DE2923767A1 - Flache nachrichtenleitung - Google Patents

Description

Flache Machrichtenleitung.

Die Erfindung betrifft eine Nachrichtenleitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In den mit PAM-Technik (Pulsamplitudenmodulation) arbeitenden Vermittlungsstellen erfolgt der Austausch von Signal-Abtastwerten zwischen den Teilnehmern über einen allen Teilnehmern gemeinsamen Verbindungsweg nach dem Prinzip der sogenannten Resonanzübertragung. Wenn hierbei in der als Verbindungsweg verwendeten Nachrichten- bzw. Sprechleitung die Verteilung der Stromdichte auf den Querschnitt der Leiter nicht gleichmäßig ist, ergibt sich bekanntlich das Problem unerwünschten NebenSprechens.

In einem zylindrischen Leiter, der in seiner Achsrichtung von einem zeitlich veränderlichen Strom durchflossen wird, wird eine ungleichmäßige und von innen nach außen abnehmende Stromdichte über einen beliebigen ebenen Querschnitt beispielsweise durch parasitäre Ströme hervorgerufen. Wenn der ebene Querschnitt ringförmig ist, dann ändert sich die Stromdichte nur in radialer Richtung unter Stromverdrängung nach außen.(Skineffekt) . Durch Verminderung der Ringstärke auf Werte in der Größenordnung der Eindringtiefe des Stromes läßt sich eine gewisse Gleichmäßigkeit der Stromdichte erreichen, die zur Vermeidung des unerwünschten Nebensprechens ausreicht. Aus diesem Grund wurden Sprechleitungen konstruiert, die aus zwei dünnen, koaxialen, ringförmigen und auf einem dielektrischen Träger angeordneten Leitern bestehen, aber nur unter erheblichen Schwierigkeiten in der Praxis hergestellt werden können.

Ferner gibt es Leitungen, die im wesentlichen aus zwei flachen, durch ein Dielektrikum getrennten leitenden Folien

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bestehen, deren Dicke in der Größenordnung der Eindringtiefe liegt. Zur Abschirmung ist eine durch ein weiteres Dielektrikum getrennte dritte Folie vorgesehen, wobei die äußeren Folien miteinander verbunden sind. Da die flachen Folien als ringförmige Leiter mit unendlich großem Radius betrachtet werden können, würde sich diese Konstruktion nur dann genau wie eine koaxiale Leitung verhalten, wenn die Folien in Querrichtung unendlich groß wären, was natürlich nicht realisiert werden kann. Bei endlicher Querabmessung ist dagegen die Verteilung der Stromdichte infolge der parasitären Ströme stets ungleichmäßig; sie nimmt in Querrichtung von den Rändern nach der Mitte hin ab (nur in der Dickenrichtung ist die Stromdichtenänderung wegen der erwähnten geringen Dicke unerheblich).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leitung zur übertragung von Nachrichtensignalen z.B. der eingangs angegebenen Art mit geringem Nebensprechpegel anzugeben, die sich hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften ähnlich wie eine koaxiale Leitung mit zylindrischen Folienleitern bzw. wie eine entsprechende, d.h. unendlich breite flache Leitung verhält, aber einfacher hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die hier beschriebene Leitung verhält sich dank der gesonderten, z.B. aus am Leitungsrand angeordneten Ferritleisten bestehenden magnetischen Elemente wie eine unendlich breite Leitung und damit wie die in elektrischer Hinsicht an sich ideale dünne Koaxialleitung, obwohl sie eine endliche Querabmessung hat. Sie hat daher den Vorteil, daß die Stromdichte gleichmäßig verteilt ist, also keine parasitären Ströme und damit kein Nebensprechen auftreten.

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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Querschnittsansicht einer koaxialen Sprechleitung, aus der die hier beschriebene flache Leitung gedanklich ableitbar ist;

Fig. 2 die Querschnittsansicht einer flachen Leitung, die der Leitung nach Fig. 1 entspricht;

Fig. 3 den Verlauf der Äquipotentiallinien des magnetischen Vektorpotentials bei Gleichstrom in der in Fig. 2 dargestellten Leitung;

Fig. 4 die Querschnittsansicht einer erfindungsgemäß realisierten Leitung;

Fig. 5 den Verlauf der Äquipotentiallinien des magnetischen Vektorpotentials bei Stromfluß durch eine Leitung gemäß Fig. 4; und

Fig. 6 die axonometrische Darstellung der Leitung.

Die in Fig. 1 dargestellte koaxiale Nachrichten- oder Sprechleitung hat einen ersten ringförmigen Leiter a, der den "heißen" Leiter bildet und zwischen einem ersten und einem zweiten ringförmigen Element b bzw. c aus dielektrischem Werkstoff angeordnet ist. Außen am Element c und innen im Element b sind ein zweiter ringförmiger Leiter d bzw. ein dritter ringförmiger Leiter e vorgesehen, die den "kalten" Leiter der Leitung bilden. Bei der übertragung von Signalen über eine solche Leitung entsteht ein Magnetfeld, dessen Feldlinien in den ringförmigen Elementen b und c aus dielektrischem Werkstoff in entgegengesetzten Richtungen verlaufen. Die Leitung ist an sich hervorragend zur Übertragung von Signal-Abtastwerten in PAM-Technik geeignet, da sie die

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für Koaxialleitungen typische Abschirmwirkung hat und keine Magnetfeldlinien aus der Leitung austreten. Besonders interessant ist ferner, daß die Magnetfeldlinien konzentrisch verlaufen, also die Stromdichte eine radialsymmetrische Verteilung aufweist. Wird die Dicke der schicht- oder folienartigen, z.B. durch Metallisierung erzeugten ringförmigen Leiter a, d und e kleiner als die Stromeindringungstiefe gewählt, so ist die Stromverteilung auch ausreichend gleichmäßig. Die Stromeindringungstiefe wird durch die maximale Nutzfrequenz des zu übertragenden Signals bestimmt, d.h. bei der maximalen Frequenz des Nutzsignals mit nennenswertem Leistungsbeitrag. Eine derartige Leitung ist jedoch kaum für die praktische Anwendung geeignet, weil sie schwierig herzustellen ist, besonders wenn man die Tatsache berücksichtigt, daß zur Herabsetzung der Dielektrikumhysterese auf ein Minimum im allgemeinen Polytetrafluoräthylen (PTFE) als Dielektrikum verwendet wird, dessen Metallisierung erhebliche Schwierigkeiten bereitet.

Wegen der vorteilhaften Eigenschaften und der theoretischen Bedeutung der beschriebenen koaxialen Leitung besteht nun der Wunsch nach einer flachen Leitung mit den gleichen elektrischen Eigenschaften. Wenn man sich die Radien der koaxialen Leitung unendlich groß denkt, dann erhält man einen aus drei parallelen, durch zwei Streifen aus dielektrischem Werkstoff getrennten leitenden Ebenen bestehenden Aufbau, der genau diese Eigenschaften hat. Wird aber aus diesem Aufbau ein Ausschnitt zwischen den Ebenen A-A und B-B gemäß Fig. 2 herausgenommen, wie es der Realität entspricht, so kann man die Eigenschaften der koaxialen Strukturen nur dann erhalten, wenn Mittel zur Simulierung einer unendlichen Abmessung des genannten Ausschnittes vorgesehen werden.

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Ohne solche Mittel ergibt sich nämlich das Magnetfeld, wie es in Fig. 3 gezeigt ist; die dargestellten Äquipotentiallinien des magnetischen Vektorpotentials wurden experimentell bei Gleichstrom in der in Fig. 2 dargestellten Leitung unter Anwendung eines Rechners ermittelt (die Ecken der Äquipotentiallinien sind durch das Rechenprogramm bedingt, so daß die dargestellten Linien nur als Annäherung an die wirklichen Äquipotentiallinien zu betrachten sind). In Fig. 3 sind die Elemente der Leitung durch Strichlinien dargestellt; zur Vereinfachung beziehen sich die Äquipotentiallinien nur auf die halbe Leitung. Wie diese Äquipotentiallinien deutlich zeigen, fehlt der Leitung die typische Abschirmwirkung der in Fig. dargestellten koaxialen Struktur. Ferner sind die innerhalb der dielektrischen Elemente c und b liegenden Äquipotentiallinien Kurven, und viele von ihnen beeinflussen die Folienleiter a, e sowie d. Läßt man durch die in Fig. 3 dargestellte Leitung Impulssignale fließen, so liegen die Folienleiter a, b und e in einem veränderlichen Magnetfeld, dessen Feldlinien in den Leitern, wie bekannt, parasitäre Ströme induzieren, was die schon erwähnten Nachteile hat.

In Fig. 4 ist eine erfindungsgemäß realisierte Nachrichten- oder Sprechleitung dargestellt, die außer den in Fig. 2 dargestellten Elementen noch Ferritleisten f und g aufweist, welche an den Rändern des Leitungsquerschnitts in den Ebenen A-A bzw. B-B in Berührung mit den Leitungselementen angeordnet sind und die Magnetfeldlinien in die gewünschte Richtung leiten sollen.

In Fig. 5 ist der Verlauf der Äquipotentiallinien des magnetischen Vektorpotentials dargestellt, die wieder dadurch erfaßt wurden, daß man Gleichstrom durch die hier beschriebene

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Leitung fließen ließ. Wie zu ersehen ist, bewirken die Ferritleisten f und g eine Veränderung im Verlauf der durch sie geleiteten Äquipotentiallinien. Optimale Ergebnisse erzielt man, wenn Ferrit mit sehr hoher und bezüglich der Frequenz konstanter magnetischer Anfangspermeabilität verwendet wird. Aus Fig. 5 ist ferner zu ersehen, daß die Äquipotentiallinien nicht aus der Leitung austreten und innerhalb der Schicht- oder Folienleiter a, d, e einen geradelinigen Verlauf haben, d.h. parallel zu den Leitern verlaufen. Da keine die Leiter schneidenden Äquipotentiallinien vorhanden sind, ergibt sich aus den oben erläuterten Gründen selbst bei veränderlichen Betriebsbedingungen eine gleichmäßige Verteilung der Stromdichte, so daß u.a. kein Nebensprechen auftritt. Da auch eine gute Abschirmwirkung festzustellen ist und die Leiter nicht durch Äquipotentiallinien geschnitten werden, verhält sich die hier beschriebene Leitung ähnlich wie die koaxiale Struktur nach Fig. 1, welche hinsichtlich Abschirmung und Gleichmäßigkeit der Stromdichtenverteilung als die Idealstruktur angesehen werden kann.

Es wurde versuchsweise festgestellt, daß die Äquipotentiallinien auch dann nicht stark vom Verlauf nach Fig. 5 abweichen, wenn unterbrochene Ferritleisten verwendet werden. Infolgedessen kann man von der beschriebenen Leitung auf einfache Weise Anschlüsse abzweigen, z.B. in regelmäßigen Abständen in Längsrichtung der Leitung aufeinanderfolgend, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Diese Abgriffe sind mittels Drähten 1 und m ausgeführt, die an wenigstens einer Seite der Leitung an die Folienleiter a, d und e angelötet sind; dabei werden die Folienleiter e und d miteinander elektrisch verbunden. Die Ferritleisten sind in diesem Fall unterbrochen und als Blöcke ausgebildet, deren Länge etwa mit der Teilung der Abgriffe übereinstimmt.

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Außer zur übertragung von PAM-Signalen kann die hier beschriebene Leitung auch in Fällen verwendet werden, bei denen sie bei Änderungen der Frequenz des zu übertragenden Signals eine konstante Impedanz haben muß. Die erfindungsgemäß realisierte Leitung erfüllt diese Forderung bis zu einem Frequenzwert, bei welchem die magnetische Permeabilität des Ferrits noch nicht wesentlich abnimmt.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   ( 1 J) Flache Nachrichtenleitung für ein Fernmeldesystem, insbesondere zur Übertragung von PAM-Abtastsignalen eines Zeitmultiplex-Vermittlungssystems, mit drei Ebenen, zueinander parallelen, durch zwei Streifen aus dielektrischem Werkstoff voneinander getrennten Folienleitern, von denen die beiden äußeren Leiter elektrisch zusammengeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß magnetische Elemente vorgesehen sind, welche die Feldlinien des durch die übertragenen Signale erzeugten Magnetfeldes parallel zu den Folienleitern (a, d, e) ausrichten, und daß die Dicke der Folienleiter (a, d, e) kleiner ist als die Eindringtiefe des Stromes bei der maximalen Nutzfrequenz der übertragenen Signale .
2. 2.) Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die magnetischen Elemente an den Seiten der Folienleiter (a, d, e) angeordnet sind und diese überbrücken .
3. 3.) Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die magnetischen Elemente aus

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   einer ersten und einer zweiten Ferritleiste (f, g) bestehen, die eine hohe und bezüglich der Frequenz konstante magnetische Anfangspermeabilität aufweisen.
4. 4.) Leitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß an den Seiten der Folienleiter (a, d, e) Anschlüsse angebracht sind, und daß die Ferrxtleisten (f, g) in Reihe angeordnete Blöcke sind, deren Länge etwa dem Abstand zwischen mehreren in Längsrichtung der Leitung aufeinanderfolgenden Anschlüssen entspricht.

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