DE969029C - Schaltung fuer die Fernspeisung von Verstaerkeraemtern in Fernmeldekabelanlagen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 24. APRIL 1958

M 17191 Villa/2ia^z

ist als Erfinder genannt worden

Bei trägerfrequent betriebenen 'Fernmeldekabeln werden die Verstärkerpunkte bekanntlich in um so kürzeren Abständen angeordnet, je breiter das übertragene Frequenzband ist. Aus wirtschaftlichen Gründen werden nur in größeren Abständen bemannte Hauptverstärkerämter angeordnet, während die dazwischenliegenden unbemannten Zwischenverstärkerämter über die Adern des Kabels von den Hauptverstärkerämtern aus gespeist werden. Außer der Speisung der Zwischenverstärker mit Gleichstrom ist auch die Speisung mit niederfrequentem Wechselstrom bereits bekannt. Dabei ist es ferner bekannt, die Speisung von beiden Enden eines Hauptverstärkerabschnitts aus vorzunehmen und hierfür die gleichen Leitungen zu benutzen, auf denen die Nachrichtenübertragung und insbesondere auch die Trägerfrequenzübertragung erfolgt, z. B. die zu diesem Zweck parallel geschalteten symmetrischen Leitungen oder die Koaxialleitungen der Kabel. Die Koaxialleitungen mit ihrem gegenüber symmetrischen Let- ao tungen im allgemeinen größeren Querschnitt bieten sich für die Fernspeisung auch in solchen Kabeln an, die beide Leitungsarten nebeneinander enthalten und als »kombinierte Kabel« bezeichnet werden.

In Fig. ι ist als Beispiel der Querschnitt eines as solchen bekannten kombinierten Kabels dargestellt, um das Verständnis der folgenden Figuren, die sich näher mit der Erfindung beschäftigen, zu erleichtern. Über der den Kabelkern bildenden Koaxialleitung, die aus dem Innenleiter ι und dem Außenleiter 2

7« 961/5

gebildet ist, der z. B. aus einem Kupferrohr A besteht, liegt eine verseilte Lage L von z. B. Sternvierern, von denen der Sternvierer 3 mit seinen vier Adern dargestellt ist, -während die übrigen Sternvierer, wie üblich, nur durch Kreise dargestellt sind. Über der Verseillage der Sternvierer 3 liegt der .Kabelmantel 4, der aus Metall oder Kunststoff bestehen kann. Die Isolation der Leiter, Leitergruppen und einzelnen Lagen des Kabels ist nicht dargestellt, weil sie in üblicher Weise ausgeführt sein kann und für die Erfindung keine Bedeutung hat.

Bei diesem nur als Beispiel angenommenen Kabel können die Stammkreise der Sternvierer z. B. trägerfrequent, die Phantomkreise dagegen niederfrequent betrieben werden. Die Koaxialleitung dient, wie üblich, der Übertragung eines besonders breiten Frequenzbandes und kann zugleich der Fernspeisung der Zwischenverstärker dienen, wozu der Innen- und der Außenleiter herangezogen werden kann. Es ist jedoch auch bekannt, zwei Kabel dieser Art nebeneinander zu verlegen und jedem Kabel .eine Übertragungsrichtung zuzuweisen. In diesem Fall oder auch in den Fällen, in denen ein Kabel mehrere Koaxialleitungen enthält, ist es zweckmäßig, nur die Innenleiter zur Fernspeisung zu benutzen. Diese Art der Speisung auf den Innenleitern allein hat nämlich den Vorteü geringerer Störbeeinflussung der mitlaufenden symmetrischen Leitungen. Trotzdem können die durch den Speisestrom verursachten Störungen in den symmetrischen Leitungen so groß sein, daß beispielsweise ein hochwertiger Rundfunkbetrieb auf ihnen (z. B. also auf ihren Phantomkreisen) nicht möglich ist. Die Maßnahme bekannter Fernspeisungsschaltungen, die Speisestromkreise symmetrisch oder unsymmetrisch, z. B. an die Mitten der leitungsseitigen Wicklungen der Leitungsabschlußübertrager mit oder ohne Einschaltung von Drosseln anzuschließen, schafft keine Abhilfe. Die Erfindung bezweckt, durch einfache' Maßnahmen die durch die Fernspeisung verursachten Störungen wesentlich herabzusetzen.

