CH659556A5 - Hf-uebertragungseinrichtung fuer tunnel, bergwerke und gebaeude. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf HF-Übertragungseinrichtungen unter Verwendung von strahlenden Übertragungsleitungen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige HF-Übertragungseinrichtungen können z.B. zwischen mobilen Stationen in Tunnels, Bergwerken, Gebäuden und anderen umschlossenen Räumen angebracht werden.

Seit Beginn der HF- oder Radio-Übertragung ist es bekannt, dass es nahezu unmöglich ist, eine drahtlose Verbindung durch übliche Rundfunkverfahren in Tunneln, Bergwerken und Gebäuden aufrechtzuerhalten. Infolge bekannter physikalischer Prinzipien pflanzt sich eine elektromagnetische Welle nicht über irgendeinen hinreichenden Abstand fort, wenn die Welle sich in einem verlustbehafteten, diskontinuierlichen oder unregelmässige Grenzen aufweisenden Raum befindet. Beispielsweise ist es unmöglich, ein HF-Signal über mehr als einen begrenzten Abstand hinweg in ein Bergwerk oder einen Tunnel von einem aus-sengelegenen Punkt aus zu übertragen, und es ist ferner unmöglich, dass zwei mobile, d.h. bewegliche Sende-Empfänger, die beide in einem Bergwerk oder einem Tunnel angeordnet sind, miteinander im Nachrichtenaustausch stehen, es sei denn, diese Sende-Empfänger seien nur mit einem begrenzten Abstand angeordnet. In ähnlicher Weise bilden aus Stahl und Beton bestehende Gebäude Räume, in denen und in welche hinein die übliche HF-Übertragung schwierig und unzuverlässig ist. Selbst natürliche oder durch Menschen hergestellte Hügel und Täler auf der Erdoberfläche bilden Gebiete, wo Schwierigkeiten bei der Übertragung durch übliche Rundfunk- oder mobile HF-Ver-fahren auftreten.

Ein frühzeitiger Versuch, die Vorteile der HF-Übertragung in Tunneln, Bergwerken und Gebäuden zu erhalten, basierte auf einer induktiven Niederfrequenzkupplung zwischen beweglichen Sende-Empfängern und einem sich durch den ganzen zu bedienenden Raum erstreckenden leitenden Draht. Ein elektrisches Niederfrequenzsignal kann über einen grossen Abstand durch einen leitenden Draht übertragen werden, bevor dieses Signal durch Widerstandseffekte und induktive Effekte auf einen Wert gedämpf wird, der zu niedrig ist, um brauchbar zu sein; ein Hochfrequenzsignal wird demgegenüber über einen relativ kurzen Abstand hinweg gedämpft, was auf dem Gebiet des Telefonwesens wohlbekannt ist. Dieser Unterschied beruht zum grössten Teil auf der Tatsache, dass die Hochfrequenzenergie vom Draht in einem wesentlich grösseren Umfang abgestrahlt wird als Niederfrequenzenergie. Somit ist bei Niederfrequenzen

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eine sehr enge körperliche Nähe zwischen dem Leiter und den Sende-Empfängern erforderlich, um eine zuverlässige induktive Kopplung der Signale dazwischen zu erreichen. Das Erfordernis einer engen körperlichen Nähe zwischen dem Leiter und dem Sende-Empfänger macht die Lösung mit der induktiven Niederfrequenzkopplung im wesentlichen äquivalent zu direkten Drahtverbindungen des Telefonsystems zwischen den mobilen Einheiten, was auch die entsprechenden Nachteile zur Folge hat.

Eine andere Lösungsmöglichkeit besteht darin, eine Vielzahl von festangeordneten Sende-Empfängern vorzusehen, die über den Tunnel, das Bergwerk oder ein anderes zu bedienendes Gebiet verteilt angeordnet sind, wobei deren Antennen in benachbarte begrenzte Gebiete strahlen und sämtliche festangeordnete Sende-Empfänger durch Telefonleitungen miteinander verbunden sind. Mit einer ordnungsgemässen Steuerschaltung kann dieses System eine zufriedenstellende Kopplung zu und von mobilen Sende-Empfängern vorsehen. Ein HF-Signal von einem ersten mobilen Sende-Empfänger setzt den Empfänger des festangeordneten Sende-Empfängers in Tätigkeit, dessen Reichweite sich über das Gebiet erstreckt, in dem der erste mobile Sende-Empfänger angeordnet ist, und das durch einen solchen Empfänger erzeugte demodulierte Tonsignal wird über die Telefonleitungen zur Betätigung der Sender der anderen festangeordneten Sende-Empfänger übertragen. Auf diese Weise erreicht das HF-Signal vom Sender des anderen festangeordneten Sende-Empfängers einen zweiten mobilen Sende-Empfänger im Tunnel, und eine Zweiwegverbindung kann entsprechend üblichen HF-Verfahren aufgebaut werden.

Es ist jedoch unmöglich, das Bergwerk, den Tunnel ober einen anderen Raum zu bedienen, ohne dass sich ein Überlappen der Bedienung bei einem oder mehreren der festangeordneten Sende-Empfänger ergäbe. Wenn die Bedienung nicht vollständig ist, so ergeben sich tote Zonen, die durch HF-Signale nicht erreicht werden können, und von denen auch keine HF-Signale empfangen werden können. Wenn die überlappende Bedienung durch zwei oder mehrere festangeordnete Sende-Empfänger vorhanden ist, so stören die HF-Signale in den überlappenden Gebieten einander in ihrem Effekt auf die Steuereinrichtung, und sie machen die Übertragung zu dem Gebiet hin und aus dem Gebiet heraus, wo die überlappende Bedienung vorhanden ist, schwierig.

In den Vereinigten Staaten wurde vielfach eine Bedienung bei verminderter Überlappung im oben erwähnten System festangeordneter Sende-Empfängers, verbunden durch Telefonleitungen, dadurch erreicht, dass man strahlende Übertragungsleitungen für die Antennen der Sende-Empfänger einsetzte. Dem-gemäss wurden die Antennenverbindungen jedes Sende-Empfängers mit dem Mittelpunkt einer üblichen Hochfrequenzübertragungsleitung verbunden, beispielsweise einer symmetrischen HF-Übertragungsleitung mit Doppelleiter. HF-Energie pflanzt sich in einer derartigen Übertragungsleitung über einen grösseren Abstand hinweg fort als in einem Einzeldrahtleiter, da die HF-Energie von der symmetrischen Übertragungsleitung gleichmässiger entlang deren Länge abgestrahlt wird. Die Übertragungsleitung wirkt somit als eine verteilte Antenne, wodurch es möglich ist, dass jeder festangeordnete Sende-Empfänger im Vergleich zu der im wesentlichen punktartigen Kopplungscha-rakteristic bei einer herkömmlichen Antenne ein grösseres Gebiet mit einer relativ konstanten Antennenkopplung bedient. Es besteht aber immer noch das Problem der überlappenden Bedienung oder von toten Stellen an den Enden benachbarter Übertragungsleitungen, wobei jedoch eine kleinere Anzahl festangeordneter Sende-Empfänger erforderlich ist, um ein bestimmtes Bergwerk, einen Tunnel oder ein anderes Gebiet zu bedienen, so das s sich eine kleinere Anzahl von Gebieten ergibt, wo eine überlappende Bedienung vorliegt oder wo sich tote Zonen bilden. Die Anzahl der erforderlichen Sende-Empfänger wurde ferner vermindert durch die Verwendung der symmetrischen Übertragungsleitungen, die eine geringere HF-Dämpfung entlang ihrer Länge hervorrufen, wobei aber dennoch eine angemessen verteilte Kopplung von HF mit der Leitung und von dieser vorgesehen wird. Beispielsweise wurde in den Vereinigten Staaten ein Koaxialkabel verwendet, welches einen lose geflochtenen Aussenleiter verwendet, um die erwünschte verteilte Kopplung zu erreichen.

Ein Netzwerk fester Sende-Empfänger, verbunden durch Telefonleitungen, wie dies oben beschrieben wurde, kann aber nur einen einzigen Verbindungs- oder Übertragungskanal schaffen. Für jeden zusätzlichen Verbindungskanal ist ein zusätzliches Netzwerk relativ teurer Sende-Emfänger erforderlich, die auf einer hinreichend unterschiedlichen Frequenz arbeiten, um so eine Interferenz zu vermeiden, und im Hinblick auf den Strombedarf sind Speiseleitungen sowie Steuer- und Telefon-leitungs-Verbindungen erforderlich.

In Europa und insbesondere in England wurde es als notwendig erachtet, die herkömmlichen HF-Übertragungsverfahren nicht mehr anzuwenden, wenn eine drahtlose Übertragung von mobiler Station zu mobiler Station in Bergwerken, Tunneln und Gebäuden geschaffen werden soll. Vgl. dazu beispielsweise die folgende Literaturstelle: «Systems Aspects of Leakage - Field Radio Communications» von D.J.R. Martin u.a.., Civil Land Mobile Conference, IEEE Conference Procee-dings, November 1975.

Statt dessen wurden in England Systeme basierend auf einer neuen Technik unter Verwendung von koaxialen Übertragungsleitungen entwickelt, die derart abgewandelt sind, dass sie eine angemessene Kopplung zur Leitung hin und von dieser weg gewährleisten, um so die Fortpflanzung elektromagnetischer Energie in Bergwerken, Tunneln und anderen Räumen sicherzustellen. US-Patent 3 916 311 zeigt das entsprechende Grundsystem, das im folgenden im einzelnen beschrieben werden soll. Gemäss dieser neuen Technik sind speziell konstruierte teure Koaxialübertragungsleitungen erforderlich. Zudem sind zwei unterschiedliche Frequenzen und auch eine Basisstation erforderlich, um jeweils einen Kanal für eine Mobil-zu-Mobil-Über-tragung in einem Bergwerk oder Tunnel zu schaffen, was zur Folge hat, dass spezielle und teure Kompensationsfilter und eine komplizierte Steuerschaltung sowie die verschiedenen mobilen Sende-Empfänger für jeden Kanal der Mobil-zu-Mobil-Übertragung erforderlich sind.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Mobil-zu-Mobil-HF-Übertragung in Tunneln, Bergwerken, Gebäuden und ähnlich umschlossenen Gebieten unter Verwendung herkömmlicher HF-Verfahren und von in Handel verfügbaren HF-Komponenten zu schaffen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, Mehrfachkanäle für eine HF-Übertragung in Tunneln, Bergwerken und Gebäuden und ähnlich begrenzten Gebieten zu ermöglichen, ohne dass eine Verdopplung der Komponenten nötig wird, die für Mehrfachkanäle bei einer herkömmlichen HF-Übertragung benötigt werden. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein einfaches und preiswertes Verfahren zur Herstellung einer Hochfrequenz-Übertragungseinrichtung, sowie Mittel für eine mehrere Kanäle aufweisende Mobil-zu-Mobil und Basis-zu-Mobil-HF-Übertragung in Tunneln, Bergwerken, Gebäuden und ähnlich umschlossenen Gebieten zu schaffen.

Um die oben genannten Ziele zu erreichen, sieht die Erfindung eine HF-Übertragungseinrichtung für Tunnel, Bergwerke und Gebäude gemäss Patentanspruch 1 vor.

Vorzugsweise weist die erste und zweite Übertragungsleitung je eine Vielzahl von Ein-Richtungs-Verstärkern auf, die im Abstand voneinander in der Leitung angeordnet sind, wobei die Verstärkung jedes dieser Ein-Richtungs-Verstärker im wesentlichen gleich dem Dämpfungsverlust des Teils der Übertragungsleitung zwischen diesem Verstärker und dem vorhergehen5

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den Verstärker in dieser Übertragungsleitung ist. Es wird somit bevorzugt, dass der Sender und Empfänger auf der gleichen Hochfrequenz arbeiten. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der HF-Sender mit dem nahen Ende der ersten Übertragungsleitung gekoppelt, der HF-Empfänger ist mit dem nahen Ende der zweiten Übertragungsleitung gekoppelt und ein mobiler, auf der gleichen Hochfrequenz wie der Sender und Empfänger arbeitender Sende-Empfänger ist mit beiden Übertragungsleitungen durch elektromagnetische Wellenfortpflanzung im Raum zwischen dem nahen und fernen Ende der Leitungen gekoppelt.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Sender und der Empfänger in einem Sende-Empfänger zusammengefasst, der mit der ersten und zweiten Übertragungsleitung durch elektromagnetische Wellenfortpflanzung im Raum zwischen dem nahen und fernen Ende gekoppelt ist, wobei ferner ein zweiter auf der gleichen Hochfrequenz wie der Sender und Empfänger arbeitender Sende-Empfänger mit der ersten und zweiten Übertragungsleitung durch elektromagnetische Wellenfortpflanzung im Raum zwischen dem nahen und fernen Ende der Leitungen gekoppelt ist.

Die Ein-Richtungs-Verstärker der ersten und zweiten Übertragungsleitung sind vorzugsweise Breitbandverstärker, so dass eine Vielzahl von Kanälen für eine HF-Übertragung durch die Einrichtung geschaffen werden kann.

Die erfindungsgemässe HF-Übertragungseinrichtung kann unter Verwendung von im Handel verfügbaren Komponenten ohne Modifikation hergestellt werden. Mehrfachverbindungska-näle können ohne Duplizierung der ersten und zweiten Verbindungsleitung geschaffen werden, so dass ohne erhöhte Kosten eine Mehrfachkanal-HF-Übertragung ermöglicht wird.

Die erfindungsgemässe HF-Übertragungseinrichtung ist preiswert und leicht zu installieren, wobei sich eine zuverlässige Mobil-zu-Mobil-HF-Übertragung unter Verwendung üblicher HF-Verfahren und Geräte ergibt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1A ein Blockschaltbild einer bekannten HF-Übertragungseinrichtung, welche als die sogenannte «Gänseblümchen-schaltung»-Übertragungseinrichtung («daisy-chain system») bekannt ist;

Fig. 1B ein Blockschaltbild einer Abwandlung der Einrichtung gemäss Fig. 1A;

Fig. IC ein Blockschaltbild einer Verbesserung der in Fig. 1A gezeigten Einrichtung;

Fig. 2 ein vergrössertes Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen HF-Übertra-gungseinrichtung;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Impedanzanpassungsschleife zur Verwendung beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen HF-Übertragungseinrichtung;

Fig. 4 eine Teildraufsicht auf die Verbindung zwischen der Impedanzanpassungsschleife der Fig. 3 und einer zum Gebrauch beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen HF-Übertragungseinrichtung geeigneten Doppelleiter-Übertragungsleitung;

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine zur Verwendung beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen HF-Übertragungseinrichtung geeigneten Doppelleiter-Übertragungsleitung;

Fig. 6 eine Karte des neuen 2440 Meter-Positron-Elektron-Speicherrings des Stanford Linear-Beschleunigungs-Zentrums, wobei der Einbau der Elemente der erfindungsgemässen HF-Übertragungseinrichtung angegeben ist;

Fig. 7 ein Blockschaltbild der Eingangsschleife der erfindungsgemässen HF-Übertragungseinrichtung, wie sie für den

Einbau im Tunnel des oben erwähnten Positron-Elektron-Speicherrings vorgeschlagen wurde;

Fig. 8 ein Blockschaltbild der Ausgangsschleife der erfindungsgemässen HF-Übertragungseinrichtung gemäss dem Vorschlag für den Einbau in den Tunnel des erwähnten Positron-Elektron-Speicherrings .

In Fig. 1A ist eine bekannte HF-Übertragungseinrichtung als Blockschaltbild dargestellt, welches in grossem Umfang in Europa Verwendung findet. Eine solche Einrichtung weist eine strahlende Übertragungsleitung 11 auf, die sich längs des Bergwerks oder Tunnels erstreckt. In der Übertragungsleitung 11 sind Ein-Richtungs-Verstärker 12 periodisch angeordnet. Ein Basissender 14 arbeitet auf einer ersten Hochfrequenz fi und ist mit einem Ende der Übertragungsleitung 11 verbunden, während ein Basisempfänger 16 auf einer zweiten Hochfrequenz fj arbeitet und mit dem anderen Ende der Übertragungsleitung in Verbindung steht, wobei die Verstärker 12 dazu dienen, das Signal des Basissenders zu verstärken, wenn dies in der Übertragungsleitung vom Basissender zum Basisempfänger hin läuft. Es sei bemerkt, dass keine HF-Kopplung zwischen dem Sender 14 und dem Empfänger 16 vorhanden ist, da sie auf unterschiedlichen Hochfrequenzen arbeiten. Statt dessen sind der Sender 14 und der Empfänger 16 miteinander und mit dem Steuerraum mittels einer üblichen Telefon-Drahtleitung 18 verbunden. Somit können im Steuerraum erzeugte Tonsignale durch die Drahtleitung 18 zum Sender 14 übertragen werden, um die durch den Sender 14 erzeugte Hochfrequenz zum Zwecke der Übertragung durch die Übertragungsleitung 11 zu modulieren. Wenn in ähnlicher Weise der Empfänger 16 ein mit einem Tonsignal moduliertes Hochfrequenzsignal mit der Frequenz fi empfängt, so wird das Tonsignal zum Steuer- oder Kontrollraum gekoppelt. Man erkennt, dass die Ein-Richtungs-Verstärker in der Lage sind, ein Frequenzband zu verstärken, welches breit genug ist, um sowohl die Frequenz f| des Senders 14 als auch die Frequenz Î2 des Empfängers 16 zu erfassen. Somit kann ein sich in dem Bergwerk oder Tunnel befindender mobiler Sende-Empfänger 19, der zum Senden auf der Frequenz f2 und zum Empfangen auf der Frequenz f, ausgelegt ist, mit dem Kontrollraum 17 Nachrichten austauschen. Ferner kann ein erster in dem Bergwerk oder Tunnel angeordneter mobiler Sende-Empfänger 19 mit einem zweiten in dem Bergwerk oder Tunnel angeordneten mobilen Sende-Empfänger 19 Nachrichten austauschen. Ein durch den ersten mobilen Sende-Empfänger 19 mit einer Frequenz f? übertragenes Signal würde nicht direkt durch den zweiten mobilen Sende-Empfänger empfangen werden. Statt dessen würde dieses Signal durch den Empfänger 16 empfangen und dessen Tonmodulation würde durch den Steuerraum zurück zum Sender 14 zur Modulation auf die Frequenz fi und zur Rückübertragung durch die Übertragungsleitung 11 zur Kopplung mit dem zweiten mobilen Sende-Empfänger geleitet werden. Man erkennt, dass die Signale zu den mobilen Sende-Empfängern 19 hin und von diesen weg durch sich im Raum fortpflanzende Hochfrequenzwellen mit der Übertragungsleitung 11 gekoppelt sind, weshalb eine enge körperliche Nähe zwischen den Antennen der mobilen Sende-Empfänger 19 und der Übertragungsleitung 11 nicht erforderlich ist.

Die oben beschriebene «Gänseblümchenschaltung»-Ein-richtung soll gegenüber den bislang in Bergwerken und Tunneln in den USA verwendeten HF-Übertragungseinrichtungen insofern Vorteile haben, als relativ billige Verstärker 12 für die festen Sende-Empfänger und deren komplizierte Synchronisier-Steuerverbindungen eingesetzt werden. Die Grundlösung der «Gänseblümchenschaltung»-Einrichtung besteht darin, die in der Übertragungsleitung 11 vorhandene Dämpfung auf das Minimum zu reduzieren, das erforderlich ist, um die gewünschte Strahlung innerhalb des Tunnels zu erzeugen, wodurch die Anzahl der erforderlichen Verstärker 12 reduziert wird. Zu diesem

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Zweck ist es in Europa üblich, eine strahlende Übertragungsleitung in der Form eines Koaxialkabels zu verwenden, welches eine entsprechende Öffnung in der äusseren Abschirmung aufweist, um eine sorgfältig gesteuerte Strahlung zu erzeugen. Bei einer derartigen Einrichtung kann die zum Betrieb der Verstärker 12 erforderliche Leitung in bequemer Weise durch die Übertragungsleitung zusammen mit den Hochfrequenzsignalen in der Form einer Niederfrequenz- oder Gleichspannungs-Leistung übertragen werden.

Die oben beschriebene «Gänseblümchenschaltung»-Ein-richtung hat eine Reihe von Nachteilen. Als erstes ist darauf hinzuweisen, dass zwei unterschiedliche Frequenzen für jeden Übertragungskanal erforderlich sind. Zudem ist für jeden zusätzlichen Übertragungskanal ein Sender und ein Empfänger an entgegengesetzt liegenden Enden der Übertragungsleitung zusammen mit einer entsprechenden Drahtleitung und einer die Verbindung damit herstellenden Steuerung erforderlich. Wenn somit eine beliebige Zahl von Übertragungskanälen geschaffen werden soll, so müssen die Verstärker 12 eine Bandbreite aufweisen, die breit genug ist, um eine grosse Zahl von Frequenzen zu erfassen, und es müssen ausgeklügelte Telefon-Verbindun-gen vorhanden sein, um die Kosten niedrig zu halten und eine Interferenz zwischen den Übertragungskanälen zu vermeiden. Zudem ist es bei der in Fig. 1 dargestellten, zum Gebrauch in Tunneln bestimmten Einrichtung schwierig, diese in Bergwerken zu verwenden, die Zweigstollen aufweisen können, die ebenfalls durch die Nachrichtenübertragungseinrichtung erfasst werden müssen.

Fig. 1B zeigt ein Blockschaltbild einer Abwandlung der «Gänseblümchenschaltung»-Einrichtung, die gewisse Vorteile bietet. Bei der Einrichtung gemäss Fig. 1B wird eine dritte Betriebsfrequenz verwendet, um die Notwendigkeit einer Drahtleitung zur Verbindung zwischen einem Sender und einem Empfänger an entgegengesetzten Enden der Einrichtung zu vermeiden. Zudem vereinfacht die Einrichtung gemäss Fig. 1B das Anbringen von Abzweigungen, beispielsweise zum Erfassen von Zweigstollen in einem Bergwewrk. Die gleiche Übertragungsleitung 11 und die gleichen Verstärker 12 wie bei der «Gänseblüm-chenschaltung»-Einrichtung der Fig. 1A können bei der Abwandlung gemäss Fig. 1B Verwendung finden. Gemäss der Abwandlung der Fig. 1B sind jedoch sowohl ein Sender als auch ein Empfänger am gleichen Ende der Übertragungsleitung zusammen mit einer geeigneten Steuerschaltung zu deren Verbindung angeordnet. Bei der Abwandlung gemäss Fig. 1B arbeitet der Sender auf einer Hochfrequenz in der Grössenordnung von 80 MHz, wohingegen der Empfänger auf einer relativ niedrigen Frequenz in der Grössenordnung von 455 kHz arbeitet. Am entgegengesetzt liegenden Ende der Übertragungsleitung und am Ende jedes Zweigs derselben ist ähnlich wie bei einem Zwi-schenfrequenzgenerator in üblichen Überlagerungs-HF-Emp-fängern ein Frequenzwandler 20 vorgesehen. Die mobilen Sende-Empfänger 21 zum Gebrauch im Bergwerk gemäss der Abwandlung der Fig. 1B sind in der Lage, auf der Frequenz fi des Senders 14 zu empfangen und mit einer unterschiedlichen Hochfrequenz f3 in der Grössenordnung von beispielsweise 72 MHz zu übertragen oder zu senden. Somit werden die Signale vom Sender 14 durch die Übertragungsleitung 11 übertragen und nach Bedarf durch die Verstärker 12 verstärkt, um die Dämpfung dieser Signale zu kompensieren. In ähnlicher Weise werden Signale mit der Frequenz f3 durch den mobilen Sende-Empfänger 21 durch die Übertragungsleitung 11 zu dem entsprechenden Frequenzwandler 20 übertragen, wo sie in eine Niederfrequenz Î2, auf der der Empfänger 16' arbeitet, umgewandelt werden. Diese Signale können infolge ihrer niedrigen Frequenz zurück durch die Übertragungsleitung 11 mit relativ geringer Dämpfung übertragen werden, und die Verstärker 12 können derart ausgelegt sein, dass sie die Niederfrequenzsignale in der Rückwärtsrichtung durchlassen. Demgemäss wird die niedrige oder Zwischen-Frequenz Î2 am Empfänger 16' empfangen und demoduliert, um ein Tonsignal zu erzeugen, welches sodann dazu verwendet werden kann, das Hochfrequenzausgangssignal des Senders 14 zu modulieren, um einen zweiten mobilen Sende-Empfänger im Bergwerk zu erreichen. Wiederum kann die Spannung für die Verstärker 12 durch die koaxiale Übertragungsleitung 11 geliefert werden. Es ist notwendig, geeignete Filter 22 am Anfang jedes der Zweige in der Einrichtung vorzusehen, wobei die Filter 22 dazu in der Lage sein müssen, die Hochfrequenzsignale f3 zu blockieren, die durch die mobilen Sender 20 übertragen werden, während aber die HF-Signale fi und die Zwischenfrequenzsignale h durchgelassen werden.

Wiederum ist es notwendig, einen zusätzlichen Frequenzwandler am Ende jedes Zweigs der Einrichtung und auch einen zusätzlichen Sender und Empfänger für jeden zusätzlichen Übertragungskanal im Bergwerk vorzusehen. Da drei Frequenzen für jeden Übertragungs- oder Nachrichtenkanal erforderlich sind, wird der Aufbau der Einrichtung kompliziert und relativ teure Komponenten sind erforderlich, um das Übersprechen zwischen solchen Kanälen zu vermeiden.

Fig. IC zeigt eine Verbesserung der «Gänseblümchenschal-tung»-Übertragungseinrichtung, bei der der Sender 14 und der Empfänger 16 körperlich am gleichen Ende der Übertragungsleitung angeordnet sein können, ohne dass es erforderlich wird, dass eine dritte oder Zwischenfrequenz vorhanden ist und ein Frequenzwandler am entgegengesetzten Ende der Leitung vorgesehen wird. Gemäss dieser Verbesserung werden zwei Übertragungsleitungen 11 verwendet und die Vertärker 12 sind über diese Übertragunsleitungen entgegengesetzt zueinander verbunden. Der Sender 14 arbeitet auf einer ersten Hochfrequenz fi und ist mit dem Ende der ersten Übertragungsleitung verbunden, während der Empfänger 16 auf einer zweiten Hochfrequenz Î2 arbeitet und mit dem gleichen Ende der anderen Übertragungsleitung in Verbindung steht. Eine Vielzahl von Filtern 24 lässt die Hochfrequenz fi durch, blockiert aber die Hochfrequenz Ï2. Diese Filter liegen in den Übertragungsleitungen 11 in einer stufenartigen Anordnung zwischen den Verstärkern 12, wie dies in Fig. IC dargestellt ist. In ähnlicher Weise ist eine Vielzahl von Filtern 26 vorgesehen, die die Hochfrequenz fi durchlassen, aber die Hochfrequenz fi blockieren. Diese Filter 26 liegen zwischen den Verstärkern 12 und den Übertragungsleitungen 11 in einer entgegengesetzten Anordnung zu den Filtern 24, wie dies in Fig. IC dargestellt ist. Auf diese Weise wird ein durch den Sender 14 mit der Frequenz fi übertragenes Hochfrequenzsignal zwischen den Abschnitten der Überatrgungsleitun-gen 11 alternieren und durch jeden der Verstärker 12 beim Lauf vom Sender 14 zum fernen Ende der Übertragungsleitungen 11 gelangen. Ein Hochfrequenzsignal mit der Frequenz h läuft vom fernen Ende der Übertragungsleitungen zum Empfänger 16 und gelangt durch jeden der Verstärker 12, um zwischen den Leitungen 11 zu alternieren, wobei die Wege der Hochfrequenzsignale fi und f2 durch die Pfeile in Fig. IC angedeutet sind. Wie in Verbindung mit Fig. 1A beschrieben, kann ein mobiler Sende-Empfänger 19, der mit einer Frequenz fi empfängt und mit einer Frequenz f2 sendet und im Bergwerk angeordnet ist, mit dem Kontrollraum in Verbindung stehen, der seinerseits mit dem Empfänger 16 in Verbindung steht. In gleicher Weise kann ein erster mobiler Sende-Empfänger 19 mit einem zweiten mobilen Sende-Empfänger 19 in Verbindung stehen, da das Tonsignal des Empfängers 16 zur Modulation des Hochfrequenzsignals fi des Senders 14 für die Rückübertragung durch die Einrichtung verwendet werden kann. Es sind jedoch zwei Betriebsfrequenzen sowie auch teure und empfindliche Filter 24 und 26 für eine zuverlässige Übertragung erforderlich.

Wie bereits oben erwähnt, basieren sämtliche HF-Übertragungseinrichtungen gemäss den Fig. 1A, 1B und IC auf der Voraussetzung, dass die HF-Übertragung in Bergwerken und

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Tunneln als eine vollständig neue Technik behandelt werden muss, und dass die herkömmliche HF-Übertragungs-Technik nicht verwendbar ist. Das Ergebnis besteht darin, dass die Einrichtungen teuer und kompliziert sind und die Verwendung speziell ausgelegter Komponenten erforderlich machen. Ferner sind mindestens zwei Frequenzen für jeden Übertragungskanal erforderlich, wodurch die Übersprech- und Intermodulations-Probleme erhöht werden. Bei all diesen Einrichtungen werden speziell konstruierte Koaxialkabel verwendet, um die strahlenden Übertragungsleitungen 11 zu schaffen, um so die Anzahl der Komponenten zu vermindern, die in der Einrichtung erforderlich sind, und zwar dadurch, dass man die Dämpfung in der Übertragungsleitung auf das Minimum reduziert das zur Kopplung der mobilen Sende-Empfänger erforderlich ist. Die Verstärkung durch die Verstärker 12 wird so hoch wie möglich gehalten, um die Anzahl der erforderlichen Verstärker auf ein Mindestmass herabzusetzen, wodurch aber die Übersprech- und Intermodulations-Probleme weiter erhöht werden. Die Verwendung billiger, zwei Leiter aufweisender symmetrischer Übertragungsleitungen wurde aufgegeben wegen deren relativ hoher Dämpfung und auch deswegen, weil eine solche Leitung einer übermässigen Dämpfung infolge des Vorhandenseins von Feuchtigkeit oder anderen Verunreinigungen ausgesetzt ist, wie dies von Natur aus in Bergwerken und Tunneln der Fall ist.

In Fig. 2 ist eine vergrössertes Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen HF-Übertragungseinrichtung dargestellt. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der Kopplungsverlust zwischen einem Paar von symmetrischen, zwei Leiter aufweisenden Übertragungsleitungen, die sich im wesentlichen parallel zueinander in einem Abstand von einigen Metern voneinander über eine praktische Länge eines Bergwerks oder Tunnels hinweg (als Beispiel) erstrecken, grösser ist als die Dämpfung einer solchen Länge einer symmetrischen, zwei Leiter aufweisenden Übertragungsleitung. Diese Erkenntnis bedeutet, dass es möglich ist, eine stabile Einrichtung von unbegrenzter Länge aufzubauen, bei der ein Paar von symmetrischen, zwei Leiter besitzenden Übertragungsleitungen mit darin angeordneten Verstärkern verwendet wird, deren Verstärkung kleiner als der Kopplungsverlust zwischen den Übertragungsleitungen ist, um die Stabilität der Einrichtung sicherzustellen, wobei die Verstärkung dennoch gross genug ist, um die Dämpfung auf einer wirtschaftlich praktikablen Länge der symmetrischen, zwei Leiter aufweisenden Übertragungsleitung bei HF-Übertragungsfrequenzen in der Grössenordnung von 160 MHz zu überwinden.

Fig. 2 zeigt eine erste symmetrische zweiadrige (zwei Leiter aufweisende) Übertragungsleitung 30 mit einem angeordneten Ein-Richtungs-Verstärker 32 und mit einer zweiten symmetrischen zweiadrigen Übertragungsleitung 31 mit einem darin angeordneten Ein-Richtungs-Verstärker 33, wobei die Darstellung die Form eines Blockschaltschemas besitzt. Die Übertragungsleitungen 30 und 31 erstrecken sich beispielsweise durch einen Tunnel oder ein Bergwerk 34 dicht nebeneinander in einem Abstand von wenigen Metern. Die Ein-Richtungs-Verstärkers 32 und 33 sind in ihren entsprechenden Übertragungsleitungen 30 und 31 in entgegengesetzter Richtung zueinander angeordnet. Demgemäss wird ein Hochfrequenzsignal auf der Übertragungsleitung 30 verstärkt und pflanzt sich in einer Richtung fort, und ein Hochfrequenzsignal auf der Übertragungsleitung 31 wird verstärkt und pflanzt sich in der entgegengesetzten Richtung fort.

Beim tatsächlichen Einbau einer erfindungsgemässen HF-Übertragungseinrichtung hat sich der Kopplungsverlust zwischen den Übertragungsleitungen 30 und 31 als in der Grössenordnung von 45 dB liegend herausgestellt. Bei einer derartigen Einrichtung hatte eine Vielzahl von Verstärkern 32 eine Verstärkung von 33 dB, die Verstärker 32 waren in den Übertragungsleitungen 30 in Abständen von ungefähr 245 Metern voneinander angeordnet, und eine gleiche Zahl von Verstärken 33 war in der Übertragungsleitung 31 mit einem ebensolchen Abstand voneinander angeordnet. Die sich ergebende Einrichtung hat sich als stabil herausgestellt und ermöglicht die Verbindung von zwei herkömmlichen Einzelfrequenz-Sende-Empfängern 35 miteinander durch herkömmliche HF-Übertragungsverfahren über eine unbegrenzte Entfernung im Tunnel 34. Die symmetrische Übertragungsleitung war eine übliche, im Handel erhältliche, zweiadrige Fernsehleitung. Da die Dämpfung der zweiadrigen Leitung mit der Frequenz ansteigt, hat es sich als notwendig herausgestellt, ein billiges, im Handel erhältliches Hoch-Pass-Fernseh-Filter am Eingang zu jedem Verstärker 32, 33 derart einzubauen, dass die Hochfrequenzsignale unterhalb ungefähr 50 MHz, die in die Übertragungsleitungen 30 und 31 eingekoppelt werden können, die Verstärker 32, 33 nicht übersteuern.

Um jedwede nicht erforderliche Dämpfung der HF-Signale in den Übertragungsleitungen 30 und 31 zu vermeiden, können koaxiale Übertragungsleitungsabschnitte 37 immer dort eingesetzt werden, wo eine Strahlung des Hochfrequenzsignals nicht notwendig oder unerwünscht ist. Es ist natürlich notwendig, einen geeigneten Übergang oder eine Impedanzanpassungsschleife 38 zwischen dem zweiadrigen Leiter und den Koaxialleitungsab-schnitten der Übertragungsleitungen 30 und 31 vorzusehen.

Beim tatsächlichen Einbau der erfindungsgemässen HF-Übertragungseinrichtung hat sich eine billige Impedanzanpassungsschleife (die unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 im einzelnen beschrieben ist) für einen Betrieb der Einrichtung über einen Fequenzbereich von 150 bis 170 MHz als ausreichend erwiesen.

Beim tatsächlichen Einbau der erfindungsgemässen HF-Übertragungseinrichtung wurden die Verstärker 32 und 33 jeweils örtlich von Stromversorgungsanlagen, die bereits im Tunnel 34 vorhanden waren, mit Strom versorgt. Die Gleichstromspannung für die Verstärker 32 und 33 könnte jedoch auch in bequemer Weise dadurch erreicht werden, dass man je nach Notwendigkeit und Zweckmässigkeit ein Gleichstromspannungsdifferential zwischen den Übertragungsleitungen 30 und 31 vorsieht. Sowohl für die Hoch-Pass-Filter 36 als auch die Verstärker 32 und 33 wäre es natürlich erforderlich, dass diese Gleichstrom durchlassen, wobei darauf hingewiesen sei, dass die Impedanzanpassungsschleifen 38 eine Gleichstromverbindung zwischen den beiden Leitern jedes zweiadrigen Leiters (Doppelleiters) sicherstellen.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, kann die HF-Übertragungseinrichtung gemäss der Erfindung derart angepasst werden,

dass eine Übertragung zwischen mobilen Sende-Empfängern 35 im Tunnel 34 und einem entfernt gelegenen Punkt ermöglicht wird. Zu diesem Zweck wird eine Rundstrahlantenne 40 über ein Bandpassfilter 42, einen Verstärker 32 und eine Impedanzanpassungsschleife 38 mit der Übertragungsleitung 30 verbunden, um ein Hochfrequenzsignal in den Tunnel 34 zu senden. In ähnlicher Weise kann die andere Übertragungsleitung 31 über einen geeigneten Verstärker 43 mit einer Richtungsantenne 41 verbunden sein, um ein Hochfrequenzsignal vom Tunnel 34 nach aussen zu senden. Es ist wichtig, dass die Antenne 41 eine Richtungsantenne ist, um eine Verminderung des Kopplungsverlustes zwischen den Übertragungsleitungen 30 und 31 zu vermeiden, wodurch die Stabilität der Einrichtung zerstört werden könnte. So kann ein Sende-Empfänger 44 an einer vom Tunnel 34 entfernten Basisstation in einer Simplex-Betriebsart mit einer Frequenz von 160 MHz beispielsweise mit ähnlichen mobilen Sende-Empfängern 35 im Tunnel 34 in Verbindung stehen. In der gleichen Weise können diese Sende-Empfänger 35 miteinander über die erfindungsgemässe Einrichtung in Verbindung stehen.

Bei der tatsächlichen Installation einer erfindungsgemässen HF-Übertragungseinrichtung wurde ein Betriebsfrequenzbereich zwischen 150 und 170 MHz gewählt. Die Übertragungsleitun5

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gen 30 und 31 waren 300 Ohm-Doppelleiter, wie sie im Handel unter der Bezeichnung «Beiden Nr. 8275» erhältlich sind. Bei den Verstärkern 32, 33 handelt es sich um Breitbandverstärker, die im Handel unter der Bezeichnung «TRW CA 2800» erhältlich sind. Bei den Filtern 36 handelt es sich um billige 300 Ohm-Fernseh-Hochpassfilter, wie sie von der Fa. R. L. Drake Company, USA, erhältlich sind. Die Breitbandverstärker der TRW CA 2800-Serie besitzen Eigangs- und Ausgangsimpedanzen von 50 Ohm und machen somit eine Impedanzanpassung an die 300 Ohm-Doppelleitung (Stegleitung) erforderlich. Bei der tatsächlichen Installation wurde eine Koaxialimpedanzanpassungsschlei-fe 38, aufgebaut wie in Fig. 3 gezeigt, verwendet, um die Impedanz der Koaxialleitung auf 200 Ohm zu transformieren, was eine vernünftige Anpassung an den 300 Ohm-Doppelleiter bedeutet.

In den Fig. 3 und 4 sind bauliche Einzelheiten der Impedanzanpassungsschleife 38 dargestellt. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, weist die Impedanzanpassungsschleife 38 ein Schleifenteil 47 auf, das aus einer Koaxialleitung besteht, deren Mittelleiter galvanisch mit dem Mittelleiter der Koaxialleitung 37 an dessen freiem Ende in Verbindung steht. Das andere Ende der Koaxialleitung 37 ist mit einem üblichen Koxialstecker 46 zur Verbindung mit den Verstärkern 32, 33 ausgestattet. Das freie Ende 49 des Schleifenteils 47 dient zur galvanischen Verbindung mit einem Leiter des Doppelleiters 30, 31, und die verbundenen Enden 48 des Schleifenteils 47 und der Koaxialleitung 37 dienen zur Verbindung mit dem anderen Leiter des Doppelleiters 30, 31. Ein Kurzschlussteil 50 schafft eine galvanische Verbindung des Aussenleiters oder der Abschirmung der Koaxialleitung 37 mit dem Aussenleiter oder der Abschirmung des Koaxialschlei-fenteils 47 an den beiden Enden. Das Schleifenteil 47 besitzt eine effektive Länge, die im wesentlichen einer halben Wellenlänge am Mittelpunkt des Betriebsfrequenzbereichs der Einrichtung entspricht. Auf diese Weise kann die Impedanzanpassungsschleife 38 leicht und preiswert aus einer im Handel erhältlichen 50 Ohm-Koaxialübertragungsleitung hergestellt werden.

Es sei darauf hingeweisen, dass die bei der erfindungsgemässen HF-Übertragungseinrichtung verwendete Übertragungsleitung der Doppelleiter-Bauart (zweiadrigen Bauart) mit Kosten von wenigen Centimen pro Meter gekauft werden kann. Diese Kosten müssen mit den Kosten für die strahlenden geschlitzten Koaxialkabel verglichen werden, welche bei den herkömmlichen Übertragungseinrichtungen verwendet werden. Diese letztgenannten Kabel können beispielsweise von der Fa. Andrew Corporation, Orland Park, Illinois, USA, unter der Bezeichnung «Andrew radiax cable» zu einem Preis von über 5 S.F. pro Meter bezogen werden. Die zweiadrige Übertragungsleitung hat den Nachteil, dass sie einer beträchtlichen Dämpfung infolge von Feuchtigkeit und sich darauf absetzenden Verunreinigungen ausgesetzt ist. Dieser Nachteil kann jedoch gemäss Fig. 5 dadurch vermieden oder reduziert werden, dass man für den Einbau in einem Bergwerk oder Tunnel die zweiadrige Leitung in einen im Handel erhältlichen PVC-Schlauch 52 schiebt. Ein geeigneter PVC-Schlauch ist im Handel zu einem Preis von wenigen Centimen pro Meter erhältlich, und die zweiadrige Leitung kann in bequemer Weise durch den Schlauch geblasen oder in anderer Weise eingesetzt werden. Die Aussenoberfläche des Schlauchs 52 kann, wenn notwendig, periodisch gereinigt werden, um die Ansammlung übermässiger Mengen von Verunreinigungen zu vermeiden.

Fig. 6 zeigt eine schematische Karte der Lage des Elektron-Positron-Speicherrings 61 im Stanford Linear Accelerator Center. Der Speicherring dient für eines von mehreren Experimenten, bei dem ein 3 Km-Linearbeschleuniger als Injektor verwendet wird und der in einem Tunnel untergebracht ist, der annähernd 3 Meter Durchmesser besitzt und aus im wesentlichen vollständig unter der Ende ausgesprühtem Zement besteht. Versuche während des Baus des Speicherring-Tunnels zeigten, dass die Übertragung zwischen mobilen Sende-Empfängern im Tunnel nur auf einen Abstand von etwa 30 Metern möglich war, wohingegen der Tunnel einen Gesamtumfang von ungefähr 2440 Metern besitzt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass es für einen mobilen Sende-Empfänger innerhalb des Tunnels unmöglich war, mit einer Basis oder mit mobilen Sende-Empfängern ausserhalb des Tunnels in Verbindung zu treten. Dem-gemäss wurde eine HF-Übertragungseinrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung für den Einbau in den Tunnel des Positron-Elektron-Speicherrings 61 entwickelt.

Gemäss Fig. 6 ist es notwendig, eine Übertragung von jedem Punkt innerhalb des Positronen-Elektronen-Speicherring-Tunnels 61 nicht nur zu einem zentralen Kontrollpunkt 62 hin, sondern auch zu einer Anzahl von ausserhalb des Tunnels im Abstand von dessen Umfang angeordneten Satellitenkontrollpunkten 64 sicherzustellen. Obwohl somit eine Rundstrahlantenne 40 verwendet werden kann, um ein hineingehendes Signal zu erzeugen, wie dies in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde, so war es doch nicht praktikabel, eine Richtungsantenne oder Richtungsantennen 41 für das herausgehende Signal zu verwenden, insbesondere im Hinblick auf die Tatsache, dass sämtliche Kontrollpunkte 62, 64 bereits durch Drahtleitungen verbunden waren. Demgemäss ist die herausführende Übertragungsleitung 31 mit dem Eingang eines Empfängers 66 über einen Schalter 68 verbunden. Der Ausgang des Empfängers 66 ist mit den vorhandenen Drahtleitungen verbunden, welche die Kontrollpunkte 62, 64 verbinden. Der Schalter 68 ist ebenfalls mit den vorhandenen Drahtleitungen verbunden, wobei darauf hinzuweisen ist, dass diese Drahtleitungen eine Tonverbindung zwischen den Kontrollpunkten 62, 64 sicherstellen und auch die Kontrollpunkte in die Lage versetzen, den Schalter 68 zu betätigen. Wie Fig. 6 zeigt, sind die vorhandenen Drahtleitungen ebenfalls mit einem Basis-Sende-Empfänger 69 verbunden, um eine HF-Übertragung zwischen irgendeinem Kontrollpunkt 62, 64 und irgendeiner Oberflächenstelle des Positronen-Elektronen-Speicherring-Ortes 60 sicherzustellen.

Der Zweck des Schalters 68 besteht darin, die Interferenz in den Drahtleitungen zu vermeiden, die die Kontrollpunkte 62, 64 verbinden, wobei diese Interferenz durch die gleichzeitig in den Speicherringtunnel 61 hineingehenden und daraus herausgehenden Signale entsteht. Der Schalter 68 ist normalerweise geschlossen, kann aber von irgendeinem Kontrollpunkt 62, 64 aus geöffnet werden, wenn dies zweckmässig ist, um den Sender des Sende-Empfängers 69 zu betätigen, um ein Signal entweder in den Speicherringtunnel 61 oder irgendwohin am Speicherring-Ort 60 zu übertragen. Es sei bemerkt, dass die derzeit an dem Speicherring-Platz verwendeten Hochfrequenzeinrichtungen Einzelfrequenzeinrichtungen unter Verwendung herkömmlicher HF-Verfahren sind. Man erkennt, dass die erfindungsgemässe HF-Übertragungseinrichtung sich zur direkten Integration mit solchen Einrichtungen eignet.

Der Ort 60 des Elektro-Positron-Speicherrings und Tunnels 61 umfasst ein hügliges und nicht ebenes Terrain. Wie bei 70 dargestellt ist, treten relativ tiefe Täler oder Vertiefungen an verschiedenen Punkten an diesem Ort auf, wobei gelegentlich ein Teil des Tunnels freiliegt. Die Übertragung zwischen einem Sende-Empfänger in einem solchen Tal oder in einer solchen Vertiefung 70 und einem Sende-Empfänger 35 im Tunnel ist unzuverlässig, und es wird vorgeschlagen, die Übertragung in derartigen isolierten Vertiefungen oder Tälern mittels einer passiven Antenne 72 durchzuführen, die mit den Übertragungsleitungen 30 und 31 mittels eines Doppelleiters 73 gekoppelt ist, der im Tunnel in der Nähe der Übertragungsleitungen 30 und 31 angeordnet ist. Andererseits könnte zur Kopplung mit einem mobilen, in dem Tal 70 angeordneten Sende-Empfänger ein Zweig der Übertragungsleitungen 30 und 31 vorgesehen sein, der sich aus dem Tunnel heraus in geigneter Weise durch die Vertiefung oder das Tal 70 erstrecken würde.

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Die Fig. 7 und 8 zeigen Blockschaltbilder der hineinragenden und herausragenden Teile der erfindungsgemässen HF-Übertragungseinrichtung für den Einbau in dem Elektron-Posi-tron-Speicherring-Tunnel. Man erkennt, dass sowohl die hineingehende Übertragungsleitung 30 als auch die herausgehende 5 Übertragungsleitung 31 jeweils zur Hälfte aufgespalten ist, wobei jede Hälfte einen der Eingangstunnel zum Speicherring-Tunnel und auch die Hälfte des Speicherring-Tunnels erfasst. Die Aufteilung der Übertragungsleitungen 30 und 31 in zwei Hälften wird in einfacher Weise mittels der im Handel erhältli- io chen Koaxialleitungsteiler erreicht, die an sich bekannt sind. Es ist geplant, die erfindungsgemässe HF-Übertragungseinrichtung, wie dies durch die Pfeile 78 in Fig. 7 und 79 in Fig. 8 angedeutet ist, durch den Einbau von Doppelleiter-Übertragungsleitungen entsprechend den Leitungen 31 und 32 im Strahl- 15 schaltbereich zum Strahlschaltbereich des Stanford Linearbeschleunigers zu erweitern. Durch einen Vergleich der Bezugszeichen erkennt man, dass die in Fig. 7 gezeigte, hineingehende Impedanzanpassungsschleife ansonsten im wesentlichen identisch mit der hineingehenden Übertragungsleitung 30 ist, wie sie 20 im einzelnen in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde.

Es besteht jedoch die Notwendigkeit, mehr als einen Übertragungskanal in den Speicherring-Tunnel hinein und aus diesem heraus zu führen. Der für die Übertragungseinrichtung gewählte Frequenzbereich von 150 MHz bis 170 MHz ermöglicht 25 es der Einrichtung, sechs Frequenzen gleichzeitig ohne Störung und ohne Modifikation der hineingehenden Impedanzanpassungsschleife, wie in Fig. 7 gezeigt, zu verwenden. Wie jedoch in Fig. 8 gezeigt ist, würde jeder zusätzliche Übertragungskanal einen zusätzlichen Empfänger 86 und Schalter 88, die mit der 30 herausgehenden Schleife 31 parallel zu dem Empfänger 66 und Schalter 68 verbunden sind, wie in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben wurde, erforderlich machen.

Einer des sechs Überatragungskanäle könnte auch dadurch geschaffen werden, dass man zur Verbindung mit einem speziel- 35 len, entfernt fest angeordneten Sende-Empfänger, wie dies in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde, eine Richtungsantenne 41 parallel zu dem Empfänger 66 und Schalter 68 über ein geeignetes Bandpassfilter 89 und einen Verstärker 43 schaltet. Bei der tatsächlichen Installation wird vorgeschlagen, die Über- 40 tragung vom Speicherring-Tunnel zur örtlichen Feuerwache dadurch sicherzustellen, dass man eine solche Richtungsantenne 41 mit dem auf die Betriebsfrequenz für diese Feuerwache abgestimmten Bandpassfilter 89 verwendet.

Es hat sich herausgestellt, dass bei der tatsächlich gebauten HF-Übertragungseinrichtung gemäss der Erfindung bei dem gewählten Betriebsfrequenzbereich der verwendete Doppelleiter in den Übertragungsleitungen eine Dämpfung von ungefähr fünf dB pro 100 Meter im Speicherring-Tunnel besitzt. Wie oben bemerkt, hat sich der Kopplungsverlust zwischen der hineingehenden und herausgehenden Impedanzanpassungsschleife der Übertragungsleitungen mit einem durchschnittlichen Abstand längs deren Länge von ungefähr einen Meter mit ungefähr 45 dB ergeben. Der Kopplungsverlust zwischen einem an irgendeinem Punkt im Tunnel angeordneten mobilen Sende-Empfänger und den Übertragungsleitungen hat sich im Durchschnitt zu ungefähr 60 dB ergeben. Man erkennt, dass der Kopplungsverlust zwischen dem mobilen Sende-Empfänger und der Übertragungsleitung nicht von grosser Bedeutung ist, da die Leistung der Sender und die Empfindlichkeit der Empfänger zur Erzeugung einer zuverlässigen Übertragung regelbar ist. Jedoch ist die Beziehung zwischen der Dämpfung der Doppelleitung und dem Kopplungsverlust zwischen den Übertragungsleitungen sehr wichtig, da die Verstärkung der in den Übertragungsleitungen verwendeten Verstärker kleiner als dieser Kopplungsverlust sein und doch die Dämpfung der Doppelleitung kompensieren muss. Es ist daher zweckmässig, wenn die Verstärkung der Verstärker hoch liegt, um so die Zahl zur Kompensation des Dämpfungsverlustes des Doppelleiters erforderlichen Verstärker zu reduzieren. Wenn andererseits die Verstärkung der Verstärker sich dem Kopplungsverlust zwischen den Übertragungsleitungen nähert, so kann die Einrichtung unsicher werden, insbesondere dann, wenn die Einrichtung Temperatursänderungen oder Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, die Veränderungen bei der Verstärkung der Verstärker oder beim Kopplungsverlust zur Folge haben.

Tausend Meter des Doppelleiters zeigen aber nur eine Dämpfung von etwa 50 dB. Dies ermöglicht die Verwendung für jeweils einen tausend Meter langen Doppelleiterabschnitt von einem einfachen und billigen Breitbandverstärker mit einer Verstärkung über seinen Frequenzbereich hinweg, die nicht grösser sein muss als 50 bis 60 dB und somit weit unterhalb des Kopplungsverlustes zwischen den Übertragungsleitungen liegt. In der Tat wurde festgestellt, dass Breitbandverstärker mit einer maximalen Verstärkung bis zu 110 dB verwendet werden können, ohne dass die Stabilität des Systems beeinflusst wird, zumindest dann, wenn keine merklichen Temperaturschwankungen oder andere Umgebungseffekte auftreten.

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3 Blätter Zeichnungen

Claims (25)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. HF-Übertragungseinrichtung für Tunnel, Bergwerke und Gebäude mit einer ersten strahlenden Übertragungsleitung mit einem nahen und einem fernen Ende, wobei die erste Übertragungsleitung einen Ein-Richtungs-Verstärker aufweist, um ein Hochfrequenzsignal von dem nahen Ende zum fernen Ende der ersten Übertragungsleitung zu verstärken, und ferner eine zweite strahlende Übertragungsleitung mit Abstand von der ersten Übertragungsleitung angeordnet ist und ein nahes sowie ein fernes Ende aufweist und sich im wesentlichen zusammen mit der ersten Übertragungsleitung erstreckt, wobei die zweite Übertragungsleitung einen Ein-Richtungs-Verstärker aufweist, um ein Hochfrequenzsignal vom fernen Ende zum nahen Ende der zweiten Übertragungsleitung zu verstärken, und ein Hochfrequenzsender mit der ersten oder zweiten Übertragungsleitung oder beiden Übertragungskeitungen durch elektromagnetische Wellenfortpflanzung im Raum gekoppelt ist, und mit einem Hochfrequenz-Empfänger, der mit der anderen der Übertragungsleitungen oder beiden Übetragungsleitungen durch elektromagnetische Wellenfortpflanzung im Raum gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein-Richtungs-Vertärker der ersten und zweiten Übertragungsleitung eine Verstärkung besitzen, die kleiner ist als der Kopplungs Verlust zw wischen der ersten und zweiten Übertragungsleitung.
2. 2. HF-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Ein-Richtung-Verstär-kern in jeder der Übertragungsleitungen vorgesehen ist, und dass die Verstärkung jedes der Ein-Richtungs-Verstärker im wesentlichen gleich dem Dämpfungsverlust des Teils der Übertragungsleitung zwischen diesem Verstärker und dem vorausgehenden Verstärker in der Übertragungsleitung ist.
3. 3. HF-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sender und Empfänger auf der gleichen gegebenen Hochfrequenz arbeiten.
4. 4. HF-Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzsender mit dem nahen Ende der ersten Übertragungsleitung gekoppelt ist, dass der Hochfrequenz-Empfänger mit dem nahen Ende der zweiten Übetragungsleitung gekoppelt ist und dass ein mobiler Sende-Empfänger der auf der gleichen Hochfrequenz wie der Sender und Empfänger arbeitet, mit der ersten und zweiten Übertragungsleitung durch elektromagnetische Wellenfortpflanzung im Raum zwischen dem nahen und fernen Ende der Leitungen gekoppelt ist.
5. 5. HF-Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender und der Empfänger in einem Sende-Empfänger zusammengefasst sind, der mit der ersten und zweiten Übertragungsleitung durch eleketroma-gnetische Wellenfortpflanzung im Raum zwischen dem nahen und fernen Ende der Leitungen gekoppelt ist, und ein zweiter, auf der gleichen Hochfrequenz wie der erste Sende-Empfänger arbeitender Sende-Empfänger mit der ersten und zweiten Übertragungsleitung durch elektromagnetische Wellenfortpflanzung im Raum zwischen dem nahen und fernen Ende der Leitungen gekoppelt ist.
6. 6. HF-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter, auf der gegebenen Hochfrequenz arbeitender Sender mit dem nahen Ende der ersten Übertragungsleitung durch elektromagnetische Wellenfortpflanzung im Raum gekoppelt ist, und ein zweiter, auf der gegebenen Hochfrequenz arbeitender Hochfrequenz-Empfänger galvanisch mit dem nahen Ende der zweiten Übertragungsleitung verbunden ist.
7. 7. HF-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hochfrequenz-Empfänger galvanisch mit dem nahen Ende der zweiten Übertragungsleitung durch einen normalerweise geschlossenen Schalter verbunden ist, dass der zweite Hochfrequenz-Sender an einem entfernten

   Punkt bezüglich der ersten Übertragungsleitung angeordnet ist und mit dieser mittels einer Rundstrahlantenne gekoppelt ist, die galvanisch mit dem nahen Ende der ersten Übertragungsleitung in Verbindung steht, und der zweite Hochfrequenz-Empfänger elektrisch mit dem zweiten Hochfrequenzsender durch Steuermittel verbunden ist, die zur Einleitung der Hochfrequenzübertragung vom zweiten Hochfrequenzsender, moduliert durch Tonfrequenzsignale vom Empfänger dienen, wobei gleichzeitig der normalerweise geschlossene Schalter geöffnet wird.
8. 8. HF-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Hochpassfilter in der ersten strahlenden Übertragungsleitung am Eingang des erwähnten Ein-Richtungs-Verstärkers angeordnet ist, und ein zweites Hochpassfilter in der zweiten strahlenden Übertragungsleitung am Eingang des erwähnten Ein-Richtungs-Verstärkers angeordnet ist.
9. 9. HF-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite strahlende Übertragungsleitung jeweils zwei Doppelleiter-Übertragungsleitungen aufweisen, zwischen denen der Ein-Richtungs-Verstärker mittels Impedanzanpassungsschleifen am Eingang und Ausgang des Ein-Richtungs-Verstärkers angeordnet ist und gekoppelt ist.
10. 10. HF-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelleiter-Übertragungsleitungen innerhalb eines langgestreckten Schlauchs aus dielektrischem Material aufgenommen sind.
11. 11. HF-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material des langgestreckten Schlauchs ein PVC-Material ist.
12. 12. HF-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite strahlende Übertragungsleitung jeweils eine Doppelleiter-Übertragungsleitung sowie eine Koaxialübertragungsleitung aufweisen, die miteinander durch eine Impedanzanpassungsschleife verbunden sind.
13. 13. HF-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelleiter der Koaxialübertragungsleitung galvanisch mit einem Leiter der Doppelleiter-Übertragungsleitung verbunden ist, und die Impedanzanpassungsschleife einen Abschnitt aus der koaxialen Übertragungsleitung aufweist mit einer effektiven Länge von im wesentlichen einer halben Wellenlänge am Mittelpunkt des Betriebsfrequenzbereichs der Einrichtung, wobei ein Ende des Mittelleiters galvanisch mit der Verbindung zwischen dem Mittelleiter der Koaxialübertragungsleitung und dem erwähnten einen Leiter der Doppelleiter-Übertragungsleitung verbunden ist, während das andere Ende des Mittelleiters galvanisch mit dem anderen Leiter der Doppelleiter-Übertragungsleitung verbunden ist, und die Enden des Aussenleiters dieses Abschnitts der Koaxialübertragungsleitung galvanisch miteinander und mit dem Ende des Aussenleiters der Koaxialübertragungsleitung an der Verbindung zwischen dem Mittelleiter der Koaxialübertragungsleitung und dem erwähnten einen Leiter der Doppelleiterübertragungs-leitung verbunden sind.
14. 14. HF-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rundstrahlantenne mit dem nahen Ende der ersten strahlenden Übertragungsleitung durch ein einen gegebenen Bereich aufweisendes Bandpassfilter gekoppelt ist, und eine von der Rundstrahlantenne weg weisende Richtungsantenne mit dem nahen Ende der zweiten strahlenden Übertragungsleitung durch ein Bandpassfilter mit einem Bereich innerhalb des gegebenen Bereichs gekoppelt ist.
15. 15. HF-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite strahlende Übertragungsleitung jeweils zwei Doppelleiter-Übertragungsleitungen und eine Koaxialübertragungsleitung aufweisen, wobei die Koaxialübertragungsleitung mit beiden Doppelleiter-Übertra5

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    gungsleitungen über einen Koaxialleitungsteiler und zwei Impedanzanpassungsschleifen verbunden sind.
16. 16. Verfahren zur Herstellung einer Hochfrequenz-Über-tragungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

    a) Auslegen der ersten strahlenden Übertragungsleitung längs des Tunnels vom nahen Ende zum fernen Ende desselben,

    b) Auslegen der zweiten strahlenden Übertragungsleitung längs des Tunnels vom nahen Ende zum fernen Ende desselben mit Abstand und im wesentlichen parallel zur ersten strahlenden Übertragungsleitung, wodurch ein gegebener Hochfrequenzkopplungsverlust zwischen den strahlenden Übertragungsleitungen auftritt,

    c) Anordnung eines ersten Ein-Richtungs-Verstärkers mit einer Verstärkung kleiner als dem gegebenen Kopplungs Verlust, in der ersten strahlenden Übertragungsleitung zur Verstärkung eines Hochfrequenzsignals in einem gegebenen Frequenzbereich vom nahen Ende zum fernen Ende des Tunnels hin,

    und d) Anordnung eines zweiten Ein-Richtungs-Verstärkers mit einer Verstärkung kleiner als dem gegebenen Kopplungs ver lust, in der zweiten strahlenden Übertragungsleitung zur Verstärkung eines Hochfrequenzsignals in dem gegebenen Frequenzbereich vom fernen Ende zum nahen Ende des Tunnels.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

    e) Anordnung eines ersten Hochpassfilters in der ersten strahlenden Übertragungsleitung am Eingang zum ersten Ein-Richtungs-Verstärker, und f) Anordnung eines zweiten Hochpassfilters in der zweiten strahlenden Übertragungsleitung am Eingang zum zweiten Ein-Richtungs-Verstärker.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus allen Richtungen empfangende Antenne ausserhalb des Tunnels angeordnet und mit der ersten strahlenden Übertragungsleitung an deren dem nahen Ende des Tunnels benachbarten Ende verbunden wird.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einer Richtung übertragende, ausserhalb des Tunnels liegende und von der in allen Richtungen empfangenden Antenne hinweg gerichtete Antenne mit der zweiten strahlenden Übertragungsleitung an deren dem nahen Ende des Tunnels benachbarten Ende verbunden wird.
20. 20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bandpassfilter mit einem gegebenen Frequenzbereich zwischen der in allen Richtungen empfangenden Antenne und der ersten strahlenden Übertragungsleitung angeordnet wird.
21. 21. Verfahren nach den Ansprüchen 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bandpassfilter mit einem Frequenzbereich innerhalb des gegebenen Frequenzbereichs zwischen der in einer Richtung übertragenden Antennne und der zweiten strahlenden Übertragungsleitung angeordnet wird.
22. 22. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem am nahen Ende des Tunnels liegenden Ende der zweiten strahlenden Übertragungsleitung ein Empfänger galvanisch verbunden wird.
23. 23. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem am nahen Ende des Tunnels liegenden Ende der zweiten strahlenden Übertragungsleitung ein Empfänger durch einen normalerweise geschlossenen Schalter galvanisch verbunden wird, die Tonausgangsgrösse des Empfängers mit dem Modulationseingang eines in allen Richtungen sendenden Senders verbunden und Steuermittel mit dem normalerweise geschlossenen Schalter und dem in allen Richtungen sendenden Sender zur selektiven Betätigung des Senders und zum gleichzeitigen Öffnen des normalerweise geschlossenen Schalters verbunden werden.
24. 24. Verfahren zum Betrieb der HF-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

    a) Verstärkung von Hochfrequenzsignalen längs der ersten strahlenden Übertragungsleitung in einer gegebenen Richtung;

    b) Verstärkung von Hochfrequenzsignalen längs der im Abstand im wesentlichen parallel zur ersten strahlenden Verbindungsleitung angeordneten, zweiten strahlenden Verbindungsleitung in einer zur gegebenen Richtung entgegengesetzten Richtung;

    c) Vorsehen eines Kopplungsverlustes zwischen der ersten und zweiten strahlenden Verbindungsleitung;

    d) Begrenzung der Verstärkung des Hochfrequenzsignals längs der ersten und zweiten strahlenden Verbindungsleitungen auf einen Wert kleiner als den Kopplungsverlust, und e) Koppeln von Hochfrequenzsignalen mit und aus der ersten und zweiten strahlenden Übertragungsleitung durch elektromagnetische Wellenfortpflanzung im Raum.
25. 25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzsignale längs der ersten und zweiten Übertragungsleitung gefiltert werden, um im wesentlichen sämtliche Frequenzen unterhalb einer gegebenen Hochfrequenz her-auszufiltern.