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Anordnung zur Pegelsteuerung ferngespeister Leitungsverstärker in
Trägerfrequenzsystemen nach der Kabeltemperatur Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur Pegelsteuerung ferngespeister Leitungsverstärker in Trägerfrequenzsystemen nach
der Kabeltemperatur, bei der viele Leitungsverstärker über die Innenleiter von Koaxialkabeln
von einer Speisestelle aus mit Gleichstrom ferngespeist werden und bei der die durch
Temperaturänderungen verursachten Kabeldämpfungsänderungen dadurch ausgeglichen
werden, daß die Innenleiter der Kabel selbst als Temperaturfühler benutzt und die
bei konstanter Speisespannung entstehenden Speisestromänderungen über eine Kaskadenschaltung
indirekt geheizter Heißleiter zur Verstärkungssteuerung der Leitungsverstärker ausgenutzt
werden.
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Es ist eine ähnliche Anordnung bekannt (deutsche Patentschrift 1168
546), die eine Kaskadenschaltung zweier Heißleiter vorsieht, bei der dem eigentlichen
Stellheißleiter ein Hilfsheißleiter so vorgeschaltet ist, daß der Heizer des Stellheißleiters
und der Pillenwiderstand des Hilfsheißleiters parallel geschaltet und von einem
eingeprägten, konstanten Hilfsstrom durchflossen sind, während durch den Heizer
des Hilfsheißleiters ein als Stellstrom wirkender Teil des Fernspeisestromes fließt.
Dabei wird der Hilfsstrom der Kaskadenschaltung durch eine für jeden Leitungsverstärker
zur Stabilisierung seiner Speisespannung vorgesehene Zehnerdiode mitstabilisiert.
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Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß sie einen relativ großen
Fernspeisestrom benötigt. Und zwar muß der gesamte Fernspeisestrom um den Hilfsstrom
gegenüber der Anordnung ohne Kaskadenschaltung vergrößert werden. Das kann bis zu
25 % des gesamten Fernspeisestromes ausmachen.
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Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß der Hilfsstromkreis
der Kaskadenschaltung parallel zum Heizer des Hilfsheißleiters geschaltet und ein
Teil des Fernspeisestromes direkt als Hilfsstrom verwendet wird.
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Der Fernspeisestrom wird also in drei Teile aufgeteilt, von denen
ein Teil als Stehstrom und der zweite Teil als Hilfsstrom für die Kaskadenschaltung
dient. Der überschüssige Teil des Fernspeisestromes wird über einen parallelgeschalteten
Widerstand geleitet.
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Die Erfindung wird an Hand der Figur erläutert, in der eine Anordnung
mit Reihen-Parallel-Fernspeisung der Leitungsverstärker zugrunde gelegt ist. Bei
einer solchen Anordnung werden die Verstärker beider übertragungsrichtungen des
Trägerfrequenzsystems in jeder ferngespeisten Verstärkerstelle gleichstrommäßig
parallel geschaltet und alle Verstärkerstellen einer Fernspeiseschleife in Reihe
geschaltet. Für die zwei Verstärker der beiden Übertragungsrichtungen wird je eine
Kaskade benötigt. Die eine Kaskade enthält den HilfsheißleiterHl1 und den Stellheißleiter
H12, während die zweite Kaskade den HilfsheißleiterH21 und den Stellheißleiter H22
enthält. Zum Heißleiter H11 gehört der Heizer Rh 11 und der Pillenwiderstand R 11.
Zum Heißleiter H12 gehört der Heizer Rh12 und der Pillenwiderstand R 12. Zum Heißleiter
H21 gehört der Heizer Rh 21 und der Pillenwiderstand R21. Zum Heißleiter
H22 gehört der Heizer Rh22 und der Pillenwiderstand R 22. Die Heizer Rh 1r
und Rh 21 der zwei Kaskadenschaltungen und die Hilfsstromkreise, bestehend aus einem
Begrenzungswiderstand Rgl in Reihe zur Parallelschaltung des Pillenwiderstandes
R 11 und des Heizers Rh 12 bzw. einem Begrenzungswiderstand Rg2 in Reihe zur Parallelschaltung
des Pillenwiderstandes R 21 und des Heizers Rh 22, werden parallel geschaltet.
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Über den Hilfsstromkreis der einen Kaskadenschaltung fließt der Hilfsstrom
11z1. über den Hilfsstromkreis der zweiten Kaskadenschaltung fließt der Hilfsstrom
1h2. über den Heizer Rhll fließt der Stellstrom 1s1. über den Heizer Rh 21
fließt der Stellstrom 1s 2.
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Der überschüssige Teil des Fernspeisestromes 1g wird über einen Parallelwiderstand
Rp vorbeigeführt. Man kann auch im Falle der Reihen-Parallel-Fernspeisung die Hilfsstromkreise
beider Kaskaden in Reihe schalten und diese Reihenschaltung den Heizern der Hilfsheißleiter
parallel schalten, wenn es zweckmäßig sein sollte.
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Die Begrenzungswiderstände Rg1 und Rg2 haben den Zweck, die Hilfsströme
auf den gewünschten Wert zu begrenzen. Die Parallelschaltung des Heizers
des
Stellheißleiters und der Pille des Hilfsheißleiters hat einen negativen Temperaturkoeffizienten.
Ist der Begrenzungswiderstand Rg ein konstanter ohmscher Widerstand, dann hat der
ganze Hilfsstromkreis ebenfalls einen negativen Temperaturkoeffizienten. Die dadurch
verursachte Rückwirkung auf den gesamten Fernspeisestrom Ig ist aber im allgemeinen
sehr gering, denn die absolute Änderung des Kabelwiderstandes pro Grad ist viel
größer als die absolute Änderung des durch den Fernspeisestrom durchflossenen Widerstandes
der gesamten Kaskadenschaltung pro Grad.
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Beispielsweise bei einem System V300 (Vierdrahtsystem mit 300 Fernsprechkanälen)
auf Kleinkoaxialkabel mit 8 km Verstärkerabstand, 100 mA Gesamtfernspeisestrom und
Reihen-Fernspeisung ist pro Verstärkerfeld der Gesamtwiderstand des Innenleiters
240 62 und die Änderung dieses Widerstandes 0,96 Q/ Grad, während die Rückwirkung
der Kaskadenschaltung -0,059/Grad beträgt.
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Andererseits bewirkt der negative Temperaturkoeffizient des Hilfsstromkreises
eine Verteilung der Ausgangskennlinie der Kaskadenschaltung. Denn der Stellwiderstand
der Kaskadenschaltung wird sowohl von der Änderung des Fernspeisestromes als auch
von der Änderung der örtlichen Umgebungstemperatur beeinflußt. Für das obige Beispiel
V300 bewirkt diese Schaltung eine Versteilerung von etwa 501/o, d. h. zwei Drittel
der Gesamtänderung des Stellwiderstandes wird durch den Fernspeisestrom und ein
Drittel durch die Umgebungstemperatur verursacht. Diese Versteilerung ist von Vorteil
bei großen Verstärkerfeldlängen, wenn relativ große Dämpfungsänderungen auszugleichen
sind.
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Will man auf die Versteilerung der Kaskadenkennlinie verzichten und
gleichzeitig die Rückwirkung auf den Fernspeisestrom vermeiden, so kann man als
Begrenzungswiderstand einen Widerstand mit passendem positivem Temperaturkoeffizienten
verwenden.
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Will man eine noch größere Versteilerung erzielen, so kann man als
Begrenzungswiderstand einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten verwenden.
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Sowohl im Falle eines konstanten als auch eines temperaturabhängigen
Begrenzungswiderstandes ändert sich der Hilfsstrom der Kaskadenschaltung mit der
Temperatur nur wenig, und es läßt sich zeigen, daß dadurch ein merklicher Einfluß
auf die Kennlinie der Kaskadenschaltung nicht ausgeübt wird.
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Natürlich kann auch der Parallelwiderstand Rp zum Abführen des überschüssigen
Teils des Fernspeisestromes temperaturabhängig gemacht werden.
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Aus verschiedenen Gründen können die Verstärkerfelder zwischen zwei
benachbarten Leitungsverstärkern nicht immer gleichgemacht werden. Daher muß die
mittlere Verstärkung der Leitungsverstärker der jeweiligen Feldlänge angepaßt werden.
Es ist erwünscht, diese Anpassung ebenfalls mit Hilfe der Kaskadenschaltungen zu
bewerkstelligen. Der Pillenwiderstand des Stellheißleiters erfüllt also nicht nur
die Funktion eines Stellgliedes zur Pegelsteuerung nach der Temperatur, sondern
auch die Funktion eines Stehwiderstandes zum Einstellen der Feldlänge. Diese Feldlängeneinstellung
kann durch die Einstellung des mittleren Stellstromes und damit der mittleren Verstärkung
geschehen. Hierzu werden in Reihe zu den Heizern Rh 11 bzw. Rh 12 der Hilfsheißleiter
nicht dargestellte Abgleichwiderstände vorgesehen, mit deren Hilfe der mittlere
Stellstrom eingestellt werden kann.
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Eine Pegelsteuerung erfordert wohl einen kleinen Aufwand, sie kann
aber nicht alle Dämpfungsänderungen erfassen, so daß relativ große Restfehler auflaufen
können. Die Pegelsteuerung arbeitet nämlich nur so lange zufriedenstellend, wie
die Temperaturänderungen im Kabel und in den Verstärkern gleich sind. Ist das nicht
der Fall, dann entstehen Pegelfehler, die die Differenz der im Kabel und im Verstärker
auftretenden Temperaturänderungen proportional sind. Der weitaus größte Teil dieser
Fehler ist systematisch und von der Umgebungstemperatur und damit von der Jahreszeit
abhängig, d. h., diese Fehler treten überwiegend und zugleich im ganzen System oder
in größeren Abschnitten des Systems in derselben Richtung auf. Ein solcher, insbesondere
also in langen Streckenabschnitten zwischen aufeinanderfolgenden Speiseämtern möglicher
größerer Gesamtfehler kann die Geräuschverhältnisse des Systems verschlechtern und
gegebenenfalls eine unerwünschte, größere Aussteuerungsgrenze der Leitungsverstärker
erforderlich machen.
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Es sind deshalb in größeren Abständen Pegelregler erforderlich, die
durch eine Pilotspannung gesteuert werden und die Restfehler durch Veränderung der
Verstärkung eines Leitungsverstärkers ausgleichen. Pilotregler werden vorzugsweise
in den mit Fernspeisegeräten ausgerüsteten Speiseämtern angeordnet. Die in den Speiseämtern
vorhandenen Leitungsregler regeln zwar automatisch die in den Ämtern jeweils festgestellten
Gesamtfehler der Pegelsteuerung an Ort und Stelle aus, ohne daß dabei aber die in
den einzelnen ferngespeisten Leitungsverstärkern vorhandenen Restfehler im Sinne
einer Verbesserung der Geräuschverhältnisse irgendwie beeinflußt werden.
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Die Restfehler können auch im Sinne einer Verbesserung der Geräuschverhältnisse
dadurch stark reduziert werden, daß die Pilotempfänger in den Speiseämtern sowohl
die Verstärkung der dazugehörigen Leitungsverstärker als auch den Fernspeisestrom
und damit die Verstärkung der ferngespeisten Verstärker verändern.
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Es sind drei verschiedene Korrekturanordnungen durch Beeinflussung
des Fernspeisestromes möglich, die im folgenden beschrieben werden: a) Man kann
die Fehlerkorrektur nur in bestimmten Speiseämtern, die nicht Fernspeiseschleifen
des gleichen Streckenabschnitts speisen, vorzugsweise in jedem zweiten Amt, durch
den Pilotregler vornehmen und die Speiseströme der der jeweils ankommenden Übertragungsrichtung
der geregelten Verstärker zugekehrten Fernspeiseschleifen beeinflussen, so daß die
ferngespeisten Zwischenverstärker dieser Fernspeiseschleifen rückwärts mitgeregelt
werden, wobei diese Korrektur der Fernspeiseströme vorzugsweise abwechselnd von
Pilotreglern entgegengesetzter Übertragungsrichtung vorgenommen wird.
