DE1010109B - Schaltungsanordnung fuer von einer innerhalb des Nachrichtenbandes uebertragenen Pilotfrequenz gesteuerte Pegelregler in Fernmeldeanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für von einer Pilotfrequenz gesteuerte Pegelregler in Fernmeldeanlagen, insbesondere für die Verwendung in Nachrichtenübertragungsanlagen für militärische Zwecke, die besonders anfällig gegenüber Änderungen ihrer Übertragungskonstanten in Abhängigkeit von der Witterung und beim Arbeiten unter sehr verschiedenen Betriebsverhältnissen sind. Obwohl die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für den Gebrauch unter diesen erschwerten Bedingungen geeignet ist und dabei das Gesamtübertragungsmaß der Verbindung genau konstant hält, ist sie auch bei Übertragungsanlagen anwendbar, die günstigere Übertragungseigenschaften besitzen, und verbessert auch deren Übertragungsgüte.

Pilotgesteuerte Pegelregler sind seit langem bekannt. Bei ihnen wird zusammen mit den Nachrichtensignalen ein Pilotsignal von genau konstanter Frequenz übertragen. Einrichtungen dieser Art werden üblicherweise in Trägerfrequenzanlagen benutzt. Hierbei ist es bekannt, die Pilotfrequenz in die Nähe der höchsten Frequenz des in dem Übertragungssystem benutzten Frequenzbandes zu legen und sie mit einem Pegel zu übertragen, der wesentlich niedriger als derjenige der Nachrichtensignalfrequenzen liegt, z. B. 10 bis 16 db unter dem normalen Nachrichtensignalpegel. Auf der Empfangsseite des Nachrichtensystems wird das Pilotsignal aus den Frequenzen, mit denen es gemeinsam übertragen wurde, herausgefiltert, üblicherweise demoduliert, und das demodulierte Signal dazu benutzt, eine veränderbare Verstärkungsoder Dämpfungseinrichtung derart zu steuern, daß die Ausgangsleistung genau konstant gehalten wird.

Der Grund für die Wahl der höchsten Frequenz des übertragenen Bandes als Pilotfrequenz liegt darin, daß bei allen Nachrichtenübertragungssystemen die Dämpfung mit der Frequenz wächst. Der Ausgleich der Dämpfung dieser Frequenz ist daher ausreichend auch für die übrigen Frequenzen. Darüber hinaus ist der Einfluß einer Wetteränderung auf die Übertragungskonstanten der Leitung um so größer, je höher die Frequenz ist. Die Frequenzabhängigkeit der Übertragungskonstanten und ihre Abhängigkeit vom Wetter werden Dämpfungsverzerrung genannt. Unter gewissen Bedingungen kann sie vernachlässigt werden, und es können beispielsweise alle übertragenen Frequenzen gleichmäßig verstärkt werden. Bei großer Dämpfungsverzerrung ist jedoch eine Entzerrung notwendig.

Bei Übertragungskreisen, die in abgeschirmten Kabeln untergebracht sind, besteht der Haupteinfluß für die Änderung der Übertragungskonstanten in der Temperatur. Die Temperaturänderungen bewegen sich in verschiedenen Teilen der Vereinigten Staaten von Schaltungsanordnung für von einer

innerhalb des Nachrichtenbandes

übertragenen Pilotfrequenz gesteuerte

Pegelregler in Fernmeldeanlagen

Anmelder:

Automatic Electric Laboratories, Inc.,
Chicago, 111. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. K. Boehmert, Patentanwalt,
Bremen, Feldstr. 24

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. Februar 1952

Kurt Eugene Appert, Atherton Heights, Calif. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

Amerika zwischen -18⁰C und mehr als 50° C. Auf langen Strecken kann die aus solchen Temperaturänderungen sich ergebende Widerstandsänderung sehr große Unterschiede im Pegel des empfangenen Signals hervorrufen. Bei Freileitungen und insbesondere bei militärischen Nachrichtenleitungen üben den größten Einfluß auf die Übertragungskonstante die Feuchtigkeitsschwankungen aus, die entsprechende Schwankungen der wirksamen Kapazität zwischen den Leitern des Kreises hervorrufen, was, vor allem, wenn die Leitung naß ist, zu einer höheren Dämpfung besonders bei den hohen Frequenzen führt.

Militärische Nachrichtenverbindungen, insbesondere für die Benutzung im Gelände, stellen den ungünstigsten Fall von Änderungen der Übertragungskonstanten in Abhängigkeit vom Wetter dar. Die erhöhten technischen Anforderungen bei der Bewegung von Heeren bedingen ein ständiges Anwachsen der erforderlichen Nachrichtenverbindungsmöglichkeiten.

Bei kriegsmäßigen Bedingungen ist es üblich, eine Verbindung durch Verwendung von Feldkabel mit zwei verdrillten Adern herzustellen. Diese Feldkabel können auf der Erde liegen, an Bäumen gespannt sein, von spitzen Pfählen getragen werden oder auch unter Wasser verlaufen. Die verdrillte Anordnung und die Ansammlung von Wasser zwischen den Adern beim Naßwerden bedingen eine sehr große Änderung der wirksamen Kapazität pro Längeneinheit im Vergleich zu der geringsten Kapazität, welche das Feldkabel in

719 548/308

3 4

trockenem Zustand besitzt. Dies erhöht den Unter- Dämpfungsentzerrung vereinigt, wobei die Dämpschied der Dämpfung bei hohen und tiefen Frequenzen fungsentzerrung über den ganzen Bereich der be- und damit die obenerwähnte Dämpfungsverzerrung nutzten Frequenzen sehr genau ist. Dieser Regler soll und hat einen beachtlichen Einfluß sogar innerhalb ferner bei seiner Anwendung ohne die geringste Andes Bereichs eines einzelnen Sprachfrequenzkanals. 5 derung bei den verschiedensten Leitungslängen beWenn Freileitungsanlagen sich über mehr als 3 bis nutzbar sein und dennoch die Regelgenauigkeit inner-5 km erstrecken sollen, wird eine Dämpfungs- halb der gewünschten Toleranzen aufrechterhalten, entzerrung zunehmend notwendig, denn ohne eine Er soll den gewünschten Genauigkeitsgrad nicht nur solche Entzerrung werden die stark gedämpften Si- an den Grenzen seines Regelbereiches, sondern auch gnale unverständlich, selbst wenn sie verstärkt wer- io für die Zwischenwerte aufrechterhalten, z. B. auch den. Die modernen militärischen Belange machen aber dann, wenn verschiedene Leitungsteile verschiedenen aus naheliegenden Gründen eine einwandfreie Nach- Bedingungen unterworfen sind. Ferner soll der Regler richtenverbindung über mehr als 3 bis 5 km hinaus die oben aufgezählten Vorteile und Eigenschaften dringend notwendig. trotz großer Einfachheit und Zuverlässigkeit der

Eine bekannte Ausführungsform eines Pilotreglers 15 temperaturgesteuerten Brückenschaltung aufweisen, enthält im wesentlichen eine Brückenschaltung, in Es ist bereits eine Schaltungsanordnung für von

welcher das ankommende Signal an eine Diagonale einer innerhalb des Nachrichtenbandes übertragenen derBrücke angelegt wird, während der Ausgangskreis Pilotfrequenz gesteuerte Pegelregler in Fernmelde-• die andere Diagonale bildet. Ein Zweig der Brücke anlagen mit einer Brückenschaltung bekannt, die enthält einen stromabhängigen Widerstand mit einem 20 einen an den zu regelnden Nachrichtenspannungen hohen Temperaturkoeffizienten des Widerstands- liegenden Eingangsübertrager aufweist, an dessen wertes. zwei benachbarte Brückenzweige bildende angezapfte

Die Zweige der Brücke sind dabei so bemessen, daß Sekundärwicklung praktisch konstante Widerstände die Brücke stets etwas aus dem Gleichgewicht ist, und sowie stromabhängige steuerbare Widerstände als der Pegel des Signals an der Ausgangsdiagonale 25 weitere Brückenzweige angeschlossen sind. Demändert sich im Verhältnis zum Eingangspegel ent- gegenüber unterscheidet sich die erfindungsgemäße, in sprechend der Verstimmung der Brücke aus der nur einem Brückenzweig einen stromabhängigen Gleichgewichtslage. Das Pilotsignal wird aus dem Widerstand enthaltende Schaltungsanordnung im Signalgemisch am Ausgang ausgesiebt, verstärkt und wesentlichen dadurch, daß dem Brückenzweig mit steuert die Temperatur des stromabhängigen Wider- 30 dem stromabhängigen, pegelgesteuerten Widerstand, Standes derart, daß der Pegel durch Änderung der z. B. Glühlampe, ein auf die Pilotfrequenz abge-Verstimmung der Brücke genau konstant gehalten stimmter Filterkreis solcher Bemessung zugeschaltet wird. Wie in jedem negativen Rückkopplungskreis ist, daß der im gleichen Brückenzweig liegende stromkann der Ausgangspegel nicht absolut konstant sein, abhängige Widerstand seine größte Wirkung bei der jedoch kann die gewünschte Konstanz näherungsweise 35 Pilotfrequenz besitzt und daß an die Ausgangsdurch Benutzung eines hohen Verstärkungsgrades für diagonale der Brückenschaltung, von welcher die gedas Pilotsignal, das zurückgeleitet wird, um dieTem- regelten Nachrichtenspannungen abgenommen werperatur des wärmeempfindlichen stromabhängigen den, ein weiterer stromabhängiger pegelgesteuerter Elements zu steuern, erreicht werden. Widerstand (z. B. eine Glühlampe) als Belastung geWenn alle zu übertragenden Frequenzen durch die 40 schaltet ist. Durch diese Maßnahmen wird der Vorteil Änderungen der Leitungskonstanten in gleicherweise erreicht, daß Änderungen der Dämpfungsverzerrung beeinflußt würden, so könnte die beschriebene Ein- des Übertragungssystems durch den Pilotregler autorichtung nahezu jede Änderung des Eingangssignal- matisch ausgeglichen werden. Auf diese Weise ist es pegels der Brücke mit Hilfe geeigneter temperatur- möglich, den Ausgangspegel auf ± 1 db konstant zu empfindlicher Widerstände ausgleichen, denn in diesem 45 halten, selbst wenn der ankommende Pegel eine Fall wäre das temperaturempfindliche Element als Dämpfungsverzerrung von 36 db zwischen hohen und einzige Impedanz in dem steuerbaren Zweig der tiefen Frequenzen aufweist.

Brücke ausreichend. Wenn jedoch starke Dämpfungs- Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung be-

verzerrungen auszugleichen sind, ist dies nicht mög- nutzt zwei stromabhängige Widerstände, deren Imlich, weil in diesem Fall in dem Brückenkreis EIe- 50 pedanz selbsttätig in Abhängigkeit von der Amplitude mente eingeschaltet werden müssen, welche frequenz- der Pilotfrequenz geändert wird. Zweckmäßig sind abhängig sind. Es ist nicht angängig, diese frequenz- diese temperaturempfindlichen Widerstandselemente abhängigen Elemente in der gleichen Weise tetnpe- ähnlich denen in dem einfachen, oben beschriebenen raturempfindlich zu machen, wie es bei einem Wider- bekannten Pegelregler. Ihre Temperaturkoeffizienten stand möglich ist. In einer üblichen Brückenschaltung 55 können entweder negativ oder positiv sein, und sie stellen die frequenzabhängigen Elemente, welche die können Glühlampen mit Metallfaden oder Thermo-Dämpfungsentzerrung bewirken, normalerweise eine widerstände sein, um nur zwei von mehreren mög-Impedanz dar, die in Reihe mit dem temperatur- liehen Typen zu nennen. Vorzugsweise, aber nicht empfindlichen Element wirksam ist, mit dem Er- notwendigerweise, sind sie einander genau gleich. Der gebnis, daß die Gesamtimpedanz des Brückenzweiges 60 erste dieser Widerstände liegt zusammen mit einem nicht über einen so weiten Bereich geändert werden Filterkreis so in einem Zweig der Brückenschaltung, kann, wie es wünschenswert wäre, um die gewünsch- daß die Impedanz dieses Brückenzweiges bei der ten Gleichgewichtsbedingungen für die Dämpfungs- Pilotfrequenz in erster Linie durch den pegelgesteuerentzerrung zu erfüllen. Darüber hinaus ist die Er- ten Widerstand bestimmt ist, während dieser Widerzielung einer Dämpfungsentzerrung und eines Pilot- 65 stand bei Frequenzen innerhalb des Übertragungspegelausgleichs über weite Bereiche besonders bandes, die von der Pilotfrequenz entfernt liegen, schwierig. einen derart geringen Einfluß auf die Gesamtimpedanz

Das Hauptziel der Erfindung ist demgemäß die des Zweiges besitzt, daß er fast keinen Einfluß auf das Schaffung eines Pilotreglers, der einen weiten Bereich Gleichgewicht derBrücke ausübt, deren übrige Zweige des Pegelausgleichs mit einem weiten Bereich der 70 genau konstante Impedanzverhältnisse aufweisen. Der

zweite pegelgesteuerte Widerstand liegt derart am Ausgangskreis, daß die Amplitude der Spannungen in diesem Kreis in Abhängigkeit vom Wert dieses Widerstandes geändert wird.

Die Impedanz der beiden stromabhängigen Widerstände wird in Abhängigkeit von der Pilotfrequenzamplitude im Ausgangskreis in solchem Sinne geändert, daß die Brücke für die Pilotfrequenz nahezu abgeglichen ist und die Ausgangsleistung im Ausgangskreis bei allen Frequenzen beim Anwachsen der Pilotfrequenzamplitude verringert wird. Bei Verwendung von temperaturempfindlichen Widerständen ist zweckmäßig ein an den Ausgangskreis angeschlossenes Filter für das Aussieben der Pilotfrequenz vorgesehen, an welches ein Verstärker angeschlossen ist, der seinerseits eine Vorrichtung speist, durch welche die stromabhängigen Widerstände thermisch in entsprechender Richtung beeinflußt werden.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vergrößert den Bereich der gleichzeitigen Pegel- und Dämpfungsentzerrungssteuerung außerordentlich. Zur Erläuterung sei darauf hingewiesen, daß bei Benutzung von Wolframfadenlampen als stromabhängige Widerstände, die durch eine Gleichstromkomponente geregelt werden, ein Arbeitsbereich für die Widerstandsänderung zwischen etwa 200 Ohm und rund 1500 Ohm erreicht werden kann. Durch die Benutzung zweier solcher Lampen in erfindungsgemäßer Schaltung ließ sich eine Pegelverbesserung von über 22 db erzielen, von der mehr als die Hälfte auf die Dämpfungsentzerrung entfiel, ohne dabei die Grenzen der Möglichkeiten dieser Schaltung zu erreichen. Dabei wurde eine Gesamtkonstanz des Ausgangspegels von weniger als +1 db für alle Frequenzen zwischen 400 Hz und 3 kHz für alle Zwischenwerte erzielt.

In den Zeichnungen ist eine vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung, die im einzelnen noch beschrieben werden soll, dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, die für die Pegelregelung einer Freileitung bis zu 24 km Länge für Sprachfrequenzen bis zu 3000 Hz bestimmt ist;

Fig. 2 stellt eine Anzahl von Kurven dar, welche die Dämpfung in Dezibel der erwähnten Leitung über eine Länge von 24 km zeigen, wenn diese vollständig naß oder vollständig trocken ist oder dazwischenliegende Zustände besitzt;

Fig. 3 ist ein idealisiertes Diagramm, welches die Pegel von empfangenen Signalen bei trockener und nasser Leitung zeigt;

Fig. 4 ist ein ähnlich idealisiertes Diagramm und zeigt die vergleichsweisen Pegel der empfangenen Signale unter den beiden in Fig. 3 dargestellten Bedingungen am Ausgang eines Entzerrers, der so bemessen ist, daß er die Frequenzabhängigkeit der unteren Kurve der Fig. 3 ausgleicht;

Fig. 5 ist ein idealisiertes Diagramm, das die Ausgangsleistungen des Brückenteils der Schaltung unter den beiden erwähnten Bedingungen zeigt;

Fig. 6 ist ein ähnliches Diagramm, das die endgültige Ausgangsleistung des Reglers unter den beiden Bedingungen zeigt;

Fig. 7 ist eine Kurvenschar, welche die wirksame Entzerrung einer Leitung durch den erfindungsgemäßen Regler zeigt, welche die in den Kurven der Fig. 2 dargestellten Eigenschaften besitzt, wobei alle Kurven auf den gleichen Ausgangsbezugspegel bezogen sind.

Zur Erläuterung der Erfindung soll diese in ihrer Anwendung auf eine Einzelkanalschaltung beschrieben werden, die als militärische Verbindung in zweiadriger Freileitungsausführung mit einem einzigen Sprachfrequenzkanal arbeiten soll. Eine solche Schaltung besitzt sehr große Toleranzen, damit die Freileitung einfach und leicht im Gelände verlegt werden kann, ohne daß dabei auf die Güte der übertragenen Nachricht besondere Rücksicht genommen zu werden braucht. Eine derartige Schaltung stellt nur mäßige Anforderungen, jedoch kann die Erfindung selbstverständlich auch bei höherwertigen Schaltungen angewendet werden, welche ein viel breiteres Frequenzband über viel größere Entfernungen übertragen.

In Fig. 1 ist nur die Reglerschaltung dargestellt. Diese ist an eine ankommende Leitung 1 angeschlossen, welche Übertragungseigenschaften besitzt, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind. Darüber hinaus sei angenommen, daß das Entzerrungsnetzwerk 3 so bemessen ist, daß an seinem Ausgang die Dämpfung für alle Frequenzen unter den ungünstigsten Übertragungsbedingungen die gleiche ist. Dies ist bei vollständig nasser Leitung der Fall, wo die Leitungsdämpfung nach Kurvet der Fig. 2 entsprechend einer Leitung von 24 km Länge verläuft.

Die durch das Entzerrungsnetzwerk 3 bei den verschiedenen Frequenzen hervorgerufenen Dämpfungen sind natürlich stets die gleichen, unabhängig vom Leitungszustand. Wenn bei Betrachtungen der Leitung allein ihre Dämpfung in nassem Zustand etwa 59,5 db bei 3 kHz und nur 23 db bei 400 Hz beträgt, so muß der Entzerrer bei der niedrigen Frequenz eine Dämpfung, die dem Unterschied der Leitungsdämpfungen bei diesen beiden Frequenzen entspricht, einführen, d. h. 36,5 db mehr bei 400 Hz als bei 3000 Hz, wobei die Dämpfungen bei den dazwischenliegenden Frequenzen Zwischenwerte besitzen, so daß der Ausgangspegel genau konstant wird. Bei trockenen Verhältnissen werden die gleichen Dämpfungen eingeführt. Wie durch die Kurve E der Fig. 2 dargestellt ist, beträgt die Dämpfungsverzerrung der Leitung für das genannte Frequenzband dann nur 22,6 db, d. h. entsprechend dem Unterschied zwischen 36,8 db bei 3 kHz und 14,2 bei 400 Hz. Fig. 3 zeigt vergleichsweise den frequenzabhängigen Verlauf des Signalpegels bei nasser und trockener Leitung am Eingang des Entzerrungsnetzwerkes 3, wobei die Kurven dieser Figur idealisiert sind, indem sie als gerade Linien erscheinen anstatt in ihrer wirklichen Kurvenform, da die Wirkungsweise der verschiedenen Elemente der Einrichtung durch diese Vereinfachung leichter ver-.ständlich wird. Da ein Regler der hier beschriebenen Art seine Wirkung nur durch Einführen von Dämpfungen ausüben kann, müssen alle Signale auf das Signal mit der größten Dämpfung zurückgeführt werden, z.B. auf den Pegelwert, den die höchste Frequenz bei nasser Leitung aufweist. Daher wirkt der Entzerrer auf das Empfangssignal so, daß seine Ausgangsleistung unter den beiden Bedingungen sich, wie in Fig. 4 dargestellt, verhält. Bei nasser Leitung ist die Kurve eine gerade Linie mit konstanter Ordinate.

Bei trockener Leitung dagegen ist der Pegel des Empfangssignals am Entzerrerausgang nicht nur höher als bei nasser Leitung, sondern er steigt mit der Frequenz an, so daß der Unterschied zwischen den beiden Signalen am größten bei der Pilotfrequenz am oberen Ende des Übertragungsbandes ist.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das Entzerrungsnetzwerk 3 die Primärwicklung 5 eines Differentialübertrages speist, welcher die übliche, im Mittelpunkt angezapfte Sekundärwicklung 7 besitzt. DieSekundärwicklung bildet zwei Zweige einer Brückenschaltung.

Die Benutzung von Differentialübertragern als Äquivalent einer Brückengrundschaltung ist wohlbekannt, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigt. Die beiden Hälften der Sekundärwicklung 7 des Übertragers bilden gleiche induktive Zweige, und die Eingangsspannung der Brückenschaltung kann als an die Enden der Sekundärwicklung als der Eingangsdiagonale der Brücke angelegt betrachtet werden.

Im vorliegenden Fall wird einer der beiden übrigen Brückenzweige durch einen festen Widerstand 9 gebildet. Bei diesem Beispiel, bei dem der Differentialübertrager üblicher Ausführung als Ausgang einer 600-Ohm-Leitung zur Speisung einer ähnlichen Impedanz verwendet wird, ist der Wert des Widerstandes 9 annähernd 300 Ohm. Der Widerstand 9 ist über einen Sperrkondensator 11, dessen Impedanz für alle Frequenzen innerhalb des in dem System benutzten Frequenzbandes vernachlässigt werden kann, mit einem Anschlußpunkt 13 verbunden, welcher die eine Klemme der Ausgangsdiagonale der Brücke bildet.

Der restliche Zweig der Brücke, der sowohl pegelgesteuerte als auch frequenzabhängige Impedanzelemente enthält, ist über einen zweiten Sperrkondensator 15 ähnlich dem Kondensator 11 an den gleichen Anschlußpunkt 13 sowie an das andere Ende der Transformator-Sekundärwicklung 7 angeschlossen. Die Elemente in diesem steuerbaren Zweig sind so bemessen, daß sie die Leitung entzerren. Diesem Zweck können verschiedenartige Kombinationen von Impedanzelementen dienen. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, der Brückenschaltung lediglich die Aufgabe der Dämpfungsentzerrung zuzuweisen und den eigentlichen Pegelausgleich dem Ausgangskreis der Brücke zu übertragen. Dies vereinfacht die Bemessung und ist zugleich wirkungsvoller, weil die Dämpfungsentzerrung selbst bereits einen geringen Pegelausgleich auch bei den von der Pilotfrequenz entfernten Frequenzen bewirkt. Die Brücke ist dann so bemessen, daß sie die höherfrequenten Signale bei trockener Leitung nur bis auf den Pegel der tieferfrequenten Signale bei trockener Leitung schwächt, wobei der letztere Pegel nahezu unbeeinflußt bleibt, doch werden diese tieferen Frequenzen so weit beeinflußt, daß die Pegeländerung geradlinig ist.

