DE2623412A1

DE2623412A1 - Ferngespeister zwischenverstaerker fuer nachrichtenuebertragungsstrecken

Info

Publication number: DE2623412A1
Application number: DE19762623412
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Ing Bauch; Frithjof Dipl Ing Koppehele; Karl Heinz Dipl Ing Moehrmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-05-25
Filing date: 1976-05-25
Publication date: 1977-12-01
Also published as: DE2623412B2; BE855039A; US4114107A; DE2623412C3

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT j Unser Zeichen Berlin und München τ VPA 7g ρ 6 6 2 7 BRD

Perngespeister Zwischenverstärker für Nachrichtenübertragungsstrecken

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zwischenverstärker entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Zwischenverstärker ist bereits aus der deutschen Auslegeschrift 1 940 517 bekannt.
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Bei Verstärkerstellen für Breitband-Übertragungssysteme, beispielsweise Trägerfrequenz-Leitungsverstärkern, die über die Innenleiter der verwendeten Koaxialkabel mit Gleichstrom reihenferngespeist sind, liegen die Verstärkerbezugspotentiale auf dem GleichstrOmpotential der Kabelinnenleiter und können daher nicht unmittelbar mit den Kabelaußenleitern verbunden werden. Es wird daher im allgemeinen ein Gehäuse vorgesehen, an welches die geerdeten Außenleiter der Koaxialkabel angeschlossen sind. Zwischen dem Verstärkerbezugspotential und dem Gehäuse muß eine niederohmige Wechselstromverbindung im Frequenzbereich des Übertragungsbandes vorhanden sein, die durch einen Abblockkondensator hergestellt wird.

Fig.1 zeigt das bekannte Prinzip einer einfachen Weichenschaltung für einen ferngespeisten Zwischenverstärker im Falle einer Gleichstromreihenspeisung. Der über den Innenleiter des Koaxialkabels 21 bzw. 22 fließende Speisegleichstrom wird über Dros-

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sein 51, 52 um den ferngespeisten Verstärker 1 herumgeleitet und zur Erzeugung der Speisespannung U herangezogen. Der Fußpunkt X der Drosseln liegt dabei wechselstrommäßig auf Nullpotential und ist daher bei dieser Art der Fernspeisung über einen Kondensator 3 mit dem Außenleiter Y des Koaxialkabels verbunden. Dieser Kondensator 3 muß eine Spannungsfestigkeit von z.B. mehreren kV aufweisen, da zwischen Innen- und Außenleiter des Kabels eino erhebliche Spannungsdifferenz auftreten kann und da dieser Kondensator bei Auftreten von Überspannungen durch Gewitter usw. nicht zerstört werden darf.

Die Realisierung dieses Hochspannungskondensators ist mit verschiedenen Problemen verbunden. Wegen der Hochspannungsfestigkeit muß er gewisse Mindestabmessungen aufweisen, die wiederum zu einer bei hohen Frequenzen nicht vernachlässigbaren Eigeninduktivität sowie zu Parallelresonanzen bei bestimmten Frequenzen führen. Der Wechselstrom i. im Ausgangskreis muß über den Kondensator 3 fließen und ruft dort einen Spannungsabfall Uq hervor, sobald die Impedanz des Kondensators 3 nicht mehr vernachlässigbar klein ist. Diese Spannung erzeugt wiederum einen Strom ig im Eingangskreis, so daß eine Rückwirkung vom Ausgang auf den Eingang stattfindet. Diese kann zu Instabilität oder mindestens zu Änderungen im Frequenzgang des Verstärkers 1 führen.

Es müssen daher, z.B. durch eine besondere Ausgestaltung des Kondensators 3, Maßnahmen getroffen werden, um eine hinreichend hohe Umlaufdämpfung, d.h. eine hinreichend geringe Rückkopplung vom Ausgang auf den Eingang, zu erzielen. Ein zu diesem Zweck speziell ausgestalteter Kondensator ist bereits in der deutschen Auslegeschrift 1 940 517 beschrieben.

. Wenn der Verstärker 3 zum Ausgleich der Verstärkerfelddämpfung eine besonders hohe Verstärkung in einem bestimmten Frequenzbereich nahe der oberen Bandgrenze aufweisen muß, kann es jedoch vorkommen, daß sich die erforderliche Umlaufdämpfung selbst

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durch Einsatz eines Spezialkondensators nicht mehr erreichen läßt. Es ist auch nicht ohne weiteres möglich, mehrere gleiche oder verschiedene Kondensatoren parallel zu schalten, da wiederum Parallelresonanzen auftreten können, wenn bei einer bestimmten Frequenz einzelne Elemente induktiv, andere aber noch kapazitiv wirken, so daß der beabsichtigte Effekt ins Gegenteil verkehrt wird.

Man kann ferner im Speisegleichstromweg einen Spannungswandler vorsehen, dessen Ausgang vom Eingang galvanisch getrennt ist, so daß das Bezugspotential des Zwischenverstärkers unmittelbar mit dem Kabelaußenleiter verbunden werden kann und ein Kondensator in dieser Verbindung überflüssig ist (vgl. deutsche Offenlegungsschrift 2 355 014). In diesem Falle ist für jeden Zwischenv^rstärker ein besonderes Stromversorgungsgerat nötig. Ein derartiges Stromversorgungsgerat hat jedoch, abgesehen vom Bauteileaufwand und der Zuverlässigkeit den Nachteil, daß sein Wirkungsgrad begrenzt ist, so daß Speiseenergie verloren geht und sich die Geräte zusätzlich erwärmen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die gewünschte große Umlaufdämpfung bei Zwischenverstärkern zu erzielen, bei denen Abblockkondensatoren zwischen Bezugspotential und Außenleiterverbindung vorgesehen sind.

Gemäß der Erfindung wird der Zwischenverstärker zur Lösung dieser Aufgabe entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ausgebildet. Dabei dienen als Kondensatoren insbesondere induktivitäts- und resonanzarme Kondensatoren. Der Zwischenverstärker ist vorzugsweise ein HF- bzw. TF-*Verstärker großer Bandbreite oder ein Regeneratiwerstärker bzw. Regenerator eines PCM-Systems.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders große Umlaufdämpfung bei besonders sparsamem Leistungsverbrauch.

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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand der in den Fig.2 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig.1 wie eingangs bereits näher dargelegt, das bekannte Prinzip einer einfachen Weichenschaltung für einen

ferngespeisten Zwischenverstärker;

Fig.2 einen aus zwei Teilverstärkern zusammengesetzten

Zwi schenverstärker ;
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Fig.3 eine Leitungsdrossel;

Fig.4 das Ersatzbild für die Leitungsdrossel nach Fig.3;

Fig.5 einen aus zwei Teilverstärkern zusammengesetzten

Zwischenverstärker mit kurzgeschlossenen Leitungen in den Stromversorgungsweichen;

Fig.6 einen Zwischenverstärker, bei dem die Teilverstär- ^ ker in Kammern untergebracht sind und

Fig.7 einen Zwischenverstärker, bei dem zwei Teilverstärker hinsichtlich ihrer Stromversorgung in Serie geschaltet sind.
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In Fig.2 ist ein Zwischenverstärker bzw. Breitbandverstärker für koaxiale Nachrichtenübertragungsstrecken gezeigt, der zwei Teilverstärker 11 und 12 enthält. Der Zwischenverstärker ist über das ankommende Koaxialkabel 21 und abgehende Koaxialkabel ferngespeist, und zwar durch eine Gleichstromreihenspeisung. Während die Außenleiter der Kabel 21 und 22 direkt miteinander

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verbunden sind, ist an die Innenleiter jeweils eine Stromversorgungsweiche angeschlossen, die das Nachrichtenübertragungsband, das nicht bis zur Frequenz 0 reicht, vom Speisegleichstrom trennt. Der Innenleiter des Kabels 21 ist dabei über die Drossei 51 an den Anschluß C des Speisespannimgseingangs des Teilverstärkers 11 geführt. Der andere Anschluß + liegt über die Drossel 52 am Innenleiter des abgehenden Koaxialkabels 22.

Bei den Teilverstärkern 11 und 12 sind einerseits die Speise-Spannungsanschlüsse C bzw. D, an der:-jn Verstärkermasse bzw.

das Bezugspotential 0 liegt, über die Drossel 53» andererseits die Speisespannungsanschlüsse + über die Induktivität bzw. Drossel 54 miteinander verbunden, so daß die Speisespannungseingänge gleichstrommäßig parallel geschaltet sind.

Die Drossel 54 kann durch eine zwischen Zenerdiode 4 und Drossel 52 liegende, in der Figur nicht näher dargestellte Drossel ersetzt werden, so daß der Speisespannungsanschluß + des Teilverstärkers 12 dann am Verbindungspunkt dieser Drossel mit der Drossel 52 liegt. Weiterhin kann in Abwandlung der Anordnung nach Fig.2 der Teilverstärker 12 unmittelbar und der Teilverstärker 11 über Drosseln gespeist werden.

Der über die Kabelinnenleiter fließende Speisegleichstrom ruft ^otj an der Parallelschaltung der in der Figur nicht näher dargestellten, an den Speiseeingängen wirksamen, durch die Teilverstärker gebildeten Verbraucherwiderstände einen Spannungsabfall, nämlich die Speisegleichspannung hervor. Die Zenerdiode 4, die parallel zum Speiseeingang des Teilverstärkers 11 liegt, ist nicht unbedingt erforderlich und hat zweckmäßigerweise eine Zenerspannung, die etwas höher als die Speisegleichspannung ist, so daß sie normalerweise nicht stromführend ist und lediglich eine spannungsbegrenzende Wirkung hat. Sie kann jedoch gegebenenfalls auch als Spannungsquelle dienen, die aus dem Speisestrom eine konstante Gleichspannung erzeugt.

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Der Speiseanschluß C des Teilverstärkers 11 ist über den Kondensator 33 an die Verbindung y der Kabelaußenleiter geführt, um den Eingangskreis wechselstrommäßig zu schließen. Der Speiseeingang D des Teilverstärkers 12 ist über den Kondensator 34 an die Kabelaußenleiterverbindung y gelegt, um dsn Ausgangskreis wechselstrommäßig zu schließen.

Der Innenleiter des ankommenden Koaxialkabels 21 ist über den Kondensator 31 an den Eingang des Teilverstärkers 11 geführt.

Der Ausgang des Teilverstärkers 12 ist über den Kondensator an den Innenleiter des abgehenden Koaxialkabels 22 angeschlossen. Weiterhin ist der Ausgang A des Teilverstärkers 11 direkt mit dem Eingang B des Teilverstärkers 12 verbunden. Die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen der Teilverstärker 11 und 12 haben den Wert Z und liegen zumindest wechselstrommäßig einpolig am Bezugspotential O.

Der Strom i. im Ausgangskreis durchfließt den Kondensator 34 und erzeugt an diesem Kondensator eine Spannung u_C2· Diese verursacht ihrerseits einen Strom iy, der über den Kondensator fließt und einen Strom i_E im Eingangskreis erzeugt. Die Spannung u„2 liegt aber nicht voll am Kondensator 33» sondern über einen Spannungsteiler, welcher durch den Kondensator 33, die Eingangsimpedanz des Teilverstärkers 12 und die Ausgangsimpe- ~ danz des Teilverstärkers 11 gebildet wird. Dadurch ist die Um- · laufdämpfung stark erhöht.

Die Umlaufdämpfung kann dadurch noch weiter erhöht werden, daß der Hochpaßweg bzw. Signalweg zwischen den Teilverstärkern 11 und 12 als Leitungsdrossel ausgebildet wird. Die Leitungsdrossel besteht dabei, wie in Fig.3 näher dargestellt, insbesondere aus einem Koaxialkabel mit aufgeschobenen Ferritringen. Durch die Leitungsdrossel wird, abgesehen von parasitären Effekten, keine Dämpfung des Ubertragungsweges verursacht. Da die Leitungsdrossel im Ersatzschaltbild nach Fig.4 gleichsinnige Wicklungen besitzt, erzeugt der zu übertragende Signalstrom in bei-

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den Wicklungen entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder, die sich aufheben. Für Ströme in gleicher Richtung B-A, D-C wirkt.die Anordnung dagegen als HF-Drossel.

Die Leitungsdrossel stellt über den Außenleiter die Verbindung der Anschlüsse C und D her, so daß die Drossel 53 dabei· entfällt.

Die übrigen erforderlichen Induktivitäten werden vorzugsweise mit Ferritringen oder -perlen realisiert.

Bei sehr breitbandiger Übertragung kann eine Verwendung von ausgangsseitig kurzgeschlossenen Koaxialleitungen bzw. Stichleitungen anstatt konzentrierter Induktivitäten bzw. Drosseln günstig sein. Eine derartige Ausgestaltung ist in Fig.5 gezeigt. Verwendung finden dabei Stichleitungen entsprechender Länge mit einer λ/4-Resonanz, die insbesondere bei oder oberhalb der oberen Grenzfrequenz des Systems liegt, in dem der Zwischenverstärker Verwendung findet. Solche Stichleitungen stellen bei tiefen Frequenzen ebenfalls im wesentlichen Induktivitäten dar.

Die Stichleitungen 510_fcund 520 ersetzen die Drosseln 51 und 52 nach Fig.2. Die parallele Stichleitung 540 tritt an die Stelle der Drossel 54 und kann durch eine serielle Stichleitung 540' ersetzt sein. Die Leitungsdrossel 55, die im HF-Signalübertragungsweg zwischen den Teilverstärkern 11 und 12 liegt, verbindet die Anschlüsse C und D.

Beim konstruktiven Aufbau ist insbesondere darauf zu achten, daß direkte Verkopplungen zwischen dem Ein- und Ausgang vermieden werden. Eine Masseverbindung zwischen den Teilverstärkern 11 und 12 darf nur über die Verbindung Y der Kabelaußenleiter erfolgen.

Dies läßt sich entsprechend Fig.6 auf besonders vorteilhafte Art durch eine Anordnung der Teilverstärker 11 und 12 in ge-

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trennten Kanunern erreichen, die ihrerseits durch isolierte Unterbringung in weiteren Kammern gegeneinander entkoppelt sind. Dabei ist für eine ausreichende Hochspannungsfestigkeit zwischen der Kabelaußenleiterverbindung Y und den Innenkammerwänden X^ bzw. X^ ^2U sorgen.

Bei dem in Fig.6 gezeigten Zwischenverstärker, bei dem die Teilverstärker zwecks Entkopplung der Hochspannungskondensatoren in einem Kammersystem untergebracht sind, ist eine Außenkammer vorgesehen, die als Gesamt'schirm des Leitungsverstärkers mit den Außenleitern des ankommenden und des abgehenden Koaxialkabels 21 bzw. 22 verbunden ist und die Kabelaußenleiterverbindung herstellt. Diese äußere Kammer ist durch eine Trennwand in zwei äußere Teilkammern unterteilt. In diesen äußeren Teilkammern ist jeweils eine Innenkammer untergebracht, die von der Außenkammer hochspannungsfest isoliert ist. In der einen inneren Teilkammer ist der Teilverstärker 11, in der anderen inneren Teilkammer der Teilverstärker 12 untergebracht.

Diese Anordnung hat den weiteren Vorteil, daß die Kapazitäten bzw. Kondensatoren 33 und 34 zumindest teilweise durch die Kapazitäten zwischen dent.Kammerwänden und -boden der ineinandergeschachtelten Kammern gebildet werden können.

, Die Induktivität 53 in Fig.2 bzw. die Leitung 540· in Fig.5 und 6 können in der einen und/oder der anderen Innenkammer und/oder auch zwischen den Kammern angeordnet sein. Die Durchführung der mit der Stichleitung 540^f verdrosselten Leitung durch die Innenkammerwände a, c muß dabei mindestens bezüglich der Wand der Innenkammer, in der sich diese Stichleitung (oder Drossel) befindet, hinreichend kapazitätsarm sein, wogegen die Durchführung durch die Außenkammertrennwand eine hohe Kapazität zur Entkopplung aufweisen soll und vorzugsweise als hochspannungsfester Durchführungskondensator ausgeführt ist.

Bei der in den Fig.5 und 6 dargestellten Realisierung der Dros-

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sein durch kurzgeschlossene Leitungen ist bei Verwendung von Koaxialleitungen darauf zu achten, daß Innen- und Außenleiter auf der jeweils richtigen Seite angeschlossen werden.

Zum Beispiel darf bei der Leitung 540' der Außenleiter nicht mit der durch die Inncnkammerwand a führenden Leitung verbunden sein, da der Außenleiter eine relativ große Streukapazität gegen die Innenkammer Xp aufweist, welche die Stichleitung 540' überbrücken würde.
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Wird im dargestellten Beispiel keine Leitungsdrossel 55 vorgesehen, so wird die Masseverbindung C-D ebenfalls verdrosselt und die Verbindung A-B kapazitätsarm durchgeführt.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig.2, 5 und 6 ist jeweils eine Parallelspeisung, beim Ausführungsbeispiel nach Fig.7 dagegen eine Serienspeisung der Teilverstärker vorgesehen.

Bei dem in Fig.7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Teilverstärker 11 und 12 in einem Kammersystem entsprechend Fig.6 untergebracht. Abweichend von Fig.6 sind die Teilverstärker jedoch mit ihren Speisespannungseingängen nicht parallel, sondern in Serie geschaltet, wobei parallel zu jedem der beiden Spei-

^j seSpannungseingänge eine eigene Zenerdiode 41 bzw. 42 geschaltet ist. Die Serienschaltung der beiden Speisespannungseingänge ist über den Außenleiter der Leitungsdrossel 55 hergestellt. Dieser Außenleiter ist mit der Innenkammer, in der der Teilverstärker 12 untergebracht ist, verbunden, auf der anderen Seite dagegen von der Innenkammer des Teilverstärkers 11 isoliert. Auch durch die Trennwand zwischen den beiden Außenkammern ist die Leitungsdrossel isoliert hindurchgeführt. Zwischen jeder der beiden Innenkammern und der Außenkammertrennwand sind jeweils Ferritkerne 55 auf die Koaxialleitung, die den Ausgang des Teilverstärkers 11 mit dem Eingang des Teilverstärkers 12 verbindet, aufgesetzt.

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Die in Fig.7 gezeigte Serienspeisung weist zwar einen höheren GesamtSpannungsabfall auf, sie hat aber den Vorteil, daß keine zusätzliche Durchführung für den Gleichstrom erforderlich ist, der, wie in Fig.7 gezeigt, in diesem Falle über die Leitungsdrossel fließen kann.

Der Gleichstrom kann aber andererseits anstatt über eine Leitungsdrossel über eine separate verdrosselte Leitung geführt werden.

In der Beschreibung der Fig.1, 2, 5, 6 und 7 wurde jeweils vorausgesetzt, daß die Betriebsspannungsanschlüsse der Teilverstärker (mit 0 und + bezeichnet) kapazitiv miteinander verbunden sind. Durch den entsprechenden Verblockungskondensator 35 wird der Ausgangskreis des Teilverstärkers 11 wechselstrommäßig geschlossen.

Die anhand der Ausführungsbeispiele beschriebene Aufteilung und Entkopplung läßt sich in entsprechender Weise auf mehr als zwei Stufen anwenden. Bei geeigneter Ausführung von Eingangs- und/oder Endstufe können die Kondensatorn 31 und/oder 32 entfallen.

11 Patentansprüche
7 Figuren

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

i.yFerngespeister, zwischen einer eingangsseitigen und einer ausgangsseitigen, über eine Außenleiterverbindung miteinander verbundenen Leitung angeordneter Zwischenverstärker für insbesondere koaxiale Nachrichtenübertragungsstrecken, bei dem die Außenleiterverbindung und ein SpeisespannungsanschluS, der zugleich ein wechselspannungsmäßiges Bezugspotential hat, kapazitiv verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daß der Verstärker in wenigstens zwei Teilverstärker (11,12) aufgeteilt ist, mit je einer eigenen, zwischen dem Bezugspotential und der Außenleiterverbindung liegenden Kapazität (33»34), und daß die Speisespannungseingänge (0,+) der Teilverstärker (11,12) hochfrequenzmäßig voneinander entkoppelt sind.
2. Zwischenverstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Parallelspeisung der Teilverstärker (11,12) derart, daß einer der Teilverstärker (11) unmittelbar an einer Speisequelle liegt und wenigstens ein weiterer Teilverstärker (12) über je eine, in den Stromzuführungen gelegene Induktivität (53»54) an die Speisequelle angeschlossen ist. (Fig,2)
3. Zwischenverstärker nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine Leitungsdrossel (55) zur Verbindung zweier aufeinanderfolgender Teilverstärker (11,12) vorgesehen ist, und daß dem einen der beiden Teilverstärker (12) das Bezugspotential (0) über die im Hochfrequenzsignalübertragungsweg gelegene Leitungsdrossel (55) und das andere Potential (+) der Speisespannung über eine Induktivität (540) zugeführt ist. (Fig.5)
4. Zwischenverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kabelinnenleiter jeweils über eine Induktivität an die Anschlüsse der Speisespannungsquelle geführt sind, d a -

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durch gekennzeichnet, daß der gegen das Bezugspotential (0) Spannung führende Anschluß (+) der Speisequelle von einem Teilverstärker (11) über eine Induktivität an den Speiseeingang eines weiteren Teilverstärkers (12) geführt ist, und daß eine zwischen der Speisequelle und dem weiteren Teilverstärker (12) angeordnete Induktivität (540,54O¹) in der Kabelinnenleiterverbindung oder in der Zuführung zwischen Kabeli^nenleiterverbindung und Speiseanschluß des weiteren Teilverstärkers liegt.
5. Zwischenverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a durch gekennzeichnet, daß die Teilverstärker (11,12) in getrennten Kammern angeordnet sind, und daß die Kammern ihrerseits in weiteren Kammern, insbesondere hochspannungsmäßig, isoliert untergebracht sind. (Fig.6)
6. Zwischenverstärker nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet , daß die Kammern eine gemeinsame Trennwand haben.
7. Zwischenverstärker nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine kapazitätsarme Durchführung der verdrosselten Leitung durch die Innenkammerwand.
8. Zwischenverstärker nach einem der Ansprüche 6 oder 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung durch die Außenkammertrennwand eine hohe Kapazität aufweist, insbesondere als hochspannungsfester Durchführungskondensator ausgebildet ist.
9. Zwischenverstärker nach einem der Ansprüche 7 bis 8, d a durch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten wenigstens zum Teil als ausgangsseitig kurzgeschlossene Koaxialleitungen ausgebildet sind.
10. Zwischenverstärker nach Anspruch 9,dadurch g e -

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kennzeichnet, daß die Koaxialleitung jeweils derart angeschlossen ist, daß die Streukapazität zwischen Außenleiter und Innenkammer die Stichleitung nicht überbrückt.
11. Zwischenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Serienspeisung der Teilverstärker (11

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