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Übertragungssystem mit pupinisierten Stamm- und Viererleitungen Die
Erfindung bezieht sich auf ein Signalsystem mit pupinisierten Stamm- und Viererleitungen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur besseren Ausnutzung der Leitungen
zwei induktiv belastete Stammkreise für niederfrequente Sprachübermittlung und den
aus den Stammleitungen gebildeten, nicht belasteten Viererkreis zur übermittlung
von hochfrequenten Trägerwellen zu benutzen. Es wird hierbei nur ein Drittel der
Leitungen für die Z`rägerw eilen benutzt.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt eine bedeutend vollkommenere Ausnutzung
der Leitungen, was durch eine solche Bauart und Anordnung der Pupinspulen erreicht
wird, daß die Stammleitungen zur übermittlung hochfrequenter Trägerwellen und die
Viererleitungen zur Übermittlung niederfrequenter Sprachwellen dienen.
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Die Erfindung benutzt also zwei Drittel der Leitungen für die Übertragung
der hochfrequenten Trägerwellen, und da diese auch gleichzeitig zur Übertragung
von Sprechfrequenzen dienen, werden aus vier Drähten drei Kreise für Sprachfrequenzen
und zwei Kreise für hochfrequente Trägerwellen erhalten.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin,
daß trotz der hohen Leitungsausnutzung die Gefahr des übersprechens gering ist;
denn es ist bekannt, daß das Übersprechen, welches bei höheren Frequenzen in viel
stärkerem Maße auftritt als bei niederen Frequenzen, von Stamm zu Stamm bedeutend
geringer ist als von den Stämmen auf dem Vierer.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar ist eine Schaltung gezeigt, bei der die Stamm-und Viererkreise sowohl Kabelleitungen
als auch Freileitungen enthalten.
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Widerstand, Induktiv ität, Kapazität und Ableitung sind beim Kabel
von anderer Größe als bei Freileitungen. Infolge dieser Verschiedenheiten bringt
die Anwesenheit eines Kabels in einer Freileitungsanlage Unregelmäßigkeiten an den
Verbindungspunkten zwischen Kabel und Freileitung mit sich. Diese Unregelmäßigkeiten
verursachen Reflektionsverluste und setzen die Güte der Übertragung herab.
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Die Verschiedenheit der Impedanz kann nahezu beseitigt werden, indem
das eingeschaltete Kabelstück so abgeglichen wird, daß es möglichst die gleiche
Impedanzcharakteristik aufweist wie die Freileitung, in die es eingeschaltet ist.
Dabei sollen die Abgleichimpedanz und der Abstand der Drähte so gewählt sein, daß
das abgeglichene Kabelstück diejenigen Frequenzen wirksam überträgt, die über die
Freileitung übertragen werden.
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Außer dieser Abgleichung der Kabelleitung gegen die Freileitung ist
es noch erforderlich, die Sprechkreise innerhalb des Kabelstücks abzugleichen. .
Während es verhältnismäßig einfach ist, diese Kreise abzugleichen, wenn die einfachen
und die kombinierten Doppel-
Leitungen gleiche Frequenzen zu übertragen
haben, ist es wesentlich schwieriger, die kombinierte Doppelleitung für ein niedriges
Frequenzband und die einfachen Doppelleitungen für ein hohes Frequenzband abzugleichen.
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Systeme für Trägerfrequenz müssen heute Frequenzen bis zu
30000 übertragen. Um eine genügende Übertragung und genügende Impedanzen
in den Anfangs- und Zwischenkabelstücken zu erhalten, ist es notwendig, die Pupinspulen
auf den engen Abstand von etwa o,2iokm zusammenzudrängen, während andererseits bei
Niederfrequenzübertragung auf Freileitungen mit eingeschaltenen Kabelstücken befriedigende
Ergebnisse schon bei Abständen von etwa i,71cm zu erhalten sind.
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In Anbetracht dessen ist es besser und wirtschaftlicher, jede Doppelleitung
für sich mit Pupinspulen zu versehen, deren Abstand etwa der oben angegebene ist.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß sechs Spulen in -den Doppelleitungen auf jede
Spule der Viererleitung den Anforderungen genügen, die an eine gewöhnliche Anlage
zu stellen sind. Der Gebrauch zweier verschiedener Spulensätze für Stimmen und Vierer
bedingt gewisse Schwierigkeiten, indem die Viererspule einen gewissen Einfluß auf
die Stämme ausübt, der allerdings zuzulassen ist, um eine zufriedenstellende Übertragung
und Impedanzcharakteristik in den Stämmen zu erhalten. Ebenso sind die Einflüsse
zuzulassen, die durch die Spulen der Stämme auf den Vierer hervorgerufen werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Belastungseinheit zu schaffen,
die zur Belastung des Sprachfrequenzen führenden Vierers dienen soll, wenn die Stämme
für Trägerfrequenzen bestimmt sind.
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Zum besseren Verständnis wird die Erfindung an Hand der Abbildungen
näher erläutert. Fig. i .zeigt die Schaltung eines Kabelabschnitts, der zwischen
den Endstationen und einer kombinierten Gruppe von Freileitungen eingeschaltet ist.
Fig.2 zeigt die Anordnung der Wicklungen einer gewöhnlichen Belastungsspule für
Viererleitungen, Fig. 3 die Kapazitätsverteilung einer solchen Spule und Fig. q.
die magnetische Verkettung derselben Spule. Fig. 5 zeigt die Anordnung der Wicklungen
einer Spule, wie sie erfindungsgemäß zur Anwendung kommt, Fig.6 die Kapazitätsverteilung,
Fig.7 die magnetische Verkettung dieser Spule. Fig. 8 zeigt die Anordnung der Wicklungen
einer Spule, wie sie erfindungsgemäß zur Belastung der Stämme verwendet werden soll,
Fig. 9 die Kapazitätsverteilung, Fig. io die magnetische Verkettung einer solchen
Spule. Fig. i i zeigt die magnetische Verkettung der ganzen Belastungseinheit, Pig.
12 die Kapazitätsverteilung.
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Wie bereits beschrieben und in Fig. i dargestellt, sind die Spulen
L" des Vierers weniger zahlreich als die Spulen L, der Stämme. In den Figuren bedeuten
S1 und S2 die Stämme der Endstationen, während S', und S', die entsprechenden Freileitungsstämme
an einer Stelle außerhalb der Station sind. In den Kreisen S,. und SZ sind Viererübertrager
A,. und AZ eingeschaltet, und Abzweigungen von den Mitten der Wicklungen dieser
Übertrager bilden den Vierer Px.
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Zwischen der Endstation und den Freileitungen S1 und S2 liegen eine
Anzahl Belastungspunkte i bis 6. Sie sind vorzugsweise gleichmäßig verteilt, der
Zwischenraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden ist mit S bezeichnet. Stammspulen
L, sind in beiden Stammleitungen an jedem Belastungspunkt eingeschaltet und außerdem
an den Punkten 2 und 5 Viererspulen Lp,r. Auf diese Weise kommt also auf je drei
Stammspulen eine Viererspule. Diese Zahlen sind der einfachen Darstellung halber
gewählt worden; es ist jedoch klar, daß in der Praxis eine größereAnzahl von Stammspulen
auf jede Viererspule kommen kann. Sechs Stammspulen auf jede. Viererspule ist als
ausreichend gefunden worden.
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Betrachtet man zunächst die Einwirkung der Viererbelastung auf die
Stammbelastung, so ist bemerkenswert, daß in Anbetracht der geringeren Anzahl der
Viererspulen Widerstands-, Induktivitäts- und Kapazitätseinwirkungen vorzugsweise
Impedanzunregelmäßigkeiten verursachen, während die Ableitungseinflüsse des Vierers
auf die Stämme zu vernachlässigen sind.
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Die Widerstandseffekte können vermindert werden, indem man den Spulen
so geringen Widerstand gibt, als dies praktischdieanderen elektrischen Anförderungen
zulassen. Die Berücksichtigung der Induktivität, die den Stämmen durch den Vierer
infolge der magnetischen Kopplung hinzugefügt wird, ist ein etwas schwierigeres
Problem. Dieser Einfluß kann durch eine besondere Anordnung der Stammspulen an den
Viererbelastungspunkten kompensiert werden. Bei der Bemessung der Viererspulen ist,
wie noch später dargelegt wird, die Kapazitätswirkung von hauptsächlicher Bedeutung,
und erst dann ist der Einfluß der magnetischen Kopplung, soweit es die Kapazitätsbedingungen
zulassen, zu berücksichtigen. Die am Niederfrequenzbelastungspunkt eingeschaltete
Hochfrequenzspule ist so zu bemessen, daß sie eine kleinere Induktivität als die
anderen Hochfrequenzspulen hat, und zwar um einen Betrag kleiner gleich der Induktiv
ität, die von der Hochfrequenzspule dem Niederfrequenzkreis zugeführt wird. In
diesem
Zusammenhang sei bemerkt, daß allgemeine Gesichtspunkte der Wirtschaftlichkeit und
Anpassungsfähigkeit der Anlage es wünschenswert machen, die Niederfrequenzspule
an den Hochfrequenzbelastungspunkten so zu wählen, daß die Induktivität in bestimmter
Weise gewählt werden kann.
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Als Beispiel sei angenommen, daß zur Belastung der Hochfrequenzleitung
an jedem Punkt eine Spule von 5,25 mH erforderlich sei. Es sei weiter angenommen,
daß die Niederfrequenzspule im Hochfrequenzkreis an den Niederfrequenzbelastungspunkten
zum Hochfrequenzkreis o,io mH hinzufüge. Wenn es nun notwendig ist, die Hochfrequenzinduktivität
bis auf i "/o mit dem Betrag, der für die Hochfrequenzspule angegeben wurde, in
tjbereinstimmung zu bringen, so ist klar, daß die durch den N iederfrequenzkreis
hinzugefügte Induktivität eine größere Veränderung in diesem Kreise verursacht,
als zulässig ist. Demzufolge ist die Induktivität in diesem Kreise so zu wählen,
soweit der Hochfrequenzkreis in Frage kommt, daß die an diesem Punkte eingeschaltete
Hochfrequenzspule eine Induktivität von 5,15 mH besitzt, so daß die gesamte Abstimmungsinduktivität
an diesem Punkte des Hochfrequenzkreises 5,25 mH beträgt.
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Die am meisten störende Unregelmäßigkeit vom Standpunkt der Bemessung
aus ist die innere gegenseitige Kapazität zwischen den Windungen der Niederfrequenzspule,
die in den Hochfrequenzleitungen liegt. Wie bekannt, sind diese Windungen verflochten,
um gutes elektrisches Gleichgewicht zu erhalten. Dieses Gleichgewicht ist notwendig,
um ein Mitsprechen beider Leitungen aufeinander zu vermeiden. Die Windungen haben
auch eine Kapazität gegen den Spulenbehälter und eine Kapazität gegen den Spulenkern,
der aus Eisen besteht.
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Die Art, in welcher die Windungen einer gewöhnlichen Niederfrequenzspule
verpflochten sind, geht aus dem Diagramm der Fig. 2 hervor. In diesem Diagramm bezeichnen
i, 2, 3 und .1. die vier Zuleitungen, wobei i und 2 als eine Hochfrequenzleitung,
3 und 4 als die andere Hochfrequenzleitung gebraucht werden, während die Niederfrequenz-Viererleitung
aus i und 2 parallel und 3 und q. andererseits parallel gebildet wird. Der Kern
C der Niederfrequenzspule hat vier Quadranten a, b, c
und d, und zwei Wicklungen,
eine innere und eine äußere, sind auf jedem Ouadranten aufgewickelt.
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Die Wicklungen liegen auf dem Kern in unterteilten Schichten, und
zwar beginnend mit einer Schicht a1, b1 usw., die am Kern angrenzt und endend mit
einer Schicht a", b" usw., die am Behälter P angrenzt. Die Verpflechtung ist aus
Fig. 2 ersichtlich. Wie man sieht, ist jede in einem Hochfrequenzkreis eingeschaltete
Wicklung in zwei Hälften geteilt, eine äußere auf einem Ouadranten und eine innere
auf dem gegenüberliegenden. Z. B. ist die Leitung i mit der äußeren Lage der Wicklung
a, auf dem Quadranten a des Kerns verbunden. Die innere Lage dieser Wicklung ist
mit der äußeren Lage der inneren Wicklung ei auf dem Quadranten c des Kerns verbunden,
und die innerste Lage dieser letzteren Wicklung ist mit der Leitung i' verbunden
usw.
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Die hauptsächlichsten Kapazitäten der Niederfrequenzabstimmungsanordnung
sind in Fig. 2 gezeichnet. Z. B. befindet sich eine Kapazität K, zwischen der inneren
Lage jeder inneren Wicklung und denn Kern C. Natürlich gibt es keine Kapazitäten
zwischen den äußeren Lagen und dem Kern, weil' die äußeren Lagen durch die inneren
abgeschirmt werden. ähnlich ist eine Kapazität 1(W zwischen der äußeren Lagd jeder
inneren Wicklung und der innersten Lage jeder äußeren Wicklung vorhanden. Die Kapazität
zwischen äußeren Lagen der inneren und äußeren Wicklung ist ebenso zu vernachlässigen
infolge der Schirm-Wirkung der benachbarten Lagen der Windungen jedes Ouadranten.
Endlich ist eine Kapazität 1(p zwischen den .äußersten Lagen jeder äußeren Wicklung
und dem Behälter P vorhanden. Von diesen Kapazitäten ist die Kapazität KW gewöhnlich
die größte, da die benachbarten Lagen jeder inneren undÄußeren Spule unmittelbar
aufeinanderliegen, während die innerste Lage jeder inneren Wicklung vom Kern durch
eine ziemlich dicke Isolationsschicht getrennt ist und die äußerste Lage jeder äußeren
Wicklung ebenso vom Behälter durch einen erheblichen Luftzwischenraum getrennt ist.
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Die elektrischen Beziehungen der einzelnen Wicklungen und die Kapazitätsverteilung
sind in Fig.3 dargestellt. In dieser Figur sind die Wicklungen als Widerstände gezeichnet,
da, soweit der Hochfrequenzkreis in Frage kommt, die Niederfrequenzwicklungen, wenn
sie idealkonstruiert- sind, keine Induktivität besitzen und daher als reine Widerstände
erscheinen würden. Die gleichmäßige Verteilung der Kapazität nach der inneren und
der äußeren Lage einer gegebenen Wicklung ist in dein Diagramm schematisch angedeutet
durch Verlegung der Kapazität nahe den Endwindungen der Widerstände.
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Die genannten Kapazitäten bringen eine beträchtliche Kapazität zwischen
den Leitungen des Hochfrequenzkreises am Belastungspunkt hervor. Es ist vorgeschlagen
worden, diese Kapazitätswirkungen der Niederfrequenzspule auf den Hochfrequenzkreis
zu berücksichtigen,
indem man die Niederfrequenzspule als das Äquivalent
(soweit die Kapazität in Frage kommt) eines im Hochfrequenzkreise eingeschalteten
Kondensators betrachtet, wie er für Hochfrequenzzwecke gebraucht wird. Wenn ein
Abschnitt kürzer ist als der normale Belastungsabschnitt, ist es bekanntlich praktisch,
eine Kapazität zwischen die Enden des Abschnittes am Belastungspunkt zu schalten,
und diese Kapazität so zu bemessen, daß sie die Kapazität des kürzeren Abschnittes
auf die Kapazität eines normalen Abschnittes ergänzt.
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Es ist ferner schon vorgeschlagen worden, unter den oben angegebenen
Bedingungen die Wirkung der Kapazität der Niederfrequenzspule auf den Hochfrequenzkreis
auf folgende zwei Arten zu beseitigen: a) durch Auswahl von Kabelkreisen, die eine
entsprechend geringere Kapazität besitzen als die Hochfrequenzbelastungsabschnitte,
welche keine Niederfrequenzspule enthalten für die Hochfrequenzbelastungsabschnitte,
welche die Niederfrequen7spulen enthalten, b) durch eine äquivalente Verringerung
der Kapazität des Hochfrequenzabschnittes, welcher die Niederfrequenzbelastungsspule
enthält, indem dieser Abschnitt gekürzt wird. Keine dieser beiden Lösungen ist zufriedenstellend,
da beide Lösungen besonders bauliche und meßtechnische Einrichtungen bei der Installation
der Kabel erfordern und Abänderungen beim Gebrauch des Kabels erschweren. Vom Standpunkt
der Übertragung, Einrichtung, Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit aus ist
es wünschenswert, gleichlange Hochfrequenzspulenfelder für alle Hochfrequenzbelastungsabschnitte
zu haben, in denen die Niederfrequenzbelastungsabschnitte liegen, denn dies ist
eine der wichtigsten Bedingungen, um gleichmäßige Abschnittskapazitäten in den Hochfrequenzkreisen
zu erhalten.
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Die eben erwähnten Bedingungen machen es wünschenswert, an den Niederfrequenzbelastungspunkten
kombinierte Belastungseinheiten zu verwenden, die aus einer Niederfrequenzspule
und zwei Hochfrequenzspulen bestehen, welche annähernd denselben gesamten Widerstand
und dieselben Induktivitäts-und Kapazitätswirkungen in den Hochfrequenzkreisen haben,
wie die gewöhnlichen Hochfrequenzbelastungsspulen, die an denjenigen Punkten eingeschaltet
sind, wo Niederfrequenzbelastung nicht erforderlich ist. Erfindungsgemäß wird daher
als besondere Niederfrequenzbelastungseinheit eine Type mit sehr geringer Kapazität
verwendet, wie sie in den Fig. 5, 6 und 7 dargestellt ist. Mit dieser Kleinkapazitätstype
der Niederfrequenzspule wurden besondere Hochfrequenzspulen vereinigt, die in den
Fig. ä, 9 und ro dargestellt sind und eine geringere Kapazität besitzen als die
gewöhnlichen Hochfrequenzspulen, die an denjenigen Punkten eingeschaltet sind, an
denen keine N iederfr equenzbelastung erfolgt, und zwar geringer um einen Betrag,
der die gesamte Hochfrequenzkapazität der vereinigten Hochfrequenz-Niederfrequenz-Belastungseinheit
annähernd auf denselben Betrag bringt wie der der gewöhnlichen Hochfrequenzspulen.
In dieser kombinierten Einheit sind die besonderen Hochfrequenzspulen derart bemessen,
daß die Induktivität niedriger ist als die der gewöhnlichenHochfrequenzspulen, und
zwar um einen Betrag gleich der Kopplungsinduktivität, welche die Niederfrequenzspule
auf den Hochfrequenzkreis überträgt.
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DieVerringerung der Kapazität der Niederfrequenzspule wird durch eine
stärkere Isolation zwischen Kern und innerster Lage der inneren Windung auf jedem
Quadranten erreicht, indem auf diese Weise die in Fig. 2, 3, 5 und 6 mit 1(o bezeichnete
Kapazität verringert wird. Stärkere Isolation und größerer Zwischenraum wird außerdem
zwischen den benachbarten Lagen der inneren und äußeren Windungen vorgesehen, wodurch
die Kapazität I(" verringert wird, welche, wie bereits erwähnt, die Hauptzusatzkapazität
zwischen den Hochfrequenzleitungen ist, die durch die Niederfrequenzspule hineingebracht
wird. Die Kapazität KP wird ebenfalls vermindert, indem der Zwischenraum zwischen
den äußeren Lagen jeder äußeren Windung und dem Behälter vergrößert wird.
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Diese Mittel bedingen natürlich eine entsprechende Verkleinerung der
Wicklungsräume und erfordern daher den Gebrauch kleinerer Drahtquerschnitte, um
den gewünschten Betrag der Induktivität in dem nutzbaren Wicklungsraum zu erhalten.
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Es genügt jedoch nicht, nur eine Gleichheit der Kapazität zwischen
der kombinierten Hochfrequenz-Niederfrequenz-Belastungseinheit und den gewöhnlichen
Hochfrequenzspulen zu erzielen. Um die gewöhnlichen Spulen vom Kapazitätsstandpunkt
aus nachzubilden, ist es erwünscht, auch die Kapazitätsverteilung in der kombinierten
Einheit ähnlich der Kapazitätsverteilung in den gewöhnlichen Hochfrequenzspulen
zu machen. Das bedeutet, daß die Kapazitätsverteilung im wesentlichen symmetrisch
ist und die größten Kapazitäten zwischen den Hochfr equenzleitern nahe den wirksamen
Endleitungen der Einheit vereinigt sind.
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Aufgabe ist es danach, die Niederfrequenzbelastungseinheit so zu bemessen,
daß die Kapazität, die durch die Niederfrequenzspule zwischen den Hochfrequenzleitungen
hervorgerufen wird, im wesentlichen in der gleichen
Weise verteilt
ist, wie die Kapazität in einer Hochfrequenzspule. Fig. 8 zeigt die Lagenanordnung
der Wicklungen einer Hochfrequenzspule, Fig. 9 die Kapazitätsverteilung. Der Kern
einer Spule in einer für Hochfrequenz belasteten gewöhnlichen Doppelleitung wird
aus Holz oder anderem nichtleitender. Material von geringer Permeabilität hergestellt,
so daß keine Kapazität zwischen Kern und innersten Lagen der inneren Wicklungen
vorhanden ist. Die Kapazität C, zwischen benachbarten Lagen der inneren und der
äußerenWicklungen werden im Vergleich dazu groß, und eine kleinere Kapazität C,
ist zwischen den .äußeren Lagen und dem Behälter vorhanden wie in Fig. 8 angegeben.
Wie in Fig. 9 dargestellt, sind die Kapazitäten C", wirksam vereinigt nahe den Enden
der Wicklungen. Die Kapazitäten gegen den Behälter sind wirksam vereinigt nahe den
inneren Enden der Windungen A, und B, In erster Annäherung können sie durch eine
Kapazität dargestellt werden, die die Mittelpunkte beider Wicklungen verbindet.
Fig. io zeigt die magnetische Verkettung der Wicklungen. Es ist zu bemerken, daß
alle Windungen um den Kern in der gleichen Richtung gewickelt sind, und die Verbindungen
sind so ausgeführt, daß Ströme, die hintereinander über die Leitung i und zurück
über Leitung 2 fließen, Kraftflüsse hervorbringen, die sich addieren. Dies entspricht
der Forderung, über den Hochfrequenzkreis sprechen zu können. Für Ströme, die parallel
über die Leitung i und 2 geleitet werden, sind die inneren und äußeren Wicklungen
auf jeden Abschnitt des Kerns entgegengesetzt geschaltet. Dies entspricht der Forderung,
über Viererleitung sprechen zu können.
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Wenn man die Kapazitätsverteilung der Hochfrequenzspule, wie sie in
Fig.9 dargestellt ist, mit der Verteilung der Kapazitäten der Niederfr equenzspulen
im Hochfrequenzkreis, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, vergleicht, so sieht man,
daß die Verteilung eine völlig verschiedene ist. In Fig. 3 ist K", die Hauptkapazität,
die zwischen den Hochfrequenzleitern nahe den Mittelpunkten der Verbindungsleitung
der Windungen liegt, während die kleineren Kapazitäten gegenüber dem Behälter und
gegenüber dem Kern wirksam die Wicklungen nahe den Endleitungen verbinden.
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Um eine Kapazitätsverteilung in dem Hochfrequenzkreis der Niederfrequenzbelastungseinheit
zu erhalten, die derjenigen entspricht, die in dem Hochfrequenzkreis durch gewöhnliche
Hochfrequenzspule hervorgebracht wird, wäre eine Kapazitätsverteilung in der -.Niederfrequenzspule
hervorzubringen, wie sie in Fig. 6 gezeichnet ist. Wenn man die Leitungen i -und
2 in Fig. 6 betrachtet, sieht man, daß die Kapazitäten K"" welche den Kapazitäten
C", in-Fig. 9 entsprechen, die Spulen verbinden, die den Leitungsenden benachbart
sind, und daß die kleineren Kapazitäten I(" die Drähte zwischen den Mittelpunkten
der Wicklungen in gleicher Weise wie in Fig. 9 überbrücken. Die kleineren KapazitätenK,
zwischen Kern und innerenLagen der Wicklung überbrücken auch die Spule zwischen
Punkten, welche den Mittelpunkten der Wicklungen naheliegen. Die Kapazitäten K"
liegen somit wirksam parallel zu den Kapazitäten I(". Folglich liegen Verhältnisse
vor, welche, soweit die Kapazitätsverteilung in Frage kommt, -derjenigen von Fig.
9 sehr nahe kommen.
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Fig. 5 zeigt die Lagenanor dnung einer Niederfrequenzspule, die so
bemessen ist, daß die in Fig. 6 dargestellte Kapazitätsverteilung erreicht wird.
Vergleicht man dieses Diagramm mit dem der Fig. 2, -welche die Bauart der gewöhnlichen
Niederfrequenzspule zeigt, so sieht man, daß in Fig. 5 die Leitung i mit der innersten
Lage der Wicklung a, verbunden ist anstatt mit der äußersten Lage. Ebenso ist Leitung
i' mit der :äußersten Windung cl anstatt mit der innersten Lage verbunden. 'Die
innerste Lage der Wicklung cl ist mit der äußersten Lage der Wicklung a" verbunden.
Ähnlich sind die Verbindungen der anderen Wicklungen abgeändert wie' angegeben;
und ohne im einzelnen die verschiedenen Abänderungen der Verbindungen gegenüber
Fig.2 anzuführen, wird es genügen, festzustellen, elaß Leitung 2 mit der äußersten
Lage der Wicklung dl anstatt mit der äußersten Lage der Wicklung co, und Leitung
2' mit der innersten Lage der Wicklung c" anstatt mit der innersten Lage der Wicklung
a, verbunden ist. Leitung 3 ist mit der innersten Lage von b" und Leitung 3' mit
der äußersten Lage von d., Leitung q. mit der äußersten Lage von b1 und Leitung
a' mit der innersten Lage von d, verbunden an Stelle der in Fig. 2 benutzten- Verbindungen.
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Die Änderungen der Verbindungen nach Fig. 5 sind infolge der Forderungen
der Kapazitätsverteilung nach Fig. 6 notwendig und i bedingen eine Umkehr des Wicklungssinns
gewisser Wicklungen auf dem Kern, um die richtigen magnetischen Beziehungen zu erhalten,
wie sie in Fig.7 angegeben sind.
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Betrachtet man noch einmal die Fig. q., die die magnetischen Beziehungen
der Wicklungen der gewöhnlichen Type der Niederfrequenzspule zeigt, so bemerkt man,
daß alle Wicklungen, innere und äußere, auf allen vier Quadranten in der gleichen
Richtung gewikkelt und die Verbindungen derart sind, daß Ströme, die parallel über
die Leitungen i
und 2 und zurück über 3 und ¢ fließen,: magnetische
Flüsse vervorrüfen, die sich addieren und in allen vier Quadranten in, der -gleichen
Richtung verlaufen. .Ein-Strom dagegen, der nur in einer Leitung -i.und zurück.`
in der Leitung-2 fließt, bringt :entgegengesetzte Flüsse in den -inneren und .äußeren
.Wicklungen der Quadranten.a und c hervor, so daß bei vollkommenen magnetischen
Verhältnissen in den Hochfrequenzkreisen keine Induktivität infolge des Vorhandenseins
der-Niederfrequenzspule auftreten wird.
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Vergleicht -man diese Anordnung mit.Fig.-7, die die magnetischen Beziehungen
der Wicklungen-zeigt, die notwendig sind, um die Kapazitätsverhältnisse zu erhalten,
-wie -sie in Fig. 5 und 6 erläutert sind, so bemerkt man, daß in Tig. :7 -eine der
Wicklungen jedes Quadranten, -entweder die .innere oxler die äußere, >im --Vergleich
zur -anderen umgekehrt ist. Wie-gezeichnet, sind die iWicklungen xto, bl, cl und.
,d" in dergleichen Richtung wie in Fig. q:,-die Wicklungen ai, b", c" und dl in
der entge=gengesetzten Richtung wie in Fig. q. gewickelt.
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Wenn .man die magnetischen .Flüsse betrachtet, die Ströme -hervorbringen,
die parallel über die -Leitungen!i und a und.zurück über die Leitungen 3 und ¢-fließen,:findet:man,
daß die von allen Wicklungen :herrührenden Flüsse auf,allen -0_uadranten sich addieren
und in dergleichen Richtung verlaufen. Die Flüsse dagegen, die durch .Stiöme hervorgebracht
werden, die -über Leitung i und zurück. über Leitung-2_ fließen, sind entgegengesetzt
in den inneren und .äußeren Wicklungen der °Quadrantena und c, so daß dieselben-magnetischen
Verhältnisse in Fig. 7 vorliegen wie -in .Fig. q..
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Um die gewünschte symmetrische Kapazitätsverteilung in der aus der
Niederfrequenz und.zwei Hochfrequenzspulen bestehenden Belastungseinheit zu .sichern,
-sind die Hochfrequenzspulen im elektrischen Mittelpunkt der Wicklungen-cler Niederfrequenzspule
ein-,geschaltet, -wie in _Fig. z a -dargestellt, die die resultierende Kapazitätsverteilung
zeigt. Fig. i i zeigt die magnetischen Beziehungen der Wicklungen der 'Nieder- und
beider Hochfrequempulen, wenn die.nach=Fig. z2 .geschaltet -sind. 'Dieses -Diagramm
ist ohne weiteres verständlich und bedarf :keiner weiteren Erläuterung.
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Bei Belastungseinheiten, wie sie :üz Fig..i.i dargestellt sind, sind
notwendigerweise bei der :Bemessung der Spulen auch die Wirkungen:zu beachten, .die
von den -Hochfrequenzspulen auf die Niederfrequenzspule hervorgebracht werden. In
dieser Verbindung können jedoch .die diesbezüglichen -Kapazitätswirkungen vernachlässigt
werden im Vergleich zu denjenigen, die von den Niederfrequenzauf die Hochfrequenzspulen
ausgeübt werden. Dies hat zwei Gründe: Erstens haben die gewöhnlichen Niederfrequenzabschnitte
etwr, zehnmal soviel -gegenseitige Kapazität als die Hochfrequenzabsehnitte, da
der übliche Niederfrequenzkreis, eine -Kapazität pro Längeneinheit besitzt, die
etwa 6o0/, größer als die der Hochfre_quenzkreise ist, und da zwischen .den physikalischen
Längen der Niederfrequenz-und Hochfrequenzabschnitte. annähernd das Verhä=ltnis
6: i -besteht; -zweitens ist die Leitungskapazität im Niederfrequenzkreis an sich
viel geringer als in den Hochfrequenzkreisen. Letztere Beziehung ist bemerkenswert,
wenn man beachtet, -daß: die Hauptkapazität, die von den Hochfrequenzspulen herrührt,
zwischen zwei Leitungen der Hochfrequenzkreise liegt und so gut wie keine Kapazität
zwischen den Wicklungen der Spule eines Hochfrequenzkreises und- denen- der Spule
des anderen Hochfrequenzkreises vorhanden ist; denn die beiden Spülen sind ganz
getrennt gebaut und besitzen einen beträchtlichen räumlichen Abstand voneinander
im Vergleich zum Abstand der beiden Wicklungen eines Hochfrequenzkreises. Sogar
die Kapazität, die von der Niederfrequenzspule im Niederfrequenzkreis selbst hervorgebracht
Wird, kann unberücksichtigt, blei=ben, da infolge der Bauart der Niederfrequenzspuie
die Wicklungen einer Seite des Nieder frequenzkreises auf andere Quadranten gewickelt
-sind als die der anderen Seite, und die Kapazität zwischen beiden Wicklungen der
beiden-Seiten sehr klein wird infolge der räumlichen Trennung der Wicklungen.
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Wenn somit die Kapazität unberücksichtigt bleiben kann, wie dargelegt
wurde, so ist. klar, daß, die Hauptwirkung der Hochfrequenzspulen auf den Niederfrequenzkreis
vom Widerstand und von gegenseitiger Induktivität herrührt. Da die Hochfrequenzspulen
gewöhnlich Luftkerntypen sind, sind Widerstand und Induktivitätswirkungen verhältnismäßig
größer als die, welche bei gewöhnlicher B=elastung vorhanden sein würden, wenn Eisenkerntypen
gebraucht werden. Der relativ -größere Widerstand der Luftkernspulen ist eine mögliche
Quelle von Impedanzunregelmäßigkeiten bei niedrigen Sprachfrequenzen, wo der Widerstand
der Leitung und der Spulen - ein wichtiger :Faktor bei Bestimmung der charakteristischen
Impedanz des bestimmten Kabels -ist. Wenn das Verhältnis van Widerstand zu Induktivität
pro Längeneinheit des belasteten Kabels verschieden von dem entsprechenden Verhältnis
der angeschlossenen Freileitung -ist, so ist eine Differenz in -der Impedanz vorhanden,
die Störungen- der auf dem Vierer übermittelten Sprachfrequenzen verursacht. Diese
Wirkung
wird natürlich auch bei niedrigen Frequenzen vorhanden sein,
die überSprachfrequenzkanäle der Hochfrequenzleitungen übermittelt werden.
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Um die von diesen Differenzen herrührenden Störungen erheblicher Größe
zu beseitigen, ist es wünschenswert, die Hochfrequenzspulen bestimmten Widerstandsanforderungen
anzupassen, die von den Abmessungen der Kabelleitung abhängen, die als Einheit zugrunde
gelegt ist. Eine bestimmte Regel läßt sich nicht festlegen, im allgemeinen wird
der beste praktische Wert durch ein Studium der Kostenfrage und der übermittlungseigenschaften
bestimmt. Vom praktischen Standpunkt-aus sind die Widerstandsanforderungen der Niederfrequenzeinheiten
durch das Studium der Widerstandscharakteristiken der gewöhnlichen Hochfrequenzspulen
bestimmt, wenn letztere fünfmal so häufig als die Niederfrequenzeinheiten eingebaut
sind.
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Betrachten wir nun die Induktivitätseinwirkungen der Hochfrequenzspulen
auf den Niederfrequenzkreis, so zeigt sich, daß diese Wirkungen größer als bei Eisenkernspulen
sind, die bei Belastung für normale Sprachfrequenzen gebraucht werden. Dies rührt
teils von der Verwendung der Luftkerntype, teils von der Wicklungsbemessung her.
Der Luftkern mit seiner -geringen Permeabilität bedingt eine verhältnismäßig große
magnetische Streuung, und diese magnetische Streuung ruft eine beträchtliche Induktivität
im Niederfrequenzkreis hervor, während die Hochfrequenzspule, wenn sie magnetisch
vollkommen wäre, keine Induktivität im Niederfrequenzkreis hervorrufen würde infolge
des Ausgleichs der Wicklungen.
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Für die Bemessung der Wicklungen der Spule ist es notwendig, eine
Bauart zu verwenden, welche geringe gegenseitige Kapazität gewährleistet. Diese
Forderung bedingt verhältnismäßig starke Isolation zwischen inneren und äußeren
Wicklungslagen mit der Folge, daß zwischen den Wicklungen große Zwischenräume vorhanden
sind. Während die gegenseitige Kapazität dadurch herabgesetzt wird, wächst die Streuung
und damit die von der Hochfrequenzspule im Niederfrequenzkreis hervorgebrachte Induktivität.
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In Hochfrequenzspulen der oben beschriebenen Type beträgt die erwähnte
Streuung fast 4. o;o, während sie bei der gewöhnlichen Type weniger als i0/, beträgt.
Diese vergrößerte Induktivitätswirkung muß richtig berücksichtigt werden, wenn die
Stämme für Hochfrequenzübermittlung belastet werden, indem man die Streuungsinduktivität
als verteilte Induktiv ität im Niederfrequenzkreis ansieht. Dies ist ganz richtig,
wenn die Niederfrequenzleitung nur für gewöhnliche Sprachfrequenten benutzt wird
wegen der geringeren Abstände der Hochfrequenzbelastungspunkte. Mit anderen Worten,
die Belastungswirkung der Hochfrequenzspulen im Niederfrequenzkreis ist elektrisch
einer gleichmäßigen Belastung :äquivalent und kann unmittelbar der verteilten Induktivität
des Niederfrequenzkabels für die Bemessung der Niederfrequenzbelastungsspulen zuaddiert
werden.
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Als praktisches Beispiel sei angegeben, daß die Wirkungen der Hochfrequenzspulen
in einer ausgeführten, wirtschaftlich bemessenen Anlage, in welcher die Grundsätze
der vorliegenden Erfindung angewendet wurden, annähernd 15 o'o der gesamten Induktivität
pro Längeneinheit betragen, die zur genügenden Übertragung über Kabelniederfrequenzkreise
notwendig ist. Demzufolge ist die lnduktivität der Niederfrequenzspulen im Vierer,
wenn die Stämme für Hochfrequenzbetrieb belastet sind, annähernd 85 °/o der Induktiv
ität der Spulen, die erforderlich sein würden, wenn die Stämme in gewöhnlicher Weise
für Sprachfrequenzen belastet sein würden.
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Bemerkt sei, daß die allgemeinen Gesichtspunkte, wie sie bisher niedergelegt
wurden, in mannigfacher Weise abgeändert werden können, ohne daß dadurch der Grundgedanke
der Erfindung berührt wird.