DE1282724B - Verstaerkereinrichtung fuer Nachrichtenuebertragungssysteme - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES W7WW> PATENTAMT Int. α.:

H03f

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 a2-41/01

Nummer: 1282724

Aktenzeichen: P 12 82 724.6-31 (S 102994)

Anmeldetag: 1. April 1966

Auslegetag: 14. November 1968

Die Erfindung betrifft eine Verstärkereinrichtung für Nachrichtenübertragungssysteme, bei denen die Übertragung auf koaxialen Leitungen erfolgt.

Transistoren an Stelle von Röhren als aktive Elemente in Geräten der Nachrichtentechnik haben eine Vielzahl von grundlegenden Änderungen im Aufbau und in den elektrischen Schaltungen bewirkt. Auch die Nebendienste, wie Regelung, Fernspeisung und Überwachung, wurden entscheidend vom wartungsfreien Transistor beeinflußt.

Mit den immer mehr an Bedeutung gewinnenden sogenannten integrierten Schaltungskreisen in Dünnfilmtechnik oder auf monolithischer Basis verringert sich außerdem das Volumen noch weiter, so z. B. bei einem vielstufigen Verstärker auf weniger als ein Kubikzentimeter. Ein besonderes Merkmal dieser Schaltungen ist, daß man ohne Induktivitäten und große Kapazitäten auszukommen versucht.

Für die Übertragung von Signalen auf Leitungen über größere Entfernungen werden in regelmäßigen Abständen Verstärker benötigt. In der heutigen Zeit werden hierfür vorwiegend Halbleiter, z. B. Transistoren, eingesetzt.

Neue Arten des Aufbaues, der Unterbringung, Regelung, Fernspeisung, Fehlerortung u. a. wurden durch den praktisch wartungsfreien Transistor in die Übertragungstechnik auf Leitungen eingeführt.

Als Leitlinie für das äußere Erscheinungsbild aller dieser Systeme ist festzustellen, daß sie im Laufe der vielen Jahrzehnte bei höheren Leistungen immer kleiner geworden sind.

Nun ist das Kleinerwerden nicht ausschließlich dem Transistor zuzuschreiben. Auch die anderen notwendigen Bauelemente, wie Widerstände, Kondensatoren, Spulen usw., haben sich in ihren Dimensionen im Laufe der Jahre wesentlich verringert. In diesem Zusammenhang sind nunmehr auch die in integrierter Schaltungstechnik aufgebauten Schaltungskreise interessant.

In solchen sogenannten integrierten Schaltungskreisen werden auf der Basis von halbleitenden Materialien weitgehend komplette vielstufige Verstärker mit allem notwendigen Schaltungszubehör hergestellt.

Ein typisches Merkmal dieser neuen Verstärkertechnik besteht darin, daß auf Induktivität und große Kapazitäten praktisch ganz verzichtet werden muß. Das gilt sowohl bei Anwendung der monolithischen als auch der Dünnfilmtechnik beim Aufbau von solchen Schaltungskreisen.

Mit den integrierten Schaltungskreisen, die vorwiegend nur Transistoren, Dioden, Widerstände und Kondensatoren kleiner Kapazität enthalten, bemüht Verstärkereinrichtung für
Nachrichtenübertragungssysteme

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Ewald Braun, 8000 München

man sich, ähnliche Ergebnisse zu erzielen, wie sie bisher mit konventionellen Bauteilen realisiert werden. Man nimmt an, daß die Zahl der in einem integrierten Schaltungskreis enthaltenen Schaltelemente keinen Einfluß auf die Zuverlässigkeit hat. Die Zuverlässigkeit der ganzen Anordnung wird eher bestimmt durch die Reinheit des verwendeten Materials, seine Größe, der Anzahl der Herstellungsprozesse der ganzen Schaltung und der Zahl der Anschlüsse.
Diese neuen Verstärker weisen demnach bei kleinstem Raumbedarf voraussichtlich eine so hohe Zuverlässigkeit auf, wie man sie heute von Silizium-Planar-Transistoren kennt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verstärkereinrichtung zu schaffen, durch die der Aufwand im Aufbau und in der Zuverlässigkeit von Nachrichtenübertragungssystemen noch weiter verringert und der Aufbau selbst vereinfacht und beschleunigt wird.
Die Verstärkereinrichtung gemäß der Erfindung wird derart ausgebildet, daß der jeweilige Verstärker ein in integrierter Technik aufgebauter Schaltungskreis ist, der in einem Rohr angeordnet ist, dessen Durchmesser etwa dem Außendurchmesser zugehöriger Koaxialleitungen entspricht, und dessen Speisestromzuführung über das Rohr erfolgt, welches in mindestens zwei Abschnitte unterteilt ist, die über rohrförmig aufgebaute Zenerdioden, welche im Betriebszustand parallel zu den Stromversorgungsldemmen des Schaltungskreises geschaltet sind, miteinander verbunden sind.

