DE466459C - Verfahren zur Verminderung des Nebensprechens in mehrfachen Fernsprechleitungen, insbesondere Spulenleitungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 6. OKTOBER 1928

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVl 466459 KLASSE 21a² GRUPPE

"Siemens & Halske Akt-Ges. in Berlin-Siemensstadt*)

insbesondere Spulenleitungen

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. September 1921 ab

Es ist bekannt, daß beim Telephonieren in Mehrfachleitungen infolge elektrostatischer und magnetischer Kopplung der einzelnen Sprechkreise eine gegenseitige Beeinflussung stattfindet, die als Nebensprechen bezeichnet wird. Zur Verminderung der hierdurch verursachten Störungen sind verschiedene Mittel angegeben worden. Man unterteilt beispielsweise die ganze Leitungslänge in einzelne kurze Stücke und schaltet diese dann so zusammen, daß die Koeffizienten der gegenseitigen Induktionen einander möglichst aufheben (Kreuzen der Leitungen), oder man gleicht diese kurzen Stücke, bei denen es sich hauptsächlich um kapazitive Kopplung handelt, durch zusätzliche Kondensatoren aus, die zwischen die Adern geschaltet und so bemessen werden, daß die kapazitiven Einwirkungen sich aufheben. Weitere Verfahren sind

so bekannt geworden, bei denen die= Beseitigung der Störungen durch Schaltmittel geschehen soll, die an den Anfang der betreffenden Leitungen gesetzt werden und deren Wirkungsweise darauf beruht, daß sie eine zusätzliche, regelbare, magnetische Kopplung der betreffenden Sprechkreise verursachen, derart, daß die Störströme kompensiert werden. Diese letztere Art der Unterdrückung der Störströme läßt sich indessen, wie theoretische Überlegungen, die dm Einklang mit den Erfahrungen der Praxis stehen, mit Erfolg nur dann anwenden, wenn es sich um homogene und lange Leitungen handelt, d. h. solche, deren elektrische Konstanten gleichmäßig über die Leitungslänge verteilt sind. Das ist der Fall etwa bei gewöhnlichen Freileitungen und Kabeln. Bei Leitungen größerer Länge schaltet man jedoch bekanntlich zur Verminderung der Dämpfung in ausgedehntem Maße Selbstinduktionsspulen in den Leitungszug. Derartig belastete Leitungen weisen, wie die neueren bekannt gewordenen Untersuchungen gezeigt haben, zum Teil erheblich abweichende Eigenschaften gegenüber den homogenen Leitungen auf. Unter anderem ist bei solchen Leitungen auch die Stärke der hier behandelten Induktionsstörungen in verwickelter Weise von der Frequenz der elektrischen Wechselströme abhängig, und zwar ist diese Abhängigkeit wesentlich bestimmt durch die Verteilung der kapazitiven Kopplungen in den Spulenzwischenstücken längs der Leitung. Das ist der Grund, weshalb man bei solchen Leitungen mit den obenerwähnten

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Karl Küpf mutter in Berlin-Friedenau.

vor den Anfang der Leitung zu legenden Schaltmitteln zur Unterdrückung des Nebensprechens keinen Erfolg erzielen konnte. Für Wechselströme einer bestimmten Frequenz kann man zwar eine vollkommene Beseitigung der Störungen bewirken, bei anderen Frequenzen addiert sich jedoch der Kompensationsstrom mit dem Störstrom, so daß man hier eine Verschlechterung erhält.

In der Erkenntnis dieses Umstandes beruht die vorliegende Erfindung darauf, daß an den Anfang der Leitung Anordnungen angeschlossen werden, welche die in der Leitung induzierten Störströme für einen Frequenzbereich aufheben. Diese Anordnungen haben ferner den Vorteil gegenüber den bekannten Schaltungen, daß die Beseitigung der Störungen unabhängig von der Belastung an den Leitungsenden erfolgt.

Zum Verständnis der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes sind folgende Betrachtungen notwendig: Es handle sich um zwei Doppelleitungen, etwa diejenigen eines sogenannten Vierers, wie sie in Abb. ι schematisch angedeutet sind. Die Leitungen ι und 2 bilden den sogenannten Stamm I, die Leitungen 3 und 4 den Stamm II, beide zusammengefaßt in der dargestellten Weise den Vierer III. Entsprechend den Teilkapazitäten in Mehrfachleitersystemen kann man entsprechend Abb. 2 sich zwischen den Punkten i, 2, 3, 4 Teilscheinwiderstände Q₁, g₂, S3J 3*> W₁, W₂ liegend denken. Bei langen Leitungen sind diese unabhängig von den Vorgängen am fernen Ende und hängen ersichtlich mit den als Wellenwiderstände bezeichneten bekannten Größen eng zusammen;

e„ —

= V

(SsSi-S₄S₂) Si+ S₂) (S₃+ S denn es ist z. B. der Wellenwiderstand Vierers Qy gegeben durch

des

Für die folgenden Überlegungen genügt es, nur die vier mit g bezeichneten Teilwiderstände zu betrachten; die zwischen den Punkten ι und 2 bzw. 3 und 4 liegenden Teilbeträge W₁ und W₂ spielen hierbei keine Rolle, sie bilden nur einen Teil des Stammleitungswellenwiderstandes und haben keinen Einfluß auf das Nebensprechen. Wären die Leitungen vollkommen symmetrisch, so wäre

Si⁼⁼ S2 == 3s = 3ft>

es wäre kein Nebensprechen vorhanden. Bei den wirklich ausgeführten Leitungen läßt sich dieser Zustand nicht vollkommen erreichen, es bestehen gewisse Differenzen zwischen diesen Größen, und diese Differenzen sind es, welche das Nebensprechen verursachen. Faßt man beispielsweise das Übersprechen, also die Induktion von Stamm I auf Stamm II ins Auge, so ist nach Abb. 3, wenn V die Amplitude der an 1, 2 angelegten Wechselspannung bedeutet,

2 Ss + S₄'

Si'

folglich die induzierte Spannung

^a &A —

-S₄

+ SlJ"

Dieser Ausdruck läßt sich wie folgt umformen:

e, — e. = V

_-2

34 Sl

■e,=·

[Ss-3₂-3₄ + Si

(S₄-Si)(S₂-Si)

Das letzte Glied in der eckigen Klammer

Sl

ist, da die Werte g praktisch nur wenig voneinander verschieden sind, eine kleine Größe zweiter Ordnung und kann vernachlässigt werden, so daß die Klammer lautet:

[Ss-S₂-S₄+Si]· .' Si

¹I-

Aus dem gleichen Grunde kann man in dem Ausdruck vor der Klammer

Si⁼ 82 ⁼⁼ 3s= 3* ⁼⁼ 3

setzen. So ergibt sich

e_s — ^4 = -^(3₃ —^₄ — S₂ + Si)· (a)

400450

Maßgebend für das Übersprechen ist also die Differenz

A₁ = S₁-S^Ss-S*- (ι)

In ähnlicher Weise erhält man die für das Mitsprechen vom Stamm I auf den Viererkreis, das abgekürzt mit l/V bezeichnet werden soll, maßgebende Differenz Δ₂. Bei der Gleichung (i) war die Differenz der Potentiale e_z und e₄ der Leiter 3 und 4 zu bilden. Für das Mitsprechen ist die im Vierer induzierte Spannung maßgebend, die definiert werden kann als Differenz des arithmetischen Mittels der Potentiale der Leiter 1 und 2 und des arithmetischen Mittels der Potentiale der Leiter 3 und 4. Das erste arithmetische Mittel hat den Wert Null, da die Potentiale der Leiter 1 und 2 entgegengesetzt gleich sind. Es ergibt sich also die induzierte Spannung im Vierer zu

Die Werte von e_s und e± sind obenangegeben. Führt man für die Differenz Ss — S* die Abkürzung δ und für die Differenz S₂ — Si die Abkürzung ε ein, so ergibt sich, wenn man berücksichtigt, daß diese Differenzen kleine Größen sind,

_V &

V ε

also

Für die Nenner S₂ ^und S*> die annähernd gleich sind, kann ein gemeinsamer Wert S eingeführt werden, und es folgt dann

öjr = — I -j- Si₁ — ><o — S<<! + Hi ·

Die in der Klammer stehende Größe ist die für das Mitsprechen vom Stamm I auf den Vierer maßgebende Differenz

A₂ = Si- S₂- Ss+ S*. (2)

In entsprechender Weise berechnet sich die für das Mitsprechen (H[V) vom Stamm II auf den Vierer maßgebende Differenz.

A₃ =

S,-S₂

Ss+ 9.· fs)

Z₀ = ■

.Δ«

Zur Erklärung des Erfindungsgegenstandes sollen nun die Werte S vermehrt werden um kleine Beträge s, und zwar in folgender Weise

Dann berechnen sich die Größen Δ nach den Gleichungen (1), (2) und (3) zu

Der Zusatz ^r₁ hat also nur Einfluß auf das Übersprechen I/II, s<, nur auf das Mitsprechen IjV und 2_S nur auf das Mitsprechen HjV. Man kann daher durch geeignete Bemessung dieser Größen 3 die Differenzen Δ' und damit das Über- und Mitsprechen einzeln zum .Verschwinden bringen, indem man

macht.

Erfindungsgemäß werden diese Zusatzwiderstände s durch parallel geschaltete Scheinwiderstände 5R₁, IR₂, IR₈ ersetzt. Legt man nach Abb. 4 parallel zu einem Scheinwiderstand S den Widerstand JR, so ist der Widerstand der Parallelschaltung

Ist 5R groß gegen S. dann kann man folgende Entwicklung vornehmen:

und bei Vernachlässigung kleiner Größen höherer Ordnung

Der Größen entspricht also der Ausdruck — ^- . Nach den Gleichungen (5) hat man

Jt₁-Z _Δι> Jt₂-2

zu machen.

= 2

Bestimmt man diese Größen 5R durch Messung an wirklichen Leitungen, so ergibt sich, daß sie im allgemeinen komplex sind, d. h. aus einem Wirk- und einem Blindwiderstand bestehen. Diese Widerstandswerte sind in einer durch Messung bestimmbaren Weise von der Frequenz abhängig, etwa so wie es Abb. 6 beispielsweise zeigt. In an sich bekannter Weise bildet man diesen Verlauf der Widerstände durch Anordnungen, die aus Spulen, Kondensatoren und induktionsfreien Widerständen bestehen, nach und legt die

Nachbildungen erfindungsgemäß in der durch die Gleichungen (4) angegebenen Weise parallel zu den Teilwellenwiderständen der Leitung. Es ergibt sich dann das allgemeine Schaltbild für den Vierer nach Abb. 5. Man wird hierbei zwar im allgemeinen bestrebt sein, die Genauigkeit so weit zu treiben, wie nur möglich, praktisch ist es jedoch zweckmäßig, nicht über eine gewisse Grenze zu gehen, da die nachbildenden Anordnungen sonst zu umfangreich und verwickelt ausfallen. Für den Fall der Abb. 6, daß reeller und imaginärer Teil des nachzubildenden Scheinwiderstandes mit wachsender Frequenz abnehmen, würde es beispielsweise genügen, die bekannte zweigliedrige Treppenschaltung (Abb. 7) anzuwenden, deren vier Konstanten T₁, r₂, C₁, C₂ so gewählt werden, daß die Übereinstimmung der Scheinwiderstände der Nachbildung (Abb. 7) und von Abb. 6 bei zwei Frequenzstellen, die in dem für die Sprache wichtigen Frequenzbereich liegen, genau ist/ wie dies aus anderen Gebieten der Fernmeldetechnik, z. B. den Verstärkerschaltungen mit Gegensprechbetrieb, bekannt ist. Hat man dann z. B. im übrigen einen Fehler in der Nachbildung von io°/₀, so verkleinern sich die Differenzen auf den zehnten Teil. Damit vermindert sich nach Gleichung (a) auch die Stärke des Nebensprechens auf den zehnten Teil. Drückt man dies in üblicher Weise durch eine Dämpfungszahl l· aus, wäre also

so

oder

IO

— ln 10=2,3.

Diese leicht zu erzielende Genauigkeit liefert also schon eine wesentliche Verbesserung.

Bei der Anwendung des beschriebenen Verfahrens kann noch eine Schwierigkeit auftreten. Besitzt beispielsweise A₁ einen-negativen imaginären Teil, so muß 5R₁ zur Kompensation eine positive imaginäre Komponente aufweisen. Diese kann mitunter wegen der Kleinheit der Differenzen Δ und der

Gleichungen (6) so groß sein, daß man in der Nachbildung Spulen von mehreren hundert Henry, die praktisch unangängig wären, verwenden müßte. Man kann sich hier in einfacher Weise dadurch helfen, daß man parallel zu den beiden anderen Brückenzweigen, also im vorliegenden Beispiel zu §₂ und Q₄, zwei gleiche Kondensatoren legt, die man so bemißt, daß !R₁ im ganzen Frequenzbereich eine negative imaginäre Komponente, die sich mit den bekannten Mitteln leicht nachbilden läßt, besitzt.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Verminderung des • Nebensprechens in mehrfachen Fern-Sprechleitungen, insbesondere Spulenleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß durch parallel zu den einzelnen Kreisen an den Anfang der Leitung geschaltete Zusatzwiderstände ein Ausgleich der Wellenwiderstandsdifferenzen zwischen den einzelnen· Leitern bewirkt wird, derart, daß durch Verwendung von an sich .bekannten Nachbildungen diese Widerstandsdifferenzen in dem für die Sprache wichtigen Frequenzbereich kompensiert werden.
2. 2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Viererfernsprechleitungen die Zusatzwiderstände zwischen je zwei zu verschiedenen Stämmen gehörende Adern, und zwar je zwei gleich dimensionierte, so gelegt werden, daß das Über- und Mitsprechen getrennt ausgeglichen werden kann.
3. 3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Vermeidung der Verwendung von unausführbar großen Drosseispulen in den Nachbildungen Zusatzkondensatoren zu den Quadratseiten des Vierers in solcher Größe parallel geschaltet werden, daß die imaginären Komponenten der Wellenwiderstandsdifferenzen positiv werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen