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Schaltungsanordnung zur frequerizabhängigen Entzerrung eines unerwünschten
Dämpfungs- oder Phasen-Verlaufs von Ubertragungssystemen Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zur frequenzabhängigen Entzerrung eines unerwünschten Dämpfungs-
oder Phasenverlaufs von Übertragungssystemen.
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Bei Signalübertragungssystemen, insbesondere bei Systemen, die ein
breites Frequenzband auf eine beträchtliche Entfernung übertragen, bestehen Übertragungsunvollkommenheiten.
Diese Unvollkommenheiten entstehen dadurch, daß keine Verstärkungseinrichtungen
und feste Entzerrungseinrichtungen gebaut werden können, die Änderungen der Dämpfungs-
und Phasenkennlinien des Systems genau korrigieren. Weiterhin können die Übertragungseigenschaften
des Systems infolge Alterung, Temperaturänderungen oder aus anderen Gründen veränderlich
sein. Daher ist es notwendig, das System mit einstellbaren Entzerrungsnetzwerken
zu versehen, die so eingestellt werden können, daß sie die Übertragungsunyollkommenheiten
in ihrerGesamtheitbeseitigen.Typische Entzerrungseinrichtungen dieser Art sind z.
B. in dem Aufsatz »Variable Equalizers« von H. W. Bode im »Bell System Technical
Journal«, April 1938, beschrieben. Entzerrungseinrichtungen haben im allgemeinen
Entzerrungskurven, von denen jede die Entzerrung für eine bestimmte Frequenz bewirkt.
Unter Entzerrungskurve oder Kurvenform ist die Änderung der Dämpfung oder der Phase
eines Netzwerkes als Funktion der Frequenz zu verstehen. Es ist schwierig, die beste
Einstellung der verschiedenen Entzerrungskurven zu bestimmen, da zahlreiche Kombinationen
der Einstellungen einen guten Ausgleich nur bei einer bestimmten Frequenz ergeben.
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Es ist daher in der Praxis allgemein üblich geworden, Kurvenformen
zu verwenden, die so wenig wie möglich im Sinne einer Frequenzüberlappung der Kurvenformen
wirken. Wenn auch dieses Verfahren die Einstellung erleichtert, indem die Übertragung
einer bestimmten Frequenz in erster Linie abhängig von einer besonderen Entzerrungsregelung
oder Kurvenform gemacht wird, so führt es doch zu einer Verschlechterung der Wirkungsweise,
weil Kurvenformen, die sich weit überlappen, im allgemeinen eine weit genauere Entzerrung
ergeben. Somit besteht ein Ziel der Erfindung darin, die Beschränkungen bei der
Wahl von praktischen Entzerrungskurvenformen zu beseitigen.
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Früher wurden handbetätigte Entzerrer in der Weise eingeregelt, daß
das System außer Betrieb gesetzt, die Übertragungseigenschaften gemessen, die Entzerrer
eingestellt, dieÜbertragungseigenschaften abermals gemessen und die Entzerrer erneut
eingestellt wurden. Dieses Verfahren hat man so lange fortgesetzt, bis die gewünschten
Übertragungseigenschaften erreicht waren. Bei einer komplizierten Entzerrungseinrichtung
mit vielen Einstellmöglichkeiten nimmt dieses Verfahren wegen seiner empirischen
Natur eine beträchtliche Zeit in Anspruch, während welcher das Übertragungssystem
für die praktische Benutzung ausfällt.
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Die Erfindung geht von Schaltungsanordnungen der genannten Art aus,
welche zur frequenzabhängigen Entzerrung eines unerwünschten Dämpfungs- und Phasenverlaufs
von Übertragungsystemen dienen und mit einer mehrere Regelglieder mit voneinander
unabhängig einstellbaren Kurvenformen aufweisenden Entzerrungseinrichtung ausgestattet
sind. Erfindungsgemäß soll eine unmittelbareBestimmung der erforderlichenEinstellungen
derEntzerrungseinrichtung ermöglicht und das empirische Verfahren vermieden werden.
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Die Besonderheit der Erfindung, mit welcher dieses Ziel verwirklicht
worden ist, besteht darin, daß die Kurvenformen der Regelglieder den Kurvenformen
von Summanden einer Fourierreihe entsprechen und daß der gesamte Dämpfungs- oder
Phasenverlauf des Übertragungssystems und der Regelglieder in eine Reihe periodischer
Spannungsänderungen umgesetzt wird, deren einzelne Komponenten jeweils den Einstellfehlern
der einzelnen Regelglieder entsprechen.
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Das Wesen der Erfindung und ihre weiteren Merkmale und Vorteile werden
im folgenden in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert,
die in der Zeichnung dargestellt sind.
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Fig.l zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung
zur Einstellung einer Entzerrungseinrichturig für Dämpfungs- oder Phasenausgleich;
Fig.2
zeigt eine teilweise in Blockform dargestellte schematische SchaltungeinerDurchlauffrequenzquelle,
die sich zur Verwendung in der Schaltung der Fig. 1 eignet; Fig. 3 zeigt die Spannungs-Zeit-Kennlinie
eines Dreieckwellengenerators, der sich zur Verwendung in der Schaltung der Fig.
2 eignet; Fig.4 zeigt eine schematische Schaltung eines Verzerrungsnetzwerkes, das
sich zur Verwendung in der Schaltung der Fig. 2 eignet; Fig. 5 zeigt eine typische
Kennlinie der Ausgangsspannung, abhängig von der Frequenz für das Verzerrungsnetzwerk
der Fig.4; Fig.6 zeigt eine teilweise in Blockform dargestellte Schaltung eines
Frequenzmodulators, der sich zur Verwendung in der Durchlauffrequenzquellenschaltung
der Fig.2 eignet; Fig.7 zeigt eine typische Kennlinie der Dämpfung abhängig von
der Frequenz für eine Dämpfungsentzerrungseinrichtung mit drei harmonisch zusammenhängenden
Kosinuskurven, die sich zur Verwendung in der Schaltung der Fig. 1 für die Dämpfungsentzerrung
eignet; Fig. 8 zeigt für Entzerrungskurvenformen, die Kosinuskurven im linearen
oder verzerrten Maßstab sind, graphische Darstellungen der Phase der Grundform abhängig
von der Frequenz; Fig. 9 zeigt Kennlinien der Frequenz abhängig von der Zeit für
lineare oder verzerrte Abtastung; Fig. 10, 11 und 12 sind Blockschaltbilder von
drei Empfängern, die sich zur Verwendung in der Schaltung der Fig. 1 eignen; Fig.13
zeigt eine schematische Schaltung eines Dämpfungsverzerrungsdetektors, der sich
zurVerwendung bei den in den Fig. 10, 11 und 12 dargestellten Empfängerschaltungen
eignet; Fig. 14 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Phasenverzerrungsdetektors,
der sich zur Verwendung bei den in den Fig. 10, 11 und 12 dargestellten Empfängerschaltungen
eignet; Fig. 15 zeigt eine graphische Darstellung der Spannung am Detektorausgang,
abhängig von der Zeit, welche zwei Entzerrungskurvenformen entspricht.
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Zur Einführung soll etwas auf die der Erfindung zugrunde liegende
Theorie eingegangen werden. Es sei ein Übertragungssystem mit insgesamt N einstellbaren
Entzerrungseinrichtungen betrachtet. Zunächst sei angenommen, daß der Übertragungsfehler
des Systems nur aus einer Kurvenform besteht, die eine lineare Kombination der in
den Entzerrungseinrichtungen verfügbaren Kurvenformen ist. Es besteht also für jede
Entzerrungseinrichtung eine Einstellung, die in Zusammenhang mit den anderen Einstellungen
den Übertragungsfehler vollkommen korrigiert. Die erforderlichen Einstellungen können
empirisch bestimmt werden, jedoch kann dieses unwirtschaftliche Verfahren durch
ein Verfahren vermieden werden, das der Lösung von simultanen Gleichungen entspricht.
Diese Gleichungen werden auf der Basis aufgestellt, daß die Summe der erforderlichen
einzelnen Entzerrungskurvenformen gleich dem gesamten Systemfehler bei allen Frequenzen
sein muß. Bei einem praktischen Fall, bei dem der Systemfehler bei Verwendung der
verfügbaren Entzerrungskurvenformen nicht vollkommen korrigiert werden kann, läßt
sich eine genaue Korrektur nur bei einer begrenzten Anzahl von Frequenzen erreichen,
und es bestehen kleine Fehler bei den Frequenzen zwischen den Anpassungspunkten.
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Die Bestimmung der erforderlichen Einstellungen kann, wenn eine Reihe
von Entzerrungskurvenformen und Systemverzerrungen gegeben ist, wie folgt dargestellt
werden Die Entzerrungskurvenformen seien gegeben durch Funktionen der Form S.
(f) = k. F. (f) . (1)
wobei der Index n die jeweilige Entzerrungseinrichtung
bezeichnet. Fn(f) ist die Kurvenform der Entzerrungseinrichtung auf der Basis Eins
als Funktion der Frequenz f. kn ist ein Faktor, der der Amplitude der Kurve
entspricht, die durch die Einrichtung zugesetzt wird; er kann positiv oder negativ
sein. S" (f) ist die resultierende Kurvenform, die durch Einstellen von
F. (f) durch den Faktor kn dem System zugesetzt wird.
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Die gesamte durch alle N Entzerrungseinrichtungen zugesetzte Kurvenform
ist offensichtlich
Um eine Anpassung von Seesamt an den gegebenen Ausgleichsfehler Sgegeben, bei
M Frequenzen von m = 1 bis m = M zu erhalten, muß Seesamt (f.)
= Sgegeben (f.) (3)
bei jeder Frequenz von f1 bis fm sein. Oder mit
den Ausdrücken der Gleichung (2)
wiederum bei den Frequenzen von f1 bis fM.
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Damit ist gezeigt, daß ein Rechenverfahren, das der Lösung von simultanen
Gleichungen entspricht, verwendet werden kann, um die richtige Einstellung der Entzerrer
zu bestimmen. Die Erfindung kommt jedoch auf einer kontinuierlichen Frequenzskala
und nicht auf einer diskontinuierlichen zu diesem Ergebnis. Die Anpassungspunkte
sind daher nicht willkürlich ausgewählte Frequenzen.
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Es sei z. B. eine Reihe von Entzerrungseinrichtungen betrachtet, deren
einzelne Kurvenformen den Gliedern einer Fourier-Reihe entsprechen, nämlich S.
(f) = kn - cos n0, (5)
wobei sich der Winkel 0 im zu entzerrenden Frequenzbereich
von Null bis 180° ändert. Die zu entzerrende Übertragungskennlinie Sgegeben kann
ausgedrückt werden als unendliche Reihe von der Form
In der Praxis stellt sich heraus, daß eine endliche Anzahl von Entzerrungskurvenformen
im allgemeinen einen annehmbaren Ausgleich ergibt. Um die Entzerrungseinrichtung
für die Kompensation der Übertragungsverzerrung einzustellen, ist es notwendig,
die richtigen Werte der Faktoren kn zu finden. Dies geschieht in Übereinstimmung
mit einer Ausführung der Erfindung, indem die Frequenzkennlinie des Systems in eine
periodische Zeitfunktion umgewandelt wird. Diese Zeitfunktion wird dann einer harmonischen
Analyse unterworfen, um statt einer Frequenz-Fourier-Reihe eine solche der Zeit
zu erhalten. Eine harmonische Reihe der Zeit kann durch das Ohr oder durch Verwendung
der Filtertechnik in einzelne Glieder aufgeteilt werden. Aus jedem dieser Glieder
wird ein Kriterium für die richtige Wahl des entsprechenden Faktors kn erhalten.
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Bei einer anderen Ausführung der Erfindung ist die Umwandlung von
der Frequenz in die Zeit ähnlich, jedoch wird die Leistung des Fehlersignals zur
Bestimmung der richtigen Wahl der Faktoren kn benutzt. Diese Ausführung ist
nicht auf Entzerrungseinrichtungen mit Fourier-Reihen beschränkt, sie kann vielmehr
in Ver-
Bindung mit jeder Reihe von Entzerrungseinrichtungen verwendet
werden, deren Kurvenformen orthogonal sind. Zwei Funktionen f (x) und f'(x) sind
in einem Intervall (a, b) orthogonal, wenn
d. h. wenn das Integral des Produkts der Funktionen in dem Intervall Null ist.
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Es soll nun im einzelnen auf die Figuren eingegangen werden. Fig.l
zeigt die allgemeine Anordnung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Einstellung
einer Entzerrungseinrichtung, die entweder für eine Dämpfungsentzerrung oder für
eine Phasenentzerrung verwendet werden kann. Eine Durchlauffrequenzquelle 1 ist
mit Hilfe der Schalter 2 und 6 über einen der parallelen Zweige 3 und
4 an eine Signalübertragungsleitung 7 oder an einen anderen zu entzerrenden
Kreis angeschlossen. In der Leitung 7 ist eine einstellbare Dämpfungs- oder Phasenentzerrungseinrichtung
8 eingeschaltet, an die ein Empfänger 9 angeschlossen ist. Die Entzerrungseinrichtung
8 liegt gewöhnlich in der Nähe des Empfängers 9, so daß sie bequem nach dem aufgenommenen
Fehlersignal eingestellt werden kann. Der obere Zweig 3 enthält einen Dämpfungsvorverzerrer
11. Der untere Zweig 4 enthält einen Gegentaktmodulator 12 und einen Phasenvorverzerrer
13, die hintereinandergeschaltet sind. Wenn die Entzerrungseinrichtung 8 eine Dämpfungsentzerrungseinrichtung
ist, liegen die Schalter 2 und 6 in der oberen Stellung, so daß die Durchlauffrequenzquelle
1 über den oberen Zweig 3 an die Leitung 7 angeschlossen ist. Wenn die Entzerrungseinrichtung
8 eine Phasenentzerrungseinrichtung ist, liegen die Schalter in der unteren Stellung,
so daß der untere Zweig eingeschaltet ist.
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Fig. 2 zeigt eine Schaltung, die sich für die in Fig. 1 dargestellte
Durchlauffrequenzquelle 1 eignet. Es sei festgestellt, daß die Quelle nicht unbedingt
ein Durchlauffrequenzgenerator sein muß, doch soll sie eine Reihe von diskreten
Frequenzen entweder gleichzeitig oder nacheinander erzeugen. Jedoch wird bei der
in Fig. 1 dargestellten speziellen Ausführung eine Durchlauffrequenzquelle bevorzugt.
Die Funktion der Quelle 1 besteht darin, an den Klemmen 14, 15 eine Spannung
hervorzubringen, die konstante Amplitude hat, aber ihre Frequenz in vorbestimmter
Weise ändert.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Durchlauffrequenzquelle eine Rückkopplungsschaltung,
die aus einem Haupt- oder p-Kreis 17 und aus einem Rückkopplungs- oder ß-Kreis 18
besteht. Der ,u-Kreis 17 enthält einen Verstärker 19, dem ein Frequenzmodulator
20 folgt. Der ß-Kreis 18 enthält ein Verzerrungsnetzwerk 22, einen
Gleichrichter 23 und einen Belastungswiderstand 24, der an einer Seite geerdet ist.
Die Spannung des Generators 27, die dreieckförmigen Verlauf hat, und diejenige am
Belastungswiderstand 24 sind nahezu gleich, sie haben jedoch entgegengesetztes Vorzeichen.
Diese Spannungen werden durch das Widerstandsnetzwerk 25, 28 algebraisch addiert
und dem Verstärker 19 zugeführt. Der Verstärker 19 legt die Differenz dieser Spannungen
an den Frequenzmodulator 20. Somit steht die Ausgangsfrequenz an den Klemmen 14,
15 durch die Rückkopplungswirkung des ß-Kreises 18 in einer gewünschten Weise mit
der Spannung des Generators 27 durch das Verzerrungsnetzwerk 22 in Zusammenhang,
das den relativen Zeitbetrag bestimmt, den das Durchlauffrequenzsignal in der Nähe
einer gegebenen Frequenz verweilt. Die Größe und die Art der gewünschten Beeinflussung
des Zusammenhangs zwischen Frequenz und Zeit hängen von der Kurvenform ab, die die
Entzerrüngseinrichtung 8 liefert; sie werden unten näher behandelt. Die Fig. 3,
die eine graphische Darstellung der Spannung abhängig von der Zeit ist, zeigt eine
geeignete Ausgangsspannung für den Dreieckswellengenerator 27. Die Spannung steigt
linear von Null bei der Zeit to bis auf einen Maximalwert VM bei der Zeit t1, fällt
linear auf Null bei der Zeit t2 und wiederholt diesen Zyklus fortlaufend. In gewissen
Fällen, jedoch nicht in allen, ist es nützlich, t, in die Mitte zwischen to und
t$ zu legen.
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Fig.4 zeigt eine Schaltung, die sich für das Verzerrungsnetzwerk 22
der Fig. 2 eignet. Das Netzwerk weist ein Eingangsklemmenpaar 29, 30 und
ein Augangsklemmenpaar 31, 32 auf, die den entsprechend bezifferten Klemmen in Fig.
2 entsprechen. Die Schaltung besteht aus einem Reihenkondensator 35 zwischen den
Klemmen 29, 31 und aus einem Parallelzweig, der durch die zwischen den Ausgangsklemmen
31, 32 liegende Reihenschaltung eines Widerstands 36 und einer Spule
37
gebildet wird. Die Werte der Teile 35, 36, 37 sind so gewählt, daß bei
einer konstanten Eingangsspannung an den Klemmen 29, 30 das Netzwerk den
durch die Kurve der Fig.5 dargestellten Frequenzgang hat. In einem Frequenzband,
das in diesem Falle von Null bis f, reicht, fällt die Kennlinie von Null auf einen
maximalen negativen Wert VM', der annähernd gleich dem maximalen Wert VM der Ausgangsspannung
des in Fig. 3 dargestellten Dreieckswellengenerators 27 ist. Die Ausgangsspannung
ist in Fig. 5 negativ dargestellt, um die Tatsache zu unterstreichen, daß der Wechselstromausgang
des Netzwerks 22 an den Gleichrichter 23 gelegt ist, der am Belastungswiderstand
24 eine Gleichspannung erzeugt, deren Polarität derjenigen des Generators 27 entgegengesetzt
ist. Wie weiter unten erklärt wird, kann das Verzerrungsnetzwerk 22 in einigen Fällen
weggelassen werden.
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Fig. 6 zeigt eine für den Frequenzmodulator 20 der Fig. 2 geeignete
Schaltung. Die Eingangsklemmen 39, 40
und die Ausgangsklemmen 41, 42 entsprechen
den ebenso bezeichneten Klemmen in Fig. 2. Die Funktion des Frequenzmodulators 20
besteht darin, die Kennlinie Spannung-Zeit der Spannung, die der Verstärker 19 verstärkt
hat, in eine Kennlinie Frequenz-Zeit, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, umzuwandeln.
Wie gezeichnet, besteht die Schaltung aus einer Oszillatorröhre 44, einer Reaktanzröhre
45, einem Modulator 46 und einem Filter 47. Die Eingangsspannung wird dem Gitter-Kathoden-Kreis
der Röhre 45 über eine Drosselspule 49 zugeführt. Der Anoden-Kathoden-Kreis der
Röhre 45 ist dem abgestimmten Kreis der Oszillatorröhre 44 parallel geschaltet.
Die Reaktanzröhre 45 wandelt somit eine Spannung an den Eingangsklemmen 39, 40 in
eine Recktanz um, welche die Frequenz der Oszillatorröhre 44 steuert. Die Wirkungsweise
einer derartigen Schaltung ist mit mehr Einzelheiten im »Radio Engineers Handbooka
von F.E.Terman, 1. Ausgabe, 1943, S.654,655 beschrieben. Der Ausgang der Röhre 44
liegt über die gekoppelten Spulen 50 am Modulator 46, der durch einen Oszillator
51 mit fester Frequenz betrieben wird. Die Kombination des Oszillators mit veränderlicher
Frequenz, der aus der Röhre 44 und den zugehörigen Schaltelementen besteht, mit
dem Oszillator 51 mit fester Frequenz und dem Modulator 46 bildet einen Schwebungsfrequenzoszillator.
Die Arbeitsweise von Schwebungsfrequenzoszillatoren ist bekannt und z. B. auf S.
507 bis 509 des obererwähnten Handbuches beschrieben. Der Modulator 46 kann z. B.
ein Kupferoxydmodulator sein, wie er in Fig. 24 auf S. 553 des oben angeführten
Buches dargestellt ist. Die Ausgangsspannung des Modulators ist über das Tiefpaßfilter
47 zur Beseitigung unerwünschter Seitenbänder an die Ausgangsklemmen 41, 42 geführt.
Bei einer Ausführung der Erfindung, die erfolgreich f;0-arbeitet
hat,
schwingt die Röhre 44, gesteuert durch die Reaktanzröhre 45, mit Frequenzen zwischen
70 und 80 MHz; der Oszillator 51 hat dabei eine feste Frequenz von 80 MHz, das Filter
47 schneidet bei 25 MHz ab, und die Ausgangsschwingung an den Klemmen 41, 42 hat
im wesentlichen eine konstante Amplitude, während sich die Frequenz periodisch zwischen
Null und 10 MHz ändert.
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Es sei nun wieder auf Fig. 1 eingegangen. Der Vorverzerrer 11 oder
13 ist nur erforderlich, wenn die Kombination der Leitung 7 mit der Entzerrungseinrichtung
8 eine Übertragungskennlinie haben soll, die nicht geradlinig oder konstant ist.
Es sei z. B. angenommen, daß die Schalter 2 und 6 in den gezeichneten Stellungen
liegen, daß ferner der Dämpfungsvorverzerrer eine ansteigende Dämpfungs-Frequenz-Kennlinie
hat und daß schließlich die Dämpfungsentzerrungseinrichtung 8 so eingestellt ist,
daß eine geradlinige Gesamtübertragungskennlinie entsteht. Dann werden, wenn der
Dämpfungsvorverzerrer 11 entfernt wird, die Leitung 7 und die Entzerrungseinrichtung
8 zusammen eine fallende Dämpfungskennlinie haben, die gerade umgekehrt wie die
Kennlinie des Vorverzerrers 11 verläuft. Manchmal ist es erwünscht, diese oder eine
andere Art Kennlinie zu erhalten, um eine in einem anderen Teil des Systems vorhandene
, Übertragungsverzerrung auszugleichen. Der Phasenvorverzerrer 13 kann verwendet
werden, um zu einem ähnlichen Ergebnis zu kommen, wenn die Schaltung für den Phasenausgleich
verwendet wird.
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Die Funktion des Gegentaktmodulators 12 im unteren Zweig 4, der beim
Phasenausgleich Verwendung findet, besteht darin, daß die momentane Frequenz der
Durchlauffrequenzquelle 1 in zwei Frequenzen mit einem konstanten gegenseitigen
Abstand umgewandelt wird. Dieser konstante Abstand wird die Intervallfrequenz genannt.
Es ist in der Technik bekannt, daß ein solches Frequenzpaar benutzt werden kann,
um die Phasenverzerrung eines Übertragungssystems zu bestimmen. Geeignete Gegentaktmodulatorschaltungen
zur Erzeugung einer Zweiseitenbandschwingung mit unterdrücktem Träger sind in Fig.
22 auf S. 551 des oben angeführten Handbuches dargestellt. Bei einer Ausführung
hat der feste Oszillator 58 eine Frequenz von 14 kHz, wenn die Frequenz der Ausgangsspannung
der Durchlauffrequenzquelle 1 sich von Null bis 10 MHz ändert. Die sich ergebende
Intervallfrequenz ist dann 28 kHz.
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Allgemein besteht die Funktion des Teils der Anordnung zum Einstellen
der Entzerrereinrichtung links vom Schalter 6, deren Teile im einzelnen oben beschrieben
wurden, darin, an die Leitung 7 ein Signal anzulegen, das zur Messung am Ausgang
der Entzerrungseinrichtung 8 geeignet ist. Wie gezeichnet, hat die unten vollständiger
beschriebene Entzerrungseinrichtung 8 drei unabhängig voneinander einstellbare Regelglieder
53, 54 und 55, die schematisch als veränderliche Widerstände gezeichnet sind. Selbstverständlich
kann aber die Erfindung auf Entzerrungseinrichtungen mit jeder Anzahl von Regelgliedern,
auch mit einem Regelglied, angewendet werden. Eine Klemme der Entzerrungseinrichtung
8 kann, wie gezeichnet, geerdet werden. Der Empfänger 9, von dem einige Ausführungen
weiter unten in Zusammenhang mit den Fig. 10, 11 und 12 beschrieben werden, ist
an die Ausgangsklemmen der Entzerrungseinrichtung 8 angeschlossen. Der Ausgangswert
des Empfängers 9 wird bei der Bestimmung der erforderlichen Einstellungen der Regelglieder
53, 54 und 55 verwendet, um die gewünschte Entzerrung der Leitung 7 zu bewirken.
Um es zu wiederholen: in Fig. 1 wird eine Durchlauffrequenz mit konstantem Pegel
von der Quelle 1 über den oberen Zweig 3 oder im unteren Zweig 4 umgewandelt in
ein Durchlauffrequenzpaar, über die Leitung 7 und die Entzerrungseinrichtung 8 übertragen
und dann im Empfänger 9 aufgenommen, dessen Ausgangswert zur Bestimmung der richtigen
Einstellungen der Entzer=ungseinrichtung 8 benutzt wird.
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Die Entzerrungseinrichtung 8 der Fig. 1 liefert eine oder mehrere
unabhängig einstellbare orthogonale Kurvenformen. Sie können z. B. den Sinus- oder
Kosinusgliedern einer Fourier-Reihe entsprechen. Fig. 7 zeigt die Dämpfungskennlinien
von drei Gliedern einer geeigneten Kosinus-Dämpfungsentzerrungseinrichtung in einem
auszugleichenden Frequenzbereich von Null bis fa. Die Kurven 59, 60 und
61 entsprechen jeweils der Grundform und den ersten beiden Harmonischen.
Eine unendliche Anzahl solcher Glieder kann jede periodische Funktion beschreiben.
Jedoch liefert eine endliche Anzahl von Gliedern in den meisten Fällen eine genügend
genaue Entzerrung. In der Praxis hat man festgestellt, daB 25 Glieder, d, h. 25
Entzerrungskurvenformen, eine hervorragende Entzerrung ergeben.
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Die geradlinige Dämpfung A, ist die Kennlinie, die man erhält, wenn
jedes der Regelglieder 53, 54 und 55 auf die Mitte des Einstellbereichs gestellt
ist. Wenn eines der Regelglieder aus der Mittelstellung gebracht wird, wird in die
Entzerrungseinrichtung 8 ein proportionaler positiver oder negativer Betrag der
entsprechenden Kosinuskurvenform eingeführt. Jede der Entzerrungskurvenformen hat
daher eine Dämpfungskennlinie, die gegeben ist durch Sn(f) = A, +
kn ' cos n O (8)
wobei O' der Phasenwinkel der Grundform ist, k eine
numerische Konstante, die von der Einstellung der Regelung abhängt und positiv oder
negativ sein kann, und n die besondere Entzerrungskurvenform bezeichnet. Geeignete
Kosinus-Entzerrungseinrichtungsschaltungen sind bereits bekannt.
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In Fig. 7 ist die Grundform (Kurve 59) als genaue Kosinusform dargestellt.
Deshalb ist ihre Phase 0 linear proportional der Frequenz f, wie durch die gestrichelte
Kurve 63 in Fig. 8 angegeben ist. Die gestrichelte Linie 65 der Fig. 9 zeigt eine
typische Frequenz-Zeit-Kennlinie der Ausgangsspannung der Durchlauffrequenzquelle
1 an den Klemmen 14, 15, wenn das Verzerrungsnetzwerk 22 weggelassen ist. Die Frequenz
steigt linear von Null bei der Zeit to auf f, bei ti an und sinkt dann wieder auf
Null bei t2. Diese Art Abtastkennlinie eignet sich zur Verwendung bei einer Entzerrungseinrichtung
8, deren Phasen-Frequenz-Kennlinie linear ist, wie es durch die Kurve 63 der Fig.
8 dargestellt ist.
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In manchen Fällen hat es sich j edoch herausgestellt, daß ein genauerer
Ausgleich erreichbar ist, wenn die Entzerrungskurvenformen verzerrte Kosinuskurven
sind. Die Phasen-Frequenz-Kennlinie der Grundform habe z. B. die durch die ausgezogene
Kurve 64 der Fig. 8 gezeigte Form, die aufwärts gekrümmt ist. In diesem Falle ist
es vorteilhaft, jedoch nicht immer wesentlich, die Frequenzskala der Abtastung zu
verzerren, indem sie bei den niedrigen Frequenzen zusammengedrückt und bei den hohen
Frequenzen auseinandergezogen wird, um die Nichtlinearität der Phasen-Frequenz-Kennlinie
zu kompensieren. Dies geschieht durch Einschaltung eines Verzerrungsnetzwerks 22,
dessen Spannungs-Frequenz-Kenn-Linie, wie in Fig. 5 gezeigt, der Phasen-Frequenz-Kurve
64 der Fig. 8 entspricht und das eine nach unten gekrümmte Abtastkennlinie erzeugt,
wie sie durch die ausgezogene Kurve 66 der Fig. 9 dargestellt ist, und hierdurch
die Phasen-Zeit-Kennlinie linearisiert.
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Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen drei verschiedene Schaltungen, die sich
für den Empfänger 9 der Fig. 1 eignen.
Der Empfänger hat ein Eingangsklemmenpaar
68 und 69, das mit einem Detektor 70 verbunden ist, an den ein Wechselstromverstärker
71 angeschlossen ist. Der Detektor 70 ist zur Anzeige einer Dämpfung geeignet,
wenn die Schaltung der Fig. 1 zur Dämpfungsentzerrung verwendet wird; er ist zur
Anzeige einer Phasenverzerrung geeignet, wenn die Phasenverzerrung ausgeglichen
werden soll. Seine Funktion besteht darin, die empfangenen Signale in eine sich
ändernde Gleichspannung umzuwandeln. Die Funktion des Verstärkers 71 besteht darin,
die Änderungen dieser Spannung zu übertragen, während ihre konstante oder mittlere
Komponente zurückgehalten wird.
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Fig. 13 zeigt die Schaltung eines Dämpfungsdetektors, der sich zur
Verwendung in den Empfängern der Fig. 10, 11 und 12 eignet, wenn die Dämpfung entzerrt
werden soll. In Fig. 13 entsprechen die Eingangsklemmen 68, 69 und die Ausgangsklemmen
73, 74 den ebenso bezeichneten Klemmen in den Fig. 10, 11 und 12. Der Dämpfungsdetektor
besteht aus einem Diodengleichrichter 75, der zwischen den Klemmen 68, 73 liegt,
und aus einem Ausgangsparallelzweig, dereinenBelastungswiderstand 76 in Reihe mit
einem Amperemeter 77 enthält; der Gleichrichter 75 ergibt am Widerstand 76 und ebenso
an den Ausgangsklemmen 73, 74 eine Gleichspannung, die der Amplitude des an den
Eingangsklemmen 68, 69 liegenden Signals proportional ist. Die Abweichungen dieser
Spannung an den Klemmen 73, 74 von ihrem Mittelwert stellen den Übertragungs- oder
Ausgleichsfehler der Leitung 7 und der Dämpfungsentzerrungseinrichtung 8 dar. Das
Amperemeter 77 zeigt den mittleren Strom im Widerstand 76 an und damit die mittlere
Amplitude des empfangenen Signals. Diese mittlere Amplitude zeigt an, ob das System
auf dem richtigen Pegel betrieben wird.
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Fig. 14 zeigt die Schaltung eines Phasenverzerrungsdetektors, der
sich zur Verwendung in den Empfängern der Fig. 10, 11 und 12 eignet, wenn eine Phasenverzerrung
ausgeglichen werden soll. Der Phasenverzerrungsdetektor besteht aus einem in Reihe
liegenden Diodengleichrichter79, einem parallelen Belastungswiderstand 80, einem
Filter 81 und einem phasenempfindlichen Gleichrichter 82, dessen Ausgang an die
Ausgangsklemmen 73, 74 angeschlossen ist. Die Schaltung enthält ferner ein Filter
83, dessen Eingang am Widerstand 80 liegt und dessen Ausgang mit dem phasenempfindlichen
Gleichrichter verbunden ist. Geeignete Schaltungen für den phasenempfindlichen Gleichrichter
82 sind bekannt.
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Die an den Eingangsklemmen 68, 69 des Phasenverzerrungsdetektors aufgenommenen
Signale werden durch den Gleichrichter 79 gleichgerichtet und bringen am Widerstand
80 die durch den Modulator 12 der Fig. 1 erzeugte Intervallfrequenz hervor. Bei
einer beispielsweisen Ausführung beträgt diese Intervallfrequenz28kHz. Die Intervallfrequenz
ist durch die Phasenverzerrungskennlinie der Leitung? und der Phasenverzerrungseinrichtung
8 phasenmoduliert. Bei den dargestellten Ausführungen wird ferner diese Kennlinie
mit einer Periode gleich der Differenz zwischen t2 und to gemäß Fig. 3 durchlaufen.
Somit kann die Intervallfrequenz am Widerstand 80 als ein Träger mit zwei Seitenbändern
aufgefaßt werden, bei denen die verschiedenen Seitenbandfrequenzen Intervalle von
1/(ti to) oder 1/(t2 t1) aufweisen. Das Filter 83 hat ein sehr schmales Übertragungsband,
das nur die Intervallfrequenz durchläßt, die Seitenbänder aber zurückhält und deshalb
dem phasenempfindlichen Gleichrichter 82 eine Trägerschwingung mit konstanter Amplitude
und Phase liefert. Andererseits hat das Filter 81 eine solche Durchlaßbreite, daß
die Differenzfrequenz und alle wichtigen Seitenbänder durchgelassen werden. Somit
liefert der phasenempfindliche Gleichrichter 82 an die Ausgangsklemmen 73, 74 eine
Gleichspannung, die ein Maß der Abweichung von einem konstanten Phasenmaß ist.
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Wir kehren nun zur Fig. 10 zurück. Diese Ausführung des Empfängers
9 enthält außer dem Detektor 70 und dem Verstärker 71, die oben beschrieben
wurden, einen akustischen Anzeiger 85, einen Leistungsmesser 86, eine Reihe von
Filtern 87, 88 und 89, ein Meßinstrument 90
und die Schalter
92, 93. Die obere Klemme des Verstärkers 71 ist mit dem Schalter 92 und das Meßinstrument
90 mit dem Schalter 93 verbunden.Der akustischeAnzeiger85 und der Leistungsmesser
86 sind mit den zum Schalter 92 gehörigen Klemmen 95 und 96 verbunden. Die Filter
87, 88 und 89 sind mit ihren oberen Eingangsklemmen an die zum Schalter 92 gehörigen
Klemmen 97, 98 und 99 angeschlossen und mit ihren oberen Ausgangsklemmen an die
zum Schalter 93 gehörigen Klemmen 100, 101 und 102. Die Schalter 92 und 93 werden
vorzugsweise gemeinsam betätigt, so daß die Filter 87, 88 und 89 nacheinander zwischen
den Verstärker 71 und das Meßinstrument 90 geschaltet werden können. Der
Schalter 92 kann unabhängig davon so betätigt werden, daß er mit den Klemmen 95
und 96 Kontakt macht und dabei entweder den akustischen Anzeiger 85 oder den Leistungsmesser
86 an den Verstärker 71 schaltet.
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Um die Arbeitsweise der Anordnung zum Einstellen der Entzerrungseinrichtung
der Fig. 1 zu erklären, wenn der Empfänger 9 nach Art der Fig. 10 aufgebaut ist,
sei angenommen, daß die Dämpfung ausgeglichen werden soll. In Fig. 1 sind dann die
Schalter 2 und 6 in die obere Stellung gelegt, um den Dämpfungsvorverzerrer 11 in
den Kreis zu legen. Die Entzerrungseinrichtung 8 ist eine Dämpfungsentzerrungseinrichtung.
Es sei ferner angenommen, daß die Entzerrungseinrichtung 8 drei Regelglieder 53,
54 und 55 hat, welche die Dämpfungskennlinien, die durch die Kurven 59, 60 und 61
der Fig. 7 gegeben sind, regeln, und daß nur das Regelglied 53 falsch eingestellt
ist. Die Durchlauffrequenzquelle 1 tastet das System auf einer Durchlaufkennlinie
ab, von der angenommen sei, daß sie die durch die Kurve 65 der Fig. 9 dargestellte
Kennlinie mit einer Periode t2-1, ist. Die Amplitude des am Ausgang des Detektors
70, Fig. 10, aufgenommenen Signals ändert sich so mit der Zeit, wie es durch die
gestrichelte Kurve 105 der Fig. 15 dargestellt ist. Während des Intervalls von to
bis t1 folgt die Kurve 105 der Kurve 59 der Fig. 7 und fällt von einem Maximum auf
ein Minimum ab. Zur Zeit t1 erreicht die Durchlauffrequenz ihren Maximalwert f,
und beginnt dann wieder auf Null abzunehmen, wie es in Fig.9 dargestellt ist. Somit
folgt im Intervall von t1 bis t2 die Kurve 105 wieder der Kurve 59 in entgegengesetzter
Richtung und steigt wieder auf das Maximum. Wenn die Intervalle t, -t, und i,-t,
gleich sind, ist die Kurve 105 eine Kosinusfunktion der Zeit mit einer mittleren
Größe V" und einer Frequenz f1, die gegeben ist durch
Der der Spannung V" entsprechende Strom im Widerstand 76 kann am Amperemeter 77
(Fig. 13) abgelesen werden.
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Wenn bei der Entzerrungseinrichtung 8 in Fig. 1 das Regelglied 54
anstatt 53 falsch eingestellt ist, wird das am Verstärker 71 (Fig. 10) ankommende
Signal eine Kosinusfunktion der durch die ausgezogene Kurve 106 der Fig. 15 dargestellten
Art sein, mit einer Frequenz f z. gleich 2 f l. Ebenso ergibt eine Falscheinstellung
des Regelgliedes 55 ein ankommendes Fehlersignal mit der Frequenz f3 gleich 3 f1.
Wenn zwei oder mehrere der Regelglieder 53, 54 und 55 gleichzeitig falsch eingestellt
sind,
werden die entsprechenden Fehlersignale gleichzeitig aufgenommen. Man erkennt somit,
daß die durch Fehleinstellungen der Entzerrungskurvenformen- hervorgerufenen Dämpfungsfehlanpassungen,
die Kosinusfunktionen der Frequenz sind, im Empfänger 9 in eine Reihe von Fehlersignalen
umgewandelt werden, die harmonisch zusammenhängende Kosinusfunktionen der Zeit sind.
Ferner entsprechen sich der Grad der Fehlanpassung und die Amplitude des entsprechenden
Fehlersignals. Daraus folgt, daß, wenn die Regelglieder 53, 54 und 55 nacheinander
eingestellt werden, bis alle aufgenommenen Signale beseitigt oder auf ein Minimum
gebracht sind, die Entzerrungseinrichtung 8 richtig eingestellt ist, so daß sie
die gewünschte Entzerrung für die Übertragungsleitung 7 gibt.
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Bei einer Ausführung der Erfindung, die an einem koaxialen Breitbandkabelsystem
mit Erfolg erprobt wurde, wurde eine Abtastfrequenz f1 von 37 Hz benutzt. Die Entzerrungseinrichtung
8 liefert 25 harmonisch zusammenhängende Kurvenformen, von denen eine entsprechend
der nullten Harmonischen geradlinig ist. Wenn alle Kurvenformen falsch eingestellt
sind, enthält die Wechselstromausgangsspannung des Verstärkers 71 in Fig. 10 eine
Frequenz f1 von 37 Hz und ihre ersten 24 Harmonischen, wobei die höchste ankommende
Frequenz 888 Hz beträgt. Die Entzerrungseinrichtung ist richtig eingestellt, wenn
die ankommende Ausgangsspannung keine Frequenzen zwischen 37 und 888 Hz enthält
und das Amperemeter 77 einen vorher bestimmten Stromwert anzeigt.
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Es sei noch einmal auf den in Fig. 10 dargestellten Detektor eingegangen.
Die Funktion des Teils der Schaltung rechts vom Schalter 92 besteht darin, aus der
Fehlersignalausgangsspannung desVerstärkers 71 zu bestimmen, welche Regelglieder
der Entzerrungseinrichtung 8 in welcher Richtung eingestellt werden müssen, um den
gewünschten Ausgleich zu erhalten. Diese Bestimmung kann mit Hilfe des akustischen
Anzeigers 85 durchgeführt werden, der an den Verstärker 71 angeschlossen werden
kann, indem der Schalter 92 auf den Kontakt 95 gelegt wird. Der akustische Anzeiger
85, der ein Kopfhörer oder ein Lautsprecher sein kann, wandelt die Harmonischen
des Fehlersignals in die entsprechenden Töne um, die vom Bedienungsmann abgehört
werden können. Diese Töne der Fehlerfrequenzen werden dann nacheinander durch Einstellung
der entsprechenden Entzerrungsregelglieder 53, 54 und 55 zum Verschwinden gebracht.
Wenn keiner der Töne zu hören ist oder wenn sie wenigstens verschwindend leise sind,
hat die Entzerrungseinrichtung 8 die richtige Einstellung. Wenn die akustische Anzeige
benutzt wird, ist eine Abtastgeschwindigkeit f1 von wenigstens 100 Hz wegen des
Nachlassens der Empfindlichkeit des menschlichen Ohres bei tieferen Frequenzen vorzuziehen.
Auch hat sich aus der Erfahrung ergeben, daß es zweckmäßig ist,das besondere, gerade
einzustellende ; Regelglied zuerst stark zu verstellen, um die Lautstärke der zu
diesem Regelglied gehörigen Tonhöhe zu vergrößern. Wenn man dann diesen Ton hört,
wird das Regelglied so eingestellt, daß die Harmonische verschwindend leise wird.
Bei Laboratoriumsversuchen hat sich t herausgestellt, daß musikalische Übung einen
sehr geringen Einfiuß auf die Fähigkeit des Bedienungsmanns hat, das akustische
Einstellverfahren geschickt zu verwenden.
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In Fig. 10 kann der Schalter 92 auf den Kontakt 96 gelegt werden,
so daß der Leistungsmesser 86 an den Verstärker 71 angeschlossen ist und damit ein
anderes Einstellverfahren ermöglicht. Der Leistungsmesser 86 kann ein gewöhnliches
Wattmeter oder ein Thermistor oder ein elektronisches Gerät sein. Dieser Leistungsmesser
zeigt die gesamte Ausgangsleistung des Verstärkers 71 an. Wenn eines der Regelglieder
53, 54 und 55 der richtigen Einstellung näher gebracht wird, nimmt die gesamte aufgenommene
Leistung ab. Bei diesem Verfahren werden daher die Regelglieder zur Entzerrung nacheinander
so eingestellt, daß die am Leistungsmesser 86 abgelesene Leistung verschwindet.
Es ist wichtig zu bemerken, daß dieses Verfahren in gleicher Weise bei allen Arten
von Entzerrungskurvenformen brauchbar ist, die orthogonal sind oder durch Verwendung
der verzerrten Abtastung orthogonal gemacht werden können. Zum Beispiel sind alle
Entzerrungskurvenformen, die sich auf der Frequenzskala nicht überlappen, bei allen
Abtastverzerrungen orthogonal und können mit diesem Verfahren leicht eingestellt
werden. Ferner ist die Ablesung 1 auf dem Leistungsmesser eine Messung des quadratischen
Mittelwerts des Ausgleichsfehlers und bildet somit eine bequeme Anzeige der Güte
der Entzerrung, die nach der Vollendung der Entzerrungseinstellung erreicht ist.
Zum Beispiel zeigt eine Leistungsablesung, die einer Abweichung von 0,1 Dezibel
der Dämpfung oder weniger oder einer Abweichung von 0,1 Mikrosekunde des Phasenmaß
oder weniger entspricht, gewöhnlich an, daß die Leitung? für Fernsehübertragungen
ausreichend ausgeglichen ist.
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Ein weiteres bei dem Empfänger der Fig. 10 vorgesehenes Einstellverfahren
sieht die Aufteilung der Fehlersignalausgangsspannung des Verstärkers 71 in einzelne
Frequenzbänder mit Hilfe von Bandfiltern 87, 88 und 89 vor. Diese Filter können
nacheinander zwischen den Verstärker 71 und das Meßinstrument 90 mit Hilfe der gekuppelten
Schalter 92 und 93 geschaltet werden. Es kann z. B. eine so große Anzahl von Filtern
vorhanden sein, daß jede Harmonische im Fehlersignal ausgefiltert werden kann. In
diesem Falle hat jedes der Filter 87, 88 und 89 ein schmales Band, das nur eine
der harmonischen Frequenzen f1, f2 und f3 durchläßt, während es die anderen sperrt.
Das Meßinstrument ist in diesem Falle ein Wechselstromvoltmeter, das die Spannung
der durch das jeweils im Kreis befindliche Filter durchgelassenen Harmonischen anzeigt.
Die entsprechende Entzerrungsregelung wird auf minimale Ablesung am Meßinstrument
90 eingestellt. Wenn jedes der Regelglieder 53, 54 und 55 für sich auf minimale
Spannungsablesung eingestellt ist, befindet sich die Entzerrungseinrichtung 8 in
der richtigen Einstellung.
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Andererseits kann jedes der Filter 87, 88 und 89 mehr als eine der
harmonischen Frequenzen übertragen. Wenn z. B. 24 Harmonische vorhanden sind, kann
das Filter 87 die zehn niedrigsten Frequenzen, das Filter 88 die übrigen und das
Filter 89 alle Frequenzen durchlassen. In diesem Falleist das Meßinstrument90 vorzugsweise
einLeistungsmesser wie das Meßinstrument 86. Die Entzerrungseinrichtung ist richtig
eingestellt, wenn die den übertragenen Harmonischen entsprechenden Regelglieder
gleichzeitig auf minimale Ablesung am Instrument 90 eingestellt sind. Dieses
Verfahren mit teilweiser Filterung vermindert die zur Einstellung einer Entzerrungseinrichtung
mit vielen Regelungen erforderlichen Schaltvorgänge, während dennoch eine große
Genauigkeit erreicht wird.
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Fig. 11 zeigt eine andere Schaltung für den Empfänger9 der Fig. 1.
Der Detektor 70 kann der gleiche sein wie der in Fig. 10 dargestellte. Der Verstärker
107 kann ebenfalls der gleiche sein wie der Verstärker 71 der Fig 10, abgesehen
davon, daß eine Rückkopplungsverbindung 109 vorgesehen ist. Die Filterung geschieht
durch die Bandsperrfilter 110,111 und 112, die nacheinander in den Rückkopplungsweg
vom Ausgangsleiter 114 zur Verbindung 109 gelegt werden. Die gekuppelten
Schalter 115 und 116 erlauben das Einschalten des gewünschten Filters in den Rückkopplungsweg.
Die Mittenfrequenzen der Filter 110,
111 und 112 entsprechen
den harmonischen Frequenzen f1, f2 und f3. Die durch einen Verstärker übertragene
Frequenz entspricht der im Rückkopplungsweg unterdrückten Frequenz. Daher kann der
Verstärker 107 so abgestimmt werden, daß durch Wahl des richtigen Filters
jede der Frequenzen f1, f2 und f3 übertragen wird. Das Voltmeter 117 zeigt
das aufgenommene Fehlersignal an. Wenn der Verstärker 107 auf die entsprechende
Frequenz abgestimmt ist, werden die Regelglieder 53, 54 und 55 nacheinander auf
minimale Ablesung am Instrument 117 eingestellt.
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Eine weitere Empfängerschaltung ist in Fig. 12 dargestellt. Der Detektor
70 und der Verstärker 71 können die gleichen sein wie in Fig. 10.
In diesem Falle wird jedoch die am Ausgang des Verstärkers 71 vorhandene Filterung
der harmonischen Frequenzen mit Hilfe eines Überlagerungsdetektors durchgeführt,
der aus einem Modulator 119, einem einstellbaren Überlagerungsoszillator
120, einem Filter 121 und einem Voltmeter 122 besteht. Das Filter 121 hat
einen schmalen festen DurchlaBbereich. Die Signale des Verstärkers 71 werden durch
den Modulator 119 zu einem neuen Frequenzband moduliert, dessen Lage durch die Frequenz
des Oszillators 120 bestimmt wird. Durch geeignete Einstellung der Frequenz
des Oszillators 120 kann jede aufgenommene Harmonische zu der vom Filter
121 durchgelassenen Frequenz moduliert werden. Auf diese Weise können die den verschiedenen
Entzerrungsregelungen entsprechenden Fehlersignale nacheinander ausgewählt und die
Spannung am Instrument 122 abgelesen werden. Die Entzerrungseinrichtung 8 ist richtig
eingestellt, wenn jedes Regelglied auf minimale Ablesung am Instrument
122 eingestellt ist.