Übertragungsleitung. Die Erfindung bezieht sich auf eine Über tragungsleitung zur Übertragung eines brei ten Frequenzbandes.
Für die Übertragung elektrischer Wellen mit Frequenzen von der Grössenordnung von einer Million Hertz eignet sich, dank der ihr innewohnenden Eigenschaften, besonders eine Leitung mit koaxialen Leitern, von denen der eine als Rückleiter zum andern dient. Dietber- tragungsgrenzfrequenz einer solchen Leitung, welche durch die Induktanz und die Kapazi- ta.nz der Leitung bestimmt ist, tritt bei einer Frequenz auf, die gewöhnlich höher liegt als irgend eine Frequenz, die man zu übertragen wünscht.
Ausserdem können die Zeichen, in folge der Schirmwirkung des äussern Leiters gegen Störungen durch äussere Störquellen auf ein sehr niedriges Pegel herabgesetzt werden, ohne dass sie dabei durch Leitungs geräusch überdeckt werden. In einigen Fäl len muss dagegen der Durchmesser des äussern Leiters bis auf mehrere Zentimeter erhöht werden. wenn die Dämpfung der Wellen höherer Frequenzen auf einem angemessen niedrigen Wert gehalten werden soll.
Um die Dämpfung herabzusetzen oder .das zu übertragendeFrequenzspektrum zu erhöhen im Falle, dass die maximal zulässige Dämpfung zum Beispiel durch das Verstärkungsmass der Verstärker der Trägerwellenübertragungsan- lage festgelegt ist, hat man bisher eine Ver grösserung des Durchmessers der Leiter als unumgänglich betrachtet. Bei einer langen Übertragungsanlage bringt jedoch jede Ver grösserung des Durchmessers eine bedeutende Kostenerhöhung mit sich.
Die Erfindung bezweckt nun. eine Lei tung zu schaffen, über welche ein frequenz- mässig sich auf zum Beispiel ein paar hun derttausend Hertz erstreckendes Zeichenband bei niedrigem Energiepegel mit hohem Wir kungsgrad übertragen werden kann.
Die Leitung nach der Erfindung weist zwei koaxiale Leiter auf und zeichnet sich dadurch aus, dass sie magnetisch belastet ist: Diese Leitung mit koaxialen Leitern kann dadurch belastet werden, dass das magne tische Material entweder gleichförmig längs .der Leitung angebracht wird, wodurch eine gleichförmige oder grarup-Belastung erhal ten wird, oder in regelmässigen Abständen längs der Leitung, wodurch eine punktför- mige oder Pupin-Belastung erhalten wird.
Bei einer ersten Betrachtung mag der Versuch eine Leitung dieser Art zum Zwecke .der Herabsetzung der Dämpfung als wenig erfolgreich, wenn nicht ganz undurchführ bar erscheinen, denn eine Erhöhung der In duktanz der Leitung bringt eine Herab setzung der Grenzfrequenz mit sich, wie dies aus der Gleichung der Grenzfrequenz f. her vorgeht:
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während anderseits es gerade die hohe Grenzfrequenz einer Leitung mit koaxialen Leitern ist, welches eine der Haupteigen schaften zu Gunsten seiner Verwendung zur Übertragung von Hochfrequenzströmen ist.
In vielen Fällen ist jedoch die zu übertra gende maximale Zeichenfrequenz weit unter der der Leitung .eigenen Grenzfrequenz. Das Belasten kann daher trotz der ihm anhaften den Herabsetzung der Grenzfrequenz wirk sam zur Herabsetzung der Zeichendämpfung benützt werden. Selbst wenn das Zeichen band bis nahe an. die Grenzfrequenz heran geht, kann eine schwache Belastung gemäss der vorliegenden Erfindung vorteilhaft an gewendet werden.
Wiederum können in einer Anlage, in der tausend oder mehr Telephonverkehrswege einer einzigen Übertragungsleitung über lagert werden, die aus den schwach nicht linearen Charakteristiken der Verstärker und anderer Übertragungsvorrichtungen herrüh rende gegenseitige Modulation und das Nebensprechen sehr schwierige Probleme dar stellen. Man könnte nun zur Ansicht neigen, dass das Einfügen eines magnetischen Mate- rials-in das zwischen den Leitern auftretende Hochfrequenzfeld, ein unzulässiges Mass von Nebensprechen, Leitungsgeräusch und Ver zerrung mit sich bringen müsste.
Schliesslich könnte man sich die Frage stellen, ob nicht die durch den Energieverlust im magne tischen Material, welcher von der Hysteresis und den Wirbelströmen, die bekanntlich linear bezw. quadratisch mit der Frequenz zunehmen, bedingte Zeichendämpfung nicht viel grösser ausfallen wird, als die durch die Erhöhung :der Induktanz erzielte Entdämp- fung.
Die Erfinderin hat jedoch herausgefun den, dass die vorgenannten Schwierigkeiten nicht unüberwindlich sind und dass durch eine geeignete induktive Belastung einer Lei tung mit koaxialen Leitern ein wesentlicher Gewinn an Übertragungswirkungsgrad er zielt werden kann.
Die Erfindung soll nun nachstehend an hand von einigen Ausführungsbeispielen und der beigefügten Zeichnung erläutert werden. In der Zeichnung zeigt die Fig. 1 eine Leitung mit koaxialen Lei tern, welche gleichförmig mit einem auf,dem innern Leiter angeordneten Band aus magne tischem Material belastet ist; Fig. 2 zeigt eine Leitung mit punktför- miger Belastung, die aus kurzen Hülsen aus magnetischem Material besteht, welche in be stimmten Abständen auf dem innern Leiter angeordnet sind;
Fig. 3, zeigt wie eine gleichförmige Be lastung durch Drähte aus magnetischem Ma terial erreicht werden kann; Fig. 4 und 5 zeigen Leitungen, die durch Eisenbelegungen auf den Leitern belastet sind; Fig. 6 zeigt eine vorzugsweise Ausfüh- rungsform. einer Einheit für punktförmige Belastung.
In der Leitung mit koaxialen Leitern der Fig. 1 sind ein röhrenförmiger innerer Leiter 1 und. .ein röhrenförmiger äusserer Leiter 2 mit den Memmen einer Hochfrequenz zeichenquelle G verbunden, welche zum Bei spiel einer Mehrfach-Trägerwellen-Telephan- anlage angehören kann. Das Belastungsmate- rial ist auf dem innern Leiter 1 in der Form eines Bandes 4 aus magnetischem Material angebracht. An Stelle des Bandes könnte man natürlich auch eine Eisendrahtwicklung auf dem innern Leiter anbringen.
Vorteilhaft verwendet man magnetisches Material mit hoher Permeabilität und niedrigen Hyste- resis- und Wirbelstromverlusten, zum Bei spiel gepulvertes Permalloy oder irgend ein anderes passendes Material. Ein verhältnis mässig breiter Luftspalt zwischen den einzel nen Windungen ergibt eine weitere Herab aetzung der Verluste. Der dadurch erhaltene Belastungsgrad ist von der Menge des be nützten Materials, seiner Anordnung, seiner Permeabilität und mehreren andern Faktoren abhängig. Die Isolationsdistanzstücke 3 .die nen zur Aufrechterhaltung der gegenseitigen Lage der beiden Leiter.
Bei der punktförmigen Belastung einer Übertragungsleitung mit koaxialen Leitern, welche in Fig. 2 dargestellt ist, sind auf dem innern Leiter 1 in regelmässigen Abständen längs .der Leitung kurze Hülsen 6 aus magne- tisehem Material angebracht. Die Induktanz der Leitung wird dadurch an diesen Stellen erhöht und so die Wirkung einer Belastungs spule erhalten. Der Abstand dieser magne- tischen Belastungseinheiten bestimmt die Grenzfrequenz des Systems und ändert da her mit der maximalen zu übertragenden Frequenz.
Es können acht oder mehr Ein heiten pro Wellenlänge der höchsten Zeichen frequenz erforderlich werden. Die beste Aus führung in irgend einem Falle wird jedoch am zweckmässigsten mittelst der für die Be lastung von Übertragungssystemen geltenden Prinzipien ermittelt. Vorzugsweise bildet man die Hülsen aus magnetischem Material so aus, dass man sie an jeder Stossstelle der Leitung einsetzen kann. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung sind zwei Ab schnitte äusserer Leiter mittelst einer auf gelöteten Hülse 7 zusammengefügt, während die innern Leiterabschnitte bei 8 stumpf geschweisst sind.