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Dabei wird also in jedem Streckenabschnitt zwischen zwei benachbarten
Speiseämtern nur eine der beiden Fernspeiseschleifen korrigiert, damit keine Verkopplung
der Wirkungen zweier pilotgesteuerter Pegelregler entgegengesetzter Übertragungsrichtung,
die zur Instabilität führen kann, auftritt. Wenn die Korrektur abwechselnd von Pilotreglern
entgegengesetzter Übertragungsrichtung vorgenommen wird, werden die Fehler beider
Übertragungsrichtungen gleichmäßig korrigiert.
Wenn der Abschnitt
zwischen zwei benachbarten Speiseämtern nur kurz ist und nur eine Fernspeiseschleife
besitzt, kann selbstverständlich auch im benachbarten Speiseamt eine Korrektur der
Restfehler der zum nächsten Streckenabschnitt gehörigen Fernspeiseschleife vorgenommen
werden.
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b) Man kann die Fehlerkorrektur in allen Speiseämtern und allen Fernspeiseschleifen
vornehmen und die Speiseströme der der jeweils ankommenden Übertragungsrichtung
der geregelten Verstärker zugekehrten Fernspeiseschleifen beeinflussen, so daß alle
ferngespeisten Zwischenverstärker rückwärts mitgeregelt werden, wobei ein ausgewerteter
Pegelfehler eines Abschnittes, vorzugsweise etwa zur Hälfte oder zu einem größeren
Teil, vom Verstärker im Speiseamt und zum restlichen Teil von allen gesteuerten
Verstärkern der dazugehörigen Fernspeiseschleife gemeinsam ausgeglichen wird. Durch
die Aufteilung der Stellwirkung auf den geregelten und die mitgesteuerten ferngespeisten
Leitungsverstärker wird eine kritische Verkopplung der Wirkungen zweier Pegelregler
entgegengesetzter übertragungsrichtung, die zur Instabilität führen kann, vermieden.
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Wenn der Abschnitt zwischen zwei benachbarten Speiseämtern nur kurz
ist und nur eine Fernspeiseschleife besitzt, kann selbstverständlich die Stellwirkung
der ferngespeisten Verstärker beliebig groß gewählt werden, ohne daß eine kritische
Verkopplung auftritt.
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c) Man kann die Fehlerkorrektur in allen Speiseämtern und allen Fernspeiseschleifen
vornehmen, so daß vom Pilotregler einer festgelegten übertragungsrichtung sowohl
der Leitungsverstärker dieser übertragungsrichtung im Speiseamt als auch die Speiseströme
beider benachbarten Fernspeiseschleifen in der Weise korrigierend beeinflußt werden,
daß in einem Abschnitt zwischen zwei benachbarten Speiseämtern die eine Fernspeiseschleife
rückwärts geregelt und die andere Fernspeiseschleife vorwärts gesteuert wird.
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In der anderen Übertragungsrichtung des Systems sind in jedem Speiseamt
Pilotregler vorgesehen, die nur den zugehörigen Leitungsverstärker allein regeln.
Dadurch gibt es keine Verkopplung der Wirkungen zweier Pilotregler entgegengesetzter
übertragungsrichtung.
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Wenn der Abschnitt zwischen zwei. benachbarten Speiseämtern nur kurz
ist und nur eine Fernspeiseschleife besitzt, kann selbstverständlich von da ab die
Korrektur von den Pilotreglern der anderen übertragungsrichtung vorgenommen werden.
Dadurch wird die Korrektur in beiden Übertragungsrichtungen gleichmäßiger.
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Das temperaturabhängige Stellglied das geregelten Verstärkers im Speiseamt
muß eine Kompensation des Einflusses seiner Umgebungstemperatur haben, damit Temperaturänderungen
im Amt nicht als Fehler in die Fernspeiseschleife hineingebracht werden.