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DoppelleitungstelephoHsystem.
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Die Erfindung bezieht sich auf Stromkreisanordnungen für Signalsysteme und hauptsächlich auf eine Stromkreisanordnung eines Systems, in welchem von derselben Station entweder Signale gesendet oder empfangen werden können. In einem besonderen Falle ist die Erfindung in der Kombination einer Teilnehmerstelle mit einer Fernsprechleitung verkörpert.
Die Erfindung besteht darin, dass eine Signalstromkreisanordnung vorgesehen ist, welche den
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Nebengeräusche (Übersprechen) geschützt werden.
Ein weiteres Kennzeichen dieser Erfindung besteht darin, dass man die Stromkreise einer solchen Station, bei der ein elektromagnetischer Empfänger in Verbindung mit geeigneten Vorrichtungen verwendet wird, zwecks Verhinderung der genannten Interferenz so anordnet, dass, wenn der Gleichstromweg über den Sender und Empfänger mit Hilfe der gewöhnlichen Stromkreiskontrollvorrichtung geöffnet wird, kein unerwünschtes Geräusch im Empfänger erzeugt wird.
Die ersten zwei oben genannten Kennzeichen der Erfindung treten in Erscheinung durch Anwendung einer Nebenstation, bestehend aus einem Sender, Empfänger und einem Ausgleiehsnetz, das seinerseits wieder in der einfachsten Form aus einem Hilfswiderstande und einem Transformator mit vielen Windungen in Kombination mit einer Fernsprechleitung besteht, welche Anordnung die folgende Grundforderung erfüllen muss.
Bei vorhandenen zwei gleichen Teilnehmerstellen, die für eine unveränderliche Zweileiterverbindung. d. h. mit Zweiwegübertragung ohne besonderer Sehaltanordnung bestimmt und mit einer Leitung von gegebener Impedanz verbunden sind, soll der Energiebetrag, der vom Empfänger auf der Empfangsstation verbraucht wird, den grössten Teil der telephonischen Gesamtenergie, die durch den Sender in der Sendestation erzeugt wird, ausmachen, wie dies übereinstimmt mit der unveränderlichen Zweileiterverbindung und, wie später ausgeführt, auch übereinstimmt mit einem erforderlichen Betrage zur Vermeidung von Liniengeräuschen.
Diese Grundforderung kann durch die folgenden Nebenforderungen, welche zu ihrer Erfüllung notwendig sind, dargelegt werden :
1. Der Sender und Empfänger sollen miteinander derart in Einklang sein, dass nur ein zu vernach- lässigender Nebenton im Empfänger infolge der Beeinflussung des Senders durch die Schallwellen vorhanden ist, d. h. Sender und Empfänger sollen konjugiert sein.
2. Der Linien- und Hilfswiderstand sollen ebenfalls im Einklang sein, damit ein zu vernachlässigender Energiebetrag, der durch die Nebenstation von der Linie aufgenommen wird, in genanntem Hilfswiderstande vernichtet wird.
3 Für eine gegebene Linie mit bestimmter Impedanz soll die telephonische Energie, die durch den Sender übermittelt wird, ein Maximum sein.
4. Der Energiebetrag, der durch die Leitung nach der Station übermittelt wird, soll ein Maximum sein, d. h. die Impedanz der Station von der Linie aus betrachtet soll der Impedanz der Linie gleich sein.
5. Bei einer geringen Preisgabe an Wirkungsgrad soll es möglich sein, störende Liniengeräusche wirksam zu unterdrücken, soweit sie sich von den aus der sendenden Station kommenden Telephonsignalen in genügendem Masse unterscheiden.
Eine Teilnehmerstelle, welche den oben erwähnten Anforderungen entspricht, ist das Ideal insoferne, als ihre Gesamtwirkung vom Sender einer Station auf den Empfänger der verbundenen Station ein theoretisches Maximum ist, welches durch zwei gleiche unveränderliche Teilnehmerstellen, d. h.
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solche, die für den Übergang vom Senden zum Empfangen und umgekehrt, keiner Umschaltung bedürfen, nicht übertroffen werden kann, gleichgültig ob sie der Anforderung bezüglich des Einklanges von Sender und Empfänger zwecks Vermeidung der Nebentöne entsprechen oder auch nicht. Sie ist ferner eine Ideale in dem Sinne, dass ein Minimum von Elementen verwendet wird, da nur ein Hilfslement notwendig, ist um die Vermeidung von Nebengeräuschen zu sichern.
Es ist zu erwähnen, dass die Hinzufügung eines Hilfswiderstandselementes, das zur Vermeidung von Nebengeräuschen notwendig ist, zu gleicher Zeit die Wirksamkeit der Station notgedrungenerweise herabsetzen würde, indem in genanntem Bjlfswiderstande unvermeidlich Energie aufgebraucht werden muss. Dies ist hier nicht der Fall und die Wirksamkeit der Teilnehmerstelle gemäss vorliegender Erfindung nähert sich dem theoretischen Maximum, welche durch keine Zweileiterteilnehmerstation ob mit oder ohne Nebengeräusche übertroffen wird.
Die einfachste Form einer Teilnehmerstation für unveränderliche Zweileiterverbindung ist jene, in welcher der Empfänger und Sender in Reihe miteinander quer zur Linie geschaltet sind. In einer solchen Anordnung ist die Wirksamkeit ein Maximum, wenn der Widerstand sowohl des Empfängers als des Senders gleich der Hälfte des Leitungswiderstandes ist, vorausgesetzt, dass die gesamte Reaktanz im Stromkreise zu vernachlässigen ist. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, so werden offenbar beim Empfänger 50% der Energie durch die Leitung auf die Teilnehmerstation zum Empfänger gelangen und beim Sender ein Energiebetrag von 50% des Maximums der übertragenen Energie in die Linie geschickt werden.
Jedoch tritt bei dieser Anordnung der Übelstand auf, dass volle Nebengeräusche vorhanden sind. In der
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mittelten Energie in den Empfänger ein, wenn keine Vorkehrung gegen Liniengeräusche getroffen ist und keine Energie geht durch den Hilfswiderstand, da genannter Hüfswiderstand und erwähnte Linie miteinander im Einklang stehen oder einander konjugiert sind ; daher ist die Empfängerwirksamkeit gerade so gross wie die einer einfachen Serien-Station. Beim Senden treten 50% der vom Sender übermittelten Energie, welcher nun seine maximale Kraft entfaltet, in die Linie. Der Rest der Energie wird im Hilfswiderstande vernichtet werden, da keine im Empfänger verloren ging.
Die Sendewirksamkeit nähert sich daher einem theoretischen Maximum und wird die Wirkung weder beim Senden noch beim Empfangen durch Hinzufügen des Bilfswiderstandes, der zur Vermeidung von Nebentönen notwendig ist, beeinträchtigt.
Die vorhergehende Darlegung soll zur Erklärung dienen, warum es erwünscht ist, dass der Leitungsmit dem Hilfswiderstand ebenso wie der Sender mit dem Empfänger im Einklange stehen, d. h. zueinander konjugiert sind.
Bei der vorliegenden Erfindung enthält ein Teilnebmerstationsnetz einen Sender, Empfänger, Hilfswiderstand und Umformer und sind diese Elemente so ausgeglichen und mit der Telephonlinie und untereinander so in Beziehung gebracht, dass in Kombination mit genannter Telephonlinie diese Teilnehmerstelle allen vorhergenannten Anforderungen entspricht.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen veranschaulicht :
Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung der Erfindung in ihrer Grundform. Fig. 2 zeigt den Stromkreis der Fig. 1 in grösserer Deutlichkeit. Fig. 3 und 4 sind Schaltungen, welche die relative Stromrichtung während des Sendens und Empfangens zeigen. Fig. 5 und 6 sind Formen der Erfindung, die sich aus der mechanisch praktischen Anordnung der Elemente ergeben. Fig. 7 ist eine Anordnung einer Station grundsätzlich wie in Fig. 6, nur aus praktischen Gründen abgeändert.
Fig. 8 zeigt eine Schaltungsanordnung der Elemente des Ausgleichsnetzes, wie es bei der Teilnehmerstelle angewendet ist, wenn diese Stelle auf einer unbelasteten Leitung mit beträchtlich verteilter Kapazität Verwendung findet, und Fig. 9 zeigt einen Stromkreis, der das zur Sicherung gegen Nebengeräusche in den vorhergehenden Teilnehmerstellen vorhandene Mittel benutzt und mit Vorrichtungen versehen ist, die ein unliebsames Knacken im elektromagnetischen Empfänger verhindern und in Übereinstimmung mit dem an dritter Stelle erwähnten Merkmal dieser Erfindung benutzt werden, wenn der Gleichstromweg über den Sender und Empfänger geöffnet ist.
Es sei eine Station, die aus Sender, Empfänger, Hilfswiderstand und passenden Transformatorwicklungen besteht und mit einer Linie von gegebener Impedanz verbunden ist, in Betracht gezogen.
Die Leitung verbindet gewöhnlich zwei gleichwertige und identische Stationen, zwischen welchen ein Verkehr stattfindet. Es ist ein wohlbekanntes Prinzip, dass wenn eine Klemmenimpedanz mit einer elektromotorischen Kraftquelle über eine Leitung von der Impedanz z = R4 + i R'4 verbunden ist, wo R4 der Widerstand und R'4 die Reaktanzkomponente der Impedanz ist, die Klemmenimpedanz gleich R4-i R'4 sein muss für den Maximalverbrauch an Energie.
Wenn die Lsitungsimpedanz keine Reaktanzkomponente hat, so muss die Impedanz der Klemmenanordnung von der Linie aus gesehen gleich dem Linienwiderstande sein.
Die Bedingung, dass die Station den grössten Energieverbrauch aus der Linie haben soll, ist sodann die, dass die Impedanz der ersteren von der Linie aus gesehen, gleich der Linienimpedanz sein muss. Die Bedeutung der vorhergehenden Angaben soll mit Bezug auf Fig. 2 wie folgt erklärt werden : Die Station sei von der Leitung abgeschaltet und die Impedanz der Station sei quer über den Klemmen a und e
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In Fig. 5 zwingt der Kondensator 18 den Strom der Zentralbatterie. über den Sender T zu gehen.
Der Kondensator 14 kann, wenn verlangt, dazu dienen, um den Gleichstrom im Nebenschluss um den Empfänger R zu führen, im Falle ein permanenter Magnetempfänger verwendet wird. Wenn der Kondensator 14 weggelassen wird, so geht nur ein Teil des Gleichstromes über den Empfänger R, der dazu dient, um den Empfänger zu magnetisieren, im Falle ein neutraler Empfänger verwendet wird. Ein neutraler Empfänger ist ein solcher, dessen Kern aus Weicheisen besteht, der nur so lange magnetisiert wird, so lange Strom zum Empfänger fliesst. Wenn die Anordnung Fig. 6 verwendet wird mit Zentralbatterie, so kann der Kondensator'M verwendet werden.
Die Annahmen, auf welche die oben erwähnte Theorie für die Formen der Station beruht, sind, dass die Impedanzen der Linien und Stationselemente aus reinen Widerständen bestehen. In Fällen, wo eine grössere Genauigkeit verlangt wird, muss für diese Abweichungen von den angenommenen Bedingungen eine Korrektur vorgenommen werden, da sonst der Wirkungsgrad unter das verlangte Mass reduziert würde.
Nimmt man eine Leitung mit erheblich verteilter Kapazität oder induktiver Reaktanz an, dann wird es angezeigt sein, für den reinen Widerstand X ein Ausgsleichnetz von solcher Art zu setzen, u. zw. keinen nicht induktiven Widerstand, dass sein Widerstandsverhältnis und seine Reaktanzkomponenten innerhalb der üblichen Sprechstrom-oder Signalfrequenzen dem Widerstände und den Reaktanzkomponenten der in Frage kommenden Linie sich dicht nähern. Die Konstruktionsart vieler solcher Netzwerke ist wohl bekannt.
Jedoch muss notwendigerwehe eine Teilnehmerstelle, die zu einer bestimmten Zeit mit einer Linie von einer Länge und zu einer ändern Zeit mit einer Linie von anderer Länge ver- bunden wird, für die Durchschnittsart der Linie, mit der sie zu benutzen ist, konstruiert werden.
Die Station in Fig. 7 ist zum Gebrauche mit einer Lokalbatterie bestimmt. Dieser Stromkreis ist in bezug auf die fünf Fundamentalgleichungen, die zu Beginn der Besehreibung ellvähnt sind, identisch
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Impedanzvorrichtung oder ein Ausgleichsnetz dar. Das Ausgleichsnetz kann ein Widerstand sein oder verschiedene Formen haben, die von der Natur der Leitung, den zulässigen Maximalkosten und dem Grad
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Die Elemente sind von solchem Werte, dass die charakteristische Impedanz der Leitung nahezu ersetzt ist.
Mit andern Worten, wenn eine Spannung der Signalfrequenz auf die Linie und eine gleiche Spannung auf das Ausgleichsnetz Z aufgedrückt wird, so wird der Strom in beiden Fällen die Spannung um einen gleichen Winkel verschoben führen, während das Verhältnis der numerischen Werte der Linienimpedanz und des Ausgleiehsnetzes von dem Werte des Energie Verhältnisses abhängt.
Bestimmte Hilfselemente sind in Verwendung, wie eine Batterie B, eine Verzögerungsspule, ein dreipoliger Hakenumschalter S, ein Wecker und ein Handgenerator. Die Batterie B liefert Strom für den Sender T und Empfänger R. Die Verzögerungsspule hat eine sehr hohe Impedanz gegen Wechselstrom mit der Frequenz der Sprechströme. lässt aber den Gleichstrom durch den Empfänger R hindurchgehen. Die Wirkung der Verzögerungsspule für den parallel geschalteten Sprechstrom ist zu vernachlässigen. Der gebräuchliche dreipolig Hakenumschalter S ist angeordnet, um den Stromkreis der Batterie B zu öffnen und um die Station von der Leitung abzuschalten.
Der gewöhnliche Wecker mit Hoch-
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lassen des Generators, Weckers, Hakenumschalters, Verzögerungsspule, Batterie B und des Kondensators 8 und 9 wird der Stromkreis auf die Form der Fig. 6 reduziert. Fig. 7 zeigt nur eine der möglichen Anordnungen und Abänderungen der Stromkreise der Fig. 1, 5 und 6 für praktische Verwendung.
Die Stationstype, wie oben ausgeführt und in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, ist nur eine aus einer ganzen Anzahl, mit einem Transformator und einem Hilfswiderstande, und alle sind hervorragend in dem Sinne, dass sie die Grundforderungen für eine ideale Station erfüllen.
Es gibt eine grosse Anzahl von möglichen Stationen dieser allgemeinen Type, welche hier nicht angeführt sind, und es ist klar, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die besonderen hier dargestellten Ausführungen beschränkt ist, sondern sich auch auf gleichwertige Anordnungen erstreckt, die in den Schutzbereich der Erfindung fallen.
Es ist klar, dass in den nachfolgenden Ansprüchen, wo bestimmte Elemente als einander konjugiert oder bestimmte Impedanzbeziehungen als bestehend angenommen sind, in der Praxis jedoch diesen Bedingungen nur annähernd entsprochen werden kann, den letzteren wesentlich Genüge geleistet wird durch geeignete Konstruktionen, besonders wo bezüglich der strengen Forderungen ein Kompromiss notwendig ist, um Liniengeräusche zu vermeiden.
Es ist klar, dass die Erfindung, wie sie im Besonderen dargestellt und beschrieben ist und für Telephonstationen verwendet wird, auch vielfach abgeändert werden kann, um sie für andere Signalsystemarten brauchbar zu machen, daher ist die Erfindung nicht auf die hier angegebene Form und Verwendung beschränkt. Es ist ferner klar, dass in dieser Beschreibung das Wort "Station" im allgemeinen Sinne angewandt wird und dass infolgedessen diese Bezeichnung sich
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nicht nur auf Teilnehmertelephonstationen beschränkt, sondern sich überhaupt auf irgendeine Telephonstation bezieht, welche eine Übertrager-oder Wiedergabestation enthält, die Telephonsignale übersetzt.
Das dritte Merkmal dieser Erfindung d. i. die Verhinderung unerwünschter Schläge oder Knack- geräusche im Empfänger einer Station ist dadurch verwirklicht, dass Kontakte der gewöhnlichen Strom- kreiskontrollvorrichtung oder des Hakenumschalters so angeordnet sind, dass wenn diese Vorrichtung betätigt wird, um den Stromkreis zu öffnen, der Gleichstromweg über den Empfänger und Sender geöffnet wird, einen Augenblick oder kurz bevor die Verbindung zwischen Empfänger und Hilfsstromweg, der einen Kondensator enthält, geöffnet wird, so dass die im Empfänger und Transformator aufgespeicherte
Energie die Möglichkeit haben wird, sich allmählich über den Hilfsstromkreis zu entladen.
Diese Eigenschaft wird verständlich durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit Fig. 9 der
Zeichnungen, welche einen der Erfindung gemäss eingerichteten Stromkreis mit Sicherung gegen Linien- geräusche zeigt.
Die Station nach Art der Erfindung enthält neben andern Elementen einen Transformator T, einen elektromagnetischen Empfänger R, einen Hilfswiderstand X und einen Transformator mit drei
Wicklungen 1, 2 und 3. Der Sender T und Empfänger R sind in Reihe mit de 'Wicklung 1 des Transfor- mators geschaltet und liegen die drei Elemente zu den Linienklemmen 4 und 5 in Brücke. Zum Empfänger R liegt ein Stromweg mit der Wicklung 2 des Transformators und den Hilfswiderstand X parallel, welch letzterer in Wirklichkeit der Wicklung 2 einverleibt sein kann. Ein Hilfsstromkreis 6 ist angeordnet im
Nebenschluss zum Sender T, welcher die Wicklung 3 des Transformators und einen Kondensator 7 ent- hält, um den Gleichstrom am Durchgange über diesen Hilfsstromkreis zu verhindern.
Der Wecker 8 ist zwischen der Linienklemme 4 und der Klemme 9 der Wicklung 3 eingeschaltet.
Um dem Gleichstromweg zu kontrollieren, ist der Hakenumschalter 10 vorgesehen, der die Kon- takte 11 und 12 kontrolliert, von denen der erstere den Gleichstromkreis durch Abschaltung des Senders T von den parallelen Stromwegen über den Widerstand X und Empfänger R öffnet. Der Kontakt 12 kon- trolliert die Verbindung der genannten Stromwege mit dem Hilfsstromweg 6. Die Kontakte des Haken- umschalters sind so angeordnet, dass der Kontakt 11 früher geöffnet wird als der Kontakt 12.
Die oben beschriebene Anordnung des Senders, Empfängers, Hilfswiderstmdslinie und Trans- formator ergibt eine von Liniengeräuschen freie Station der allgemein bekannten Art und, da die besondere
Anordnung der Grundelemente oben angegeben ist, so ist es nur notwendig, die Tätigkeitsweise zu er- klären, wodurch unangenehme Schläge verhindert werden. Dies geschieht in folgender Weise :
Gewöhnlicher Gleichstrom fliesst von der Leitung zur Klemme 4 über die Wicklung 1 und von da parallel sowohl über den elektromagnetischen Empfänger R als auch über die Wicklung S und Hilfs- widerstand X in Reihe, von da über die Hakenumschalterkontakte 12 und 11, über den Sender T zur
Klemme 5 und zurück zur Leitung.
Da der Kondensator 7 im Hilfsstromheise 6 eingeschaltet ist, so fliesst kein Gleichstrom über diesen Weg. Nach Betätigung des Hakenumsohalters. M, wie z. B. zum Rückruf, wird der Kontakt 11 zuerst geöffnet, der Kontakt 12 bleibt für einen Augenblick geschlossen, so dass die Energie, die im elektro- magnetischen Empfänger und in der Transformatorwicklung aufgespeichert ist, Gelegenheit hat sich über den Kontakt 12 und über die Wicklung 3 und Kondensator 7 zu entladen. Da diese Entladung allmählich vor sich geht und stattfinden kann, bevor sich der Kontakt 12 öffnet, so wird kein unerwünschtes Geräusch im Empfänger R erzeugt werden.
Diese Anordnung ist wohl in der am meisten verlangten Form dargestellt, es ist jedoch klar, dass die allgemeinen Prinzipien bei vielen andern Anordnungen angewendet werden können, die wesentlich verschieden sind von den dargestellten, ohne vom Wesen der Etfindung abzuweichen.
Die ausführlichen diesbezüglichen mathematischen Ableitungen sind in der entsprechenden amerikanischen Patentschrift, bzw. in dem englichen Patent Nr. 155698 ersichtlich, es ist daher über- flüssig hier auf dieselben einzugehen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Doppelleitungstelephonsystem, gekennzeichnet durch vier Stromzweig (Komponenten) von denen die erste Komponente einen Linienstromkreis, die zweite Komponente eine Transformatorwicklung, die dritte Komponente eine Transformatorwicklung und einen Stromweg parallel mit einem Sendeapparat und die vierte Komponente einen Empfangsappa. ra, t parallel mit einer Reihenanordnung einer Ausgleichs- impedanzvorrichtung und einer Transformatorwicklung enthält, wobei genannte Transformatorwick- lungen ein gemeinsames magnetisches Feld haben.