In der vorzugsweisen Ausführungsform der Fig. 6, welche eine punktförmige Be- lastungseinheit zeigt, sind eine Anzahl dünne Streifen aus magnetischem Material um den innern Leiter 1 gewickelt, wobei jede einzelne Rolle 13, von den benachbarten, durch eine filmdünne Oxydschioht, Luft oder ein an deres passendes Isolationsmaterial getrennt ist. Der isolierende Behälter 15, welcher die Einheit vervollständigt, kann dabei auch als Distanzstück für die koaxialen Leiter dienen.
Die Fig. 3 zeigt eine andere Art der gleichförmigen Belastung einer Leitung mit koaxialen Leitern. Das magnetische Mate rial besitzt die Form dünner Drähte 10, wel che in der Längsrichtung zwischen den zwei koaxialen Leitern angeordnet sind. Die Drähte können dabei auf dem innern Leiter 1 durch Distanzstücke 9, welche zu diesem Zwecke auf ihrer innern Peripherie mit Nuten versehen sind, in ihrer Lage gehalten werden. Die seitliche Distanzierung durch Einfügen von Luftspalten in den magneti schen. Stromkreis ermöglicht die Verwendung von Material, das von dem maximale magne tische Eigenschaften aufweisenden magne tischen Material verschieden ist.
In der Fig. 4 ist eine Leitung mit kaaxialen Leitern dargestellt, dessen innerer Leiter 1 aus einem Kupferrohr besteht. Der innere Leiter könnte natürlich auch aus mas sivem Kupfer bestehen. Die magnetische Be lastung besteht aus einer kontinuierlichen .dünnen Schicht 11, welche auf der innern Fläche des äussern Leiters 2 aufgetragen ist. Diese Schicht 11 kann beispielsweise in Fäl len, wo nur eine filmdünne Schicht magne tischen Materials nötig ist, in der Form eines elektrolytischen Niederschlages angebracht werden.
In der Ausführungsform der Fig. 5 ist das magnetische Material in der Form eines elektrolytischen Niederschlages als filmdünne Schicht 12 auf der Oberfläche des massiven innern Leiters 1 aufgetragen. In beiden Fäl len wird das Material vom magnetischen Feld zwischen den Leitern durchdrungen, dabei .die Induktanz der Leitung erhöht und die Zeichendämpfung reduziert. In allen diesen Ausführungsbeispielen. sind die koaxialen Leiter durch ein in der Hauptsache gasför miges Dielektrikum voneinander getrennt.
Transmission line. The invention relates to a transmission line for transmission of a broad frequency band.
Thanks to its inherent properties, a line with coaxial conductors, one of which serves as a return conductor to the other, is particularly suitable for the transmission of electrical waves with frequencies of the order of magnitude of a million Hertz. The transmission cut-off frequency of such a line, which is determined by the inductance and the capacitance of the line, occurs at a frequency which is usually higher than any frequency which one wishes to transmit.
In addition, as a result of the shielding effect of the outer conductor against interference from external sources of interference, the characters can be reduced to a very low level without being masked by line noise. In some cases, however, the diameter of the outer conductor must be increased to several centimeters. if the attenuation of the waves of higher frequencies is to be kept at an appropriately low value.
In order to reduce the attenuation or to increase the frequency spectrum to be transmitted in the event that the maximum permissible attenuation is determined, for example, by the gain of the amplifier of the carrier wave transmission system, an increase in the diameter of the conductor has been considered inevitable. In a long transmission system, however, any increase in diameter brings a significant increase in cost.
The invention now aims. to create a line via which a frequency-wise band of characters extending over, for example, a few hundred thousand Hertz can be transmitted at a low energy level with a high degree of efficiency.
The line according to the invention has two coaxial conductors and is characterized by the fact that it is magnetically loaded: This line with coaxial conductors can be loaded by applying the magnetic material either uniformly along the line, whereby a uniform or grarup exposure is obtained, or at regular intervals along the line, whereby a punctiform or pupin exposure is obtained.
At first glance, attempting a line of this type for the purpose of reducing the attenuation may appear to be unsuccessful, if not entirely impracticable, because an increase in the inductance of the line leads to a reduction in the cut-off frequency, as is the case with Equation of the cutoff frequency f. what happens here:
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while on the other hand it is precisely the high cut-off frequency of a line with coaxial conductors, which is one of the main properties in favor of its use for the transmission of high-frequency currents.
In many cases, however, the maximum character frequency to be transmitted is far below the line's own limit frequency. The load can therefore be used effectively to reduce the character attenuation despite the inherent lowering of the cutoff frequency. Even if the sign tied up close. the cut-off frequency approaches, a weak load can advantageously be applied according to the present invention.
Again, in a facility where a thousand or more telephone lines are superimposed on a single transmission line, the mutual modulation and crosstalk problems resulting from the weakly nonlinear characteristics of the amplifiers and other transmission devices can be very difficult problems. One could now tend to believe that the insertion of a magnetic material into the high-frequency field occurring between the conductors would result in an inadmissible amount of crosstalk, line noise and distortion.
Finally, one could ask the question whether the loss of energy in the magnetic material, which is caused by the hysteresis and the eddy currents, which are known to be linear, respectively. increase quadratically with the frequency, caused character attenuation will not turn out to be much greater than the de-attenuation achieved by increasing the inductance.
However, the inventor has found out that the aforementioned difficulties are not insurmountable and that a significant gain in transmission efficiency can be achieved through a suitable inductive loading of a line with coaxial conductors.
The invention will now be explained below with reference to some exemplary embodiments and the accompanying drawing. In the drawing, Fig. 1 shows a line with coaxial Lei tern, which is uniformly loaded with a on, the inner conductor arranged band of magne tables material; 2 shows a line with point loading, which consists of short sleeves made of magnetic material, which are arranged at certain intervals on the inner conductor;
Fig. 3 shows how a uniform loading loading by wires made of magnetic Ma material can be achieved; FIGS. 4 and 5 show lines which are loaded by iron deposits on the conductors; 6 shows a preferred embodiment. a unit for point loading.
In the line with coaxial conductors of Fig. 1, a tubular inner conductor 1 and. .A tubular outer conductor 2 is connected to the legs of a high frequency signal source G, which can, for example, belong to a multiple carrier wave telephony system. The loading material is attached to the inner conductor 1 in the form of a band 4 made of magnetic material. Instead of the tape, you could of course also attach an iron wire winding to the inner conductor.
It is advantageous to use magnetic material with high permeability and low hysteresis and eddy current losses, for example powdered permalloy or any other suitable material. A relatively wide air gap between the individual turns results in a further reduction in losses. The degree of exposure thus obtained depends on the amount of material used, its arrangement, its permeability and several other factors. The insulation spacers 3 .die NEN to maintain the mutual position of the two conductors.
In the case of punctiform loading of a transmission line with coaxial conductors, which is shown in FIG. 2, short sleeves 6 made of magnetic material are attached to the inner conductor 1 at regular intervals along the line. The inductance of the line is increased at these points and thus the effect of a load coil is obtained. The distance between these magnetic load units determines the limit frequency of the system and therefore changes with the maximum frequency to be transmitted.
Eight or more units may be required per wavelength of the highest symbol frequency. The best execution in any case, however, is most appropriately determined by means of the principles that apply to the loading of transmission systems. The sleeves are preferably made of magnetic material in such a way that they can be used at any joint on the line. In the embodiment shown in FIG. 2, two sections of the outer conductor are joined together by means of a sleeve 7 soldered to, while the inner conductor sections are butt welded at 8.
In the preferred embodiment of FIG. 6, which shows a point-like load unit, a number of thin strips of magnetic material are wound around the inner conductor 1, with each individual roller 13, from the neighboring ones, being air or a thin film at which suitable insulation material is separated. The insulating container 15, which completes the unit, can also serve as a spacer for the coaxial conductors.
Fig. 3 shows another way of uniform loading of a line with coaxial conductors. The magnetic mate rial is in the form of thin wires 10 which are arranged in the longitudinal direction between the two coaxial conductors. The wires can be held in place on the inner conductor 1 by spacers 9, which for this purpose are provided with grooves on their inner periphery. The lateral distancing by inserting air gaps in the magnetic rule. Circuit allows the use of material that is different from the maximum magnetic properties having magnetic tables material.
4 shows a line with caaxial conductors, the inner conductor 1 of which consists of a copper tube. The inner conductor could of course also consist of solid copper. The magnetic load consists of a continuous thin layer 11, which is applied to the inner surface of the outer conductor 2. This layer 11 can, for example, in cases where only a thin film of magnetic material is necessary, be applied in the form of an electrolytic deposit.
In the embodiment of FIG. 5, the magnetic material is applied in the form of an electrolytic deposit as a film-thin layer 12 on the surface of the solid inner conductor 1. In both cases, the material is penetrated by the magnetic field between the conductors, increasing the inductance of the line and reducing the character attenuation. In all of these exemplary embodiments. the coaxial conductors are separated from one another by a mainly gaseous dielectric