Gemäß der Erfindung wird dieser Zweck mit einer Schaltung für die Fernspeisung von Verstärkerämtern in Fernmeldekabelanlagen erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Speiseströme in den einzelnen Verstärkerabschnitten derart gepolt werden, daß ihr störender Einfluß auf benachbarte niederfrequente Sprech- und Rundfunkleitungen ganz oder teilweise kompensiert wird. Diese Maßnahme wird vorzugsweise in Anlagen getroffen, bei denen die Fernspeisung derZwischenverstärkerämtermit Wechselstrom erfolgt. Sie.ist jedoch auch bei Anlagen mit Gleichstromfernspeisung nützlich, wenn der Gleichstrom wellig ist oder höhere harmonische Komponenten aufweist, die beispielsweise von den den Gleichstrom erzeugenden Maschinen herrühren. Es handelt sich dabei um· Frequenzen, die unter etwa 500 Hz liegen.

Die unsystematisch nach Bedarf vorgenommene, den Störeinfluß der Speiseströme kompensierende Umpolung soll also auf den Speiseleitungen, mit anderen Worten gesagt, auf den störenden Leitungen, erfolgen. Sie ist somit eine.wesentlich andere Maßnahme als die altbekannte systematische oder unsystematische Kreuzung von durch Nebensprechen aus irgendwelchen Störquellen gestörten Übertragungs-. leitungen. Obwohl das Kreuzen neben dem Kondensatorausgleich zu den ältesten Maßnahmen gegen Nebensprechstörungen gehört, ist bisher offensichtlich nicht erkannt worden, daß sich durch Kreuzung der störenden statt der gestörten Leitungen die als solche schon lange bekannten, bei der Fernspeisung in Ver-Stärkerämtern auftretenden Störungen, die man bisher mit anderen, umständlicheren Mitteln beheben wollte, in sehr viel einfacherer und darum auch überraschender Weise wirksam beseitigen lassen.

Die Umpolung der Speiseströme wird Vorzugsweise in den Zwischenverstärkerstationen selbst vorgenommen. Sie kann aber auch an anderen für die Umpolung zugänglichen Stellen der Fernmeldekabelanlagen erfolgen. Die Umpolungsstellen ergeben sich aus den speziellen Verhältnissen der erfindungsgemäß zu behandelnden Fernmeldekabelanlagen, so daß nicht -von vornherein gesagt werden kann, ob in jeder Zwischenverstärkerstation erne Umpolung der Speiseströme notwendig oder zweckmäßig ist.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sollen die über die einzelnen Verstärkerabschnitte fließenden Speiseströme derart zugeführt werden, daß sie keine oder nur wenig von ο oder i8o° abweichende Phasendrehungen besitzen. Ferner sollen außer der Auswahl der Verstärkerpunkte, in denen die Umpolungen vorgenommen werden, die an diesen Stellen erforderlichen Effektivwerte der Speiseströme derart bemessen oder eingeregelt werden, daß eine möglichst optimale Kompensatiönswirkung erzielt wird.

Die Erfindung soll nun näher erläutert und zugleich in Ausführungsbeispielen dargestellt werden. Hierzu dienen die Fig. 2 bis 6 der Zeichnung, nämlich

Fig. 2 als Beispiel eines praktischen Falles der Fernspeisung in schematischer Darstellung,

Fig. 3 als zugehöriges Ersatzschaltbild zu dem linken Teil der Fig. 2,

Fig. 4 als Darstellung des Strom- und Spannungsverlaufs in diesem Fall ohne Anwendung der Erfindung,

Fig. 5 und 6 als zwei entsprechende Ausführungsbeispiele bei Anwendung der Erfindung.

Fig. 2 zeigt die prinzipielle Art der Speisung in Form eines Beispiels. Das linke Hauptverstärkeramt H₁ speist die Zwischenverstärkerämter Z₁, Z₂ und Z₃, während in diesem Beispiel das rechte Hauptverstärkeramt H_s nur das eine Zwischenverstärkeramt Z₄ speist. Die in den einzelnen Verstärkerabschnitten fließenden Speiseströme J₁ bis J_i sind verschieden groß, während die Verstärkerabschnitte sämtlich als gleich lang, nämlich gleich Z angenommen sind.

In Fig. 3 ist der links gezeichnete Beeinflussungsfall der Fig. 2 schematisch dargestellt. Dabei ist im Interesse besserer Übersichtlichkeit für die Abschnittslänge I in dieser und den folgenden Figuren ein größerer Maßstab gewählt worden. Unter Berücksichtigung der niederen Störfrequenzen können die Widerstände r bzw. R und die Kapazitäten C der Abschnitte I der Verseillage L der Sternvierer 3 (Fig. 1) und des den Außenleiter 2 (Fig. 1) bildenden Kupferrohres A unter Aufteilung des ersten und des dritten Abschnitts in ¹^l bzw. ³J₁I lange Teilabschnitte an

einzelnen Stellen konzentriert angenommen werden. Der Einfachheit halber sei ferner der Fall der Speisung auf dem Innenleiter ι und dem Außenleiter 2 angenommen. Die nachfolgenden Überlegungen gelten aber auch für eine Speisung nur auf den Innenleitern von zwei oder mehr Koaxialleitungen von Fernmeldekabelanlagen.

Die in den einzelnen Abschnitten I fließenden Ströme J₁, J₂ und J₃ sind, wie schon gesagt, verschieden groß und verursachen folgende Ströme und Spannungen in den Abschnitten der einzelnen Stromkreise, die aus der Sternviererverseillage L und dem Außenleiterrohr A gebildet werden:

wRC

= 3

16
wRC

16
wRC

wRC

h + J_s + 4J_z),

Π =

16
wRC

16

(Jt + 5 /3 + 4Λ). (—2 J₁ +2 J₃ +8 J₂),

(— 2 J₁ +2 J₃- 8J₂), (i)

U₁ =

ΊΓ

R R

(5/1+ /3+ 4/2).

In Fig. 4 sind die Spannungen zwischen der Lage L und dem Außenleiterrohr A sowie die Ströme innerhalb der Lage für den Beispielsfall dargestellt, daß /1 = /,/« = ²/s / und /₃ = V₃ / ist- Die Kapazitäten und Widerstände entsprechen ungefähr tatsächlichen Verhältnissen.

Die Geräuschleistungen in den symmetrischen Leitungen am nahen und fernen Ende dieser Leitungen werden erhalten durch Summierung der in den einzelnen Teülängen Al erzeugten Geräuschleistungen, die auf das nahe oder ferne Ende bezogen werden.

Die durch eine mittlere Kapazitätsunsymmetrie e zwischen einem symmetrischen Stromkreis und Außenleiter innerhalb des Teilabschnittes Al im symmetrischen Stromkreis an der Stelle χ hervorgerufene Geräuschspannung Uf (x) ist dem Betrage nach

coeZ

(2)

Dabei entspricht U' (x) den verschiedenen CT-Werten der Fig. 4.

Desgleichen erzeugt der in dem zu untersuchenden symmetrischen Stromkreis fließende Gesamtstrom *' innerhalb des Teilabschnittes Al mit der mittleren Längsunsymmetrie Ar im symmetrischen Stromkreis an der Stelle χ eine Geräuschspannung Uf* (x) vom Betrag

Ar

(3)

i (x) entspricht dem Strom i der Fig. 4. m ist die Anzahl der in der Lage befindlichen gleichartigen Stromkreise. Bei den Phantomkreisen des Kabelquerschnittes Fig. ι wäre also beispielsweise m = 8, bei den Stammkreisen m = 16. Die Geräuschleistung am nahen Ende ergibt sich nun aus (2) und (3) zu

(Uf(X)* + U

f*

(4)

η ist die Anzahl der Teilabschnitte von der Längend L Z ist der Wellenwiderstand, β ist die Wellendämpfung des zu untersuchenden Stromkreises der Länge Al.
Die Geräuschspannung am nahen Ende ist

w+tW)

p_f ist der Bewertungsfaktor der Frequenz f. Bei 105, Messung der Fremdspannung ist p_f = ^₈₀₀. Sind mehrere Frequenzen am Zustandekommen des Geräusches beteiligt, so ist

CT(O)=

(6)

Die entsprechenden Formeln für das Geräusch am fernen Ende lauten

Ν(«)=^Σ (CT,* (xf + Uf* (xf) ■ e~

Pwo

U₁ (») =

Für die Größe der Geräuschspannung sind demnach von Bedeutung das Frequenzspektrum des aufgedrückten Störstromes bzw. der aufgedrückten Uf* (xf)-e

(7)

(8)

(9)

Störspannung, die Verteilungskurven des letzteren im Längenschema der Leitung sowie die Symmetrie-Verhältnisse der gestörten Leitung.

Erfahrungsgemäß sind in einem Speisestrom von 50 Hz die dritte, fünfte und siebente Oberwelle noch maßgebend "enthalten, während die höheren Harmonischen weniger ins Gewicht fallen. Im Falle von Fremdspannungsbedingungen, beispielsweise bei Rundfunkleitungen, ist diese Tatsache von wesentlicher Bedeutung, da sie eine merkliche Verschärfung der Werte des Pflichtenheftes darstellt. Andererseits ergibt sich gerade hier die Möglichkeit sehr wirksamer Gegenmaßnahmen. Die geringeren Phasendrehungen niederfrequenter Ströme ermöglichen eine Kompensationswirkung, die besonders dann wirksam ist, wenn an den Zwischenverstärkerpunkten der Einfluß von Blindstromkomponenten beseitigt wird.

Fig. 5 zeigt dies für den Fall, daß im Beispiel der Fig. 4 die Ströme /₂ und J₃ umgepolt werden. Da die schraffierten Flächen der Fig. 4 und 5 (sowie auch Fig. 6) für das Auftreten der Störungen von entscheidender Bedeutung sind, sieht man deutlich, welchen Vorteil die Gegenschaltung der Ströme J₂ und /₃ mit sich bringt. In Fig. 6 kann durch Gleichschaltung der Ströme J₁ und J₃ sowie durch Gegenschaltung des Stfomes /₂ offenbar eine noch günstigere Wirkung erzielt werden. Die numerische Rechnung ergibt bei Annahme normaler Verhält-. nisse, daß die nicht bewertete Geräuschspannung für die Grundwelle von 50 Hz im Falle der Fig. 6 nur etwa ein Drittel von jener nach Fig. 4 ist.

Da die Speisung der einzelnen. Verstärkerabschnitte in der Weise erfolgt, daß am Ende eines jeden derselben die Spannung wieder hochtransformiert wird, läßt sich beispielsweise durch einfaches Unipolen der Sekundärwicklungen dieser Transformatoren die erwünschte Kompensationswirkung erreichen. Es ist selbstverständlich, daß. diese mit steigender Frequenz der Störströme abnimmt; doch nimmt für diese aus den erwähnten Gründen die Störwirkung ab, ganz abgesehen davon, daß eine weitere Verminderung der Störwirkung durch Ausgleichsmaßnahmen hinsichtlich der Unsymmetrien des gestörten Stromkreises erreicht werden kann.

Die Wahl bzw. Bemessung oder Einregelung der an den Umpolpunkten erforderlichen Effektivwerte der Speiseströme soll möglichst so getroffen werden, daß die kompensierende Wirkung der Speiseströme optimal ist. Das läßt sich z. B. mit Hilfe der Übertrager ohne besondere Schwierigkeiten erreichen.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltung für die Fernspeisung von Ver-Stärkerämtern in Fernmeldekabelanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseströme in den einzelnen Verstärkerabschnitten derart gepolt sind, daß ihr störender Einfluß auf benachbarte niederfrequente Sprech- und Rundfunkleitungen ganz oder teilweise kompensiert wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über die einzelnen Verstärkerabschnitte fließenden Speiseströme derart zugeführt werden, daß sie keine oder nur geringfügig von 0 oder i8o° abweichende Phasendrehungen besitzen.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die- Verstärkerpunkte und die an diesen Stellen erforderlichen Effektivwerte der Speiseströme derart gewählt sind, daß eine möglichst optimale Kompensationswirkung erzielt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 606619;
USA.-Patentschrift Nr. 2 526 942;
A. Engelhardt: »Fernkabel-Telephonie«, 3. Auflage, 1932, S. 176, 181 und 203.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen