<Desc/Clms Page number 1>
Schaltnngsanordnung zur Verminderung der Reuexionen bei der Verbindung zweier elektrischer Systeme.
Die Erfindung bezieht sich auf die Verbindung von Kettenleitern untereinander oder auf die Ver- bindung eines Kettelleiters mit einem andern elektrischen System, z. B. einer nichtbelasteten oder kontinuierlich belasteten Leitung. Sie bezweckt die Verminderung der Reflexionen an der Verbindungs- stelle. Bei der Verbindung zweier Kettenleiter lässt sieh eine nach beiden Seiten, d. h. für beide Über- tragungsrichtungen, praktisch reflexionsfreie Verbindung herstellen. Dies erfolgt nach der Erfindung in der Weise, dass die Wellenwiderstände jedes der beiden zu verbindenden Kettenleiter durch unsymmetrische Netzwerke so umgebildet werden, dass die umgebildeten Wellenwiderstände im wesent- lichen reel und konstant sind.
Haben die umgebildeten Wellenwiderstände gleiche Grösse, so können die freien Enden der Netzwerke miteinander unmittelbar, bei verschiedener Grösse unter Zwischenschaltung spannungsübersetzender Sachaltungen, z. B. Übertrager, verbunden werden.
Wenn es sieh darum handelt, einen Kettenleiter mit einem andern elektrischen System, z. B. einer homogenen Leitung, zu verbinden, so lässt sich die Reflexion wenigstens für eine Übertragungs- riehtung auf ein fast unmerkliches Mass herabsetzen.
Dies kann so erfolgen, dass der Seheinwiderstand der homogenen Leitung durch Zuschaltung eines
Endnetzwerkes praktisch reel und konstant gemacht ist. Ist dieser Widerstandswert gleich dem praktisch reellen und konstanten Betrage, auf den der Wellenwiderstand des Kettenleiters durch das entsprechende
Endnetzwerk umgebildet worden ist, so können beide Systeme unmittelbar miteinander verbunden werden, im anderen Falle mittels einer spannungsübersetzenden Schaltung, z. B. eines Transformators.
Da der Kettenleiter dann mit einem Widerstand abgeschlossen ist, der seinem Wellenwiderstand gleich ist, wird die Reflexion bei der Übertragung vom Kettenleiter nach der homogenen Leitung hin vermieden.
Ein anderer Weg besteht darin, den durch ein Endnetzwerk konstani gemachten Wellenwiderstand des Kettenleiters durch Zuschaltung einerweiteren Endimpedanz oder eines Endnetzwerkes so zu ergänzen, dass der entstehende Seheinwiderstand für alle in Betracht kommenden Frequenzen zu dem Wellenwider- stand der homogenen Leitr. ngin praktisch konstantem Verhältnis steht. Ein Sonderfall dieses konstanten Verhältnisses ist der, dass der umgebildete Scheinwiderstand des Kettenleiters gleich dem Wellenwiderstand der homogenen Leitung ist, was durch Verwendung von spannungsübersetzenden Schaltungen, vorzugs- weise also von Transformatoren, stets erreicht werden kann.
In diesem Fall ist die homogene Leitung mit einem Scheinwiderstand belastet, der ihrem Wellenwiderstand gleich ist, und daher wird bei der Übertragung von der homogenen Leitung nach dem Kettenleiter keine Reflexion auftreten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der Figuren erläutert :
Die Fig. 1-4 stellen Netzwerke dar, mit deren Hilfe es möglich ist, den Wellenwiderstand von
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Das Netzwerk von Fig. 1 hat an den Klemmen 1, 2 einen Wellenwiderstand Zi, der aus dem Leerlauf-und Eurzschlusswiderstand berechnet werden kann, u. zw.
EMI2.1
Der WeUenwiderstand eines Kettenleiters mit den Längsimpeda, nzen und Querimpedanzen R2 hat, wenn der Kettenleiter zweiter Art ist, d. h. mit #R1 aufhört, den Wert
EMI2.2
Der Wellenwiderstand des Netzwerkes wird gleich dem Wellenwiderstand Z des Kettenleiters, wenn x, y und z so gewalt werden, dass
EMI2.3
EMI2.4
EMI2.5
EMI2.6
EMI2.7
konstant ist. Wenn dieser Wert festegelegt ist, lassen sich unter Heranziehung der Bedingungen (3) und (4) die Werte der Konstanten x, y, z bestimmen.
Wenn die Impedanzen Ri und R2 angenähert widerstandsreziprok sind, d. h. wenn ihr Produkt annähernd konstant ist (vgl. K. Matthies und F. Strecker"Archiv für Elektrotechnik", Bd. 14, Seite 1, 1924), so ist dann auch nach Gleichung (5) der Wellenwiderstand Z2 nahezu konstant und reell. Die Wurzel aus dem konstanten Wert des Produktes zweier reziproker Impedanzen nennt man die Inversionspotenz, d. h. der Wellenwiderstand wird im besprochenen Fall gleich dem Machen Wert der Inversionspotenz.
In einem Beispiel wurde gefunden, dass die Werte x = 0'307, y = 0#508, z = 3-25 für einen sehr grossen Frequenzbereich im Mittel den Wert k = 0-99 mit grosser Genauigkeit ergeben.
Auf ähhliche Weise lässt sich zeigen, dass die Schaltungen nach Fig. 2-4, die ebenfalls aus Impedanzen bestehen, die aus Er und R2 durch Multiplikation mit gewissen Konstanten hervorgehen, die Eigenschaften haben, dass ihr Wellenwiderstand von der einen Seite gleich dem Wellenwiderstand eines Eettenleiters erster oder zweiter Art, von der andern Seite nahezu konstant und reell gemacht werden kann.
EMI2.8
das Netzwerk Fig. 4 mit dem Wellenwiderstand eines Kettenleiters zweiter Art.
Es ist daher möglich, nach Fig. 5 zwei Kettenleiter und K2 für beide Übertragungsrichtungen fast reflexionsfrei so miteinander zu verbinden, dass man vor jeden Kettenleiter das Netzwerk N1 und N2 schaltet, das seinen Wellenwiderstand nahezu reell und konstant macht und die beiden Netzwerke unmittelbar oder z. B. über einen Transformator T miteinander verbindet. Die Impendanzen jedes der beiden Netzwerke sind dabei aus den Impedanzen RJ., R2 des mit ihm verbundenen Eettenleiters durch Multiplikation mit konstanten Werten zu bestimmen.
In vielen Fällen wird man vorziehen, die Reihen-
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
besonderer Bedeutung ist der Fall, dass man zu ei Spulenleitungen miteinnader verbindet, die verschieden pupinisiert sind, so dass ihre Grenzfrequenzen und der Verlauf des Wellenwiderstandes in Abhängigkeit von der Frequenz verschieden sind.
Durch die Einschaltung der unsymmetrischen Netzwerke ist es möglich, für beide Übertragungsrichtungen Reflexionen zu vermeiden, weil jeder der Kettenleiter nach Fig. 5 durch seinen Wellenwiderstand abgeschlossen ist und der Transformator zur Verbindung zweier konstanter reeller Wellenwiderstände dient. Der Hauptvorzug dieser Verbindung liegt in der Beseitigung oder Verringerung der Echostörungen oder-schwankungen des Wellenwiderstandes am fernen Ende, die immer dann auftreten und die Nachbildung erschweren oder unmöglich machen, wenn ein Kettenleiter nicht annähernd mit seinem Wellenwiderstand abgeschlossen ist.
In den Fig. 6-9 ist ein Ausführungsbeispiel für die Verminderung der Reflexionen bei der Verbindung von Kettenleitern mit homogenen Leitungen erläutert, u. zw. zeigen die Fig. 6-8 im besonderen Netzwerke, die dazu dienen können, den Scheinwiderstand einer homogenen Leitung annähernd konstant und reell zu machen. Für diesen Zweck ist zwar schon eine Schaltungsanordnung bekannt geworden, bei der zu der Leitung eine Reihenschaltung aus einem Ohm'schen Widerstand, einer Spule und mehreren
Gliedern eines Kettenleiters parallel geschaltet wird. Diese Anordnung ist sehr kompliziert, da man eine ziemlich grosse Zahl von Kettengliedernleiter verwenden muss, um eine genügende Annäherung zu erzielen.
Gemäss der Erfindung lässt sich die Schaltung wesentlich vereinfachen, dadurch, dass man zu der homogenen Leitung eine Reihenschaltung parallel legt aus einem Ohmschen Widerstand von der ungefähren Grösse des Wellenwiderstandes der Leitung für hohe Frequenzen und aus einem Impedanzgebilde, das widerstandsreziprok ist zu der sogenannten Überschussnachbildung der homogenen Leitung.
Es ist bekannt, dass der Wellenwiderstand einer homogenen Leitung in erster Näherung durch einen konstanten Ohmschen Widerstand als Grundnachbildung nachgebildet werden kann, der die Grösse des Wellenwiderstandes für hohe Frequenzen hat. Für tiefere Frequenzen, deren Wert von den Leitungskonstanten abhängt, genügt diese Nachbildung jedoch nicht, sondern es ist notwendig, die Abweichungen des Wellenwiderstandes von dem konstanten reellen Widerstand zu berücksichtigen. Dies geschieht durch eine Impedanz, die in Reihe zu dem Ohmschen Widerstand gelegt wird, und die als Überschussnachbildung bezeichnet wird. Sie kann im einfachsten Fall aus einer Kapazität bestehen. Für grössere Genauigkeit sind Überschussnachbildungen aus Ohmschen Widerständen und Kapazitäten bekannt.
Bezeichnet man den kilometrischen Wert der Kapazität der Leitung mit C und der Induktivität mit L, so lässt sich demnach der Scheinwiderstand der Leitung ersetzen durch die Reihenschaltung eines Ohmschen Widerstandes W von der ungefähren Grösse VLjC mit einer Impedanz J von frequenzabhängigem Seheinwiderstand. Schaltet man zu dieser in Fig. 6 dargestellten Kombination eine Reihenschaltung parallel aus einem Ohmschen Widerstand, der ebenfalls die Grösse TV hat und einer Impedanz J', die widerstandsreziprok ist zu J mit Bezug auf die Inversionspotenz W, so erhält man zwischen den Punkten 1 und 2 einen konstanten reellen Scheinwiderstand von der Grösse TV. Die Bedingung der Widerstandsreziprozität ist bekanntlich identisch mit der Bedingung, dass J J'= TV2 ist.
Die Impedanz J'kann also im einfachsten Fall aus einer Spule bestehen. Eine bessere Wirkung erhält man, wenn man J'nach Fig. 7 aus einer Spule L parallel zu einer Reihenschaltung aus einem Widerstand r und einer Spule L2 oder nach Fig. 8 aus einer Spule Li in Reihe mit einer Parallelschaltung aus einem Widerstand) und einer Spule L2 aufbaut.
Die Erfindung kann in verschiedener Weise Anwendung finden, z. B. wenn ein Übertragungssystem oder elektrischer Apparat mit konstantem reellen Wellenwiderstand mit einer homogenen Leitung derart verbunden werden soll, dass beim Übergang der Energie von diesem Übertragungssystem auf die homogene Leitung Reflexionen vermieden werden.
Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Fig. 9 dargestellt, u. zw. handelt es sich darum, eine Pupinleitung P mit einer homogenen Leitung 11 so zu verbinden, dass bei der Übertragung von P nach H keine Reflexion auftritt. Die Pupinleitung hat an sich keinen reellen konstanten Wellenwiderstand, jedoch kann man mittels eines Endnetzwerkes N erreichen, dass der Wellenwiderstand Z des Übertragungssystems aus N und P von der Stelle 1-1 aus gesehen für den praktisch ausgenutzten Teil des Durchlässigkeitsbereiches der Pupinleitung praktisch konstant und reell ist. Demnach werden Reflexionen vermieden, wenn der Scheinwiderstand von 1-1 nach rechts gemessen reell, konstant und gleich dem Wellenwiderstand des Übertragungssystems. N, P ist.
Dies lässt sieh nach der Erfindung durch die vorher beschriebene Umbildungsschaltung aus TV und J'in Reihe erreichen.
Der Seheinwiderstand, der rechts von 2-2 liegenden Schaltung ist gleich 17, d. h. reell und konstant, und kann durch spannungsübersetzende Schaltungen, z. B. durch einen Übertrager T auf den Wert Z gebracht werden.
Derartige Schaltungen sind z. B. von Bedeutung, wenn zwischen zwei Verstärkern eine kurze Pupinleitung und eine lange homogene Leitung hintereinander liegen. Die Reflexion nach dem Anfang
EMI3.2
<Desc/Clms Page number 4>
Leitung bestehen, weil die homogene Leitung bei 3-3 nicht durch ihren Wellenwiderstand abgeschlossen ist. Bei genügender Dämpfung der homogenen Leitung sind aber die am Ende bei. 3-3 entstehenden Reflexionen am Anfang der homogenen Leitung nicht mehr störend.
Die Umbildung des Scheinwiderstandes einer homogenen Leitung kann auch für den Zweck der Nachbildung verwendet werden. Die Nachbildung kann, wie ohne weiteres zu sehen ist, aus einem Ohmsehen Widerstand von der ungefähren Grösse W bestehen.
Bei dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich darum, den Wellenwiderstand eines Kettenleiters, nachdem er durch ein Endnetzwerk konstant gemacht ist, durch Vorschaltung eines weiteren Endnetzwerkes so zu ergänzen, dass der Scheine iderstand der gesamten Anordnung gleich dem Wellenwiderstand der mit ihm zu verbindenden homogenen Leitung wird.
Ein besonders wichtiger Fall liegt vor, wenn eine kurze homogene Leitung durch eine lange Pupinleitung abgeschlossen ist, z. B. wenn vom Verstärker aus gesehen, ein homogenes Stadtkabel und ein Pupinfernkabel aufeinanderfolgen.
Es ist bekannt, dass der Wellenwiderstand einer homogenen Leitung in erster Näherung durch einen konstanten Ohmschen Widerstand als Grundnachbildung nachgebildet werden kann, der die Grösse des Wellenwiderstandes für hohe Frequenzen hat. Für tiefere Frequenzen, deren Wert von den Leitungkonstanten abhängt, genügt diese Nachbildung jedoch nicht, sondern es ist notwendig, die Abweichungen des Wellenvdderstandes von dem konstanten rollen Widerstand zu berücksichtigen. Dies geschieht durch eine Impedanz, die in Reihe zu dem Ohmschen Widerstand gelegt wird und die als Überschussnachbildung bezeichnet wird. Sie kann im einfachsten Fall aus einer Kapazität bestehen. Für grössere Genauigkeit sind Übersehussnachbildungen aus Ohmschen Widerständen und Kapazitäten bekannt.
Die Pupinleitung P ist durch ein Endnetzwerk N abgeschlossen. Durch dieses wird der Wellenwiderstand der Pupinleitung praktisch reell und konstant gemacht, so dass der Übertrager T an den Klemmen 3-3 mit einem konstanten Ohmschen Widerstand belastet ist. Das Übersetzungsverhältnis des Übertragers ist so bemessen, dass der Eingangsscheinwiderstand von den Klemmen 2-2 nach rechts gleich dem Wellenwiderstand der homogenen Leitung für hohe Frequenzen ist. In Reihe dazu liegt die Überschussnachbildung U von bekannter Beschaffenheit, und der Scheinwiderstand von den Klemmen 1-1 nach rechts ist also dem Wellenwiderstand der homogenen Leitung praktisch gleich.
Die homogene Leitung ist daher an ihren Enden 1-1 mit ihrem Wellenwiderstand belastet, so dass Reflexionen vermieden werden und der Scheinwiderstand der homogenen Leitung am linken Ende gleich dem Wellenwiderstand der homogenen Leitung ist. Unter diesen Umständen lässt sich die Kombination aus homogener Leitung und Pupinleitung ohne weiteres in bekannter Weise nachbilden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Verminderung der Reflexionen bei der Verbindung zweier elektrischer Systeme, von denen wenigstens eines ein Kettenleiter, z. B. eine Pupinleitung, ist, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Systemen Endnetzwerke zugeschaltet sind, durch die ihre Wellenwiderstände oder Schein- widerstände im Bereich der zu übertragenden Frequenzen praktisch reell und konstant gemachst sind, oder dass der Scheinwiderstand des Kettenleiters durch ein Endnetzwerk praktisch reell und konstant gemacht und durch eine weitere Endimpedanz so ausgebaut ist, dass für die verschiedenen Frequenzen des zu übertragenden Bereiches das Verhältnis des Scheinwiderstandes zum Seheinwiderstand des zweiten Systems praktisch konstant ist.