedenen, genau bestimmten Stellen angeordnet werden
müssen.
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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 verschiedenen genau bestimmten Stellen
des Kabels eingebaut werden müssen. Dies verursacht insbesondere dann Schwierigkeiten,
wenn der Ausgleich auf der Kabelstrecke vorgenommen werden soll.
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Allen genannten bekannten Verfahren ist der Nachteil gemeinsam, daß
der Ausgleich der indirekten Kopplungen von der einen störenden Leitung I auf die
andere Leitung II den Ausgleich der indirekten Kopplungen in entgegengesetzterRichtung
beeinflußt..
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Zum Ausgleich des indirekten Fernnebensprechens zwischen zwei Trägerfrequenzleitungen
ist es bekannt, ein konzentriertes Ausgleichselement zwischen die eine Leitung und
eine Hilfsleitung sowie weitere konzentrierte Ausgleichselemente zwischen die zweite
Leitung und die Hilfsleitung einzuschalten, deren Größe und Abstand vom Kompensationsnullpunkt
entsprechend einem optimalen Ausgleich berechnet werden und die vorzugsweise kapazitiv,
gegebenenfalls aber auch komplex ausgebildet werden. Nachteilig sind bei diesem
Verfahren zusätzliche Maßnahmen zum Ausgleich des doppelten Fernnebensprechens,
durch die der bereits erreichte Ausgleich mitunter wieder verschlechtert wird.
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Weiterhin ist ein Verfahren zur Verminderung des zwischen Fernmeldeleitungen
gleicher Übertragungsrichtung über dritte Leitungskreise entstehenden doppelten
Fernnebensprechens bekannt, wobei die Leitungen- und die dritten Leitungskreise
das gleiche bzw. annähernd gleiche Phasenmaß aufweisen. Zur Durchführung dieses
Verfahrens wird an nur wenigen Punkten, vorzugsweise an nur einem einzigen Punkt
des Verstärkerfeldes die Unsymmetrie jeder Leitung gegen den dritten Leitungskreis
durch getrennte, zwischen den beiden Leitungen und dem dritten Leitungskreis wirksame
Ausgleichselemente ausgeglichen.
Es ist ferner ein Verfahren zum
Ausgleich des Fernnebensprechens bekannt, bei welchem die Kopplungen in unterschiedlicher
Größe auftreten, je nachdem, ob man die Kopplung von der einen Leitung zur anderen
oder von der anderen zur einen Leitung betrachtet. Sind die beiden so gekoppelten
Leitungen elektrisch nicht gleich, dann können nach diesem bekannten Verfahren an
dem Sendeende eines Verstärkerabschnittes Kompensationselemente angeordnet werden,
welche die beiden Kopplungen des betrachteten Verstärkerabschnittes untereinander
gleichmachen. Hierauf kompensiert man diesen Wert durch ein Kopplungselement, welches
am Empfangsende des betrachteten Verstärkerabschnittes angeordnet ist. Dieses Verfahren
ist nicht mehr anwendbar, wenn es sich um Übertragungsleitungen handelt, welche
die gleichen Übertragungseigenschaften aufweisen. In diesem Fall kann nach einem
bekannten Verfahren ein dritter Leitungskreis dazu herangezogen werden, um die richtungsabhängigen,
das Fernnebensprechen bewirkenden Kopplungen in ihrer Größe gleich zu machen. Nach
diesem bekannten Verfahren soll in einem Punkt A zwischen der einen Leitung und
dem dritten Leitungskreis und dann in einem anderen Punkt B zwischen dem dritten
Leitungskreis und der anderen Leitung ein Kopplungselement eingebaut werden. Auf
diese Weise erzeugt man zwischen den beiden gekoppelten Leitungen ein direktes Übersprechen,
welches unterschiedlich ist von dem Übersprechen in entgegengesetzter Richtung.
Man kann also dieses direkte Fernnebensprechen zur Kompensation der richtungsabhängigen
Übersprechströme, die in der Leitungsanlage zwischen den beiden betrachteten Kreisen
vorhanden sind, benutzen.
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Die Erfindung befaßt sich demgegenüber mit dem Ausgleich von reellen
Kopplungswiderständen zwischen symmetrischen Leitungen eines Fernmeldekabels unter
Verwendung von konzentrierten Ausgleichselementen, die zwischen die auszugleichenden
Leitungen I und 1I und eine Hilfsleitung III eingeschaltet werden. Für diesen Ausgleich
ist bereits ein Verfahren beschrieben worden, das die Nachteile der bekannten Verfahren
vermeidet. Das vorgeschlagene Verfahren verwendet kombinierte Ausgleichselemente,
die jeweils aus der an sich bekannten Kombination einer kapazitiven Kopplung k und
einer magnetischen Kopplung m bestehen, die unter Berücksichtigung der Wellenwiderstände
Z1 und Z$ der auszugleichenden Leitungen I und II und des Wellenwiderstandes Z3
einer Hilfsleitung III gemäß der Beziehung
jede für sich gleiches Nebensprechen hervorrufen, während sie durch ihr Zusammenwirken
in der Kombination entweder nur Nahnebensprechen oder nur Fernnebensprechen zur
Folge haben. Diese an sich bekannten kombinierten Ausgleichselemente werden gemäß
dem vorgeschlagenen Verfahren zwischen die symmetrischen Leitungen I bzw. II einerseits
und einer Hilfsleitung III andererseits eingeschaltet. Dieses vorgeschlagene Verfahren
ist unabhängig davon anwendbar, ob die symmetrischen Leitungen im gleichen Vierer
liegen oder ob sie nur zu Paaren verseilt sind. Das Verfahren erlaubt unabhängig
von den vorliegenden speziellen physikalischen Kopplungsursachen einen Ausgleich,
so daß durch seine Anwendung neben dem systematischen Tauscheffekt im Vierer auch
der Tauscheffekt infolge von Phasenmaßdifferenzen (Laufzeitdifferenz) zwischen störender
und gestörter Leitung sowie die Wirkung beliebiger indirekter Kopplungen über beliebige
dritte Kreise kompensiert werden kann.
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Die Erfindung betrifft eine Abwandlung des vorgeschlagenen Verfahrens
zum Ausgleich von reellen Kopplungswiderständen zwischen symmetrischen Leitungen
eines Fernmeldekabels unter Verwendung von zwischen die symmetrischen Leitungen
I und II une eine Hilfsleitung III geschalteten konzentrierten Ausgleichselementen.
Erfindungsgemäß werden zwischen die Leitung I oder die Leitung II einerseits und
die Hilfsleitung 111 andererseits rein kapazitive oder rein induktive Ausgleichselemente
geschaltet, während zwischen die jeweils andere Leitung einerseits und die Hilfsleitung
III andererseits. ungefähr in der Verstärkerfeldmitte ein kombiniertes Ausgleichselement
geschaltet wird, das aus der an sich bekannten Kombination einer kapazitiven Kopplung
k und einer magnetischen Kopplung m besteht, die unter Berücksichtigung der Wellenwiderstände
Z1, Z2 und Z3 der Leitungen I und II und der Hilfsleitung III gemäß der Beziehung
jede für sich gleiches Nebensprechen hervorrufen, während sie durch ihr Zusammenwirken
in der Kombination entweder nur Nahnebensprechen oder nur Fernnebensprechen zur
Folge haben.
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Von dem vorgeschlagenen Verfahren zum Ausgleich von reellen Kopplungswiderständen
unterscheidet sich das Verfahren nach der Erfindung vor allem dadurch, daß nur eines
der Ausgleichselemente als kombiniertes Ausgleichselement ausgeführt zu sein braucht,
das dann ungefähr in der Verstärkerfeldmitte angeordnet werden muß. Darüber hinaus
bietet das Verfahren gemäß der Erfindung die gleichen Vorteile gegenüber den bekannten
Ausgleichsverfahren, wie sie auch das bereits vorgeschlagene Verfahren hat, nämlich
einen allgemeinen Anwendungsbereich und keine scharfen Bedingungen für den Einbauort
der Ausgleichselemente, wenn man davon absieht, daß lediglich das kombinierte Ausgleichselement
ungefähr in der Verstärkerfeldmitte angeordnet wird. Außerdem ist durch das Verfahren
gemäß der Erfindung ein unabhängiger Ausgleich der störenden Kopplungswiderstände
in beiden Richtungen möglich. Daher kann mit diesem Verfahren der Ausgleich auch
bei erheblicher Verschiedenheit der Kopplungswiderstände in den beiden Richtungen
oder auch bei verschwindenden Kopplungswiderständen in einer Richtung ohne Schwierigkeiten
durchgeführt werden.
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Für den allgemeinen Fall, daß außer indirekten Kopplungen auch direkte
Kopplungen auftreten, deren Kopplungswiderstand bekanntlich imaginär ist und proportional
mit der Frequenz steigt, ist es zweckmäßig, vor dem Ausgleich der reellen Kopplungen
nach dem neuen Verfahren zuerst einen Ausgleich der direkten Kopplungen durch einen
allgemeinen Nebensprech- oder Kopplungsausgleich vorzunehmen. Dieser Ausgleich kann
in bekannter Weise, z. B. durch Kreuzen oder Zusatzelemente, erfolgen.
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In der Zeichnung ist ein Beispiel für die Anwendung des Verfahrens
nach der Erfindung zur Beseitigung des symmetrischen Tauscheffektes im Vierer dargestellt.
Die beiden Stämme des Sternvierers sind mit I und 11 bezeichnet. Die Hilfsleitung
trägt die Bezeichnung
III. In dem dargestellten Anwendungsbeispiel
findet ein kombiniertes Ausgleichselement -1-K23 n zwischen dem Stamm II und der
Hilfsleitung III Verwendung, das Nahnebensprechen zwischen dem Stamm II und der
Hilfsleitung III erzeugt. Zwischen dem anderen der beiden Stämme, in diesem Beispiel
dem Stamm I, und der Hilfsleitung III werden beispielsweise rein kapazitive Ausgleichselemente
+C13 und -C13 angeordnet. Diese kapazitiven Ausgleichselemente befinden sich unmittelbar
neben der Stelle 0 des Verstärkerfeldes, die den Einbauort des kombinierten Ausgleichselementes
+K2". darstellt und zwecks Vermeidung störenden Nahnebensprechens zumindest ungefähr
mit der Verstärkerfeldmitte zusammenfällt.
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Das kombinierte Ausgleichselement +K23 n ist aus der magnetischen
Kopplung m23 und der kapazitiven Kopplung k23 unter Erfüllung der Bedingung
zusammengesetzt. Das heißt, daß durch den magnetischen Anteil m23 und den kapazitiven
Anteil k23 gleiche Nebensprechwerte hervorgerufen werden.
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In die Zeichnung sind auch die durch das neue Verfahren hervorgerufenen
Kopplungsströme eingetragen, und zwar für die indirekte Kopplung von Stamm I auf
Stamm II ausgezogen und von Stamm II auf Stamm I gestrichelt. Man erkennt, daß durch
den Einbau der zur Durchführung des neuen Verfahrens erforderlichen Ausgleichselemente
Nahnebensprechen hervorgerufen wird, das dadurch unwirksam gemacht wird, daß zumindest
das kombinierte Ausgleichselement +K23 n etwa in der Verstärkerfeldmitte angeordnet
wird. Dann ist der Einfluß des Nahnebensprechens vernachlässigbar klein.
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Man erkennt ferner, daß in den beiden möglichen Kopplungsrichtungen
I/II und II/I Kopplungswiderstände mit entgegengesetzten Vorzeichen erzeugt werden,
da diese Kopplungswiderstände proportional dem Produkt der durch die beteiligten
Kopplungen bedingten Kopplungswiderstände sind. Damit ist auch die Proportionalität
des resultierenden Kopplungswiderstandes zum Quadrat der Frequenz gegeben. Zum Ausgleich
vorhandener reeller Kopplungswiderstände Rxiiir und RKIIII ist daher nur die Bedingung
zu erfüllen, daß
wird. Hierin bedeutet Z = Z1 = Z2 den Wellenwiderstand der Stämme I und II und Z3
die Abschlußwiderstände oder den Wellenwiderstand der Hilfsleitung III. Aus den
obigen Gleichungen geht hervor, daß man durch unterschiedliche Bemessung der links
und rechts des Punktes 0 liegenden Ausgleichselemente C13 die ausgleichenden Kopplungswiderstände
in den Richtungen I/II und II/I verschieden groß machen und sie damit den in der
Praxis vorkommenden Fällen anpassen kann.
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Im vorstehenden wurde die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung
für den Ausgleich des systematischen Tauscheffektes im Vierer geschildert. Das Verfahren
kann in der gleichen Weise zum Ausgleich der entgegengesetzten Realteile der Kopplungswiderstände
benutzt werden, die bei Leitungen auftreten, die z. B. auf Grund verschiedener Verseilschlaglängen
verschiedene Phasenmaße bzw. Laufzeitdifferenzen aufweisen, bei denen also nicht
dritte Kreise die Ursache für die Realteile der Kopplungswiderstände sind. Die Phasenmaßdifferenzen
werden im Ausgleichsabschnitt, also z. B. im Verstärkerfeld, bei der höchsten Übertragungsfrequenz
durch Maßnahmen bei der Fertigung der Kabel unter etwa 30° gehalten. Nur dann und
bei guten Fernnebensprecheigenschaften der Einzellängen ist bei den bisher bekannten
Ausgleichsverfahren gewährleistet, daß nach dem aus montagetechnischen Gründen erwünschten
sogenannten »Einpunktausgleich« in der Verstärkerfeldmitte, bei dem nur der Imaginärteil
des Kopplungswiderstandes ausgeglichen wird, die verbleibenden nicht ausgleichbaren
Realteile genügend klein sind. Hier bietet das neue Ausgleichsverfahren wesentliche
Vorteile. Da der Realteil des Kopplungswiderstandes eines Ausgleichsabschnittes,
dessen Größe sowohl von dem Kopplungsniveau der Fabrikationslängen als auch von
den Phasenmaßdifferenzen im Ausgleichsabschnitt abhängt, nach dem neuen Verfahren
ausgeglichen werden kann, brauchen sowohl an das Fernnebensprechniveau der Einzellängen
als auch an die Phasenmaßdifferenzen zwischen den einzelnen Kreisen nur verminderte
Anforderungen gestellt werden, was im allgemeinen eine Erleichterung der Maßnahmen
bei der Fertigung, d. h. eine wirtschaftlichere Fertigung, bedeutet.
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Bei Phasenmaßdifferenzen Ab und einer magnetischen Kopplung
m befolgt der Kopplungswiderstand RK das Gesetz RK = co m (j cos
Ab + sin Ab).
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Der reelle Anteil c) m sin 4 b folgt, da d b proportional
c) ist, in dem Bereich, in dem sin 4 b .e. d b gesetzt werden kann, dem Gesetz
der quadratischen Frequenzabhängigkeit und kann daher mit dem Ausgleichsverfahren
nach der Erfindung ausgeglichen werden, wobei der exakte Ausgleich für die höchste
Übertragungsfrequenz vorgenommen wird. Der Imaginärteil wird in bekannter Weise
durch Ausgleichsmittel direkt zwischen den sich störenden Leitungen vorgenommen.
Beide Ausgleiche erfolgen in der Feldmitte. Die oft beobachtete Ungleichheit der
Realteile des Kopplungswiderstandes läßt sich durch verschiedene Bemessung der kapazitiven
oder induktiven Ausgleichselemente berücksichtigen.
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Im allgemeinen Fall des Einwirkens dritter Kreise auf das Fernnebensprechen
kann es vorkommen, daß Kopplungsvektoren auch mit imaginären Komponenten entstehen.
Hier bietet das Verfahren die Möglichkeit, den imaginären Komponenten durch Anordnung
der kapazitiven oder induktiven Ausgleichselemente nicht unmittelbar neben dem Punkt
0 sondern in einer gewissen Entfernung davon Rechnung, zu tragen, wodurch zusätzliche,
durch Rechnung ermittelbare nacheilende Phasendrehungen erzeugt werden können. In
der Anordnung nach der Zeichnung bedeutet dies, daß die Ausgleichselemente -1-C13
und -C13 an von der Stelle 0 verschiedenen Stellen eingebaut werden.
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An Stelle eines einzigen Ausgleichselementes C13 können auch auf einer
Seite oder auf beiden Seiten der Stelle 0 mehrere nach Größe und Entfernung von
der Stelle 0 verschiedene kapazitive bzw. induktive
Ausgleichselemente
angeordnet werden, deren Größen und deren Abstände von der Stelle 0 in bekannter
Weise so berechnet werden können, daß sie für den Ausgleich optimal bemessen sind.
Dann sind die in ebenfalls bekannter Weise berechenbaren, dem Ausgleich dienenden
Kopplungswiderstände zumindest annähernd entgegengesetzt gleich den beiden störenden
Kopplungswiderständen. Auch hier ist die Wirkung der rechts und links der Stelle
0 liegenden Elemente unabhängig voneinander.
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Zur Durchführung des neuen Verfahrens zum Ausgleich reeller Anteile
des Kopplungswiderstandes verwendet man mit Vorteil ein kombiniertes Ausgleichselement,
wie es aus der deutschen Patentschrift 556 466 bekannt ist.
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Es ist einzusehen, daß durch Variation der Ausgleichselemente oder
durch eine Änderung des Abschlußwiderstandes der Hilfsleitung III oder aber durch
eine Kombination dieser beiden Maßnahmen beliebige reelle Kopplungswiderstände erzeugt
werden können. So ist es möglich, durch unterschiedliche Bemessung der kapazitiven
oder induktiven Ausgleichselemente verschieden große Kopplungswiderstände in beiden
Richtungen oder durch Entfernen eines Teiles der Ausgleichselemente Kopplungswiderstände
nur in einer Richtung zu erzeugen.
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Zur Anpassung an den jeweils vorliegenden Fall kann es vorteilhaft
sein, in Reihe mit oder parallel zu allen oder einem Teil der Ausgleichselemente
Widerstände vorzusehen.
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Als Hilfsleitung III kann, sofern man nicht z. B. den Phantomkreis
oder einen beispielsweise aus zwei weitgehend beliebigen anderen Paaren zusammengefaßten
Kreis verwendet, ein kurzes Leitungspaar Verwendung finden, das beidseitig mit reellen
oder annähernd reellen Widerständen abgeschlossen ist. Diese Hilfsleitung kann mit
den Ausgleichselementen zu einer Ausgleichseinheit vereinigt werden, wodurch ein
montagetechnisch sehr einfaches Element entsteht. Die Abschlußwiderstände werden
im Hinblick auf eine günstige Dimensionierung der Ausgleichselemente gewählt.
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Für den Aufbau des kombinierten Ausgleichselementes gibt es zwei grundsätzliche
Möglichkeiten, von denen die eine in der Zusammensetzung des Ausgleichselementes
aus einer rein magnetischen und einer rein kapazitiven Kopplung, die andere in der
gleichzeitigen Erzeugung größen- und vorzeichenrichtiger magnetischer und kapazitiver
Kopplungen in einem einzigen Bauteil besteht. Bei der ersten Art werden reine Kondensatoren
und reine Gegeninduktivitäten nach der Art kapazitiv geschirmter Übertrager verwendet.
Zu der zweiten Art gehörenGegeninduktivitäten in Form von Übertragern, bei denen
durch die Art der Anordnung der Wicklungen neben magnetischen Kopplungen gleichzeitig
kapazitive Kopplungen zwischen Primär- und Sekundärkreis entstehen. Ferner gehören
dazu vieradrige Leiteranordnungen nach Art von Sternvierern, wobei jedoch im Gegensatz
zum Sternvierer nicht je zwei gegenüberliegende, sondern je zwei benachbarte Adern
zu zwei Kreisen zusammengefaßt sind, die gleichzeitig kapazitiv und magnetisch gekoppelt
sind.