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Übertragungsgabel
Die Erfindung bezieht sich auf eine Übertragungsgabel des abgeglichenen Typs, wobei zwei voneinan- der entkoppelte Gabelzweige durch einen Transformator mit einem gemeinsamen Gabelzweig gekoppelt sind, z. B. um zwei Vierdrahtleitungen an eine Zweidrahtleitung zur Speisung von zwei unabhängigen Belastungen u. dgl. anzuschliessen. Solche Übertragungsgabeln des abgeglichenen Typs haben den Vorteil, dass ein Mittelanzapfungspunkt jedes der voneinander entkoppelten Gabelzweige geerdet werden kann, wodurch ihr Aufbau verwickelter ist als Übertragungsgabeln des nicht abgeglichenen Typs, bei denen lediglich ein Punkt der beiden voneinander entkoppelten Gabelzweige geerdet werden darf.
In der Praxis sind insbesondere die Transformatorgabeln wegen ihrer besonders günstigen, elektrischen Eigenschaften weit bekannt, da in diesem Falle die voneinander entkoppelten Gabelzweige genau an den gemeinsamen Gabelzweig angepasst werden können, während bei Signalübertragung in der Gabel an sich keine Energie verloren geht. Die bei solchen Transformatorgabeln verwendeten Transformatoren haben jedoch einen verwickelten Zusammenbau ; solche Transformatoren haben z. B. fünf Transformatorwicklungen mit zehn nach aussen geführten Anschlussleitungen. wobei die Bauart besondere Sorgfalt erfordert, um die an die Gabel gestellten Anforderungen zu erfüllen.
Bei aus Widerständen zusammengesetzten Übertragungsgabeln wird dieser verwickelte Zusammenbau der Transformatorgabeln beseitigt, aber sie haben einen wesentlichen Nachteil darin, dass ein erheblicher Verlust an Leistung in der aus Widerständen zusammengesetzten Übertragungsgabel auftritt. Dieser Leistungsverlust beträgt z. B. 10, 7 dB.
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als auch in baulicher Hinsicht von jeder der vorerwähnten Übertragungsgabeln unterscheidet und die sich weiter für die heutzutage in der Transistortechnik verlangte Miniaturisierung der Bauart besonders gut eignet.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator zwei identische Kopplungswicklungen enthält, die mit einer an den gemeinsamen Gabelzweig angeschlossenen Wicklung induktiv gekoppelt sind, deren Enden die Anschlussklemmen für den gemeinsamen Gabelzweig bilden, wobei von den beiden identischen Kopplungswicklungen entsprechende Enden über einen Gabelwider- stand miteinander verbunden sind und die Anschlussklemmen für die beiden entkoppelten Gabelzweige durch jeweils ein Ende einer Kopplungswicklung und ein Ende der andern Kopplungswicklung gebildet werden, die nicht durch einen Gabelwiderstand miteinander verbunden sind, welche Gabelwiderstände praktisch gleiche Werte wie die Wellenwiderstände der entkoppelten Gabelzweige haben.
Die Vorrichtung nach der Erfindung wird nachstehend anHand der Zeichnung näher erläutert, die eine Ausführungsform einer Übertragungsgabel nach der Erfindung veranschaulicht.
Die in der Zeichnung dargestellte Übertragungsgabel des abgeglichenen Typs enthält zwei voneinan-
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tors 10 mit den beiden voneinander entkoppelten Gabelzweigen l, 2 verbunden ist. In der veranschaulichten Ausführungsform wird die Übertragungsgabel in einem transistorisierten Leitungsverstärker für Trä-
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gerfrequenz-Fernsprechverkehr verwendet, wobei der Leitungsverstärker einerseits ein an die Klemmen 5,6 angeschlossenes Kabel und anderseits ein an die Klemmen 3,4 angeschlossenes Messwerk speist.
Der Leitungsverstärker ist in der Figur schematisch durch eine Signalquelle 11 angedeutet, die eine Spannung 2E hat, wobei ein Widerstand 12 hiemit in Reihe geschaltet ist, der den Innenwiderstand des Leitungsverstärkers andeutet ; dabei werden die durch das Kabel und das Messwerk gebildeten Belastungen an den Klemmen 3,4 bzw. 5,6 durch die Widerstände 13 bzw. 14 gebildet.
Zum Erzielen einer in elektrischer und baulicher Hinsicht besonders günstigen Übertragungsgabel enthält der Transformator 10 gemäss der Erfindung zwei identische Kopplungswicklungen 15, 16, die mit einer an den gemeinsamenGabelzweig 7 angeschlossenen Wicklung 17 induktiv gekoppelt sind, wobei die Enden dieser
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einer Kopplungswicklung 15 und einEnde der andern Kopplungswicklung 16 gebildet werden, die nicht durch einen Gabelwiderstand 18 bzw. 19 miteinander verbunden sind, während diese Gabelwiderstände 18, 19 ihrer
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tig mit Erde verbunden werden.
In dem üblichen Betriebszustand der Übertragungsgabel wird jeder der untereinander entkoppeltenGabelzweige 1, 2 durch einen Belastungswiderstand 13 bzw. 14 belastet, der gleich dem Wellenwiderstand R ist, so dass jeder dieser Widerstände 18,19, 13,14 der Gabel der Grösse nach gleich dem Wellenwiderstand R ist, wobei die Signalquelle 11 mit deminnenwiderstand 12 an die durch die Übertragungsgabel gebildete Belastung angepasst wird, d. h. der Innenwiderstand 12 der Signalquelle 11 ist dabei gleich der durch die Übertragungsgabel gebildetenBelastung, was stets durch eine passende Wahl des Übersetzungsverhältnisses der Wicklung 17 und der beiden Kopplungswicklungen 15,16 bewerkstelligt werden kann.
Ist der Innenwiderstand 12 der Signalquelle z. B. 1/2 R, so soll zur Belastungsanpassung das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 : 1 gewählt werden.
Wenn in diesem Zustand die Spannung der Signalquelle 11 durch 2E und der durch den Innenwiderstand 12 fliessende Strom durch I bezeichnet wird, tritt über der Wicklung 17 eine Spannung von :
2E-1/2IR (I) auf, die, da das Übersetzungsverhältnis gleich 1 : 1 : 1 ist, somit auch die Spannung über den Kopplungswicklungen 15, 16 darstellt. Wegen der Symmetrie der Übertragungsgabel sind die Ströme durch die beiden Kopplungswicklungen 15,16 einander gleich und betragen z.
B. 10'und zwischen diesen Strömen 1 und dem durch die Wicklung 17 fliessenden Strom I besteht die bekannte Beziehung, dass die Gesamtzahl der Amperewindungen des Transformators 10 gleich Null ist, oder in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die Anzahl der Windungen der Wicklung 17 und der beiden Kopplungswicklungen 15,16 gleich ist, gilt die einfache Beziehung :
1-= 2 I (II)
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Kopplungswicklungen wird 2E-1 R betragen.
Trotz der Anwendung der Gabelwiderstände 18,19 in der Übertragungsgabel treten in dem angepassten Zustand keine Verluste in der Übertragungsgabel auf und die von der Signalquelle 11 an die Übertragungsgabel gelieferte Leistung wird in gleiche Hälften zwischen denBelastungswiderständen 13, 14 geteilt, was aus der nachfolgenden Netzwerkanalyse ersichtlich ist. Der Stromlauf durch die Übertragungsgabel kann auf einfache Weise dadurch bestimmt werden, dass angenommen wird, dass die Spannung über der
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11stungswiderstand 13 13 beträgt. In der Zeichnung ist die Richtung der verschiedenen Ströme durch die Pfeile angedeutet.
Für die nachfolgenden Kreise können zum Bestimmen des Stromes I., I, und 13 die folgenden Gleichungen geschrieben werden : Kreis : Kopplungswicklung 15, Belastungswiderstand 14, Gabelwiderstand 18, Kopplungswicklung 15 :
2E-I0R=2I1R+I2R-I3R (III)
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Kreis : Kopplungswicklung 16, Gabelwiderstand 19, Belastungswiderstand 14, Kopplungswicklung 16 : 2E-Io R = 2I RtIR (IV) Kreis :
Kopplungswicklung 16, Belastungswiderstand 13, Gabelwiderstand 18, Kopplungswicklung 16 : 2E-ID R= 2I 3 R-I R (V) während weiter"Io = 12 + 13 (VI) Aus diesen Gleichungen wird abgeleitet, dass
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Dabei wird der Gabelwiderstand 18,19 nicht von Strom durchflossen, so dass in diesen Widerständen 18,19 keine Leistung verloren geht, während jeder der Belastungswiderstände 13,14 von einem Strom durchflossen wird, der gleich E/R und gleich einer Leistung von E/R ist, d. h. genau gleich der Hälfte der von der Signalquelle 11 an die Gabel gelieferten Leistung ; diese Leistung ist nämlich gleich der Spannung
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widerstand 12 an die Gabel angepasst ist, was bereits vorstehend erwähnt wurde.
Bei der veranschaulichten Vorrichtung wird durch die Bemessung jedes der Gabelwiderstände 18,19 gleich dem Wellenwiderstand R dafür gesorgt, dass die Belastungswiderstände 13,14 untereinander effektiv entkoppelt sind, d. h. eine Änderung an den Anschlussklemmen 3, 4 verursacht keine Änderung an den Anschlussklemmen 5,6. Wird bei der dargestellten Vorrichtung z. B. einer der Belastungswiderstände 13 oder 14 geändert, so wird gemäss den Formeln I - IV bei der angegebenen Bemessung der Gabelwiderstände 18,19 gleich dem Wellenwiderstand R ein solcher Ausgleichsstmm durch diese Gabelwiderstände 18, 19 fliessen, dass der Strom durch den andern Widerstand 14 bzw. 13 und somit auch die Spannung über diesem Widerstand 14 bzw. 13 konstant bleiben. Sogar bei einer ausserordentlichen Änderung z.
B. des Belastungswiderstandes 13 in Form einer Unterbrechung oder eines Kurzschlusses, wobei somit der Strom durch den Belastungswiderstand 13 oder die Spannung über diesem Widerstand gleich Null ist, tritt keine Änderung des den andern Belastungswiderstand 14 durchfliessenden Stromes auf, der dabei gleich dem Wert E/R in dem angepassten Zustand der Gabel bleibt. Umgekehrt wird auch bei Kurzschluss oder Unterbrechung des Belastungswiderstandes 14 der den andern Belastungswiderstand 13 durchfliessende Strom gleich dem Wert E/R in dem angepassten Zustand der Gabel bleiben.
Ausser den erwähnten Vorteilen der veranschaulichten Übertragungsgabeln, d. h. kein Energieverlust in dem angepassten Zustand und eine effektive Entkopplung der Gabelzweige 13,14 hat diese Ubertragungsgabel nach der Erfindung den wichtigen Vorteil in elektrischer Hinsicht, dass die an den Gabeltransformator 10 zu stellenden Anforderungen erheblich vereinfacht werden, da die TransformatoryStreuim- pedanzen, welche die Gabeleigenschaften beeinflussen könnten, besonders niedrig sind. Bei der besonders einfachen Bauart des Transformators (der Transformator enthält nämlich drei Wicklungen mit sechs Anschlussleitungen) ist diese Gabel besonders gut für den Miniaturbau in der Transistortechnik geeignet.
Es wurde vorstehend angenommen, dass das Transformationsverhältnis zwischen der Wicklung 17 und den Kopplungswicklungen 15, 16 gleich 1 : 1 : 1 ist, die gleichen Erwägungen gelten jedoch mit der glei - chen Genauigkeit, wenn zur Anpassung der Signalquelle 11 an die Gabel ein anderes Transformationsverhältnis benutzt werden soll
Nachstehend werden Daten einer in der Praxis ausführlich erprobten Gabel des veranschaulichten Typs angegeben :
Wicklung 17 : 59 Windungen, Wicklung 17 : 10 mH
Kopplungswicklungen 15, 16 : 42 Windungen
Kopplungswicklungen 15, 16 : 5mH
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Widerstände 13,14, 18, 19 : 150 Ohm
Transformationsverhältnis der Wicklungen 17, 16, 15 : 1, 41 : 1 : 1.
Für den ferromagnetischen Kern des Transformators 10 wird ein Kreuzkern mit den Abmessungen
14 x 20 X 20 mm aus Ferroxcube benutzt, welches Material im wesentlichen aus hoch permeablen, nicht leitenden Ferriten besteht, wobei die Abmessungen der Gesamtübertragungsgabel : 16x 22, 5 x 22, 5 mm betragen.
Es sei hier vollständigkeitshalber bemerkt, dass die dargestellte Vorrichtung auch für andere Zwecke benutzt werden kann ; es kann z. B. an die Klemmen 8,9 eine Zweidrahtleitung und an die Klemmen
3,4 bzw. 5,6 ein Sendezweig und einEmpfangszweig angeschlossen werden, wobei auf die vorstehend geschilderte Weise eine effektive, gegenseitige Entkopplung zwischen dem Sendezweig und demEmpfangszweig erhalten wird.