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PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES ELECTRIQUES
DE TRANSMISSION D'ONDES.
L'invention se rapporte à la oonstruction de câbles électriques, ain- si qu'aux systèmes électriques pour la transmission de messages, et plus parti- culièrement elle concerne les systèmes par câbles servant à la transmission d' ondes électriques porteuses. Un de ses buts est de prévoir un câble à conduc- teurs multiples dans lequel chaque paire de conducteurs peut transmettre, avec une très faible atténuation, une bande de fréquences dont la limite supérieure' d'étend bien au delà des fréquences actuellement employées dans les transmis- sions par courants porteurs.
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Un autre but de l'invention est de réaliser un système de signalisa- tion dans lequel des signaux à fréquence porteuse, compris dans la même rangée de fréquences, peuvent être transmis en directions opposées à travers des paires de conducteurs contenues dans un seul câble.
D'autres buts apparaîtront mieux de la description suivante basée sur les dessins ci-joints. Sur ceux-ci les figures lA, 1B, 4A, 4B, 5,6, et 9 à 17 montrent des formes de câbles adaptées pour servir dans des systèmes électriques de transmission conformes à l'invention ; figure 2 représente schématiquement le câble de la fig.l inséré dans un circuit; les figures 3A à 3D se rapportent aux effets de mélanges inductifs ou cross-talk observés dans un système conforme à l'invention et dans d'autres systèmes connus jusqu'à présent ; la figure 7 mon- tre la forme préférée que peut présenter le conducteur central ; la figure 8 se rapporte à un système de transmission par ondes porteuses basé sur les prin- cipes mentionnés.
Un câble, en concordance avec la présente invention, est montré sur les figures lA et 1B et il comprend quatre paires de conducteurs coaxiaux enfer- més dans une enveloppe tubulaire en plomb. Chaque paire coaxiale comprend un min- ce conducteur tubulaire extérieur 1, de préférence en cuivre, ainsi qu'un conduc- teur central de retour 2, aussi en cuivre. Ce dernier peut être un fil plein, ainsi quil est montré, ou bien peut consister en fils toronnés, en un petit tube ou encore présenter une autre forme convenable quelconque. Le conducteur extéri- eur peut être un tube en cuivre étiré, ainsi qu'il est montré, ou il peut être formé de fils toronnés, de feuilles en cuivre, ou de toute autre forme qui assure un chemin conducteur pratiquement tubulaire et un degré suffisant de flexibilité mécanique.
Le diamètre du conducteur extérieur peut être de l'ordre d'un quart ou d'un demi pouce (6.2 mm. ou la.5 mm.).
Puisque la fréquence des signaux appliqués aux conducteurs peut être aussi élevée qu'un million de cycles par seconde, il est particulièrement impor- tant qu'aussi peu de matière solide que possible soit placée dans la région com- prise entre les conducteurs de chaque paire. De préférence, le diélectrique est gazeux ou en grande partie de cette nature. Des colliers ou rondelles 3, faits de matière isolante, sont placés le long du conducteur central à des intervalles qui peuvent être de l'ordre d'un pouce (25.4 mm.), ainsi que cela est nécessaire pour
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réaliser un support mécanique et pour empêcher tout contact entre les conduc- teurs intérieur et extérieur. La constante diélectrique et la conductivité de cette matière doivent être aussi faibles que possible afin de réduire les pertes au minimum.
Aucune isolation n'a besoin d'être prévue entre les conducteurs exté- rieurs des diverses paires coaxiales, quand ces dernières sont assemblées sous forme de câble, puisque les conducteurs extérieurs fonctionnent normalement au potentiel de la terre. En réalité, ainsi qu'il apparaîtra par la suite, un cer= tain avantage réside dans le fait que les conducteurs offrent un bon contact é- lectrique. Par suite, un revêtement continu en rubans métalliques ou en fibre 4 est de préférence appliqué sur les quatre conducteurs afin de relier ceux-ci en- tre-eux. Une structure mécanique perfectionnée est obtenue si les conducteurs as- semblés sont soumis à un toronnage avant d'être reliés entre-eux. Un toronnage, présentant'environ une spire tous les trois pieds (914.4 mm.), est suffisant.
L' espace compris entre les rubans et les conducteurs peut ou non être rempli d'une matière de remplissage convenable afin d'obtenir une forme extérieure aylindri- que. Dans tous les cas l'assemblage peut être pourvu d'une enveloppe en plomb 5 ' appliquée par refoulement.
Sur la fig.2, les faits caractéristiques essentiels de l'invention sont, montrés schématiquement. A et B représentent les circuits de signalisation aux extrémités d'un système de communication par ondes porteuses utilisant une rangée de fréquences qui peut être de cinquante à cinq cents Kilocycles par seconde. Ces circuits sont reliés par un câble à quatre paires du type montré fig.l. Les pai- res W et W' qui de préférence ne sont pas adjacentes dans le câble, transmettent des signaux par ondes porteuses dans la même bande de fréquences et dans la direct tion Ouest-Est. Les deux autres paires E et E', utilisant la même rangée de'fré- ' quences, prévoient des chemins de retour respectivement pour les paires W et W', ou des chemins pour transmettre dans la direction Est-Ouest.
Les directions de transmission sont indiquées sur le dessin par la manière suivant laquelle les di- vers amplificateurs terminus Aw, Ae, Bw, Be, etc....sont représentés.
La nature de l'action de cross-talk ou mélange inductif qui a lieu dans le circuit de la fig.2, est décrite en se référant aux figures 3A à 3D. Considé- rons comme un cas typique l'effet sur les circuits E' et W' des signaux passant
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dans le circuit W du câble. L'induction dans le circuit de retour E n'a pas be- soin d'être considérée, puisque l'énergie transmise agit comme un écho, et que l'effet produit n'est absolument pas important dès que les conditions de cross- talk ou diaphonie ont été remplies. Sur la fig. 3A, les trois circuits E', W' et W, ce dernier étant le circuit perturbateur, ont été indiquée.
A1 et A2 repré- sentent les répéteurs qui peuvent être espacés de 25 à 50 milles (40 à 80 Km. environ) ou suivant d'autres longueurs conformément aux raisons d'économie du système. L'énergie de signalisation dans la ligne W, exprimée sur une base loga- rithmique, ainsi que celle dans la ligne W', diminue d'une manière approximati- vement uniforme avec la distance par rapport au répéteur Al, tandis que dans la ligne E', elle décroît uniformément avec la distance par rapport au répéteur A2.
Les niveaux de signalisation relatifs sont indiqués sur la fig. 3B en fonction de la distance. L'énergie perturbatrice induite en un point particulier dans les lignes adjacentes varie comme le niveau de signalisation au point correspondant de la ligne qui produit cette perturbation. L'effet d'un voltage induit ne dé- pend-cependant pas seulement de son amplitude mais aussi de la partie du circuit sur laquelle il se produit. Par exemple, un voltage induit de la ligne W à la ligne W' près du répéteur'Al, aura moins d'effet au répéteur Aa qu'un voltage é- gal induit près de ce dernier répéteur, puisque dans le premier cas l'onde in- duite est atténuée par la ligne avant qu'elle n'atteigne ce répéteur.