Der restliche Pegelausgleich wird durch Änderung der Belastung im Ausgangskreis der Brückenschaltung bewirkt. Dies wird in den idealisierten Kurven der Fig. 5 gezeigt. Die Kurven, welche den Signalpegel in Abhängigkeit von der Frequenz an der Ausgangsdiagonale der Brücke darstellen, sollen beide geradlinige und horizontale Linien sein, doch ist ihr Pegel, wie er durch ihre Ordinate dargestellt wird, verschieden.

Im vorliegenden Fall enthält der vorgenannte steuerbare Zweig der Brücke eine Glühlampe 17 mit Wolframfaden, der im kalten Zustand einen Widerstand von annähernd 200 Ohm und im heißen Zustand an der Grenze ihrer Belastbarkeit einen Widerstand von etwa 1500 Ohm besitzt. Dieser Widerstand wird durch den Sperrkondensator 20 großer Kapazität überbrückt, der bei allen Frequenzen des Übertragungsbandes eine vernachlässigbare Impedanz besitzt und die Lampe 17 von einem ohmschen Widerstand 19 von etwa 300 Ohm gleichstrommäßig trennt. Sowohl die Glühlampe 17 als auch der Widerstand 19 liegen wechselstrommäßig in Reihe mit einem Widerstand 21 von 200 Ohm. Der Widerstand 21 ist in Reihe mit einem Parallelnetzwerk geschaltet, das einen Kondensator 23 von annähernd 1 Mikrofarad enthält, der durch einen Widerstand 25 von etwa 200 Ohm überbrückt ist. Parallel dazu liegt ein Reihenresonanzkreis aus einem Kondensator 27 von etwa 2 bis 3 Mikrofarad und einer Spule 29 von 2,5 Millihenry. Die Eigenschaften dieses Kreises sind so gewählt, daß für Frequenzen in der Nachbarschaft der am oberen Ende des Übertragungsbereiches liegenden Pilotfrequenz das frequenzabhängige Netzwerk eine vernachlässigbare Impedenz besitzt, so daß an diesem

ίο Ende des Frequenzspektrums das Gleichgewicht der Brücke fast allein durch die reinen Widerstandselemente 17, 19, 21 beeinflußt wird. Bei niedrigeren Frequenzen wird die Impedanz des frequenzabhängigen Netzwerkes höher und verstimmt die Brücke in solchem Maße, daß die Änderung des Widerstandes der Lampe 17 von nur geringem Einfluß ist.

Die Ausgangsdiagonale der Brücke verläuft von der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 7 über eine Leitung 31 zu einer Belastung, in diesem Fall zu einem Anpassungstransformator mit einer Primärwicklung 33. Die Sekundärwicklung 35 dieses Transformators speist den Ausgangskreis 37. Beim vorliegenden Beispiel ist die Primärwicklung 33 angezapft und wirkt nur zum Teil als Primärwicklung des Transformators, da die Leitung 31 an die Anzapfung angeschlossen ist. Das eine Ende der Wicklung 33 ist über einen Sperrkondensator 39 großer Kapazität und eine Leitung 41 an den anderen Anschlußpunkt 13 der Ausgangsdiagonale der Brücke geführt. Ein zweiter stromabhängiger Widerstand, z. B. eine Glühlampe 43, ist parallel zur Primärwicklung 33 als Belastung angeschlossen. Da es aus Betriebsgründen wünschenswert ist, zwei genau gleiche Glühlampen zu benutzen, ist die Glühlampe 43 parallel zur ganzen Wicklung 33 geschaltet. Diese Wicklung kann dann als Autotransformator betrachtet werden, welcher die Lampe speist. Durch Einstellung des Übersetzungsverhältnisses dieses Autotransformators oder durch dessen Umkehrung kann eine Glühlampe mit beliebigem Widerstand benutzt werden, um die gewünschte Belastung zu erhalten. Die pegelabhängige Regel wirkung wird dadurch erhalten, daß ein einstellbarer Gleichstrom über die Heizfäden der beiden Glühlampen 17 und 43 geführt wird. Hierzu wird die Pilotfrequenz aus dem Frequenzgemisch im Ausgangskreis 37 der Reglerschaltung durch ein Filter 45 mit schmalem Durchlaßbereich ausgesiebt, das parallel an den Ausgangskreis angeschlossen ist. Die Ausgangsspannung des Filters 45, die nur die Pilotfrequenz enthält, speist einen Verstärker 47 mit einer hohen Verstärkungsziffer, und die verstärkte Pilotfrequenz wird einer Gleichrichterschaltung bekannter Art zugeführt, die durch den Gleichrichter 49 versinnbildlicht wird, der in Reihe mit einer integrierenden Schaltung liegt, die einen Kondensator 51 enthält, der durch einen Widerstand 53 überbrückt ist. Der Kathoden-Gitter-Kreis einer Röhre 55, z. B. einer Triode, ist parallel an den integrierenden Kreis angeschlossen, und der Gleichrichter 49 ist so gepolt, daß die im Kondensator 51 gespeicherteLadung bestrebt ist, das Gitter der Röhre 55 auf einem negativen Potential zu halten und dadurch den Anodenstrom der Röhre zu drosseln. Die Anode der Röhre 55 ist an die Leitung 41 angeschlossen. Die Kathode liegt über die Leitung 57 an einer Anodenspannungsquelle, die durch eine Batterie 59 dargestellt wird, deren negative Klemme an die Kathode der Röhre 55 angeschlossen ist, während die positive Klemme an der Dämpfungsentzerrungsschaltung liegt. Der Anodenkreis der Röhre 55 verläuft 70. über die Leitung 41 zum Heizdraht der Glühlampe 43

und über die eine Hälfte der Wicklung 33, dann über die Leitung 31 an die Mittelanzapfung der Transformator-Sekundärwicklung 7. Vom einen Ende dieser Wicklung verläuft der Anodenkreis weiter über den Faden der Glühlampe 17, die Widerstände 21 und 25 und die Batterie 59 zur Kathode der Röhre 55. Alle anderen Wege sind durch Kondensatoren, z. B. durch die Sperrkondensatoren 11, 15, 20 und 39, gesperrt. Wie bereits ausgeführt wurde, haben die in dieser Schaltung benutzten Glühlampen einen kalten Widerstand von etwa 200 Ohm und einen höchstzulässigen heißen Widerstand von etwa 1500 Ohm. Daher schwankt der ausnutzbare Arbeitsbereich der Parallelschaltung der Lampe 17 und ihres Überbrückungswiderstandes 19 zwischen 120 und 250 Ohm. Dieser Widerstand liegt in Reihe mit dem Widerstand 21 von 200 Ohm und der Dämpfungsentzerrungsschaltung. Die letztere hat eine Impedanz, welche bei der Pilotfrequenz praktisch vernachlässigbar ist, aber nach tieferen Frequenzen hin bis zu 200 Ohm an der _ unteren Grenze des Übertragungsbereiches ansteigt. Demgemäß schwankt die gesamte Impedanz des steuerbaren Zweiges der Brücke am oberen Ende des Bereiches zwischen etwa 320 Ohm, welcher Wert nahezu das Gleichgewicht mit dem benachbarten Zweig herstellt, und etwa 450 Ohm, welcher Wert weit außerhalb des Brückengleichgewichts liegt. Der Änderungsbereich der Ausgangsspannung der Brücke bei dieser Frequenz entspricht einer Signalpegeländerung von über 20 db, und dieser Wert kann noch beträchtlich vergrößert werden durch eine geringe Vergrößerung des Wertes von Widerstand 9.

Würde der letztere auf 320 Ohm erhöht, so könnte die Brücke vollständig ins Gleichgewicht gebracht und die Dämpfung der Pilotfrequenz unendlich groß gemacht werden. Am unteren Ende des Übertragungsbereiches liegt die mögliche Änderung der Ausgangsleistung der Brückenschaltung durch Steuerung der stromabhängigen Widerstände zwischen heiß und kalt bei nur 2 db. Die Brückenschaltung erfüllt daher die Forderung, daß im Bereich der Pilotfrequenz das Brückengleichgewicht fast ganz durch das stromabhängige Widerstandselement (Lampe 17) bestimmt wird, während bei Frequenzen, die von der Pilotfrequenz entfernt liegen, die Dämpfungsentzerrungsschaltung der bestimmende Faktor ist und das stromabhängige Element nur einen geringen Einfluß auf das Gleichgewicht der Brücke ausübt.

Es ist nicht angebracht, die Fäden der Lampen 17 und 43 an den Grenzen ihres Temperaturbereiches zu betreiben. Beim vorliegenden untersuchten Beispiel wurde gefunden, daß eine Änderung des Widerstandes der Fäden zwischen 230 und 1285 Ohm die notwendige Entzerrung ergibt und dabei ein weiter Spielraum für die Anpassung an die unvermeidlichen Unterschiede in den elektrischen Werten der Schaltelemente gelassen ist. In diesem Fall schwankt der einstellbare Gleichstrom zwischen 1 und 20 mA und die Steuergitterspannung der Röhre 55 zwischen —10 und — 22VoIt.

Der engültige Pegelausgleich von etwa 8 db wird durch Steuerung der als stromabhängiger Belastungswiderstand dienenden Lampe 43 erzielt. Der Ausgangskreis 37 speist üblicherweise unmittelbar den Gitter-Kathoden-Kreis eines Verstärkers, in welchem Fall die Lampe 43 die einzige wirksame Belastung der Brückenschaltung bildet. Die Impedanz der Brücke, von der Belastung aus rückwärts betrachtet, ist etwa 300 Ohm, und wenn die Lampe 43 unmittelbar parallel zum im Brückenzweig liegenden Teil der Wicklung 33 geschaltet ist, so ist die Gesamtspannungsänderung im Ausgangskreis 37 in Abhängigkeit von der Widerstandsänderung der Lampe 43 weniger als 10 db, und die Dämpfung schwankt nicht im richtigen Verhältnis zu der Dämpfung bei der Pilotfrequenz, wie dies erwünscht ist. Bei Benutzung der Autotransformator-Schaltung mit einem Windungsverhältnis von 2 :1 sinkt die wirksame Impedanz des Belastungskreises, rückwärts zur Brückenschaltung betrachtet, um den Faktor 4t, und die eingeführte Dämpfung entspricht nahezu dem umgekehrten Verhältnis der Impedanzen mit einem Bereich von 10 db. Durch Änderung des Windungsverhältnisses kann praktisch jede Beziehung zwischen der Dämpfung im Belastungskreis und derjenigen der Brückenschaltung erhalten werden. Ein Verhältnis der Windungszahlen von 1,65 :1 liefert die hier erforderlichen 8 db mit genügender Linearität.

Es sei bemerkt, daß durch Reihen- und Parallelschaltung veränderbarer und fester Widerstände und durch entsprechende Schwächung des Regelstromes in den stromabhängigen Widerständen, z. B. durch Weglassen des Sperrkondensators 20 in der Brückenschaltung, eine Anpassung an nahezu jede gewünschte Entzerrungskurve erreicht werden kann. Die bei der Entzerrung der Leitungen, deren Dämpfungskurven in Fig. 2 dargestellt sind, erzielten Ergebnisse sind in den Kurven der Fig. 7 dargestellt, in welcher aus den hintereinander mit A' bis E' bezeichneten Kurven die geregelten Ausgangspegel der Anordnung für die entsprechenden, in Fig. 2 mit A bis E bezeichneten Kurven ersichtlich sind. Jede Kurve in Fig. 7 ist auf den gleichen Bezugspegel bezogen. Die größte Pegeländerung sowohl in Abhängigkeit von der Frequenz als auch von dem Leitungszustand ist kleiner als +1 db.

Das einfachste Verfahren zum Ausgleich von Längenunterschieden der Leitung besteht in der Einschaltung von künstlichen Leitungsstücken mit Übertragungskonstanten, die diejenigen der trockenen Leitung entsprechen, in die Schaltung, obwohl ein fast ebenso guter Ausgleich für mäßige Längenunterschiede auch ohne einen derartigen Abgleich erzielbar ist.

Es ist eine grundlegende Eigenschaft von Brückenkreisen, die zunächst als abgeglichen betrachtet werden sollen, daß der gleiche Grad der Verstimmung aus dem abgeglichenen Zustand und die gleiche Spannungsdifferenz an der Ausgangsdiagonale, wie er bzw. sie durch Vervielfachung der Impedanz eines Zweiges mit einem Faktor K erreicht wird, auch durch Vervielfachung der Impedanz des gleichen Zweiges mit

dem Faktor· -j- erzielt wird, wenn die Spannung an

der Eingangsdiagonale konstant gehalten wird. Der einzige Unterschied zwischen den beiden Fällen ist die Umkehrung des Vorzeichens bzw. der Phase in der Ausgangsspannung. In der hier betrachteten Brückenschaltung hat eine solche Umkehrung der Phase keinerlei Bedeutung.

Eine weitere grundlegende Eigenschaft besteht darin, daß, wenn irgendein Kreis mit einer bekannten Frequenzabhängigkeit der Impedanz gegeben ist, es möglich ist, den dazu dualen Kreis abzuleiten, dessen Impedanz in reziprokem Maß des ursprünglichen sich ändert. Bei der Ableitung des dualen Kreises werden die Induktivitäten durch Kapazitäten, Parallelschaltungen durch Reihenschaltungen und umgekehrt ersetzt. Eine Änderung des Widerstandes im ursprünglichen Kreis in einem Sinne muß im inversen

709 548/308

I 010

Kreis durch eine Änderung im entgegengesetzten Sinne ersetzt werden. