DE1295662B

DE1295662B - Electrical branch circuit in high frequency cable networks

Info

Publication number: DE1295662B
Application number: DE1966E0032488
Authority: DE
Inventors: Becker; Dipl-Ing Dr Winfried
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1966-09-12
Filing date: 1966-09-12
Publication date: 1969-05-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Verzweigungsschaltung in maschenfreien Hochfrequenz-Kabelnetzen, in denen alle Kabel zweipolig und mit gleicher Impedanz Z ausgeführt sind.The invention relates to an electrical branch circuit in mesh-free high-frequency cable networks in which all cables are bipolar and with the same impedance Z are executed.

Zur gegenseitigen Verbindung mehrerer Teilnehmer eines drahtgebundenenDatenübertragungssystems benutzt man normalerweise eine Vermittlungszentrale, der ein Teilnehmer die gewünschte Zieladresse mitteilt, worauf elektromechanische oder elektronische Schalter die entsprechenden Leitungen miteinander verbinden.For the mutual connection of several participants in a wired data transmission system one normally uses a switching center to which a subscriber desires Target address informs what electromechanical or electronic switches the Connect the corresponding lines with each other.

Aus Gründen der Kabeleinsparung und der Flexibilität kann es aber insbesondere bei der Übertragung von Meßdaten in räumlich ausgedehnten Großforschungszentren günstiger sein, ein einziges zentrales zweipoliges Kabel an Stelle der Vermittlungszentrale vorzusehen (Bericht CERN 64-2l), an das alle Teilnehmer dauernd angeschlossen sind. Die allen gemeinsame Leitung ist nach Bedarf beliebig verzweigt, um alle Teilnehmer auf dem günstigsten Wege erreichen zu können, wobei im Prinzip nicht zwsichen Haupt- und Nebenleitungen unterschieden wird.For reasons of cable savings and flexibility, however, it can especially for the transmission of measurement data in spatially extended large research centers be cheaper, a single central two-pole cable instead of the switching center to be provided (report CERN 64-2l), to which all participants are permanently connected. The common line is branched as required to all subscribers to be able to reach in the cheapest way, whereby in principle not between the main and secondary lines are distinguished.

Will ein Teilnehmer irgendeinem anderen etwas mitteilen, dann sendet er die Nachricht in das Kabel und fügt gleichzeitig eine Zieladresse bei. Jeder Teilnehmer des Systems empfängt die Zieladresse und prüft, ob er damit gemeint ist. Nur im positiven Fall läßt das Teilnehmergerät die Nachricht seinem eigenen Registrierorgan zugehen.If a participant wants to communicate something to someone else, then send he puts the message on the cable and at the same time adds a destination address. Everyone Participant in the system receives the destination address and checks whether it is meant by it. Only in the positive case does the subscriber device leave the message to its own registration organ approach.

Ist die Teilnehmerzahl des Systems gering und der Nachrichtenfrequenzbereich schmal, dann genügt ein Zweidraht-Niederfrequenzkabel mit angelöteten Verzweigungen. Bei wachsender Grenzfrequenz und dem Übergang z. B. auf Koaxialkabel stellt sich die Aufgabe der reflexionsfreien Verzweigung, damit nicht unkontrollierte Reflexionsimpulse im System umherirren und die Nachrichten verfälschen. Ein Einbau von Kabelverstärkern verbietet sich, da Nachrichten in allen möglichen Richtungen gesendet werden sollen. So bleibt nach dem bekannten Stand der Technik nur der Einbau von Serienwiderständen in jeden Kabelinnenleiter und an jedem Verzweigungspunkt, wobei der Widerstandswert vom Wellenwiderstand der Kabel und der Anzahl der in den Verzweigungspunkt mündenden Kabel bestimmt wird. Dadurch werden die an sich schon wegen der vielen Verzweigungen hohen Energieverluste zwischen zwei Teilnehmern noch vergrößert und beschränken wiederum wesentlich die maximal zulässige Teilnehmerzahl.Is the number of participants in the system low and the message frequency range narrow, then a two-wire low-frequency cable with soldered branches is sufficient. With increasing cutoff frequency and the transition z. B. on coaxial cable arises the task of reflection-free branching, so that there are no uncontrolled reflection pulses wandering around the system and falsifying the messages. An installation of cable amplifiers Prohibited because messages should be sent in all possible directions. According to the known state of the art, only the installation of series resistors remains in each inner cable conductor and at each branch point, with the resistance value on the characteristic impedance of the cables and the number of cables opening into the branching point Cable is determined. This is because of the many branches high energy losses between two participants are increased and limited again, essentially the maximum number of participants.

Es ist weiter bekannt, die Energieverluste des Verzweigungspunkts durch aktive Vierpole auszugleichen, die zwischen den Verzweigungspunkt und jedes der anzuschließenden Kabel einzufügen sind. Diese Vierpole bestehen im allgemeinen aus je einem T-Glied mit drei negativen Widerständen, von denen günstigstenfalls einer mit dem Anpassungswiderstand des Verzweigungspunktes zu einem echten Widerstand zusammengefaßt werden kann. Wenn man berücksichtigt, daß jeder negative Widerstand als eine sehr empfindliche, insbesondere schwingungsempfindliche, elektronische Schaltung mit z. B. Transistoren realisiert werden muß, dann scheidet diese Lösung für umfangreiche Netzwerke mit großer Anzahl von Anschlüssen an den einzelnen Verzweigungspunkten aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und insbesondere der Betriebssicherheit aus.It is also known the energy losses of the branch point compensate by active quadrupole that between the junction point and each of the cables to be connected are to be inserted. These quadrupoles generally exist from a T-link each with three negative resistances, of which at best one with the matching resistance of the branch point to a real resistance can be summarized. Taking into account that everyone has negative resistance as a very sensitive, especially vibration-sensitive, electronic one Circuit with z. B. transistors must be implemented, then this solution separates for extensive networks with a large number of connections at the individual branch points for reasons of economy and in particular operational safety.

Der Erfmdung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile und Beschränkungen der bekannten Netzwerke zu vermeiden.The invention is based on these disadvantages and limitations of known networks.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß an den Verzweigungsstellen je ein negativer ohmscher Widerstand zwischen den Knotenpunkten der beiden Pole eingefügt ist, dessen absolute Größe R nach der Formel gewählt ist, wobei n die Anzahl der in den betrachteten Verzweigungspunkt mündenden Kabel und RS den Wert eines in jedes der Kabel in Serie eingeschalteten Widerstands bedeutet (Rs > 0).To achieve the object, it is proposed according to the invention that a negative ohmic resistance is inserted between the nodes of the two poles at the branch points, the absolute value of which R according to the formula is selected, where n is the number of cables opening into the branch point under consideration and RS is the value of a resistor connected in series in each of the cables (Rs> 0).

Der Grundgedanke der Erfindung liegt also darin, die Energieverluste in den Verzweigungspunkten durch einen geeigneten negativen Widerstand zu verringern oder gar zu kompensieren, der wegen seiner Anordnung zwischen den Verbindungpunkten der Innen- und Außenleiter (im speziellen Fall des Koaxialkabels) in allen Richtungen und für alle Kabelanschlüsse gleichartig wirkt. Bei geeigneter Wahl der Größe dieses Widerstandes läßt sich die Anpassungsbedingung sogar ganz ohne Serienwiderstände in den auf einen Verbindungspunkt zulaufenden Innenleitern erfüllen.The basic idea of the invention is therefore the energy losses at the branch points by using a suitable negative resistance or even to compensate, because of its arrangement between the connection points the inner and outer conductors (in the special case of the coaxial cable) in all directions and acts in the same way for all cable connections. With a suitable choice of size this Resistance, the matching condition can even be entirely without series resistances in the inner conductors tapering towards a connection point.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von vier Figuren näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 das Schema eines Nachrichtenübertragungsnetzes, in dem die Erfindung anwendbar ist, F i g. 2 das Blockschaltbild eines Verzweigungspunktes mit Koaxialkabeln, F i g. 3 und 4 je eine Detailschaltung eines negativen Widerstands, wie er erfindungsgemäß in einem Verzweigungspunkt gemäß F i g. 2 Verwendung findet.The invention is explained in more detail below with reference to four figures. It shows F i g. 1 shows the scheme of a communications network in which the invention is applicable, F i g. 2 the block diagram of a branch point with coaxial cables, F i g. 3 and 4 each show a detailed circuit of a negative resistor, as it is according to the invention in a branch point according to FIG. 2 is used.

Das in F i g. 1 schematisch dargestellte Nachrichtenübertragungsnetz verbindet eine Vielzahl von verstreut angeordneten Teilnehmerendstellen 1 über ein einziges Hauptkabel 2 und mehrere von diesem abzweigende Stichkabel 3 miteinander. Ein einzelner Verzweigungspunkt 4 besitzt im Prinzip mindestens drei von ihm ausgehende Kabelenden.The in Fig. 1 communications network shown schematically connects a plurality of scattered subscriber terminals 1 via a single main cable 2 and several branch cables 3 branching off from this with one another. A single branch point 4 has in principle at least three starting from it Cable ends.

Aufgabe der Erfindung ist eine dämpfungsarme oder dämpfungsfreie Verzweigungsschaltung, die gewährleistet, daß keine Stoßstellen und damit Reflexionen entstehen.The object of the invention is a low-attenuation or attenuation-free branch circuit, which ensures that no joints and thus reflections arise.

In F i g. 2 ist das Blockschaltbild eines solchen Verzweigungspunkts unter Verwendung von Koaxialkabeln für die Nachrichtenübertragung dargestellt, jedoch ist die Erfindung auch bei symmetrisch zweipoligen Kabeln oder bei Koaxialkabeln ohne Erdung des Mantels anwendbar. Das Hauptkabel und die Stichkabel haben elektrisch gleiche Eigenschaften, so daß eine Unterscheidung in diesem Sinne in F i g. 2 nicht nötig ist.In Fig. 2 is the block diagram of such a branch point shown using coaxial cables for communication, however the invention also applies to symmetrical two-pole cables or to coaxial cables Can be used without earthing the jacket. The main cable and the branch cables have electrical same properties, so that a distinction in this sense in FIG. 2 not is necessary.

Der Innenleiter jedes Kabelendes 5 ist über einen Serienwiderstand RS mit den anderen Kabelenden zu einem zentralen Verbindungspunkt 6 verbunden. Dieser Serienwiderstand kann beispielsweise zum Ausgleich der Kabeleigenschaften dienen, soll aber möglichst klein gehalten werden wegen der damit verbundenen Energieverluste. Vorzugsweise entfällt dieser Widerstand völlig.The inner conductor of each cable end 5 is through a series resistor RS connected to the other cable ends to a central connection point 6. This Series resistance can be used, for example, to balance the cable properties, but should be kept as small as possible because of the associated energy losses. This resistance is preferably completely eliminated.

Denkt man sich jedes Kabel mit dem Leitungswiderstand Z des Kabels abgeschlossen und berechnet den Gesamtwiderstand des Netzes aus dem Blickpunkt eines Kabelendes 5, dann ergibt sich, daß ein negativer Widerstand zwischen dem zentralen Verbindungspunkt 6 und Erde angeordnet sein muß, dessen Absolutgröße R nach der folgenden Vorschrift dimensioniert werden muß: wobei n die Anzahl der in einen Verzweigungspunkt mündenden Kabelenden angibt. Im Beispiel der F i g. 2 wäre demnach n = 4.If one imagines each cable terminated with the line resistance Z of the cable and calculates the total resistance of the network from the point of view of a cable end 5, then it follows that a negative resistance must be arranged between the central connection point 6 and earth, the absolute value of which R is according to the following Regulation must be dimensioned: where n is the number of cable ends opening into a branch point. In the example of FIG. 2 would therefore be n = 4.

Das Verhältnis der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung von einem Kabelende zu irgendeinem beliebigen anderen ergibt sich aus der folgenden Beziehung: d. h., es hängt nur von der Größe des Serienwiderstands RS ab, wenn der negative Widerstand entsprechend den Anpassungsbedingungen gewählt ist. Ist der Serienwiderstand RS nicht vorhanden, dann verschwindet die Dämpfung am Verzweigungspunkt.The ratio of the output voltage to the input voltage from one end of the cable to any other is given by the following relationship: that is, it only depends on the size of the series resistance RS if the negative resistance is chosen according to the matching conditions. If the series resistance RS is not present, the attenuation at the branch point disappears.

Zur praktischen Realisierung des negativen Widerstands R seien abschließend noch zwei Vorschläge an Hand von F i g. 3 und 4 erläutert. F i g. 3 zeigt einen Gleichstromoperationsverstärker 7 hohen Verstärkungsgrads, wie er beispielsweise in Analogrechenanlagen verwendet wird. Der Ausgang 8 dieses Verstärkers ist über einen einstellbaren Widerstand 9 auf einen Eingang rückgekoppelt, an den über einen Serienwiderstand 10 auch die mit dem zentralen Verbindungspunkt 6 (F i g. 2) zu verbindende Klemme 11 führt. Die zweite Klemme 12 dieser Schaltung ist vereinbarungsgemäß mit Erdpotential verbunden, das auch an allen Kabelhüllen herrscht. Zur Stabilisierung des Verstärkungsgrads ist eine weitere Rückkoppelungsschleife, die einen Widerstand 13 enthält und auf einen zweiten Eingang des Verstärkers führt, vorgesehen. Zu dieser Schleife gehört auch ein Parallelwiderstand 14 nach Erde. Schließlich ist noch ein kapazitiver Rückkopplungszweig mit einem Kondensator 15 vorhanden und einem Parallelwiderstand 16 zur eventuell nötigen Kompensation des nichtlinearen Frequenzgangs des Verstärkers.For the practical implementation of the negative resistance R, two suggestions are finally made with reference to FIG. 3 and 4 explained. F i g. 3 shows a direct current operational amplifier 7 with a high gain, such as is used, for example, in analog computing systems. The output 8 of this amplifier is fed back via an adjustable resistor 9 to an input to which the terminal 11 to be connected to the central connection point 6 (FIG. 2) also leads via a series resistor 10. As agreed, the second terminal 12 of this circuit is connected to earth potential, which is also present on all cable sheaths. To stabilize the gain, a further feedback loop, which contains a resistor 13 and leads to a second input of the amplifier, is provided. A parallel resistor 14 to earth also belongs to this loop. Finally, there is also a capacitive feedback branch with a capacitor 15 and a parallel resistor 16 for any necessary compensation of the non-linear frequency response of the amplifier.

Mit dieser Schaltung läßt sich zwischen den Klemmen 11 und 12 ein negativer Widerstand von etwa 50 Ohm erzeugen, wie er für eine Verzweigung mit insgesamt drei Kabeln (n = 3) von Z = 50 Ohm benötigt wird. Die Schaltung ist z. B. mit einem handelsüblichen Operationsverstärker in integrierter Schaltkreistechnik von Gleichstrom bis zu 10 MHz funktionsfähig. Bedingt durch die kleine Verstärkerlaufzeit kann schon 10 nsec nach der Anstiegsflanke eines eintreffenden Impulses die volle Funktionsfähigkeit erreicht werden.This circuit allows a connection between terminals 11 and 12 create negative resistance of about 50 ohms, as would be the case for a junction with a total of three cables (n = 3) of Z = 50 Ohm are required. The circuit is z. B. with a commercial operational amplifier in integrated circuit technology of direct current functional up to 10 MHz. Due to the short amplifier run time, it can Full functionality 10 nsec after the rising edge of an incoming pulse can be achieved.

Die abschließend an Hand von F i g. 4 zu erläuternde Schaltung zum Erzeugen eines negativen Widerstands zwischen Klemmen 11 und 12 ist in Halbleitertechnik ausgeführt und besitzt einen Transistor 17, in dessen Emitterkreis eine Tunneldiode 18 liegt. Der Arbeitspunkt des Transistors wird mit Hilfe einer Batterie 19 und zweier Widerstände 20 und 21 im Basiskreis eingestellt und auf die Kennlinie der Tunneldiode abgestimmt. Sinn dieser Anordnung ist es, den an sich schon mit einer Tunneldiode allein innerhalb eines kleinen Spannungsbereichs darstellbaren negativen Widerstand mittels des Transistors auch für größere Signalspannungen wirksam bleiben zu lassen.The finally with reference to FIG. 4 to be explained circuit for generating a negative resistance between terminals 11 and 12 is implemented in semiconductor technology and has a transistor 17, in the emitter circuit of which a tunnel diode 18 is located. The operating point of the transistor is set with the aid of a battery 19 and two resistors 20 and 21 in the base circuit and matched to the characteristic curve of the tunnel diode. The purpose of this arrangement is to allow the negative resistance, which can already be represented with a tunnel diode alone within a small voltage range, to remain effective by means of the transistor even for larger signal voltages.

Die Erfindung gewährleistet also völlig gleichmäßige Verhältnisse für alle übertragungsrichtungen, da der erfindungsgemäße negative Widerstand symmetrisch zu allen Kabeln angeordnet ist. Der negative Widerstand kann im Rahmen der Erfindung beliebig ausgeführt sein und beispielsweise auch mit einer Elektronenröhre als aktivem Element arbeiten. Der Serienwiderstand kann auch aufgeteilt in beiden Sternpunktzuleitungen zugleich angeordnet sein. Dabei muß die Summe der beiden Widerstandswerte stets Rs ergeben.The invention thus ensures completely uniform conditions for all directions of transmission, since the negative resistance according to the invention is symmetrical is arranged to all cables. The negative resistance can within the scope of the invention be designed in any way and, for example, with an electron tube as the active one Work item. The series resistance can also be divided into both star point leads be arranged at the same time. The sum of the two resistance values must always be Rs result.

Unter »Kabel« wird vorstehend stets eine zweipolige Leiteranordnung verstanden, von denen eventuell ein Pol geerdet ist. Selbstverständlich kann dieses »Kabel« mit weiteren Leitungen, die anderen Zwecken dienen, konstruktiv zusammengefaßt sein. Beispielsweise kann die Energieversorgung der Endstellen über getrennte Leitungen geführt werden, wenngleich auch das »Kabel« für die Gleichstromübertragung geeignet ist.“Cable” always refers to a two-pole conductor arrangement above understood, of which one pole may be grounded. Of course this can "Cables" are structurally combined with other lines that serve other purposes be. For example, the power supply to the terminals can be via separate lines even though the »cable« is also suitable for direct current transmission is.

Schließlich ist es durch analoge Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auch möglich, komplexe Kabelwiderstände zu kompensieren. Zu der angegebenen Bemessungsformel kommt in diesem Fall noch ein imaginärer Teil, der beispielsweise durch Spulen und Kondensatoren im Rückkopplungskreis des Operationsverstärkers realisiert werden kann. Freilich tritt dieses Problem erst bei Frequenzen oberhalb von 10 MHz gravierend in Erscheinung.Finally, it is through analogous application of the teaching according to the invention also possible to compensate for complex cable resistances. For the specified design formula In this case there is also an imaginary part, which is created, for example, by coils and Capacitors can be implemented in the feedback circuit of the operational amplifier can. Of course, this problem only occurs seriously at frequencies above 10 MHz in appearance.

Claims

Claim: Electrical branch circuit in mesh-free high-frequency cable networks in which all cables are two-pole and have the same impedance Z, characterized in that a negative ohmic resistance (- R) is inserted between the nodes of the two poles, the absolute size of which is R, at the branch points according to the formula is selected, where n is the number of cables opening into the branch point under consideration and RS is the value of a resistor connected in series in each of the cables (Rs> 0).