DE2324114C3 - Fernspeisesystem - Google Patents
FernspeisesystemInfo
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B3/00—Line transmission systems
- H04B3/02—Details
- H04B3/44—Arrangements for feeding power to a repeater along the transmission line
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/181—Low-frequency amplifiers, e.g. audio preamplifiers
- H03F3/183—Low-frequency amplifiers, e.g. audio preamplifiers with semiconductor devices only
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fernspeisesystem für Gleichstromserienspeisung von mehreren, in Abständen
angeordneten und durch aufeinanderfolgende Kabelabschnitte miteinander verbundenen mehrstufigen
Transistor-Breitbandgegentaktverstärkern, wobei jeder Kabelabschnitt zwei parallele Adern enthält, Ober
die der Speisegleichstrom parallel und die Breitbandsignale im Gegentakt übertragen werden, und wobei die
parallelen Adern an ihren beiden Enden Ober Kabelabschlußimpedanzen miteinander verbunden sind, die die
Verstärkereingangs- bzw. -ausgangsimpcdanzen bilden und mit deren Hilfe der Gleichstrom und die
Breitbandsignale an den Verstärkereingängen getrennt und an den Verstärkerausgängen wieder zusammengefügt
werden.
Der Wirkungsgrad, hier ausgedrückt in der maxima- ν,
len Anzahl Verstärker, die an ein derartiges Speisesystem
angeschlossen werden können, hängt dabei von der maximal zulässigen Speisegleichspannung ab, die an
das Kabel angeschlossen wird, geteilt durch die Summe des Spannungsverlustes an den Adern pro Kabelab- so
schnitt und dem Spannungsverlust pro Verstärker.
Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung des Wirkungsgrades eines derartigen Speisesystems durch
Verringerung der Spannungsverluste.
Dies wird bei einem Fernspeisesystem der eingangs genannten Art erfindungsgcmäß dadurch erreicht, daß
die pro Transistorverstärker für die Transistoren benötigten Elektrodenwiderstände durch Aufteilung
mindestens derjenigen Kabelabschlußimpedanz, die die Verstärkercingangsimpedanz bildet, unter Beibehaltung bo
des für den Kabelabschnitt erforderlichen charakteristischen Impedanzwertes, realisiert sind.
Die Erfindung und ihre Vorteile sollen an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, wovon
F i g. 1 das Prinzipschaltbild eines Übertragungsweges
für die Übertragung von Breitband-Gegentaktsignalcn,
derartigen Übertragungsweg verwendeten Leitungsverstärker, und
Fig.3 eine mögliche Ausführungsform eines Leitungsverstärkers
zeigt, wie er in einem Fernspeisesystem nach der Erfindung verwendet wird.
Bei einer üblichen Ausführung eines Übertragungsweges für die Übertragung von Breitbandsignalen in
Gegentaktschaltung, wie in Fig. 1 gezeigt, sind D\ und
Di zwei am Anfang bzw. Ende des Übertragungsweges
liegende Endverstärker. Der Übertragungsweg selber enthalt mehrere in Abständen liegende Leitungsverstärker
Li... Ln, die mit den aufeinanderfolgenden Kabelabschnitten
Ai, A2...An miteinander verbunden sind,
die jeweils zwei Adern enthalten, die an ihren beiden Enden mit der Kabelabschlußimpedanz R0 verbunden
sind. Ferner sind die beiden Endverstärker D-, und Di,
der besseren Symmetrie wegen für die im Gcgentakt übertragenen Signal:, als Differentialverstärker ausgeführt,
während die Leitungsverstärker L\... Ln als
mehrstufige Trcmsistor-Brcitbandgegentaktverstärker ausgeführt sind. Dabei kommen die Breitbandsignale im
Gegentakt an die Eingangsklemmen 1 und 2 des Endverstärkers Di, der die Eingangsimpedanz 3 und die
Ausgangsimpedanz 4 hat, wobei letztere durch die Kabelabschlußimpedanz Ro des an diesen Endverstärkei
angeschlossenen Kabelabschnittes Ai gebildet wird.
Die auf dem Übertragungswege im Gegentakt übertragenen Breitbandsignale erscheinen an den Ausgangsklemmen
5 und 6 des Endverstärkers L\ der die Ausgangsimpedanz 7 und die Eingangsimpedanz 8 hat,
wovon letztere durch die Kabelabschlußimpedanz R0
des Kabelabschnittes An gebildet wird.
Die genannten Endverstärker D\ und Di werden, wie
üblich, individuell von einer eigenen Gleichspannungsquelle Ue bzw. Ue gespeist Ferner ist dabei der
Ausgang des Gleichstromkreises des Endverstärkers Di
mit der negativen Klemme der Gleichspannungsquelle Uc verbunden, deren positive Klemme über Erde mit der
Mittelanzapfung der Ausgangsimpedanz 4 verbunden ist, so daß der Speisestrom in zwei gleiche Teile geteilt
wird, die über die Adern von Kabeiabschnitt A\ an den Eingang des Gleichstromkreises des Endverstärkers Di
gelangen. Dabei halten die Trennkondensatoren 9 und 9' die Gleichspannung Ue von den Eingangsklemmen 1
und 2 fern.
Völlig analog dazu ist der Ausgang des Gleichstromkreises des Endverstärkers Di an die negative Klemme
der Gleichspannungsquelle Ue' angeschlossen, deren
positive Klemme über Erde mit der Mittenanzapfung der Ausgangsimpedanz 7 des Endverstärkers D2
verbunden ist
Die Leitungsverstärker Li... Ln im Übertragungsweg
werden mit einem Fernspeisesystem in Serie aus der gemeinsamen Gleichstromquelle 11 gespeist wie im
folgenden noch näher erläutert werden wird.
Bei einer üblichen Version eines derartigen Leitungsverstärkers enthält dieser, wie in F i g. 2 zu sehen ist, drei
in Kaskade geschaltete Verstärkerstufen, wobei jede Stufe aus zwei im Gegentakt geschalteten Transistoren
besteht So enthält die Verstärkerstufe zwei Feldeffekttransistoren Ti und T{, deren Gate-Elektroden an die
beiden durch die Kabelabschlußimpedanz 12 miteinander verbundenen Adern des dem Verstärker vorhergehenden
Kabelabschnittes angeschlossen und deren Drain-Elektroden direkt mit den Basen der Transistoren
Ti und Ti der folgenden Verstärkerstufen verbunden
sind. Die Endstufe des Verstärkers enthält die beiden Transistoren Tj und Ti, deren Basen direkt mit den
Kollektoren der Transistoren T2 bzw. T2 verbunden
sind, während die Kollektoren der Transistoren T3 und
Tz an die beiden durch die Kabelabschlußimpedanz 13 miteinander verbundenen Adern des dem Vorstärker
folgenden Kabelabschnittes angeschlossen sind.
An den Feldeffekttransistoren liegen ferner die
Widerstände 14 und 14'. über die die Drain-FJcktnxlcii
au die Mittenanzapfung 15 der KabclabschluUiinpcdan/
13 angeschlossen sind, während sich an den Transistoren T2 und T2 die K.ollektorwiderstände 16 und 16' befinden,
die an die Mittenanzapfung 17 der KabelabschluBimpedanz 12 angeschlossen sind.
Um völlige Symmetrie herzustellen, sind die Source-Elektroden
des Transistorpaares T\ und TV bzw. die Emitterelektroden der Transistorpaare T2 und T2' sowie
T3 und T3 über je zwei gleiche Widerstände 20 und 20'
bzw. 21 und 21' sowie 22 und 22' miteinander verbunden und besitzt jedes Transistorpaar einen gemeinsamen
Source- bzw. Emitterwiderstand, nämlich 23 bij/. 24 und
25, wobei der Sourcewiderstand 23 den Verbindungspunkt 26 der Widerstände 20 und 20' an die
Mittenanzaptung 17 der Kabelabschlußimpedanz 12 anschließt, während der Emitterwiderstand 25 den
Verbindungspunkt 27 der Widerstände 22 und 22* an diese Mittenanzapfung anschließt, sowie der Emitterwiderstand
24 den Verbindungspunkt 28 der Widerstände 2i und 21' an die Mittenanzapfung 15 der
Kabelabschlußimpedanz 13 anschließt
Die beiden symmetrischen Hälften des Gegentaktverstärker
besitzen ferner jeweils einen Rückkopplungskreis mit Widerstand 29 bzw. 29', der den Emitter
von Transistor T3 bzw. T3 mit der Source-Elektrode des
Feldeffekttransistors T1 bzw. Τ(' verbindet
Außerdem sind die Source-Elektroden der Feldeffekttransistoren T\ und 71' und die Emitter der
Transistoren T3 und T3' mit den Anschlußklemmen 30
und 30' bzw. 31 und 31' verbunden, an die die üblichen Entzerrerglieder angeschlossen werden können.
Bei dem in F i g. 1 dargestellten Übertragungsweg werden die wie obenstehend ausgeführten Leitungsverstärker
Li... Ln von der gemeinsamen Gleichstromquelle
11 in Serie gespeist, die dazu mit ihrer negativen
Klemme an die Mittenanzapfung der Eingangsimpedanz 8 des Endverstärkers D2 und mit ihrer positiven
Klemme Ober Erde an die Mittenanzapfung der Ausgangsimpedanz 4 4es Endverstärkers Dx angeschlossen
ist Dabei teilt sich der von Stromquelle 11 gelieferte Strom / an der Mittenanzapfung der
Ausgangsimpedanz 4 in zwei gleiche Teile, die über die beiden Adern von Kabelabschnitt A\ zusammen mit den
Gegentaktsignalen dem Leitungsverstärker Li zugeführt
werden, wo die beiden Teilströme ^ über die
Hälften der Eingangsimpedanz R0 von Leitungsverstärker
Li zusammengefügt werden und dann über den an diese Mittenanzapfung der Eingangsimpedanz R0
angeschlossenen Gleichstromkreis von Leitungsverstärker Li an die Mittenanzapfung der Ausgangsimpedanz
Ro von Leitungsverstärker Li gelangen. An dieser
Mittenanzapfung teilt der Strom /sich wiederum in zwei gleiche Teile, die über die beiden Adern
<fes folgenden Kabelabschnittes zusammen mit den in Verstärker Li
verstärkten Gegentaktsignalen dem folgenden Leitungsverstärker zugeführt werden, wobei die beiden
dem Verstärker zusammengeführt wc. len und dann
den Speisegleichstrom / bilden, der hinter jedem Verstärker wiederum in die beiden über die beiden
Adern der Kabelabschnitte übertragenen Teilströme
-5- geteilt wird, wobei die Teilströme am Ende des
Fernspeisesystems über die Mitter.anzapfung der Eingangsimpedanz 8 zusammen an die negative
Klemme der (ileichslrumqucllo 11 gefangen.
Um das l'crnspeisesysteni von dem iiuliviiluelleii
Speisesystem von Endverstärker /Λ getrennt zu halten,
liegen zwischen diesem Endverstärker und dessen Eingangsimpedanz 8 die Trennkondensatoren 10 und
10'.
Der Wirkungsgrad bzw. die Anzahl Leitungsverstärker, die mit dem Femspeisesystem gespeist werden
kann, hängt dabei von der maximal zulässigen Gleichspannung Ui ab (gemessen an Punkt 32), geteilt
durch die Summe der Spannungsverluste an den Adern pro Kabelabschnitt und dem Spannungsverlust pro
Leitungsverstärker.
Erfindungsgemäß wird nun eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades des Fernspeisesystems
erzielt, wenn die pro Laitungsverstärker für die
Transistoren benötigten Elektrodenwiderstande durch Aufteilung von mindestens der durch die Kabelabschlußimpedanz
gebildeten Verstärker-Eingangsimpedanz unter Einhaltung des für die Kabelabschnitte
erforderlichen charakteristischen Impedanzwertes realisiert werden.
Die in Fig.3 gezeigte Version eines dementsprechend ausgeführten Leitungsverstärkers enthält, ebenso wie der Leitungsverstärker in Fig.2, drei in Kaskade geschaltete Verstärkerstufen, wobei jede Stufe von zwei im Gegentakt geschalteten Transistoren gebildet wird. Diese Transistoren und die übrigen Teile, die mit denen in F i g. 2 übereinstimmen, sind in F i g. 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Ausführung des Leitungsverstärkers unterscheidet sich jedoch darin von der in Fig.2, daß die im Leitungsverstärker für die Transistorelektroden benötigten Widerstände durch die erfindungsgemäße Aufteilung der Kabelabschlußimpedanzen 12 und 13 gegeben sind.
Die in Fig.3 gezeigte Version eines dementsprechend ausgeführten Leitungsverstärkers enthält, ebenso wie der Leitungsverstärker in Fig.2, drei in Kaskade geschaltete Verstärkerstufen, wobei jede Stufe von zwei im Gegentakt geschalteten Transistoren gebildet wird. Diese Transistoren und die übrigen Teile, die mit denen in F i g. 2 übereinstimmen, sind in F i g. 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Ausführung des Leitungsverstärkers unterscheidet sich jedoch darin von der in Fig.2, daß die im Leitungsverstärker für die Transistorelektroden benötigten Widerstände durch die erfindungsgemäße Aufteilung der Kabelabschlußimpedanzen 12 und 13 gegeben sind.
So ist die Kabelabschlußimpedanz 12 in vier parallele Kreise aufgeteilt, die jeweils aus der Serienschaltung
von zwei gleichen Widerständen 33 und 33' bzw. 34 und 34'; 35 und 35' sowie 36 und 36' bestehen, und ist die
Kabelabschlußimpedanz 13 des dem Verstärker folgenden Kabelabschnittes in drei parallele Kreise aufgeteilt,
die jeweils aus der Serienschaltung von zwei gleichen Widerständen 38 und 38' bzw. 39 und 39' sowie 40 und
40'bestehen.
Dabei bilden die Widerstände 33 und 33' zusammen den gemeinsamen Source-Widerstand 23 der Feldeffekttransistoren
Ti und Ti', während die Widerstände 39
und 39' bzw. 40 und 40' paarweise die Drain-Widerstände 14,14' der Transistoren Tx und 7V bilden.
Die Gate-Elektroden dieser Transistoren sind an die beiden Adern des dem Verstärker vorhergehenden
Kabelabschnittes angeschlossen.
Die Widerstände 38 und 38' bilden zusammen den
Die Widerstände 38 und 38' bilden zusammen den
bo gemeinsamen Emitterwiderstand 24 der Transistoren T2
und T2' während die Widerstände 34 und 34' bzw. 35 und
35' paarweise die Kollektorwiderstände 16, Ib' der
Transistoren T2 und T2' bilden. Die Widerstände 36 und
36' bilden zusammen den gemeinsamen Emitterwiderstand 25 der Transistoren T3 und T3.
Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen werden eigene Widerstände für die Kabelabschlußimpedanz
und die darin auftretenden Spannungsverluste
vermieden, so daß man eine Wirkungsgradverbesserung des Fernspeisesystems erhält Die Höhe dieser Verbesserung
läßt sich wie folgt berechnen:
Angenommen, der in F i g. 1 dargestellte Übertragungsweg ist mit den in Fig.2 wiedergegebenen
bekannten Leitungsverstärkern ausgeführt und diese Verstärker befinden sich in einem Abstand von 2 km,
während der durch jede Ader fließende Speiseglcich-
gleich 150 Ohm beträgt, (hum ist der Spannungsverlust
in jeder der beiden I liilflcn von der durch die geiiiinnte
Kahclnhsi'hliiUimpedan/. geformten Versliirkereiii
lust pro Verstärkerabschnitt dagegen höchsten: ^+22) Volt - 9 Volt, da bei diesem Leitungsverstärkei
4(1 ηιΛ · 75 Il
JV.
Die weiteren Spannungsverlustc pro Verstärkerabschnitt
setzen sich aus dem Spannungsvcrlust im Verstärker zusammen der bei einer praktischen
Ausführungsform z.B. 6^VoIt beträgt, und dem
Spannungsverlust in den Adern pro Abschnitt von 2 km, der bei einem bestimmten Aderquerschnitt z. B. 2 4 Volt
beträgt. Der gesamte Spannungsverlust pro Verstärkerabschnitt beträgt dann (3+6^+2^) Volt = 12 Volt.
Bei einer maximal zulässigen Speisegleichspannung I//-6OVoIt bedeutet dies, daß nicht mehr als 5 w
Kabelabschnittc mit 4 Leitungsverstärkern gespeist werden können, da hierfür bereits eine Spannung von
(4 χ 12) Volt +24 Voll erforderlich ist. Mit diesem
Fernspeisesystem kann deshalb nur ein Abstand von sr>
etwa 10 km überbrückt werden.
Bei Verwendung der in Fig.3 dargestellten Leitungsvcrstärkcr
beträgt der gesamte Spannungsverder Spannungsverlust von 3 Volt entfällt, der bei den
bekannten Verstärkern in jeder der beiden Hälften der durch die Kabelabschlußimpedanz Ro gegebenen Ver·
stärkereingangsimpedanz auftritt Bei einem Span
nungsverlust von nur 9 Volt pro Verstärkerabschnit können bei einer maximal zulässigen Speiseglcichspan
niing von 60 Voll nicht weniger als 7 Kabclabschnitti
mit 6 l.cilungsverstärkcrn gespeist werden, da hierfü
(bx9)V + 21V-56.V erforderlich sind. Der über
Imicklc Abstand beträgt dann etwa 14 km. Obenstehen· de UerechiHing erfolgte ferner ohne Berücksichtigung
der Verringerung des Spannungsverlustcs infolge de Tatsache, daß auch die durch die KabelabschluUimpc
danz 13 gebildete Verstärkerausgangsimpedanz aufgeteilt ist. Diese Verringerung ist nämlich gering, so daC
die Aufteilung dieser Kabelabschlußimpedanz deshalb nicht unbedingt erforderlich ist
Bei der oben beschriebenen, erfindungsgemäßer
Ausführungsform des Fernspeisesystems ist nur ein« West-Ost-Verbindung wiedergegeben und verläuft eir
Teil des Speisestromkreises durch die Erde. Wenr jedoch neben dieser West-Ost-Verbindung auch ein<
Ost-West-Verbindung vorhanden ist kann der durch die
Erde verlaufende Teil des Speisestromkreises ir bekannter Weise durch eine Verbindung erset/j
werden, die durch die Adern dieser Ost-Wcst-Verbin dung verläuft
Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß di Erfindung nicht auf die Verwendung im Leitungsver
stärker mit drei in Kaskade geschalteten Gegentaktver stärkerstufen beschränkt ist, da die Erfindung auch be
Leitungsverstärkern mit einer größeren oder kleinerer Anzahl Gegentaktverstärkerstufen verwendet werdet
kann.
Claims (1)
- Patentanspruch:Fernspeisesystem für Gleichstromserienspeisung von mehreren, in Abständen angeordneten und s durch aufeinanderfolgende Kabelabschnitte miteinander verbundenen mehrstufigen Transistor-Breitbandgegentaktverstärkern, wobei jeder Kabelabschnitt zwei parallele Adern enthält, fiber die der Speisegleichstrom parallel und die Breitbandsignale im Gegentakt Obertragen werden, und wobei die parallelen Adern an ihren beiden Enden Ober Kabelabschlußimpedanzen miteinander verbunden sind, die die Verstärkereingangs- bzw. -ausgangsimpcdanzen bilden und mit deren HiUe der Gleich- is strom und die llrcitbandsigiiiilc an den Vcrslärkcri-iiigitiigcn getrennt und an den Vcrsläi kenuisgan-Kcn wieder zusammengefügt werden, s! a d ti r c h gekennzeichnet, dali die pro Transistorverstärker für die Transistoren benötigten Elektrodenwiderstände durch Aufteilung mindestens derjenigen Kabelabschlußimpedanz, die die Verstärkereingangsimpedanz bildet, unter Beibehaltung des für den Kabelabschnitt erforderlichen charakteristischen Impedanzwertes realisiert sind. 2s
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---|---|---|---|
NL7207393A NL7207393A (de) | 1972-06-01 | 1972-06-01 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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DE2324114B2 DE2324114B2 (de) | 1978-08-03 |
DE2324114C3 true DE2324114C3 (de) | 1985-12-05 |
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ID=19816182
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- 1973-05-29 SE SE7307635A patent/SE389589B/xx unknown
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Free format text: PEUCKERT, H., DIPL.-ING., PAT.-ASS., 8560 LAUF |
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Free format text: DERT, LODOVICUS FRANCISCUS, HILVERSUM, NL |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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