Wechselstrom-Signalisier ungsanlage. Die Erfindung bezieht sich auf Wechsel strom-Signalisierungsanlagen, wie sie bei spielsweise für die Tonfrequenz-Signalisie- rung über Telephonleitungen verwendet wer den.
Bei der erfindungsgemässen Anlage, in welcher Signale durch Ströme mit einer Mehrzahl von gleichzeitig einer Leitung zu geführten Frequenzen übertragen werden und in welcher die Signalempfangsausrüstung eine Energiebegrenzungsvorrichtung auf weist, wirkt die Energiebegrenzungsvorrich- tung so, dass die Signalempfangsausrüstung über den ganzen normalen Bereich der zu empfangenden Signalpegel eine konstante Ausgangsleistung gibt, und dass wenigstens die halbe Ausgangsleistung der genannten Vorrichtung reiner Signalstrom sein muss,
um einen wirksamen Signalempfang zu ermög- liehen.
Es ist bekannt, in Anlagen der oben er wähnten Art Mittel vorzusehen, die die Be tätigung einer Signalempfangsvorrichtung durch elektrische Ströme verhindern, welche gewisse, durch alle richtigen Zeichen einge haltenen Grenzen nicht einhalten.
Gewöhnlich werden sogenannte Schutz- stromkreise vorgesehen, welche zur Wirkung kommen, sobald Strom gewisser Stärke mit anderer als Signalfrequenz empfangen wird, um die Betätigung der Empfangseinrichtung durch gleichzeitig ankommenden Signalfre- quenzstrom zu verhindern. Solche Schutz stromkreise arbeiten gewöhnlich, wenn Strom anderer als Signalfrequenz mit einem be stimmten oder darüber liegenden Pegel emp fangen wird, ungeachtet dem Pegel,
welchen gleichzeitig eintreffende Signalströme auf weisen. Wenn daher der Schutzstromkreis genügend empfindlich gemacht wird, um die Betätigung des Empfängers durch Sprech ströme mit niedrigem Pegel und einer Sig- nalfrequenzkomponente zu verhindern, so verhindert er auch den wirksamen Empfang starker Signale, falls diese von Geräusch strom, das heisst Strömen anderer als Signal- frequenz, mit verhältnismässig niedrigem Pegel begleitet sind.
Eine bekannte Empfangseinrichtung ar beitet so, dass sie, wenn jedes Signal zwei oder mehr Frequenzen umfasst, auf das Sig nal anspricht, sobald der Strom jeder ein zelnen Frequenz mit einem bestimmten mini malen oder darüber liegenden Pegel empfan gen wird. Ströme mit einer Signalfrequenz mit hohem Pegel und mit wenigstens einer weiteren Signalfrequenz mit verhältnismässig niedrigem Pegel können daher die Emp fangseinrichtung noch betätigen, so dass der Empfänger auch dann noch wirksam arbei tet, wenn die lFrequenzpegel schwanken, vor ausgesetzt, dass sie über .dem genannten i42ini- mum liegen.
Dieser Zustand kann beispielsweise der art zustandekommen, dass in Sprechströmen beide Signalfrequenzen mit stark verschie denen Pegeln vorkommen. Die Anlage gemäss vorliegender Erfindung kann so ausgeführt werden, dass die Signalempfangseinrichtung dann Signale wirksam empfangen kann, wenn alle Signalfrequenzen gleichzeitig und mit Pegeln empfangen werden, die nur inner halb bestimmter Grenzen voneinander ver schieden sind.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes werden Signale mit zwei Frequenzen gleicher Leistung über mittelt. Die Signalempfangsausrüstung wird dann zweckmässig derart ausgeführt, dass sie unter Berücksichtigung der durch die Lei- tungscharakteristiken und durch die inner halb des Empfängers selbst auftretenden nor malen Änderungen nur auf solche Signale anspricht.
Ferner wird die Ausrüstung zweckmässig derart ausgebildet, dass in Ab weichung von den früheren Signalisierungs- anlagen eine Unterscheidung zwischen den Signalströmen und den Sprechströmen er folgt, welche nicht von einer Zeitdimension abhängt, indem die Signalempfangsaus- rüstung ohne nennenswerte Verzögerung ar beitet. Bei früheren Empfängerarten wurden zur Unterscheidung die Frequenz oder die Wellenform herangezogen, und es waren einige 100 Millisekunden nötig, bevor der Empfänger entscheiden konnte, ob das Kri terium zutrifft oder nicht.
Es wäre jedoch möglich, das Energiever hältnis der Signalkomponenten anders als auf Gleichheit festzulegen, da es sehr un wahrscheinlich ist, dass ein praktisch kon stantes Energieverhältnis bei Geräusch- oder Sprechströmen während längerer Zeit be stehen kann. Es ist jedoch vorteilhaft, den zulässigen Bereich der relativen Pegel der Frequenzkomponenten irgend eines Signals verglichen mit dem Gesamtbereich der abso luten Energiepegel, über den der Empfänger arbeitet, klein zu halten.
Zum Beispiel arbeitet ein weiter unten beschriebener Empfänger bei Änderungen der gesamten in den Empfänger eintretenden Leistung im Verhältnis 1000 :1 befriedigend, vorausgesetzt; da.ss das Leistungsverhältnis innerhalb den Grenzen 11/2 :1 oder 2:1 bleibt. Auf diese Weise wird der Empfänger für richtige Signale wirksam, deren Pegel irgendwo innerhalb des in der Praxis zu er wartenden Bereiches liegt.
Es sollen nun die Energieverhältnisse betrachtet werden, welche für praktische Ausführungen der Erfindung angewendet werden können. Die Dämpfungsfrequenz- charakteristik einer durchschnittlichen Tele- phonleitung ändert während langer Perioden sehr wenig, so dass durch geeignete Einstel lung des relativen Sendepegels der Signal frequenzen gewährleistet werden kann, dass die Komponenten eines 111ehrfachfrequenz- signals mit nahezu genau gleichen Pegeln empfangen werden, obschon natürlich der absolute Wert dieser Pegel beträchtlich ändern kann.
In den später anhand der Zeichnung be schriebenen vorzugsweisen Ausführungsfor men der Erfindung, die für Zweifrequenz signale eingerichtet sind, könnte die Aus gangsenergie des Energiebegrenzers bei idea len Verhältnissen genau auf den zweifachen Betrag der zur Betätigung eines von zwei frequenzabhängigen Relais nötigen Minimal- energie eingestellt werden. Die Empfangs- ausrüstung würde dann auf ein Signal an sprechen, vorausgesetzt, dass keine andern Frequenzen vorhanden sind.
In der Praxis muss eine gewisse Toleranz zugelassen wer den, da die Einstellung der Relais mit der Zeit etwas ändert, und da während dem Empfang eines Signals ein gewisser Ge räuschstrom vorhanden sein kann. Es hat sich bei den oben erwähnten Ausführungs formen gezeigt, dass eine Erhöhung von 25 bis 50 % der die Relais erreichenden, zu ihrer Betätigung minimal notwendigen Gesamt energie zulässig ist und trotzdem noch ein sehr guter Schutz gegen irrtümliches Arbei ten vorhanden ist. Dies bedeutet, dass die Austrittenergie der Begrenzungsvorrichtung auf den zweieinhalb- bis dreifachen Wert des zur Betätigung eines Relais erforder lichen Minimalbetrages eingestellt werden kann.
Häufig genügt es, die Signalisierungs- anlage so einzurichten, dass beide Frequen zen mit gleicher Energie ausgesandt werden, wobei man dem Empfänger eine etwas grö ssere Toleranz gibt, um der verschiedenen Dämpfung der Leitung und des Empfängers für diese beiden Frequenzen zu begegnen. Es kann jedoch in andern Fällen ratsam sein, die Sendepegel so einzustellen, dass die Fre quenzen mit gleichen Pegeln empfangen wer den, und die Begrenzungsvorrichtung erfor dert nur genügend Toleranz, um eventuelle Fabrikationsunterschiede verschiedener Lei tungen und der Empfangsausrüstung un wirksam zu machen.
Es ist aus dem Gesagten ersichtlich, dass die Toleranzen zweckmässigerweise dem Be trag der Änderung, welche in den einen Empfänger erreichenden Pegeln auftreten kann, und auch dem Betrag der Änderung der Charakteristiken eines jeden Empfängers angepasst werden.
In den beschriebenen Ausführungsformen ist ein maximales Verhältnis der Geräusch energie zur Signalenergie von i/2 zulässig, doch würde ein solches von 1/, auch noch im Rahmen der Erfindung liegen.
Die Erfindung eignet sich besonders in Telephonanlagen zum Schutze gegen irrtüm liche Betätigung der Signalempfangsaus- rüstung durch Tonfrequenzzeichen. Die in Telephonanlagen benützten Tonfrequenzzei- chen weisen einen beträchtlichen Gehalt an Harmonischen auf und können aus diesem Grunde die verschiedenartigsten Signalemp fänger betätigen.
Wenn beispielsweise Freizeichenstrom an eine Leitung angeschlossen wird, so ist ge wöhnlich die Grundfrequenz dieses Stromes verglichen mit den Signalfrequenzen, auf welche die Empfangsausrüstung allein an sprechen soll, niedrig, doch können die Har monischen mit den Signalfrequenzen zusam menfallen. Bei einem solchen Meldestrom ist ferner gewöhnlich die Amplitude der Grund frequenz verglichen mit den Amplituden der *Harmonischen gross, so dass der Anteil der Signalfrequenzen an der die Energiebegren- zungsvorrichtung verlassenden Energie nur klein ist.
Daher wird, ungeachtet des abso luten Pegels des Meldestromes, von der Energiebegrenzungsvorrichtung nicht genü gend Signalfrequenzenergie abgegeben, um die Signalempfangsvorrichtung betätigen zu können.
Nachstehend wird die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Aus führungsbeispiele ausführlich beschrieben. In der Zeichnung zeigen die Fig. 1 und 2 je eine Zweifrequenz empfangsausrüstung.
Die Stromkreise der Fig. 1 und Fig. 2 sprechen auf Frequenzen von 600 und 750 Hertz an, wobei Abstand und Lage im Fre quenzband so gewählt sind, dass sie in den Sprechströmen nicht so lange auftreten kön nen, da.ss der Empfänger betätigt werden könnte.
Die Ausrüstung ist in erster Linie fü_ automatische Fernwahl und für den Emp fang von in der Form von Zweifrequenz signalen übermittelten Ziffern über die Lei tung, an die sie angeschlossen ist, bestimmt. Die Signale besitzen natürlich eine kleine Amplitude gegenüber den Sprechströmen, um Interferenz mit benachbarten Stromkreisen zu verhüten.
Die Fig. 1 zeigt einen abgestimmten Stromkreis, der über einen Ausgleichs- und Eingangsübertrager, welcher den Durchgang von Strömen aus der Amtsseite DS nach dem Stromkreis verhindert und den Eintritt von Signalen aus der Leitung LS erlaubt, mit der Fernleitung verbunden ist. Der Strom kreis enthält -C% erstärkerröhren V1 und V2, wobei letztere zusammen mit dem Gitter kondensator C und der Ableitung L als Ver stärker und LautstärkebegrenzungsvorTich- tung arbeitet.
Die Klemmen FB - und F'B -f- sind mit einer Heizbatterie zur Speisung der Heiz drähte der Röhren V1 und V2 verbunden, während die Anodenbatterie an die Klemme PB -I- angeschlossen ist.
Dieser Begrenzungsverstärker arbeitet wie folgt: Wenn dem Gitter der Röhre V2 eine durch ein Signal normaler Stärke bewirkte Gitterschwingung aufgedrückt wird, so fliesst während der positiven Spannungshalbwelle ein Gitterstrom. Während dieser Gitterstrom fliesst, werden die von der Kathode abgewor fenen Elektronen vom Gitter angezogen und laden den Kondensator C negativ. Am Ende der positiven Halbwelle ist die Gittervor- spannung der Röhre V2 um die Spannung erhöht, auf die der Kondensator aufgeladen worden ist.
Während der negativen Halb welle der aufgedrückten Spannung fliesst kein Gitterstrom, und der Kondensator C entlädt sich über die Ableitung L. Durch passende Wahl der Werte für die Ableitung L und den Kondensator C kann die Ent ladung klein gehalten werden. Wenn die aufgedrückte Spannung einen konstanten Be trag besitzt, dann wird während den aufein ander folgenden positiven Halbwellen der Kondensator noch mehr negativ geladen, bis ein Grenzzustand erreicht wird, bei welchem die Amplitude der aufgedrückten Spannung gleich der Gittervorspannung der Röhre ist.
In diesem Zustand fliesst kein Gitterstrom mehr, die Gittervorspannung bleibt konstant und die Röhre V2 befindet sich in einem Zustand, in welchem die Begrenzungsvor richtung ihre maximale Ausgangsleistung gibt.
Nachdem die Signale durch die Röhren V1 und V 2 verstärkt worden sind, gelangen sie über den Transformator T nach vier pa rallel geschalteten abgestimmten Stromkrei sen G1, G2,<B>81</B> und S2, von denen jeder über eine Gleichrichterbrückensclialtung BRl bis BR4 mit einer Relaiswicklung<I>GR,</I> JR und <I>HR</I> verbunden ist.
Die abgestimmten Stromkreise G1 und G2 und das mit zwei Wicklungen versehene Relais GR wirken als zusätzliche Schutzein- richtung. Die Stromkreise G1 und G2 sind auf die Frequenzen 500 Hertz bezw. 900 Hertz abgestimmt. Die eine oder andere die ser Frequenzen oder beide sind gewöhnlich im Sprechstrom vorhanden, und wenn daher gewöhnlicher Sprechstrom empfangen wird, wird das Relais GR aller Wahrscheinlichkeit nach aufziehen und den Stromkreis nach dem Leiter<I>IL</I> öffnen.
Wenn die empfangenen Signale die eine oder andere oder beide der von den Stromkreisen G1 und G2 durch gelassenen Frequenzen mit genügender Ener gie enthalten, so zieht das Relais GR auf und öffnet den Stromkreis der Empfangs- einrichtung nach der durch letztere gesteuer ten Relaisgruppe.
Wenn die Ausgangsleistung der Röhre 172 die Frequenzen 600 und 750, auf welche die Stromkreise<B>81</B> und 82 abgestimmt sind, mit genügend grossem Pegel enthält, so ziehen die Relais JR und<I>HR</I> auf, und falls Relais GR nicht erregt ist, wird der zur Impuls gabe dienende Draht geerdet, an den ein Gleichstromrelais IRl angeschlossen ist.
Die Begrenzungswirkung der Röhre V2 ist derart, dass die von dieser Röhre durch gelassene Leistung nicht mehr als dreimal grösser ist als jene, welche zur Betätigung jedes der Relais JR und<I>HR</I> genügt. Wenn daher in einem Überwachungssignal nur die Frequenzen 600 und 750 vorhanden sind, je doch das Energieverhältnis zwischen ihnen grösser als 2 : 1 ist, so wird nur eines der Relais JR und<I>HR</I> erregt, und es findet kein wirksamer Signalempfang statt.
Wenn andere Frequenzen gleichzeitig mit den Frequenzen 600 und 750 auftreten und einen wesentlichen Teil, das heisst mehr als ein Drittel, der von der Röhre V2 durchge lassenen Leistung bilden; und wenn dann die Amplituden der Signalfrequenzen gleich sind, so zieht weder das Relais JR noch das Re lais HR auf, obschon allerdings, wenn ihre Amplituden beträchtlich verschieden sind, eines der Relais aufziehen kann. Ein Grenz fall für richtiges Arbeiten ist der, dass das Signal rein und die Energie der das Relais Jll erreichenden Signalfrequenz für die Be tätigung dieses Relais gerade genügend stark ist, und dass der andere Signalfrequenz strom doppelt so gross ist, wie der erste Strom.
Im andern Grenzfall besteht die Austrittsleistung aus genau gleichen Teilen Geräuschstrom und Zweifrequenzsignalstrom, so dass die Relais JR und HR gerade noch aufziehen. Wenn ein beträchtlicher Ge räuschstrom vorhanden ist, dann müssen die Pegel der beiden Signalfrequenzen, wenn das Signal zur Wirkung kommen soll, annähernd gleich sein. Dies ist in der Praxis fast immer der Fall.
Das Relais JR ist ein rasch abfallendes, auf Impulse ansprechendes Relais und das Relais HR ein langsameres Relais, das keine empfindliche Einstellung erfordert. Es be steht keine Gefahr, dass die Wählimpulse durch Fremdströme, beispielsweise durch Sprechströme, gestört werden, und während der Impulsgabe ist daher der Kontakt des Relais<I>HR</I> durch die automatische Aus rüstung, welche ihm eine Erde anlegt, kurz geschlossen.
Auf diese Weise sind die Ar beitsvorgänge der an den Impulsgabeleiter <I>IL</I> angeschlossenen Ausrüstung während der Impulsgabe nur noch vom Relais IR aber nicht vom Relais HR abhängig, so dass, ob gleich Zweifrequenzwählimpulse gesendet werden, tatsächlich nur eine Frequenz wirk sam verwendet wird.
Beide Relais werden jedoch beim Empfang von ÜTberwachungs- signalen wirksam. Der Gitterkondensator C und die Ablei tung L der beschriebenen Stromkreise sind so bemessen, dass die Empfangsausrüstung durch eine plötzliche Spannungswelle von gegen über den Signalwellen erhöhter Amplitude gesperrt wird.
Der Kondensator C wird rasch durch die erste positive Halbwelle der hohen -Span nungswelle auf ein hohes negatives Poten tial aufgeladen, so dass die Gittervorspan- nung der Röhre V2 um einen solchen Be trag erhöht wird, dass die Röhre am Arbei ten verhindert wird. Während der darauf folgenden negativen Halbwelle wird der Kon densator über die Ableitung L teilweise ent laden. Im allgemeinen besitzt eine hohe Spannungswelle ihre grösste Amplitude an ihrem Anfang und nimmt dann rasch nach null ab.
Während der zweiten und den dar auffolgenden positiven Halbwellen der auf gedrückten Spannung fliesst daher kein 'Git terstrom, und der Kondensator C wird nicht weiter aufgeladen, sondern er entlädt sich weiter über die Ableitung L. Der Konden sator und die Gitterableitung können so be messen werden, dass die während der Span nungswelle dem Kondensator C erteilte Span nung während einem Zeitraum abgebaut wird, welcher verglichen mit dem Zeitraum für den Empfang eines andern Signals kurz ist.
Spannungswellen treten am ehesten am Anfang und am Ende der Wählimpulse auf. Wenn der Kondensator C so angeordnet ist, dass er mit in bezug auf das Ausschwingen der Spannungswelle genügender Geschwin digkeit entladen wird, so kehrt der Empfän ger genügend rasch in den für richtigen Empfang der Impulse erforderlichen Zustand zurück.
Es ist zu beachten, dass mit dem Begren zungsverstärker der Fig. 1 der zur Ver hütung des Empfanges eines Zeichens erfor derliche Pegel der ausserhalb des Signalisie- rungsbereiches liegenden Frequenzen mit dem Pegel des Signals selbst ändert, so dass Geräuschenergie mit niedrigem Pegel, wel- ehe den Empfang von Signalfrequenzen mit Pegeln gleicher Grössenordnung verhindert, den Empfang von Signalfrequenzen mit viel höherem Pegel nicht verhindert. Der Wert dieser Eigenschaft lässt sich am besten an hand eines bestimmten Falles betrachten.
Es sei angenommen, dass der Pegelbereich für Signalfrequenzen, innerhalb welchem der Empfänger arbeiten soll, von 0 bis - 20 db gehe. Im einen genügenden Schutz gegen Sprechströme zu bieten, muss der Empfänger bei ausserordentlichen Frequenzen mit einer Gesamtenergie von 6 db unterhalb dem Pegel der Signalfrequenzen ausser Wirkung gesetzt werden. Bisher wurde dies dadurch erreicht, dass man einen Stromkreis vorsah, welcher arbeitete, wenn der Pegel dieser Frequenzen gleich<B>-2,6</B> db war. Dies bedeutete, da.ss wenn der Pegel des Geräusches oder des Tones je - 26 db überschritt, der Empfän ger ausser Wirkung gesetzt wurde und bei einem richtigen Signal nicht arbeiten konnte.
Der Empfänger nach Fig. 1 ist so ge baut, dass Geräusche mit einem totalen Ener giepegel von - 26 db nur dann den Verlust eines Signals verursachen, wenn dieses Signal das Grenzpegel von - 20 db besitzt, das heisst, um 6 db über dem Geräuschpegel liegt. In ähnlicher Weise würde, wenn das Signal frequenzpegel den hohen Wert von - 10 db besitzt, das Geräusch, welches eine Störung verursachen könnte, ein Pegel besitzen müs sen, das um 6 db tiefer liegt, also den Wert von -16 db besitzt.
Die Ausrüstung ist insbesondere zum Schutze gegen Störungen durch Tonsignale in automatischen Telephonanlagen wertvoll. Die Pegel dieser Töne sind immer 8 bis 10 db geringer als das Signalisierungspegel, und solche Töne setzen einen Schutzstromkreis der bisher bekannten Art bei nahezu jeder Gelegenheit ausser Betrieb, während die an hand der Fig. 1 beschriebenen Stromkreise keine derartigen Störungen zeigen.
Die Abb. 2 zeigt einen Zweifrequenz- Signalempfaugsstromkreis, in welchem die Begrenzungseinrichtung in einer von der oben anhand der Fig. 1 beschriebenen etwas abweichenden Form zur Wirkung kommt, insofern als der Begrenzungsverstärker an dere als Signalfrequenzen in wesentlich stär kerem Masse verstärkt als die Signalfrequen zen selbst.
Der Eintrittsstrom geht wie bisher über einen Eingangstransformator 1T nach einer ersten Röhre V1, deren Anodenstromkreis die Primärwicklung 3, 4 eines Transformators T enthält. Die Sekundärwicklung 5, 6 ist mit dem Gitter einer zweiten Röhre V2 des Be grenzungsverstärkers verbunden.
Der Begrenzungsverstärker ist so ausge bildet, dass er eine konstante Ausgangslei stung gibt, von der die Hälfte von der Signal frequenz sein muss, um einen wirksamen Signalempfang zu ermöglichen.
Der Anodenstromkreis der Röhre I'2 ent hält die Primärwicklung eines Ausgangs transformators 0T, an dessen Sekundärwick lung abgestimmte Stromkreise L2, C2 und L4, C4 angeschlossen sind, die die Signal frequenzen über die Gleichrichterbrücken ssR3, BR4 nach den Relais HR und JR wei tergeben.
Eine dritte Wicklung 1, 2 des Transfor mators T ist in Reihe zu zwei parallel geschalteten Reihenresonanzstromkreisen L1, Cl und L3, C3 geschaltet, welche ähnlich wie die Stromkreise<I>L2,</I> C2 und<I>L4,</I> C4 abge stimmt sind. Diese abgestimmten Strom kreise bilden einen teilweisen gurzschluss zum Transformator bei Signalfrequenzen, so dass eine dem Gitter der Röhre V2 aufge drückte Spannung von Signalfrequenz klei ner ist, als wenn die dritte Wicklung nicht vorhanden wäre.
Wenn dem Empfänger nur Signalfre quenzen normaler Stärke zugeführt werden, so genügt die Verstärkung der Röhre V2 immer noch, um die Relais<I>HR.,</I> JR zu be tätigen. Wenn andere Frequenzen gleichzei tig mit den Signalfrequenzen vorhanden sind, so ist die diesen andern Frequenzen ent sprechende, dem Gitter der Röhre V2 aufge drückte Spannung im Vergleich zu der sie erzeugenden Eintrittsspannung wesentlich grösser als die Spannung für die Signalfre- quenzen, so dass am Austritt aus der Röhre V2 das Energieverhältnis der andern Fre quenzen und der Signalfrequenzen grösser ist als das Eintrittsverhältnis.
Die Ausrüstung wird als "Frequenzverzerrungsausrüstung" bezeichnet. Da die Begrenzungsvorrichtung die Gesamtausgangsleistung der Empfangs ausrüstung auf einem konstanten Wert hält, wird die Austrittsleistung für die Signalfre quenzen auf einen Wert herabgesetzt, der zur Betätigung der Relais<I>HP</I> und JP nicht genügt, wobei der Eintrittspegel für andere Frequenzen immer noch bedeutend niedriger ist als der Pegel der Signalfrequenzen. Auf diese Weise kann der Schutz gegen falsche Betätigung durch Sprechfrequenzströme er heblich erhöht werden. Es hat sich nämlich erwiesen, dass sehr selten eine Stimme zwei bestimmte Frequenzen aufweist, ohne dass ein geringer Energiebetrag anderer Frequen zen vorhanden ist.