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Schaltungsanordnung zur reflexionsarmen Entdämpfung von passiven Vierpolen, vorzugsweise von Zweidrahtleitungen
Es ist bekannt, durch rückgekoppelte Verstärker negative Widerstände zu realisieren. Zur Erzeugung eines kurzschlussstabilen, negativen Widerstandes werden die Ein- und Ausgangsklemmen eines Verstär- kers parallelgeschaltet. Bei Reihenschaltung der Ein- und Ausgangsklemmen ist der erzeugte negative
Widerstand leerlaufstabil. Durch Kombination der positiven Strom- bzw. Spannungsrückkopplunf mit einer negativen Spannungs- bzw. Stromrückkopplung können leerlaufstabile bzw. kurzschlussstabile Wi- derstände hergestellt werden, die einem positiven Widerstand proportional sind. Eine solche Einrichtung soll im folgenden als "Umwandlungseinrichtung" bezeichnet werden.
Zur Entdämpfung von Zweidrahtleitungen ist es bekannt, den Längswiderstand der Leitung auf die ge- schilderte Weise negativ nachzubilden und über einen Übertrager in den Längszweig der Leitung zu schalten. Bei dieser Anordnung wird der Leitungswideistand annähernd kompensiert, es entstehen jedoch Re- flexionen. Zur Vermeidung dieser Reflexionen ist es bekannt, auch den Querwiderstand der Leitung ne- gativ nachzubilden und ebenfalls über eine Gabelschaltung in denQuerzweig der Leitung einzufügen. Auf diese Weise kann die Leitungsdämpfung in einem bestimmten Frequenzbereich nahezu vollkommen kompensiert werden.
Weiters ist bereits eine-Schaltungsanordnung bekannt (USA-Patentschrift Nr. 2, 270. 644), welche zur Entdämpfung von Zweidrahtleitungen verwendet wird. Ein zwischen zwei Übertragungsleitungen geschaltetes Netzwerk enthält ein zwischen zwei Konverternetzwerken geschaltetes Netzwerk, das die gleichen Eigenschaften aufweist wie dasjenige Netzwerk, dessen Dämpfungswirkung aufzuheben ist.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ohne Verwendung von besonderen Nachbildungsnetzwerken und ebenfalls mit Hilfe von zweiümwandlungsschaltungen nicht nur die Kabeldämpfung zu kompensieren, sondern darüber hinaus in dem zu entdämpfenden Leitungsabschnitt eine Verstärkung zu erzielen, die gleich der Kabeldämpfung ist.
Die erfiddungsgemässe Schaltungsanordnung zur reflexionsarmen Entdämpfung von passiven Vierpolen, vorzugsweise von Zweidrahtleitung oder Leitungsabschnitten, wobei am Ein- und Ausgang des zu entdämpfenden passiven Vierpoles mit Hilfe von aus Verstärkern und Gabelschaltungen gebildeten Um- wandlungseinrichtungen liegen, ist dadurch gekennzeichnet, dass die an dem einen Vierpolklemmenpaar liegende Umwandlungseinrichtung so aufgebaut ist, dass sie bei Abschluss mit einem passiven Widerstand dem Vierpolklemmenpaar einen leerlaufstabilen negativen Widerstand anbietet, wogegen die an dem andern Vierpolklemmenpaar angeordnete Umwandlungseinrichtung so aufgebaut ist, dass sie bei Abschluss mit einem passiven Widerstand am zugehörigen Vierpolklemmenpaar einen kurzschlussstabilen negativen Widerstand erzeugt.
Eine solche Schaltungsanordnung ist nach der weiteren Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die negativen Widerstände gleich dem negativen Wellenwiderstand des passiven Vierpoles sind.
Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen und einer theoretischen Betrachtung näher erläutert werden.
Bei beiderseitigem Abschluss eines passiven Vierpoles mit seinem Wellenwiderstand ist seine Dämpfung gleich dem positiven Wert der Wellendämpfung. Wird dieser Vierpol beiderseits mit einem negativen Wellenwiderstand gleicher Grösse abgeschlossen, so weist er den negativen Wert der Wellendämpfung
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h..z. B. eine elektrische Zweidrahtleitung sein. Voraussetzung für die reflexionsfreie Übertragung auf der mit ihrem negativen Wellenwiderstand angeschlossenen Leitung ist, dass die Leitungslänge nicht grösser als etwa ein Viertel der kürzesten zu übertragenden Wellenlänge ist.
Bekanntlich ändert sich das Übertragungsmass eines symmetrischen Vierpoles nicht, wenn der Vierpol in der Mitte geteilt wird, von den an der Trennstelle liegenden Klemmenpaaren ein Paar kurzgeschlossen und das andere offengelassen wird und die beiden Hälften dann über eine Gabelschaltung wieder zusammengefügt werden. In Fig. la und 1b sind zwei derartige äquivalente Vierpole dargestellt.
In Fig. 2a ist ein Zweidrahtverstärker mit negativen Widerständen dargestellt. Die negativen Widerstände werden mit Hilfe von aus je einer Gabelschaltung mit je einem Verstärker und an diese ange-
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Wert des Widerstandes von WK. Der in Richtung des mit R bezeichneten Pfeiles gemessene Widerstand beträgt den negativen Wert des Widerstandes von W. In Fig. Zb ist eine zu Fig. 2a äquivalente Schaltung dargestellt. An Stelle des Widerstandes WK ist eine Leitung von der Länge L/2 angeschlossen, deren Aus- gang kurzgeschlossen ist. Analog dazu ist an Stelle des Widerstandes WL eine leerlaufende Leitung von der Länge L/2 angeschlossen. Der in Richtung des mit R bezeichneten Pfeiles gemessene Widerstand ist der
Wert des Widerstandes von WK in Fig. 2a.
Der in Richtung des mit 1\ bezeichneten Pfeiles gemessene Wi- derstand ist der Wert des Widerstandes von WL in Fig. 2a. Ein Vergleich mit Fig. 1b zeigt, dass die beiden
Leitungshälften zusammengefügt werden können und am Eingang und Ausgang der Leitung je ein Konverter mit dem gleichen Umsetzungsfaktor der Konverter in Fig. 2b angeschlossen werden kann, ohne dass sich das Übertragungjmass der Anordnung ändert. Eine'solche Schaltung ist in Fig. 2c als Blockschaltbild dar- gestellt. Ihre Ausbildung mit je einer kurzschlussstabilen bzw. leerlaufstabilen Umwandlungseinrichtung ist Gegenstand der Erfindung.
Die Umsetzungsfaktoren der Konverter sind wegen der F. equenzabhängigkeit der Verstärker nur im Nutzband etwa gleich-l. Der Übergang des Umsetzungsfaktors vom Negativen ins Positive hat Einfluss auf die Stabilität der Gesamtanordnung. Der Vierpol in Fig. 2c darf daher aus Stabilitätsgründen nicht vollständig symmetrisch sein.
An einem Ausführungsbeispiel Fig. 3 soll die Wirkungsweise der Schaltung näher erläutert werden.
Wenn das zwischen den Klemmen 7,8, 9 und 10 liegende Kabel 5 eine grosse und das zwischen den Klemmen 11,12, 13 und 14 liegende Kabel 6 eine verhältnismässig kleine Dämpfung aufweist, so erscheint an den Klemmen 9,10 ein Kabelwiderstand, der etwa die Grösse des Wellenwiderstandes hat. Der Konverter 17 kann so gepolt sein, dass der an den Klemmen 11,12 nach rechts gemessene negative Widerstand leerlaufstabil ist. Ist die Phasendrehung im Kabel 6 nicht sehr hoch, so ist es auch der an den Klemmen 13, 14 nach rechts gemessene negative Widerstand noch leerlaufstabil. Wird dieser leerlaufstabile negative Widerstand an den Klemmen 13,14 mit einem kurzschlussstabilen Widerstand abgeschlossen, so ist die Gesamtanordnung stabil.
Wie oben gezeigt wurde, ist die Änderung eines negativen Widerstandes von einem leerlaufstabilen in einen kurzschlussstabilen Widerstand in einfacher Weise durch Umpolen des Verstärkers möglich. In Fig. 3 wurde diese Umpolung durch die Kreuzung der Verstärkerausgangsleitung im Konverter 18 gekennzeichnet. Wird das Kabel 5 an den Klemmen 7,8 mit dem positiven Kabelwiderstand abgeschlossen, so erscheint an den Klemmen 15, 16 infolge der zweimalige ! 1 negativen Umsetzung ebenfalls der positive Wellenwiderstand. Die Leitung kann also beiderseits mit einem positiven Widerstand abgeschlossen werden, ohne dass Reflexionen entstehen. Die verstärkende Wirkung des Kabels 6 folgt aus der Tatsache, dass dieses reine positive Netzwerk mit negativen Widerständen abgeschlossen ist.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Umwandlungseinrichtung mit Transistor 23 dargestellt.
Dieses Netzwerk ist in der Längsrichtung (Klemmen 20 - 19 und Klemmen 22 - 21) gleichstromdurchläs- sig. Bei Einschaltung in eine Zweidrahtleitung kann also über die Sprechader eine Fernspeisung mit Gleich- ; trom erfolgen.
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