L'efficaci- té d'un voltage induit dans la production du cross-talk ou diaphonie peut être montrée graphiquement en la comparant avec le niveau des signaux dans la ligne perturbée. Considérant l'effet de diaphonie à la réception, c'est à dire l'induc- tion de la ligne V à la ligne W, le rapport du voltage induit au niveau de ai- gnalisation est trouvé constant en tous pointa de la ligne. Il est indiqué par la ligne W' de la fig. 3B. En d'autres termes, l'induction entre les lignes n'est pas plus importante, en regard de la diaphonie à la réception, en un point quel- conque de la ligne plutôt qu'en un autre.
S'il s'agit d'un effet de diaphonie à l'émission, les conditions sont absolument différentes. De la figure SB on peut voir que le niveau de signalisa- tion dans la ligne perturbatrice W près du répéteur A2 est faible comparé au ni- veau de signalisation,dans la ligne perturbée E', et que le voltage de diaphonie induit de W à E' en ce point ne peut être sérieux. Près du répéteur Al, les ni-
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veaux relatifs sont inversés et un haut voltage dû à la diaphonie est superposé à des courants de signalisation faibles. Plus de diaphonie à l'émission a donc lieu dans cette section de la ligne.
La courbe E' de la figure 30 représente graphiquement la variation, le long de la ligne, du voltage induit produit par la diaphonie à l'émission, en supposant la même inductance mutuelle par unité de longueur. Bien que le voltage induit tombe à mesure que l'on s'éloigne de Al, le niveau de signalisation dans le circuit perturbé au même moment s'accroît, avec comme résultat que l'effet perturbateur décroît deux fois plus rapidement que sur la fig. 3C. Cet effet est indiqué par la ligne E'.
En ce qui concerne la nature générale de l'action du cross-talk ou diaphonie, établie dans le paragraphe précédent, elle semble être la même pour les lignes à paires torsadées que pour les lignes à conducteurs coaxiaux. Des différences essentielles sont cependant découvertes si l'on exerce un examen ap- profondi. En premier lieu, la diaphonie entre, les circuits à paires torsadées s'accroît avec la fréquence, tandis que pour les lignes à conducteurs coaxiaux, ce sont les fréquences basses qui sont les plus perturbatrices à cause d'un ef- fet protecteur décroissant avec la diminution de la fréquence. De plus dans un câble à paires torsadées, l'amplitude et la polarité du voltage induit d'une pai re à une autre change d'une manière plus ou moins variable le long du câble, puisque l'accouplement entre les circuits varie suivant le toronnage.
Le voltage induit effectif dans un tel cas varie approximativement comme la racine carrée de la longueur du câble en concordance avec la théorie des probabilités. Si l' on utilise des conducteurs coaxiaux, l'accouplement entre les circuits est le même en tous points, et le voltage 'induit effectif total s'accroft comme la pre- mière puissance de là longueur de la section répétitrice. La diaphonie totale dans les deux cas doit être au moins de 60 décibels en dessous du niveau de si- gnalisation. Pour autant que des lignes à conducteurs coaxiaux sont adoptées pour des transmissions à longues distances, la diaphonie ayant lieu dans chaque section répétitrice doit être maintenue à un niveau très bas.
On doit considérer la diaphonie à l'émission, dans un câble à conduc- teurs coaxiaux, en raison des variations de phases des signaux le long de la li- gne. On suppose une vitesse de propagation de 180.000 milles par seconde
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(289.620 Km. par seconde). La longueur d'une onde de signalisation de 50 Kilo- cycles est de 3.6 milles (5792 m.), ce qui est faible comparé à la longueur de la section répétitrice. Le voltage induit instantané peut être tel que montré par l'onde sinusoïdale atténuée de la fig. 3D. Ici l'onde de voltage est montrée au moment où le voltage en Al est maximum. Le courant transmis vers A1 par le voltage induit dans la ligne, dans le voisinage immédiat de Al est donc à une valeur maximum à cet instant.
A quelque distance de Al, au point B, le voltage induit est de 90 hors de phase avec celui de Al. Le courant transmis vers Al est par conséquent de 90 diphasé avec celui créé en B. La différence totale de phase entre le courant créé en A1 et celui arrivant de B est donc de 180 . En d' autres termes les courants de diaphonie tendent à s'annuler l'un l'autre au lieu de se renforcer. Une réduction dans la diaphonie à l'émission, due au déphasage, est effective seulement quand les voltages induits aux différents points de la ligne présentent la même relation de phase par rapport aux voltages inducteurs, ce qui est une condition obtenue dans le cas de lignes à conducteurs coaxiaux.
Dans certaines circonstances, la diaphonie peut âtre réduite en iso- lant électriquement les paires de conducteurs coaxiaux l'une de l'autre. L'avan- tage peut être matériel, mais seulement si de courtes longueurs de câbles sont envisagées, comme des longueurs de dix à trois cents pieds (de 3 à 91 m.). Avec des conducteurs ainsi isolés, la diaphonie ou cross-talk varie approximativement comme le carré de la longueur du câble, et pour des longueurs plus grandes qu'en- viron deux milles (3218 m.), une plus grande diaphonie peut âtre obtenue qu'avec des conducteurs non isolés.
Si l'intervalle entre les répéteurs doit être de l' ordre de vingt-cinq nilles (40 Ion.), les différentes paires de conducteurs co- axiaux du câble sont de préférence liées entre-elles en un bon contact électri- que, ainsi qu'il est décrit en connexion avec la fig.l.
Bien que l'invention ait été décrite en référence avec un câble de qua- tre paires, il est évident que cela n'a été choisi qu'à titre d'exemple. En géné- ral le câble comprend un beaucoup plus grand nombre de paires. Les figures 4A et 4B montrent un type de câble à couches multiples, conforme à l'invention. La cou- che centrale comprend quatre paires 10 disposées comme aux quatre coins d'un car- ré, tandis que la deuxième couche comprend dix paires 11 disposées en cercle au-
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tour de la couche centrale. Une ligature à ruban 8 et une enveloppe en plomb 9 enveloppent l'assemblage. Le conducteur extérieur de chaque paire peut avoir par exemple un diamètre de 0.3 de pouce (7.6 mm. ) et une épaisseur de 0.020 de pouce (0. 5 mm.). L'enveloppe en plomb peut avoir une épaisseur de 0.100 de pouce (2.5 mm.).
Le diamètre extérieur de l'enveloppe doit être quelque peu inférieur à 2 pouces (25. 8 mm). Sur l'enveloppe de plomb on peut placer une couche de jute et une matière de renforcement. La nature exacte du recouvrement placé sur l'enseml ble des conducteurs dépend du milieu dans lequel le câble sera utilisé. Des cou- ' ches additionnelles de paires de conducteurs peuvent être prévues. De préférence, les couches successives doivent être de directions opposées pour améliorer à la fois les qualités mécaniques du câble et pour réduire le cross-talk.
En disposant dans le câble les paires Est-Ouest et Ouest-Est,,il est recommandable de maintenir celles transmettant le courant dans la marne direction, séparées autant que possible. Quant à la couche centrale, l'arrangement montré fig.l peut servir dans le câble des figures 4A et 4B. Dans la couche voisine et dans les couches additionnelles quelconques, des circuits en directions opposées sont de préférence alternée l'un avec l'autre. A des intervalles déterminés le long du câble les paires de conducteurs peuvent être arrangées à nouveau ou tran9 posées de manière qu'aucune paire ne soit sujette à plus de cross-talk qu'une autre paire.
Un autre type de câble est indiqué sur la fig.5. Dans ce cas, seule 'la, partie centrale de l'espace compris dans l'enveloppe est occupée par les paires 13 de conducteurs coaxiaux. Une ou plusieurs paires de circuits à conducteurs co- axiaux peuvent ainsi être placées. Le restant de l'espace est rempli au moyen de circuits 12 à paires torsadées qui peuvent être disposés en quartes ou de quel- ques autres manières convenables. Dans le câble montré fig.6, les paires coaxia- les 17 sont disposées dans un câble juste voisin de l'enveloppe en plomb 15, et la partie centrale est remplie avec les quartes ou les paires torsadées 16.
Avec ces deux câbles composées, il est possible de brancher extérieurement un, deux ou plusieurs circuits à basses fréquences aux endroits voulus, tandis qu'il n'est pas économique de brancher une paire coaxiale, à moins que le nombre de chemins dont on a besoin soit de l'ordre d'une centaine.
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L'un quelconque des câbles décrits ici peut être utilisé pour la transmission des signaux en télévision, ou par ondes porteuses, ou pour tout au- tre système analogue. Les chemins pour signaux de télévision sont moins affectés par les bruits perturbateurs ou les mélanges inductifs que les chemins pour si- gnaux téléphoniques. Par conséquent, la rangée des fréquences au dessus de la rangée des fréquences utilisées en téléphonie peut économiquement être utilisée pour une transmission par télévision. L'induction d'un circuit par rapport à un autre résulte dans la déformation des images transmises. Dans un certain sens, une telle perturbation peut être appelée "cross-talk" ou "diaphonie*.
Dans l'établissement d'un système par conducteurs coaxiaux, la con- struction du conducteur central mérite une attention spéciale. A coté des diamè- tres des conducteurs formant une paire, la résistance effective du conducteur central est le facteur principal déterminant l'atténuation du système. Si un con- ducteur plein est utilisé, la résistance au courant alternatif peut être beau- coup plus grande que celle au courant continu à cause de l'effet de Kelvin. Ain- si que cela a été spécifié ci-dessus, le conducteur central peut avantageusement comprendre dans plusieurs cas, un certain nombre de petits torons de fils fins en cuivre isolés, tressés ou toronnés entre-eux, de manière à prévoir une distri- bution conforme du courant à travers la section transversale du conducteur.
La dimension du toron, qui doit être utilisé, dépend de la fréquence que le câble doit transmettre. Plus la fréquence est élevée, plus étroit doivent être les torons afin d'éviter l'effet de Kelvin et les effets réciproques dans les torons individuels. Cependant, avec de petits torons une plus faible propor- tion de la section transversale du conducteur est occupée par la matière conduc- trice, tandis que plus d'espace est réservé à l'air et à la matière isolante. Une autre limite réside dans la difficulté de fabriquer et de manipuler des torons beaucoup plus petits que ceux de la jauge N 40B.et S. Dans n'importe quel cas, un accord entre les différents facteurs peut être atteint.
Une méthode simple de toronnage serait de diviser tous les torons en trois ou quatre faisceaux, de toronner chaque faisceau séparément, et alors de toronner les divers faisceaux entre-eux. Cela ne serait pas cependant effectif à cause que beaucoup de conducteurs près du centre des faisceaux tendraient à res-
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'ter en cet endroit, et le résultat obtenu serait considérablement plus faible qu'il n'est théoriquement possible.
Le toronnage multiple, tel qu'il est indiqué fig.7 est préférable. Le nombre total de torons est divisé par groupes de deux à six torons, et chaque groupe est toronné. Dans un but d'exemple, on a supposé qu'il y a trois torons par groupe. Les groupes toronnés sont à leur tour divisés en d'autres groupes de deux à six. Dans le cas envisagé on a supposé trois groupes et. ceux-ci sont to- ronnés pour former neuf ensembles. Ceux-ci à leur tour peuvent être toronnés en- tre-eux par groupes, et l'opération de toronnage est ainsi répétée autant de fois qu'il est jugé nécessaire. Si des groupes de trois sont toronnés entre-eux, six opérations de toronnage ont lieu dans un câble comprenant 729 torons. Pour des fréquences de l'ordre de cinq cents Kilocycles par seconde, ce nombre est plus que suffisant.
Le pas choisi pour le premier toronnage peut être de l'ordre d'un quart' de pouce (6.3 mm.), bien que ce chiffre puisse varier largement. En ré- glant convenablement le pas et la direction des opérations successives, un câble, cylindrique bien uniforme peut être obtenu. Le système de toronnage qui procure une distribution uniforme de courant ne doit pas toujours être préféré. Le cou- rant passant à travers l'intérieur d'un conducteur tend à repousser les courants dans les torons extérieurs et l'accumulation du courant dans ces derniers, qui en résulte, accroît la résistance effective. Pour diminuer cet effet, une con- struction peut être adoptée telle que la densité du courant décroît à mesure que l'on s'approche du centre.
L'effet peut être complété par exemple en entrelaçant les torons de manière que la distance entre-eux s'accroît vers le centre du con- ducteur. De la matière isolante peut ou non être utilisée pour remplir les espa- ces existant entre les torons. On peut aussi arranger les torons de manière qu' ils s'étendent plus longitudinalement vers l'extérieur du conducteur, et plus circonférentiellement ou radialement vers le centre. En s'approchant du cas ex- trême, l'intérieur d'un conducteur peut être creux, les torons étant bobinés de manière à présenter une forme tubulaire. Un noyau en fibre, en corde, ou en tou- te autre matière convenable peut être inséré.
Une autre méthode pour obtenir une densité de courant variable est d'utiliser une faible isolation entre les torons
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afin de provoquer une dispersion voulue de courant quand les torons sont près du conducteur. Alternativement, la perte de courant peut être réduite en utilisant de très longs pas de toronnage pour les torons près du centre du conducteur.
Suivant les figures 9 à 12, le câble peut être fait de torons, de ru- bans de cuivre, ou de fils tressés. Des conducteurs intérieurs 82, qui sont en relation espacée avec les conducteurs extérieurs 81, peuvent avoir une construc- tion identique à ceux-ci, Les conducteurs intérieurs peuvent être pleins, toron- nés, ou creux. Des dispositifs d'espacement 83, tels que des rondelles, séparent les conducteurs extérieurs des conducteurs intérieurs et les maintiennent dans une relation concentrique voulue. Ces dispositifs sont faits d'une manière dié- lectrique convenable, de manière à assurer un angle de perte faible, et une con- stante diélectrique basse introduisant une perte et une capacité minimum entre les conducteurs.
En plaçant les rondelles suffisamment éloignées, la partie prin- cipale du diélectrique entre deux rondelles est l'air qui, ainsi qu'on le sait, possède une constante diélectrique faible et n'offre pratiquement aucune perte dérivée. Pour réduire encore la perte due aux rondelles, elles peuvent être mu- nies de rainures, de sorte qu'elles ont une forme semblable au noyau et aux ray- ons d'une roue, ce qui accroit la quantité de diélectrique air entre les conduc- teurs. Si on le désire, le diélectrique peut être un gaz autre que l'air, de ma- nière à améliorer encore ses caractéristiques. Le vide peut aussi être fait. Des dispositifs d'espacement en porcelaine vitrée, en caoutchouc durci, en verre, en quartz, etc....peuvent être utilisés dont l'espacement peut être alors assez fai- ble pour assurer la résistance voulue.
Une isolation effective peut être obtenue avec des spirales en papier ou autre matière convenable.
Autour des conducteurs extérieurs est un recouvrement en plomb 84 qui peut être obtenu par refoulement sur le câble entier par des moyens mécaniques.
Une armature additionnelle 86, enroulée autour du câble, est placée extérieurment à l'enveloppe en plomb et repose sur un lit de jute 85. Il est évident que l'en- veloppe en plomb et l'armature peuvent être utilisées indépendamment l'une de l' autre, et que toutes deux peuvent être enlevées entièrement du câble si cela est considéré comme nécessaire. Un revêtement imperméable à l'eau peut être placé sur le câble afin de le préserver de l'humidité et des poussières. Bien qu'aucun re-
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vêtement extérieur ne soit requis au point de vue de l'isolation, il peut -être désirable de recouvrir les conducteurs extérieurs de chaque paire du conducteur coaxial pour préserver de l'humidité et de la poussière les isolateurs séparant les conducteurs intérieurs et extérieurs.
Les figures 13 et 14 représentent chacune une paire de conducteurs co-axiaux en partie sectionnés, qui peuvent être utilisés dans un câble con- struit en concordance avec cette invention. Les conducteurs 81 et 82 de chaque paire sont maintenus en relation espacée par un ruban en spirale 87, -qui peut être en caoutchouc ou autre matière convenant comme diélectrique.
Suivant la figure 15, un conducteur extérieur toronné 88 est associé avec un conducteur intérieur 89 aussi toronné, et une série de rondelles d'espa- cement 90 sont prévues pour séparer ces conducteurs. Un noyau 91 supporte le conducteur intérieur, tandis qu'un recouvrement 92 imperméable à l'humidité est posé sur le conducteur extérieur de manière à envelopper l'ensemble des deux paires. Sur cette figure les deux conducteurs sont indiqués comme étant du type toronné, chaque conducteur comprenant deux couches de torons. Il est évident que seulement une couche, ou un plus grand nombre de couchés, peuvent être uti- lisées si on le désire.
Les couches de torons sont disposées de manière qu'il y ait autant de couches toronnées vers la gauche qu'il y en a vers la droite, cha- que couche ayant le même degré de toronnage et formant un mince fourreau conduc- teur tressé. On peut aussi toronner différents torons entre-eux pour constituer un conducteur, lequel est encore toronné avec d'autres conducteurs formés à leur tour par le toronnage d'autres torons entre-eux.
La modification montrée fig.16 comprend un conducteur extérieur à ru- ban 93, un conducteur intérieur aussi à ruban 94, une série de rondelles d'espa- cement 90 séparant les dits conducteurs, un noyau 91 sur lequel le conducteur extérieur est monté, et un recouvrement 92 imperméable à l'eau et qui enveloppe la paire de conducteurs. Cette construction est semblable à celle montrée fig.
15 excepté que les conducteurs sont formés de rubans au lieu d'être obtenus par toronnage.
La figure 17 représente une paire de conducteurs coaxiaux 94 et 95 faits d'un fil tressé et maintenus en relation espacée l'un de l'autre par des
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organes de tension 96. Ces organes peuvent être faits de cordon de matière tex- tile convenable et peuvent être tressés avec le conducteur. Ils servent à sus- pendre le conducteur intérieur 94 au conducteur 95, et possèdent en même temps une faible capacité diélectrique, de sorte que l'espace compris entre les deux conducteurs renferme pratiquement seulement de l'air ou un autre gaz quelconque. la. construction doit être telle que les fils doivent être disposés symétrique- mentautour d'une ligne parallèle à l'axe du conducteur. La figure 8 montre sché- matiquement un système de signalisation conforme à l'invention.
En une ville A, où se termine un système de communication important, sont placés les circuits de signalisation par ondes porteuses montrés. Des circuits semblables vers dif- férents points suburbains B, et vers une ville voisine D, sont prévus dans le système au moyen de câbles à conducteurs coaxiaux du type décrit. De D des câble peuvent être envoyés vers des villes distantes représentées par E, avec des ap- pareils en divers points intermédiaires pour brancher des connexions vers d'au- tres villes comme cela est désiré,
Dans la ville A, se trouvent diverses stations Sl, S2, S3, etc....où des signaux, dans une multiplicité de circuits à fréquences phoniques, tels que ceux associés avec un système local pour bureaux téléphoniques, sont appliqués à des ondes porteuses respectives.
Les circuits transmetteurs sont représentés, bien qu'incomplètement, par les divers circuits téléphoniques ou autres circuits à basses fréquences al, les modulateurs 23, et les filtres séries 25. Les si- gnaux de départ sont amplifiés et appliqués à une paire de conducteurs coaxiaux d'un câble à circuits multiples 29, 30,31, etc....Les signaux à ondes porteuses reçus à travers une autre paire coaxiale dans le même câble sont séparés l'un de l'autre par les filtres séries 26, puis sont ensuite réduits aux fréquences auditives par les démodulateurs 24.'Ils sont alors appliqués aux circuits à bas ses fréquences 22, qui ainsi qu'il est dit ci-dessus peuvent faire partie d'un système pour bureaux téléphoniques.
Le nombre de paires de conducteurs dans chacun des câbles 29,30, 31, etc...n'est pas évidemment limité à deux, et un plus grand nombre peut être utilisé, si plus qu'environ une centaine de chemins sont requis vers quelques unes des stations Sl, S2, etc....Dans tous les cas, différents câbles 29, 30, 31, etc...peuvent être branchés dans un seul câble 35
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en divers points pour constituer le câble complet 36.
Un autre câble 37 venant de divers points suburbains, peut 'être joint au câble 36 pour constituer le câble 38 qui conduit à la ville voisine D. Les circuits aux stations suburbaines, qui sont associés au câble 37, peuvent être du même type que ceux représentés en Sl. Certaines des paires de conducteurs du câble 37 peuvent être branchées dans le câble 36, et d'autres dans le câble 38, tandis que d'autres encore peuvent faire une connexion en T avec des circuits en- tre les points A et D. Ces dernières paires de conducteurs peuvent alors être u- tilisées pour une connexion soit avec A ou avec D, comme des changements dans la distribution du trafic peuvent être requis.
En D un groupe de conducteurs 39 est séparé pour connecter un autre ty- pe de système de transmission qui sera décrit par la suite, Les conducteurs res- tants continuent à travers le câble 45 vers la ville distante. Ces derniers con-. ducteurs sont séparés à la.station D en deux groupes 40 et 41, les premiers transmettant les signaux dans la direction Est-Ouest, et les deuxièmes en direc- tion opposée. Chaque groupe est associé avec un répéteur convenable 42, 43, qui comprend des amplificateurs individuels pour les diverses paires de conducteurs.
Les câbles employés dans le système peuvent être du type décrit. Entre deux. points quelconques, un simple câble peut seulement être utilisé, puisque en con- cordance avec l'invention, des paires de conducteurs transmettant des signaux en directions opposées peuvent être inclues dans le même câble. Si le diamètre exté- rieur d'un tel câble devient exagéré, les conducteurs peuvent évidemment être sé- parés pour former deux ou plusieurs câbles.
Les conducteurs.39 qui sont séparés des conducteurs restants, du câble 38, sont connectés aux bornes d'un autre type de système de transmission qui est aussi représenté en D. Entre la ville D et quelques autres villes distantes, plu- sieurs centaines de circuits peuvent être requis. Dans un tel cas, une simple pai re de conducteurs coaxiaux, de peut être quelques pouces de diamètre extérieur, peut être prévue entre ces points, avec des appareils terminus convenables pour utiliser la plus grande rangée de fréquences de signalisation rendue ainsi possi- ble.
Ce système comprend des appareils modulateurs 49 pour transférer les diver- ses bandes porteuses de signalisation de 50 à 500 Kilocycles transmises à travers le conducteur 39 en des positions respectives dans une bande de fréquences qui
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peut s'étendre de cinq cents à cinq mille Kilocycles par seconde. Les signaux résultants sont alors appliqués à une simple paire de conducteurs coaxiaux 51 pour la transmission vers la ville distante F. Une paire semblable de conduc- teurs 52 transmet en direction opposée. Les signaux de cette dernière paire sont appliqués à l'appareil 50 où ils sont d'abord séparés en des bandes de, approxi- mativement, quatre cents à cinquante Kilocycles, puis démodulés pour les réduire à des bandes de 50 à 500 Kilocycles.
Ces dernières sont appliquées aux paires de conducteurs individuelles 39 et au câble 38. Le système local pour bureaux télé- phoniques de la ville D peut être connecté avec l'appareil Sn semblable à Sl, S2, etc... et le circuit de départ est connecté à l'un ou l'autre des systèmes de transmission convergeant dans cette ville.
Chacun des deux systèmes convergeant en D a un champ d'utilités et d'a- vantages qui lui est particulier. La ligne à conducteurs coaxiaux de grand dia- mètre peut servir pour transmettre des fréquences de cinq mille Kilocycles par seconde et plus, les répéteurs étant espacés chacun de 25 ou 50 milles (40 à 80 Km. ) ou autrement suivant des raisons d'économie. Un millier ou plus de chemins téléphoniques par courants porteurs peuvent être obtenus de la rangée de fréquen- ces ainsi rendue possible. Un simple amplificateur à la station répétitrice peut servir pour cas chemins.
Ces avantages économiques sont contrebalancés à une cer taine valeur par le coût du cuivre requis pour les conducteurs, mais le système est néanmoins, aux points de vue physique et économique, bien adapté pour la transmission des signaux sur une distance de plusieurs centaines et même de plu- sieurs milliers de milles. Cependant aux circuits terminus des difficultés et u- ne dépense a lieu dans l'établissement et la séparation des bandes de signalisai tion à fréquences radiophoniques très rapprochées. De simples circuits filtreurs séries ne peuvent être utilisés pour plusieurs raisons dont la principale est leur manque de sélectivité. Il s'ensuit qu'une modulation et une démodulation multiple, ainsi que des filtrages successifs doivent avoir lieu.
Pour séparer un petit nombre de bandes ou même une seule bande, des circuits compliqués et coû- teux de cette nature sont requis. Le système ne convient donc pas bien si des chemins doivent être ajoutés ou enlevés du système en des points fréquents de la ligne.
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Une paire de conducteurs coaxiaux de faibles dimensions, c'est à dire d'un diamètre extérieur d'un quart à un demi pouce, a une rangée usuelle de fré- quences de signalisation de l'ordre de 50 à 500 Kilocycles par seconde ou plus, Une centaine ou plus de chemins téléphoniques par ondes porteuses peuvent être superposés sur chaque paire. Des filtres séries, utilisant des cristaux piézo- électriques, sont suffisamment sélectifs pour séparer les bandes de signalisa- tion dans cette rangée de fréquences. Des chemins par courants porteurs peuvent donc être facilement ajoutés ou enlevés d'une paire de conducteurs. Si une cen- taine de chemins de signalisation sont nécessaires à une ville particulière le long de la route d'un câble, une ou plusieurs paires de conducteurs peuvent être branchées du câble et desservir ce point.
D'autre part; dans un système utilisant un grand conducteur coaxial, des filtres, des modulateurs, des démodulateurs, etc ..,seraient nécessaires pour prévoir ces facilités. En général on peut dire que l'emploi de câbles à conducteurs coaxiaux et à circuits multiples, en concordance avec la présente invention, permet de réaliser un système très flexible,.
REVENDICATIONS.
1 - Dans un système électrique de signalisation, un câble comprend une série de paires de conducteurs coaxiaux et est caractérisé par des moyens permet- tant de transmettre des signaux, dans les mêmes rangées, en directions opposées à travers les dits conducteurs.
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ELECTRICAL SYSTEMS IMPROVEMENTS
OF WAVE TRANSMISSION.
The invention relates to the construction of electric cables, as well as to electric systems for the transmission of messages, and more particularly to cable systems for the transmission of electric carrier waves. One of its aims is to provide a multi-conductor cable in which each pair of conductors can transmit, with very low attenuation, a band of frequencies the upper limit of which extends well beyond the frequencies presently employed in transmission by carrier currents.
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Another object of the invention is to provide a signaling system in which carrier frequency signals, included in the same row of frequencies, can be transmitted in opposite directions through pairs of conductors contained in a single cable.
Other objects will become more apparent from the following description based on the accompanying drawings. In these Figures 1A, 1B, 4A, 4B, 5,6, and 9 to 17 show shapes of cables suitable for use in electrical transmission systems according to the invention; Figure 2 schematically shows the cable of fig.l inserted into a circuit; FIGS. 3A to 3D relate to the effects of inductive or cross-talk mixtures observed in a system in accordance with the invention and in other systems known until now; FIG. 7 shows the preferred form which the central conductor may have; Figure 8 relates to a carrier wave transmission system based on the principles mentioned.
A cable in accordance with the present invention is shown in Figures 1A and 1B and comprises four pairs of coaxial conductors enclosed in a tubular lead casing. Each coaxial pair comprises a thin outer tubular conductor 1, preferably of copper, as well as a central return conductor 2, also of copper. The latter may be a solid wire, as shown, or it may consist of stranded wires, a small tube, or else some other suitable shape. The outer conductor may be a drawn copper tube, as shown, or it may be formed of stranded wires, copper foil, or any other shape which provides a substantially tubular conductive path and of sufficient degree. mechanical flexibility.
The diameter of the outer conductor may be of the order of a quarter or a half inch (6.2 mm. Or la.5 mm.).
Since the frequency of signals applied to conductors can be as high as a million cycles per second, it is particularly important that as little solid matter as possible be placed in the region comprised between the conductors of each pair. . Preferably, the dielectric is gaseous or largely of that nature. Collars or washers 3, made of insulating material, are placed along the center conductor at intervals which may be of the order of an inch (25.4 mm.), As is necessary for
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provide a mechanical support and to prevent any contact between the interior and exterior conductors. The dielectric constant and conductivity of this material should be as low as possible in order to keep losses to a minimum.
No insulation need be provided between the outer conductors of the various coaxial pairs, when the latter are assembled as a cable, since the outer conductors normally operate at earth potential. In fact, as will appear later, a certain advantage lies in the fact that the conductors provide good electrical contact. As a result, a continuous coating of metal tapes or fiber 4 is preferably applied to the four conductors in order to connect them together. An improved mechanical structure is obtained if the assembled conductors are subjected to stranding before being connected together. A stranding, with about one turn every three feet (914.4 mm.), Is sufficient.
The space between the tapes and the conductors may or may not be filled with a suitable filler material in order to obtain a cylindrical outer shape. In all cases the assembly can be provided with a 5 'lead envelope applied by upsetting.
In fig. 2, the essential characteristic facts of the invention are shown schematically. A and B represent the signaling circuits at the ends of a carrier wave communication system using a range of frequencies which can be fifty to five hundred kilocycles per second. These circuits are connected by a four pair cable of the type shown in fig.l. The pairs W and W ', which preferably are not adjacent in the cable, transmit signals by carrier waves in the same frequency band and in the West-East direction. The other two pairs E and E ', using the same row of' frequencies, provide return paths for the pairs W and W 'respectively, or paths for transmitting in the east-west direction.
The directions of transmission are indicated in the drawing by the manner in which the various terminal amplifiers Aw, Ae, Bw, Be, etc., are represented.
The nature of the cross-talk action or inductive mixing which takes place in the circuit of fig. 2, is described with reference to figures 3A to 3D. Consider as a typical case the effect on circuits E 'and W' of signals passing
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in the W circuit of the cable. The induction in the return circuit E does not need to be considered, since the transmitted energy acts as an echo, and the effect produced is absolutely not important as soon as the conditions of cross- talk or crosstalk have been met. In fig. 3A, the three circuits E ', W' and W, the latter being the disturbing circuit, have been indicated.
A1 and A2 represent repeaters which may be spaced 25 to 50 miles apart (approximately 40 to 80 km) or at other lengths for reasons of system economy. The signaling energy in line W, expressed on a logarithmic basis, as well as that in line W ', decreases in an approximately uniform manner with distance from repeater A1, while in line E ', it decreases uniformly with the distance from the repeater A2.
The relative signaling levels are shown in fig. 3B as a function of distance. The disturbance energy induced at a particular point in adjacent lines varies as the level of signaling at the corresponding point on the line that produces that disturbance. The effect of an induced voltage, however, depends not only on its amplitude but also on the part of the circuit on which it occurs. For example, an induced voltage from line W to line W 'near repeater'Al, will have less effect at repeater Aa than an equal voltage induced near this latter repeater, since in the former case the induced wave is attenuated by the line before it reaches this repeater.
The efficiency of an induced voltage in producing cross-talk or crosstalk can be shown graphically by comparing it with the level of signals in the disturbed line. Considering the effect of crosstalk at the reception, ie the induction from line V to line W, the ratio of the induced voltage to the leveling level is found constant at all points of the line. It is indicated by line W 'in fig. 3B. In other words, the induction between the lines is not greater, with respect to the crosstalk at the reception, at any point of the line rather than at another.
If it is a crosstalk effect on transmission, the conditions are absolutely different. From figure SB it can be seen that the signaling level in the disturbing line W near the repeater A2 is low compared to the signaling level in the disturbed line E ', and that the induced crosstalk voltage from W to E 'at this point can not be serious. Near the repeater Al, the ni-
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Relative calves are reversed and high voltage due to crosstalk is superimposed on low signal currents. There is therefore no longer any transmission crosstalk in this section of the line.
Curve E 'in Fig. 30 graphically represents the variation, along the line, of the induced voltage produced by the crosstalk at transmission, assuming the same mutual inductance per unit length. Although the induced voltage drops as one moves away from Al, the signaling level in the disturbed circuit at the same time increases, with the result that the disturbing effect decreases twice as fast as in fig. . 3C. This effect is indicated by line E '.
Regarding the general nature of the cross-talk action or crosstalk, established in the previous paragraph, it appears to be the same for twisted pair lines as it is for coaxial conductor lines. However, essential differences are discovered upon careful examination. In the first place, the crosstalk between twisted pair circuits increases with frequency, while for lines with coaxial conductors, it is the low frequencies which are the most disturbing because of a decreasing protective effect with decrease in frequency. In addition, in a twisted pair cable, the amplitude and polarity of the voltage induced from one pair to another changes in a more or less variable manner along the cable, since the coupling between the circuits varies according to the stranding.
The effective induced voltage in such a case varies approximately as the square root of the cable length according to the theory of probability. If coaxial conductors are used, the coupling between the circuits is the same at all points, and the total effective induced voltage increases as the first power of the length of the repeater section. Total crosstalk in both cases should be at least 60 decibels below the signal level. As long as coaxial conductor lines are adopted for long distance transmissions, the crosstalk occurring in each repeater section should be kept very low.
The transmission crosstalk in a coaxial conductor cable must be considered because of the phase variations of the signals along the line. Assume a propagation speed of 180,000 miles per second
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(289.620 km. Per second). The length of a 50 Kilo-cycle signal wave is 3.6 miles (5792 m.), Which is small compared to the length of the repeater section. The instantaneous induced voltage can be as shown by the attenuated sine wave of fig. 3d. Here the voltage wave is shown at the moment when the voltage in Al is maximum. The current transmitted to A1 by the voltage induced in the line, in the immediate vicinity of Al, is therefore at a maximum value at this instant.
At some distance from Al, at point B, the induced voltage is 90 out of phase with that of Al. The current transmitted to Al is therefore 90 two-phase with that created in B. The total phase difference between the current created in A1 and that arriving from B is therefore 180. In other words, crosstalk currents tend to cancel each other out instead of reinforcing. A reduction in transmission crosstalk, due to the phase shift, is only effective when the voltages induced at the different points of the line have the same phase relationship with respect to the inductor voltages, which is a condition obtained in the case of lines with coaxial conductors.
Under certain circumstances, crosstalk can be reduced by electrically isolating the pairs of coaxial conductors from each other. The benefit can be material, but only if short cable lengths are considered, such as ten to three hundred feet (3 to 91 m.). With conductors so insulated, the crosstalk or cross-talk varies approximately as the square of the length of the cable, and for lengths greater than about two miles (3218 m.), Greater crosstalk may be obtained than 'with uninsulated conductors.
If the interval between repeaters is to be of the order of twenty-five nilles (40 Ions.), The different pairs of coaxial conductors of the cable are preferably bonded together in good electrical contact, thus that it is described in connection with fig.l.
Although the invention has been described with reference to a four pair cable, it is obvious that this was chosen only as an example. Usually the cable has a much larger number of pairs. Figures 4A and 4B show one type of multi-layered cable according to the invention. The central layer comprises four pairs 10 arranged as at the four corners of a square, while the second layer comprises ten pairs 11 arranged in a circle at the center.
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tower of the central layer. A tape ligature 8 and a lead wrap 9 wrap around the assembly. The outer conductor of each pair may have, for example, a diameter of 0.3 inch (7.6 mm.) And a thickness of 0.020 inch (0.5 mm.). The lead casing may be 0.100 of an inch (2.5 mm.) Thick.
The outer diameter of the casing should be somewhat less than 2 inches (25.8 mm). On the lead envelope we can place a layer of jute and a reinforcing material. The exact nature of the covering placed on all the conductors depends on the environment in which the cable will be used. Additional layers of pairs of conductors may be provided. Preferably, the successive layers should be in opposite directions to improve both the mechanical qualities of the cable and to reduce cross-talk.
By arranging the East-West and West-East pairs in the cable, it is advisable to keep those transmitting the current in the direction marl, separated as much as possible. As for the central layer, the arrangement shown in fig.l can be used in the cable of Figures 4A and 4B. In the neighboring layer and in any additional layers, circuits in opposite directions are preferably alternated with each other. At fixed intervals along the cable the pairs of conductors can be re-arranged or tran9 laid so that no pair is subject to more cross-talk than another pair.
Another type of cable is shown in fig. 5. In this case, only the central part of the space included in the casing is occupied by the pairs 13 of coaxial conductors. One or more pairs of circuits with coaxial conductors can thus be placed. The remainder of the space is filled by means of twisted pair circuits 12 which may be arranged in quarters or in some other suitable manner. In the cable shown in fig. 6, the coaxial pairs 17 are arranged in a cable just adjacent to the lead shell 15, and the central part is filled with the quads or the twisted pairs 16.
With these two composite cables, it is possible to connect one, two or more low frequency circuits externally at the desired locations, while it is not economical to connect a coaxial pair, unless the number of paths that we have need either in the order of a hundred.
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Any of the cables described herein can be used for the transmission of signals in television, or by carrier waves, or for any other similar system. The paths for television signals are less affected by disturbing noise or inductive mixtures than the paths for telephone signals. Consequently, the row of frequencies above the row of frequencies used in telephony can economically be used for transmission by television. The induction of one circuit with respect to another results in the distortion of the transmitted images. In a certain sense, such a disturbance can be called "cross-talk" or "crosstalk *.
In establishing a coaxial conductor system, the construction of the center conductor deserves special attention. Besides the diameters of the conductors forming a pair, the effective resistance of the center conductor is the main factor determining the attenuation of the system. If a solid conductor is used, the resistance to AC current can be much greater than that to DC because of the Kelvin effect. As has been specified above, the central conductor can advantageously comprise in several cases a number of small strands of fine copper wires insulated, braided or stranded together, so as to provide a distribution. conformance of current through the cross section of the conductor.
The size of the strand, which should be used, depends on the frequency that the cable is to transmit. The higher the frequency, the narrower the strands must be in order to avoid the Kelvin effect and reciprocal effects in the individual strands. However, with small strands a smaller proportion of the conductor cross section is occupied by the conductive material, while more space is reserved for air and insulating material. Another limitation is the difficulty of fabricating and handling strands much smaller than those of the N 40B and S gauge. In any case, agreement between the different factors can be reached.
A simple method of stranding would be to divide all the strands into three or four bundles, strand each bundle separately, and then strand the various bundles together. This would not be effective, however, because many conductors near the center of the beams would tend to stay
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'ter in this place, and the result obtained would be considerably lower than is theoretically possible.
Multiple stranding, as shown in fig. 7 is preferable. The total number of strands is divided into groups of two to six strands, and each group is stranded. For the sake of example, it has been assumed that there are three strands per group. The stranded groups are in turn divided into other groups of two to six. In the case considered, we have assumed three groups and. these are rounded to form nine sets. These in turn can be stranded among themselves in groups, and the stranding operation is thus repeated as many times as is deemed necessary. If groups of three are stranded together, six stranding operations take place in a cable comprising 729 strands. For frequencies of the order of five hundred kilocycles per second, this number is more than sufficient.
The pitch chosen for the first stranding may be on the order of a quarter of an inch (6.3 mm.), Although this figure may vary widely. By suitably adjusting the pitch and direction of the successive operations, a very uniform, cylindrical cable can be obtained. The stranding system which provides uniform current distribution is not always to be preferred. Current passing through the interior of a conductor tends to repel currents in the outer strands and the resulting build-up of current in the latter increases the effective resistance. To decrease this effect, a construction can be adopted such that the current density decreases as one approaches the center.
The effect can be completed for example by interlacing the strands so that the distance between them increases towards the center of the conductor. Insulating material may or may not be used to fill the spaces between the strands. The strands can also be arranged so that they extend more longitudinally towards the outside of the conductor, and more circumferentially or radially towards the center. Approaching the extreme case, the interior of a conductor can be hollow, the strands being wound so as to have a tubular shape. A core of fiber, rope, or other suitable material may be inserted.
Another method to achieve variable current density is to use low insulation between the strands.
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in order to cause a desired dispersion of current when the strands are near the conductor. Alternatively, current loss can be reduced by using very long stranding pitches for the strands near the center of the conductor.
According to Figures 9 to 12, the cable can be made of strands, copper bands, or braided wires. Inner conductors 82, which are in spaced relation to outer conductors 81, may be identical in construction to them. Inner conductors may be solid, stranded, or hollow. Spacers 83, such as washers, separate the outer conductors from the inner conductors and hold them in a desired concentric relationship. These devices are made in a suitable dielectric manner, so as to ensure a low loss angle, and a low dielectric constant introducing loss and minimum capacitance between the conductors.
By placing the washers far enough apart, the main part of the dielectric between two washers is air which, as is known, has a low dielectric constant and offers virtually no derivative loss. To further reduce the loss due to the washers, they can be provided with grooves, so that they have a shape similar to the core and spokes of a wheel, which increases the amount of dielectric air between the conduits. - teurs. If desired, the dielectric can be a gas other than air, so as to further improve its characteristics. Vacuum can also be made. Spacers of glazed porcelain, hard rubber, glass, quartz, etc. can be used, the spacing of which can then be small enough to provide the desired strength.
Effective insulation can be achieved with spirals of paper or other suitable material.
Around the outer conductors is a lead covering 84 which can be obtained by upsetting the entire cable by mechanical means.
An additional reinforcement 86, wrapped around the cable, is placed outside the lead casing and rests on a jute bed 85. It is obvious that the lead casing and the reinforcement can be used independently of one another. on the other, and both can be removed entirely from the cable if deemed necessary. A waterproof coating can be placed on the cable to protect it from humidity and dust. Although no re-
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outer clothing is required from an insulation standpoint, it may be desirable to cover the outer conductors of each pair of the coaxial conductor to preserve the insulators separating the inner and outer conductors from moisture and dust.
Figures 13 and 14 each show a pair of partially severed coaxial conductors which may be used in a cable constructed in accordance with this invention. The conductors 81 and 82 of each pair are held in spaced relation by a spiral tape 87, which may be of rubber or other material suitable as a dielectric.
According to FIG. 15, a stranded outer conductor 88 is associated with an inner conductor 89 also stranded, and a series of spacers 90 are provided to separate these conductors. A core 91 supports the inner conductor, while a moisture impermeable cover 92 is placed over the outer conductor so as to wrap the set of two pairs. In this figure the two conductors are indicated as being of the stranded type, each conductor comprising two layers of strands. Obviously, only one diaper, or more coats, can be used if desired.
The strand layers are arranged so that there are as many layers stranded to the left as there are to the right, each layer having the same degree of stranding and forming a thin braided conductor sleeve. It is also possible to strand different strands together to constitute a conductor, which is further stranded with other conductors formed in turn by the stranding of other strands between them.
The modification shown in fig. 16 comprises an outer conductor with ribbon 93, an inner conductor also with ribbon 94, a series of spacers 90 separating said conductors, a core 91 on which the outer conductor is mounted, and a waterproof covering 92 which envelops the pair of conductors. This construction is similar to that shown in fig.
15 except that the conductors are formed of tapes instead of being obtained by stranding.
Figure 17 shows a pair of coaxial conductors 94 and 95 made of braided wire and held in spaced relation to each other by
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Tension members 96. These members may be made of a cord of suitable textile material and may be braided with the conductor. They serve to suspend the inner conductor 94 from the conductor 95, and at the same time have a low dielectric capacity, so that the space between the two conductors contains almost only air or any other gas. the. construction must be such that the wires must be arranged symmetrically around a line parallel to the axis of the conductor. FIG. 8 schematically shows a signaling system according to the invention.
In town A, where an important communication system terminates, the shown carrier wave signaling circuits are located. Similar circuits to different suburban points B, and to a neighboring town D, are provided in the system by means of coaxial conductor cables of the type described. From D cables can be sent to distant towns represented by E, with devices at various intermediate points to make connections to other towns as desired,
In town A are various stations S1, S2, S3, etc ... where signals, in a multiplicity of phonic frequency circuits, such as those associated with a local telephone office system, are applied to the waves respective carriers.
The transmitter circuits are represented, although not completely, by the various telephone circuits or other low frequency circuits a1, the modulators 23, and the series filters 25. The start signals are amplified and applied to a pair of coaxial conductors. of a multi-circuit cable 29, 30, 31, etc .... The carrier wave signals received through another coaxial pair in the same cable are separated from each other by the series filters 26, then are then reduced to the auditory frequencies by the demodulators 24. They are then applied to the circuits with low frequencies 22, which as said above can form part of a system for telephone offices.
The number of pairs of conductors in each of the cables 29,30, 31, etc ... is obviously not limited to two, and more can be used, if more than about a hundred paths are required to some of the stations Sl, S2, etc ... In all cases, different cables 29, 30, 31, etc ... can be connected in a single cable 35
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at various points to form the complete cable 36.
Another cable 37 from various suburban points can be joined to cable 36 to form cable 38 which leads to neighboring town D. The circuits to suburban stations, which are associated with cable 37, may be of the same type as those. represented in Sl. Some of the pairs of conductors in cable 37 may be plugged into cable 36, and others into cable 38, while still others may make a T-connection with circuits between points A and D. These last pairs of conductors can then be used for a connection with either A or D, as changes in the distribution of traffic may be required.
At D a group of conductors 39 is separated to connect another type of transmission system which will be described later. The remaining conductors continue through cable 45 to the remote town. The latter con-. Drivers are separated at station D into two groups 40 and 41, the former transmitting signals in the east-west direction, and the latter in the opposite direction. Each group is associated with a suitable repeater 42, 43, which includes individual amplifiers for the various pairs of conductors.
The cables used in the system can be of the type described. Between two. At any point, a single cable can only be used, since in accordance with the invention pairs of conductors transmitting signals in opposite directions can be included in the same cable. If the outside diameter of such a cable becomes exaggerated, the conductors can obviously be separated to form two or more cables.
The conductors. 39 which are separated from the remaining conductors, of cable 38, are connected to the terminals of another type of transmission system which is also shown in D. Between town D and a few other distant towns, several hundred circuits may be required. In such a case, a simple pair of coaxial conductors, perhaps a few inches in outside diameter, may be provided between these points, with suitable terminating devices to utilize the largest range of signaling frequencies thus made possible.
This system comprises modulator devices 49 for transferring the various signaling carrier bands of 50 to 500 kilocycles transmitted through the conductor 39 at respective positions in a frequency band which
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can range from five hundred to five thousand Kilocycles per second. The resulting signals are then applied to a single pair of coaxial conductors 51 for transmission to remote city F. A similar pair of conductors 52 transmits in the opposite direction. The signals from this latter pair are applied to device 50 where they are first split into bands of approximately four hundred to fifty kilocycles, then demodulated to reduce them to bands of 50 to 500 kilocycles.
These are applied to the individual pairs of conductors 39 and to the cable 38. The local telephone office system in town D can be connected with the device Sn similar to S1, S2, etc ... and the outgoing circuit. is connected to either of the transmission systems converging in this city.
Each of the two systems converging at D has its own particular field of utilities and advantages. The line with coaxial conductors of large diameter can be used to transmit frequencies of five thousand kilocycles per second and more, the repeaters being each spaced 25 or 50 miles (40 to 80 km.) Or otherwise for reasons of economy. . A thousand or more power line telephone paths can be obtained from the frequency row thus made possible. A simple amplifier at the repeater station can be used for case paths.
These economic advantages are outweighed to some value by the cost of copper required for the conductors, but the system is nonetheless, from a physical and economic point of view, well suited for transmitting signals over a distance of several hundred and even of several thousand miles. However, at terminus circuits there are difficulties and expense in establishing and separating signal bands at closely spaced radiophonic frequencies. Simple series filter circuits cannot be used for several reasons, the main one being their lack of selectivity. It follows that multiple modulation and demodulation, as well as successive filtering must take place.
To separate a small number of bands or even a single band, complicated and expensive circuits of this nature are required. The system is therefore not suitable if paths have to be added or removed from the system at frequent points on the line.
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A pair of coaxial conductors of small dimensions, that is to say with an outside diameter of a quarter to a half inch, has a usual row of signaling frequencies of the order of 50 to 500 kilocycles per second or In addition, a hundred or more carrier wave telephone paths may be superimposed on each pair. Series filters, using piezoelectric crystals, are sufficiently selective to separate the signal bands in this range of frequencies. Powerline paths can therefore be easily added or removed from a pair of conductors. If a hundred signal paths are required for a particular town along a cable route, one or more pairs of conductors may be plugged in from the cable and serve that point.
On the other hand; in a system using a large coaxial conductor, filters, modulators, demodulators, etc., would be needed to provide these facilities. In general, it can be said that the use of cables with coaxial conductors and with multiple circuits, in accordance with the present invention, allows a very flexible system to be produced.
CLAIMS.
1 - In an electrical signaling system, a cable comprises a series of pairs of coaxial conductors and is characterized by means for transmitting signals, in the same rows, in opposite directions through said conductors.