DE542788C - Sender fuer Seekabel-Telegraphie mit einem Sendekondensator zwischen Kabelanfang und Sendekontakt sowie einer zwischen Kabelanfang und Erde liegenden Impedanz zur Vorverzerrung der Sendestromkurve - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schnelltelegraphie über Seekabel, bei der Schlüsselsignale von 30 bis 60 oder mehr Perioden je Sekunde Verwendung finden.
Im besonderen betrifft die Erfindung einen Sender für Seekabel-Telegraphie mit einem Sendekondensator zwischen Kabelanfang und Sendekontakt sowie einer zwischen Kabelanfang und Erde liegenden Impedanz zur Vorverzerrung der Sendestromkurve. Gemäß der Erfindung besitzt diese Impedanz einen im Vergleich zur kennzeichnenden Impedanz des Kabels geringen Wert.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird eine verbesserte Wellenform erreicht, und außerdem kann man mit einer erhöhten Geschwindigkeit die Signale übertragen. Eine weitere Formverbesserung erhält man außerdem noch durch eine besondere Ausgestaltung des Empfangsao endes des Kabels.

An Hand der beiliegenden Abbildungen wird die Erfindung noch näher erläutert.

In der Abb. 1 sind die Sendeausrüstung und ein Teil der Empfangsausrüstung für die Seekabel-Telegraphie gezeigt.

Die Abb. 2 stellt einen Schnitt durch einen belasteten Leiter dar.

Die Abb. 3 bringt Kurven zur Ansicht, die zur Erklärung verschiedener elektrischer Zustände bei der erfindungsgemäßen Anordnung dienen.

Die Abb. 4 und 5 zeigen abgeänderte Formen der Sendeausrüstung.

Bei Seekabeln für telegraphische Zwecke wird das Signal gebildet durch Aufdrücken von positiven und negativen Stromstößen auf das Kabel in verschiedenen Kombinationen. Hierbei ist immer eine begrenzende Frequenz für die ausgesandten Stromstöße vorhanden, oberhalb welcher die empfangenen Signale unverständlich werden. Diese begrenzende Frequenz kann man »die begrenzende Signalfrequenz« benennen. Dieselbe wird in Perioden je Sekunde ausgedrückt. Mit »Signalfrequenz« wird die Anzahl Punktimpulse oder Punktstromstöße gemeint, die in jeder Sekunde ausgesandt wird, wenn eine Reihe von abwechselnden Punkten und Strichen mit der vorgeschriebenen Arbeitsfrequenz ausgesandt wird.

Diese verschiedenen Zusammenstellungen oder Kombinationen von positiven und negativen Stromstößen mit Nullstromzwischenräumen können Frequenzkomponenten innerhalb des Bereiches von Null bis unendlich haben. Ein

so weiter Frequenzbereich ist aber nicht notwendig, um gut geformte Signale am Empfänger zu erhalten. Man erhält befriedigende Ergebnisse, wenn alle Komponentfrequenzen bis etwa anderthalbmal der Signalfrequenz richtig abgesandt und an den Empfangsapparat abgegeben werden. So ist es z. B. für Signalfrequenzen von 60 bis 70 Perioden von Wichtigkeit, Frequenzkomponenten bis zu etwa 100 Perioden im Signal zu erhalten, und es ist sehr wünschenswert, eine genau richtige Form für diese höheren Frequenzen zu erhalten, insbesondere wenn Schlüsselmitteilungen gesandt werden sollen, bei denen Genauigkeit von größter Wichtigkeit ist.

Gemäß Abb. 1 endet das einadrige Seekabel 5 in einem zweiadrigen Abschnitt eines Seekabels 6. Eine Ader 7 des Abschnittes 6 ist an einem Ende mit dem einadrigen Kabel 5 und am anderen Ende mit einem Schalter 8 verbunden, mittels welchen die Ader entweder an die Klemme bzw. den Kontakt 3 des rechts der Linie X-X gezeigten Empfangsapparates R oder an den Sender T gelegt werden kann. Die zweite Ader 9 des Abschnittes 6 ist an ihrem See-Ende über einen Widerstand 10 und einem Leiter mit See-Erde verbunden. Das Land-Ende der Ader 9 ist mit dem Kontakt bzw. der Klemme 4 des Empfängers R verbunden. Das Kabel, mit welchem die Apparate an den Endstellen verbunden sind, ist zweckmäßig mit einem magnetischen Material belastet, welches eine hohe Permeabilität, z. B. 2000 bis 4000, besitzt und für die höheren Signalfrequenzen eine kennzeichnende Impedanz von etwa 400 Ohm hat. Dieser Widerstand ist im wesentlichen ein reiner Widerstand.