Durch diese Maßnahme erreicht man den Vorteil, daß ein derartiger Verstärker keinerlei besonderen Behälter für die Unterbringung benötigt. Er paßt vielmehr in jede Muffe oder kann sogar direkt in das Kabel selbst eingesetzt werden. Durch die spezielle Art der Zuführung des Speisegleichstromes können Spulen in Stromversorgungsweichen umgangen wer-

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den, oder es werden derartige Weichen gänzlich über- stände u.dgl., anordnen. Um eine automatische Pegelflüssig. Da der Fernspeisegleichstrom und ein mög- regelung sicherzustellen, läßt sich der Verstärker licherweise überlagerter induktiver Beeinflussungs- auch mit einer temperaturabhängigen Steuereinrichstrom jeweils über eine Zenerdiode parallel zu den tung für die Anordnung nach der Erfindung versehen. Stromversorgungsklemmen des Verstärkers fließt, 5 Zusätzlich zu den Überspannungsableitern können wird der Verstärker zugleich vor derartigen schäd- außerdem weitere Schutzeinrichtungen, wie z. B. Diolichen Strömen geschützt und seine Versorgungs- den, vorgesehen sein. Diese zusätzlichen Schutzeinrichspannung stabilisiert. Durch den Aufbau der verwen- tungen lassen sich außerdem mit dem Verstärker zu deten Dioden wird bei Einsatz in koaxialen Leitungen nur einer integrierten Schaltung zusammenfassen, der koaxiale Aufbau der gesamten Anordnung an io An Hand der Ausführungsbeispiele nach den keiner Stelle unterbrochen. Ferner können derartige Fig. 1 bis 6 wird die Erfindung näher erläutert. Anordnungen, z.B. als Verstärker ausgeführt, bei Der Leitungsverstärker 1 nach-Fig. 1 enthält in

der Kabelherstellung direkt in das Kabel eingebaut seinem Kern den integrierten Verstärkerteil 2. Die werden, so daß ganze Kabelabschnitte nut der Eingangsleitung 3 liegt, am Innenleiter 4 der koaxialen Dämpfung 0 hergestellt werden können. Voraussicht- 15 Leitung 5, die Ausgangsleitung 6 liegt am Innenlich auflaufende Entzerrungsfehler lassen sich bereits leiter 7 der koaxialen Leitung 8. Die Stromversoran der Fertigungsstätte genau ermitteln. Ferner läßt gungsanschlüsse 9 und 10 zum Verstärkerteil 2 liegen sich dadurch die bei der Kabelverlegung erforder- parallel zur Zenerdiode 11, die ihrerseits zwischen die liehe Montagearbeit vereinfachen und die Zeit für Außenleiter der Leitungen 5 und 8 geschaltet ist. Die den Aufbau wesentlich verringern. 20 Stromversorgungsleitungen 9 und 10 bilden gleich-

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung lassen sich _; zeitig auch die sogenannten kalten HF-Anschlüsse dem Verstärker Ein- und/oder Ausgangsspannungs- für den Ein- bzw. Ausgang.

ableiter parallel schalten, die an beiden Enden des Der Versorgungsstrom/— ein Gleichstrom —

Rohres eingebaut und koaxial aufgebaut sind, wo- fließt auf dem Außenleiter der koaxialen Leitung, durch der Verstärker vor tJberspannungen, wie sie 25 durchfließt die gezündete Zenerdiode 11 und gelangt durch die Nachbarschaft von Hochspannungsleitun- _._ dann zum nächsten Verstärker. Es liegt somit eine gen, Blitzen u. dgl. entstehen können, gesichert ist. Reihenspeisung über den Außenleiter vor. In einem Die rohrförmig aufgebaute Zenerdiode kann dabei Kabel mit mehreren koaxialen Leitungen sollen alle zweckmäßig so ausgebildet sein, daß der eine Rohr- Außenleiter gegeneinander und gegen Erde gut isoliert abschnitt an seinem einen Ende im Durchmesser 30 sein. Je zwei Tuben mit den zugehörigen Verstärkern etwas verkleinert ist und daß der Anfang des anderen bilden für das Vierdrahtsystem den Fernspeisekreis. Rohrabschnitts über das Rohrende geschoben ist und Der Spannungsabfall an der Zenerdiode ist für die daß der so entstehende Zwischenraum mit Halbleiter- Speisespannung des Verstärkers maßgebend, material ausgefüllt ist. In ähnlicher Weise können Sollte der integrierte Verstärker für seinen Betrieb

durch Einbringen von Dielektrikum in diesen Zwi- 35 zwei Spannungen mit auf die Mitte bezogener posischenraum auch Kondensatoren verwirklicht werden. .. tiver und negativer Polarität benötigen, so sind zwei Zur Montage läßt sich das Rohr zweckmäßigerweise Zenerdioden 12, 13 in Reihe zu schalten, wie es in in mehrere Rohrabschnitte unterteilen, wobei die F i g. 1 a gezeigt ist.

Enden der jeweiligen Rohrabschnitte und der Anfang Eine gezündete Zenerdiode dient einerseits zum

der darauffolgenden Rohrabschnitte ebenfalls wieder 40 Stabilisieren der Versorgungsspannung, andererseits so ausgebildet sind, wie bereits vorstehend erläutert. _; schützt sie den Verstärker durch ihren niedrigen Die einzelnen Rohrabschnitte lassen sich also wieder dynamischen Widerstand wirksam gegen induzierte entsprechend übereinanderschieben. An Stelle einer Beeinflussungsströme, die sich dem Fernspeisegleich-Halbleiterfüllung in dem so entstandenen Zwischen- strom überlagern können.

raum kann am Ende des einen Rohrabschnitts ein 45 Gegen Überspannungen im Kabel, wie sie z. B. Außengewinde und an dem des darauffolgenden ein bei Blitzeinschlägen entstehen, sind Überspannungs-Innengewinde angeordnet sein. Eine andere Lösungs- ableiter 14 und Dioden vorgesehen. Diese Dioden möglichkeit besteht darin, Ende und Anfang eines können auch Teil der integrierten Schaltung sein. Rohrteiles durchmessermäßig etwa gleich auszubil- Zum Entzerren der frequenzabhängigen Leitungs-

den, beide Rohre mit Innen- oder Außengewinde zu 50 dämpfung hat der "Leitungsverstärker eine' mit versehen und sie jeweils durch Außen- bzw. Innen- wachsender Frequenz ansteigende Verstärkung. Durch muffen miteinander elektrisch leitend zu verbinden. entsprechende frequenzabhängige Gegenkopplung Versieht man das Rohrende des einen Rohrabschnitts mittels i?-C-Glieder innerhalb oder außerhalb des mit einem Innengewinde und den Anfang des anderen integrierten Schaltungskreises läßt sich das erreichen. Rohrabschnitts jeweils mit einem Außengewinde, so 55 Der Temperaturgang der Leitung wird nach dem läßt sich in einfacher Weise eine gute mechanische Prinzip der Temperatursteuerung entzerrt. Von der Verbindung beider Rohrteile erreichen. Zum Aus- Umgebungstemperatur abhängige Werte der Bauteile gleich des Spannungspotentials zwischen Innen- und im Entzerrer steuern die Verstärkung in definierter Außenleiter der koaxialen Anordnung können die Weise.

beiden, jeweils mit Außen- und Innenleiter eines 60 F i g. 2 zeigt den Leitungsverstärker in einer ande-Koaxialkabels verbundenen Pole des jeweiligen ren Ausführungsform. Hier ist ein integrierter Schal-Schaltungskreises durch einen hochohmigen Wider- tungskreis 22 vorgesehen, ohne die Koppelglieder in stand miteinander verbunden sein. Einer dieser Pole seinem Inneren. Außen zugeschaltete Kondensatoren des Schaltungskreises kann zugleich auch für die 15, 16 und Blitzschutzeinrichtungen 17, 18 und ein Zuführung des Speisestromes verwendet werden. Im 65 eigenes Gegenkopplungsnetzwerk 19 vervollständigen Bedarfsfall lassen sich in dem Rohr auch in her- .erst den ganzen Leitungsverstärker. Bemerkenswert kömmlicher Technik hergestellte, zum Verstärker ge- für die Fernspeisung über den Außenleiter ist, daß hörige Bauteile, wie Kondensatoren, ohmsche Wider- die Überspannungsableiter nicht durch die Fern-

speisespannung beansprucht werden. Ihre Ansprechspannung kann so niedrig als technisch möglich gehalten werden. Ein hochohmiger Widerstand 20 gibt dem Innenleiter das gleiche Potential wie der zugehörige Außenleiterabschnitt.

Die Abbildung nach F i g. 3 zeigt eine Möglichkeit, wie man in einer Kette von ferngespeisten Verstärkern ohne Koppelkondensatoren auskommen kann.

Die konstruktive Ausgestaltung eines Leitungsverstärkers nach der Erfindung zeigt die Fig. 4. Alle Elemente sind in einem Rohr 21 untergebracht, das etwa den gleichen Durchmesser wie die koaxiale Leitung hat. Die Stromversorgungszenerdiode unterteilt das Rohr in zwei Teile. Das halbleitende Material 11 der Diode verbindet die einzelnen Rohre. Es entsteht so eine großflächige und hochüberlastbare Schutzdiode. Der durchgehende koaxiale Aufbau verhindert weitgehend, daß Störungen von außen, z. B. Fremdstörer, in den Ubertragungskreis gelangen. Die Überspannungsableiter 14 sind konzentrisch an den beiden Rohrenden angeordnet.

Um den Ubertragungswiderstand zwischen den beiden Rohrhälften 21 auch für hohe Frequenzen (Störbeeinflussung) niedrig zu halten, zeigt F i g. 5 den Aufbau der Diode 11 mit einem dazu parallelliegenden konzentrisch aufgebauten Kondensator. Die beiden ineinandergeschobenen Rohrenden 21 sind die Platten des Kondensators, zwischen denen sich das Dielektrikum 23 befindet (z. B. ein Tantal-Elektrolyt). In der Anordnung nach F i g. 2 ist dieser Kondensator 23 strichliert eingezeichnet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in F i g. 6 dargestellt.

In solcher Art aufgebaute Verstärker können direkt im Zuge der Leitung eingelötet werden. Da sie nicht mehr Platz benötigen als die Leitung selbst, benötigt man auch nicht mehr besondere Verstärkermuffen.

Schließlich kann man daran denken, schon bei der Fertigung der Kabel oder gar der Tuben solche Verstärker mit einzubauen und Verstärkerfeldlängen einschließlich als »entdämpfte« Kabel zu verlegen.

Vereinigt man Leitung und Verstärker schon im Werk, so lassen sich auftretende Entzerrungsfehler leicht ermitteln und eventuell in größeren Abständen notwendige Zusatzentzerrer im voraus herstellen. Wenn auch die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft zum Einsatz für koaxiale Leitungen verwendet werden kann, so läßt sie sich jedoch durch entsprechende Anpassung an eine andere Übertragungstechnik auch für andere Leitungsarten verwenden.

Claims (12)

Patentansprüche: 55

1. Verstärkereinrichtung für Nachrichtenübertragungssysteme, bei denen die Übertragung auf koaxialen Leitungen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Verstärker ein in integrierter Technik aufgebauter Schaltungskreis ist, der in einem Rohr angeordnet ist, dessen Durchmesser etwa dem Außendurchmesser zugehöriger Koaxialleitungen entspricht, und dessen Speisestromzuführung über das Rohr erfolgt, welches in mindestens zwei Abschnitte unterteilt ist, die über rohrförmig aufgebaute Zenerdioden, welche im Betriebszustand parallel zu den Stromversorgungsklemmen des Schaltungskreises geschaltet sind, miteinander verbunden sind.

2. Verstärkereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärker Ein- und/oder Ausgangsspannungsableiter parallel geschaltet sind, die an beiden Enden des Rohres eingebaut und koaxial aufgebaut sind.

3. Verstärkereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmig aufgebaute Zenerdiode dadurch gebildet ist, daß der eine Rohrabschnitt an seinem einen Ende im Durchmesser etwas verkleinert ist und daß der Anfang des anderen Rohrabschnitts auf das Rohrende des vorhergehenden Rohrabschnitts aufschiebbar ist und daß der so entstandene Zwischenraum mit Halbleitermaterial ausgefüllt ist.

4. Verstärkereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den mechanischen Einbau das Rohr in weitere Rohrabschnitte unterteilt ist und daß die Rohrenden durch Gewinde direkt oder über Muffen miteinander leitend verbunden sind.

5. Verstärkereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Pol eines Schaltungskreises mit dem Innenleiter eines Koaxialkabels und der andere Pol mit dessen Außenleiter verbindbar ist.

6. Verstärkereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Außenleiter verbindbare Pol des Schaltungskreises zugleich zur Speisestromzuführung verwendet ist.

7. Verstärkereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pole des Schaltungskreises durch einen hochohmigen Widerstand miteinander verbunden sind.

8. Verstärkereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verbindungsstellen zweier Rohrabschnitte ein Dielektrikum angebracht ist.

9. Ver stärker einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rohr auch in herkömmlicher Technik hergestellte, zum Verstärker gehörige Bauteile angeordnet sind.

10. Verstärkereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker mit einer temperaturabhängigen Steuereinrichtung versehen ist.

11. Ver stärker einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Überspannungsableitern weitere Schutzeinrichtungen, vorzugsweise Dioden, vorgesehen sind.

12. Verstärkereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Überspannungsschutz dienenden zusätzlichen Schutzeinrichtungen mit dem Verstärker zu nur einer integrierten Schaltung zusammengefaßt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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