Die Sendeausrüstung T enthält einen Sender 17, der positive und negative Stromstöße aussendet, Reihenwiderstände 18 von beispielsweise 10 bis 50 Ohm und einen Kondensator 19 von etwa 20 bis 75 Mikrofarad mit dem Nebenschlußwiderstand 20 von etwa 5000 bis 100 000 Ohm. Der Sender T wird mit der Ader 7 des zweiadrigen Abschnittes 6 verbunden, wenn der Schalter 8 in seine untere Stellung gebracht wird. Eine Klemme der Sendeausrüstung ist somit mit der Ader 7 verbunden, während die andere Klemme an Erde liegt oder mittels eines kurzen Leiterstückes von geringem Widerstand an Zusatzerde in der See gelegt ist. Gemäß einem Kennzeichen dieser Erfindung ist ein Widerstand 21, der den geringen Wert von 20 bis Ohm hat, zwischen den Klemmen des Senders, d. h. zwischen Ader 7 und Erdklemme 2 eingeschaltet. Die Wirkung dieses Nebenschlußwiderstandes soll im folgenden beschrieben werden.

Es wurde oben angegeben, daß die charakteristische Impedanz des Kabels für die Spannungen der höheren Signalfrequenzen etwa 400 Ohm betrugen; aber es ist klar, daß dies für die Spannungen sehr niedriger Frequenzen nicht der Fall sein kann. Bei einer Frequenz gleich Null ist beispielsweise die charakteristische Impedanz des Kabels gleich seinem direkten Stromwiderstand, und bei einem Kabel, das zwischen New York und den Azoren vorhanden ist, beträgt dieser Widerstand etwa 4 600 Ohm. Die Hauptschwierigkeiten bei der Berichtigung der Verzerrung in diesem Kabel für Signalisierungsgeschwindigkeiten über 30 Perioden je Sekunde liegen darin, den Einfluß der Komponenten von niedriger Frequenz des über das Kabel gesandten Signals zu unterdrücken. Wird ein Widerstand 21 in der in der Abb. 1 angegebenen Weise in den Sendekreis eingeschaltet, so kann damit die Kurvenform des Signals vor Eintritt in das Kabel in gewünschter Weise beeinflußt werden, da der Kondensator 19 über einen praktisch genommen konstanten Widerstand geladen wird. Wird der Widerstand 21 weggelassen, so wird die an das Kabel gelegte Spannung durch die wechselnde Impedanz im Kabel derart geändert, daß sie ungünstig auf die Wirkung des Reihenkondensators 19 einwirkt. Dies kommt deutlich zum Vorschein, wenn man die Spannungen berechnet, die durch verschiedene Komponentfrequenzen des Signals in das Kabel geleitet werden. Bei diesen Berechnungen wurde der Nebenschluß 20 des Kondensators 19 nicht berücksichtigt, da dies nicht notwendig ist, um die Wirkung des Kabelnebenschlusses 21 zu verstehen. Die gemessene Impedanz des erwähnten belasteten Kabels für verschiedene Frequenzen wird in der folgenden Aufstellung angegeben. In dieser ist F die Frequenz, R die Widerstandskomponente der Impedanz, X die imaginäre Komponente der Impedanz und Z der absolute Wert der Impedanz in Ohm.

Die Spannung, die in das Kabel geleitet wird, für eine angenommene Sinusspannung von Volt, die mit verschiedenen Frequenzen dem Sendekondensator zugeführt wird, ist für zwei Fälle ausgerechnet worden. In dem einen Falle wurde der Nebenschlußwiderstand nicht verwendet und in dem anderen Fall hatte der Nebenschluß 21 einen Wert von 50 Ohm. Das Ergebnis dieser Ausrechnung ist in Abb. 3 graphisch dargestellt, in welcher Kurve C die Spannungsfrequenzcharakteristik des Kabels ohne den Nebenschluß 21 zeigt, während KurveD dieselbe Charakteristik mit dem Nebenschluß 21 veranschaulicht.

F	R— jx	Z
3	500—j 300	584
5 '	450—j 200	493
IO	410—j 160	440
20	385— j 75	390
40	375— j 34	376
80	380— 130	381

Der Nutzeffekt des Sendekondensators kann nach der Wirkung, die er bei der Herabsetzung der zugeführten Spannungen bei den niederen Frequenzen ausübt, beurteilt werden. Damit sich der Betrieb einwandfrei gestaltet, muß die Amplitude der Spannung der niederen Frequenzkomponenten in größerem Maße herabgesetzt werden als die der höheren Frequenzkomponenten. Es ist aus der Kurve C ersichtlich, daß

ίο der Sendekondensator ohne den Nebenschluß 21 praktisch ohne Einfluß ist und bei Frequenzen von mehr als 20 Perioden eine ganz unbedeutende Wirkung hat. Bei Verwendung des Widerstandes 21 im Stromkreis gestaltet sich dagegen die Beziehung zwischen der in das Kabel gesandten Spannung und der Frequenz der Spannung praktisch genommen als eine gerade Linie bis zu 80 Perioden je Sekunde. Der Nutzeffekt der beiden Formerstromkreise kann

ao für jeden Fall ausgedrückt werden als das Verhältnis zwischen der auf das Kabel aufgedrückten Spannung für die Maximalfrequenzsignalkomponente und irgendeiner anderen niedrigeren Frequenz, die unterdrückt werden muß. Für den Kondensatorstromkreis ist die Spannung bei 80 Perioden 2 ¹J₂ mal so groß wie bei 5 Perioden. Wenn aber der im Nebenschluß liegende Widerstand zi benutzt wird, ist die Spannung bei 80 Perioden iimal so hoch wie bei 5 Perioden.

Ein Sendestromkreis, in dem der Nebenschlußwiderstand 21 benutzt wird, ist somit bedeutend vorteilhafter als derjenige, den man mit bekannten Schaltungen erhalten kann.
Dieses Umformungsverfahren des Signals am Senderende ist besonders vorteilhaft, da irgendwelche störenden zusätzlichen Schwingungen hierdurch nicht entstehen. Dies wäre nicht zu vermeiden, falls man versuchen würde, dieselbe Wirkung mittels eines induktiven Nebenschlusses zu erreichen.

Eine ähnliche Senderausrüstung (nicht gezeigt) ist am anderen Ende des Kabels angeordnet, um Signale an den Empfänger R zu senden, und braucht nicht besonders beschrieben zu werden.

Der zweiadrige Abschnitt 6 ist mit der Empfangsausrüstung mittels einer Schaltanordnung verbunden, die in Abb. 1 zwischen den Linien X-X und Y-Y gezeigt ist. Diese An-Ordnung besteht aus einem abgeschirmten Transformator 25, dessen Sekundärwindung 26 mit dem Eingangsstromkreis eines Verstärkers verbunden ist. Die Primärwicklung 27 ist mittels eines Autotransformators 30 mit dem Kupplungswiderstand 28 verbunden (die Widerstände 28 und 29 sind veränderlich). In Reihe mit der Ader 7 liegt ein veränderlicher Kondensator 31, der mit dem im Nebenschluß liegenden regelbaren Widerstand 32 ein Netz N¹ bildet. Dieses Netz dient zur Kontrolle der Amplitude und Phase der niederen Frequenzkomponenten des Signalstroms. Ein Netz N^z, bestehend aus einem veränderlichen Kondensator 33, einer Induktanz 34 und einem Dämpfungsnebenschlußwiderstand 35, liegt in Reihe mit der Ader 7 und dem Netz N¹. Das Netz N^z ist auf eine Frequenz abgestimmt, welche etwas tiefer liegt als die Signalfrequenz, auf welcher der Rest des Systems eingestellt ist, und dient außer zur Herabsetzung der Amplitude dieser und naheliegender Komponenten des Signalstroms auch zur Aufrechterhaltung eines hohen Impedanzabschlusses für das Kabel bei diesen Frequenzen. Der Widerstand 35 soll normal so eingestellt sein, daß das Netz N² stark gedämpft ist, so daß keine Schwingungen dem Signal überlagert werden.

Ein anderes Netz N³, bestehend aus einem Kondensator 36 und einer Induktanz 37, ist ebenfalls in Reihe mit dem Leiter 7 und den beiden Netzen N¹ und N² verbunden. Dasselbe ist scharf abgestimmt und wird im Bedarfsfall zur Unterdrückung einer besonderen interferierenden störenden Frequenz außerhalb des für die Signalgebung wichtigen Bereiches benutzt. Das Netz wird nur benutzt, wenn eine solche Frequenz vorhanden ist, und kann mittels des Schalters 38 abgeschaltet werden. Eine interferierende Frequenz kann aus verschiedenen Ursachen entstehen, z. B. dadurch, daß eine elektrische Bahn in der Nähe der Endstelle gelegen ist.

Der Autotransformator 30 ist über den Leiter 40 einstellbar mit der Primärwicklung 27 des Transformators 25 verbunden. Der Punkt 41 der Primärwicklung ist mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 28 und 29 verbunden. Um die Sekundärwicklung 26 des Transformators 25 ist ein Schirm 42 angeordnet, der mit der lokal geerdeten Klemme der Wicklung 26 verbunden ist.

Der Autotransformator 30 kann aus einer um einen Kern gewickelten Spule bestehen, die eine Induktanz von etwa 50 Henry besitzt. Der Widerstand 29 hat vorzugsweise einen hohen Wert, so daß seine Wirkung auf den Stromkreis gering ist. Bei Einstellungen, bei welchen das empfangene Signal lästige Schwingungen hervorbringen kann, kann aber dieser Widerstand benutzt werden, um die Dämpfung des Stromkreises zu erhöhen und dadurch seine Neigung zum Schwingen zu verringern. Der Autotransformator soll die Lesbarkeit des Signals erleichtern, indem er eine teilweise Unterdrückung eines bestimmten Bandes von Frequenzen bewirkt, welche etwas niedriger sind als die Signalfrequenz, welche ohne die genannte Unterdrückung eine Verzerrung der Signale durch Verstümmelung der empfangenen Welle bewirken würde. Dieselbe Wirkung wird mit dem Reihenentzerrungästromkreis IV² erzielt; während aber dieser bei etwa ¹Z₃ der Signalfrequenz

wirkt, ist der Autotransformator gewöhnlich so eingestellt, daß er bei etwa ²/₃ der Signalfrequenz zur Wirkung kommt. Dies wird durch zweckmäßige Einstellung des Verhältnisses zwischen dem Widerstand 28 und der Primärinduktanz sowie zwischen den Primär- und den Sekundärwicklungen des Autotransformators 30 erzielt. Dieser ist derart geschaltet, daß die induzierte Sekundärspannung dem Spannungsfall über Widerstand 28 entgegenwirkt; aber die Einstellung ist derart, daß diese entgegenwirkende Spannung außer Betracht gesetzt werden kann mit der Ausnahme für das Frequenzband, welches man zu unterdrücken wünscht.

Anstatt des in der Abb. 1 gezeigten Sendestromkreises kann der in Abb. 4 gezeigte benutzt werden. Derselbe unterscheidet sich von dem in Abb. 1 dargestellten, daß der verhältnismäßig kleine Widerstand 21 (Abb. 1) durch das aus dem Kondensator 90, der Induktanz 91, dem Reihenwiderstand 92 und dem Nebenschlüßwiderstand 93 bestehendeReihenresonanznetziV⁵ ersetzt ist. Das Netz N⁵ ist derart eingestellt, daß es den Signalfrequenzkomponenten, welche durch das Kabelsystem als Ganzes am wenigsten gedämpft sind, eine niedrige Impedanz bietet. Diese Anordnung bedeutet zwar einen Fortschritt gegenüber früher bekannten Systemen, ist aber weniger vorteilhaft als die in Abb. 1 gezeigten Anordnungen, da bei der zuletzt beschriebenen Schaltung zusätzliche Schwingungen auf das Signal überlagert werden, so daß Verzerrungen auftreten können, die auf das Auftreten von Hysteresiswirkungen in der Spule 91 zurückzuführen sind.

Ein anderer Sendestromkreis, der unter gewissen Betriebsverhältnissen dem in Abb. 1 gezeigten vorzuziehen ist, ist in Abb. 5 dargestellt. Dieser unterscheidet sich von dem in Abb.i gezeigten Stromkreis dadurch, daß ein sehr großer Kondensator 95 von mehreren hundert Mikrofarad in Reihe mit dem Sendenebenschlußwiderstand 21 geschaltet ist. Dieser Kondensator ist so groß, daß derselbe außer für die niedrigsten Frequenzkomponenten des Signals wenig Einfluß auf die Wirkung des Nebenschlußwiderstandes ausübt.

Wie erwähnt, ist der niedrige Nebenschluß widerstand 21 von großer Bedeutung für den Schnellbetrieb, da derselbe in hohem Maße die Wirkung des gewöhnlichen Sendekondensators erhöht. Die Anordnung des Widerstandes 21 hat jedoch den Nachteil, daß der größere Teil der niedrigsten Frequenzkomponenten des ausgesandten Signals an die Erde gelegt wird, wodurch es notwendig wird, einen verhältnismäßig niedrigen Widerstand in Nebenschluß an den Reihenkondensator am Empfangsende des Kabels zu legen. Ein solcher niedriger Widerstand am Empfangsende wirkt aber ungünstig, indem derselbe erlaubt, daß ein verhältnismäßig starker Erdstrom durch das umformende Netzwerk fließt, welches zwischen Kabel und Verstärker eingeschaltet ist. Das Entstehen eines solchen Erdstromes während des Umschaltens vom Senden auf Empfang bringt einen starken Impuls im Verstärker mit sich und verschiebt für einen Augenblick die Nullinie des Signals. Die Einschaltung des großen Kondensators 95 bringt eine bedeutende Schwächung des Erdstromes und der Umschaltwellen mit sich, indem man dadurch imstande wird, einen viel höheren Nebenschlußwiderstand am Empfangskondensator zu verwenden. Bei den Versuchen mit der Drucktelegraphenausrüstung auf der Kabelstrecke zwischen New York und den Azoren wurde gefunden, daß die Verwendung des Kondensators 95 in Reihe mit dem Widerstand 21 es möglich machte, den Wert des am Kondensator 31 liegenden Nebenschlußwiderstandes 32 an der Empfangsstelle von 15 000 Ohm auf 250 000 Ohm zu erhöhen. Die entsprechende Verringerung der Stärke der den Empfänger beeinflussenden Erdströme erhöhte in hohem Grade die Zuverlässigkeit der Einrichtung.

Die beschriebenen Einrichtungen sind alle bei einem zwischen New York und den Azoren liegenden Seekabel geprüft worden, welches mit einer Nickel-Aluminium-Legierung belastet ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Sender für Seekabel-Telegraphie mit einem Sendekondensator zwischen Kabelanfang und Sendekontakt sowie einer zwischen Kabelanfang und Erde liegenden Impedanz zur Vorverzerrung der Sendestromkurve, dadurch gekennzeichnet, daß diese Impedanz (21) einen im Vergleich zur kennzeichnenden Impedanz des Kabels geringen Wert hat.

2. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (21) im Vergleich zu der kennzeichnenden Impedanz des von der Kabelleitung über den Sendekondensator (19) und den Sendeapparat (17) nach Erde (2) verlaufenden Stromkreises gering ist.

3. Sender nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (21) ein Ohmscher Widerstand ist.

4. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zur Erde führenden niedrigen Impedanz ein Kettenleiter (90, 91) eingeschaltet ist, der den Signalfrequenzkomponenten, die durch die Anordnung als Ganzes am wenigsten gedämpft werden, eine niedrige Impedanz bietet.

5· Sender nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (21) in Reihe mit einem Kondensator (25, Abb. 5) geschaltet ist, der eine solche Kapazität besitzt, daß er mit Ausnahme bei den niedrigsten Frequenzkomponenten des Signalstromes einen geringen Einfluß auf die Wirkung der Impedanz (21) ausübt.

6. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (21) derart bemessen ist, daß mittels des Sendekondensators die Amplituden der Spannungen der niederen Frequenzkomponenten im größeren Maße herabgesetzt werden als die Amplituden der Spannungen der höheren Frequenzkomponenten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen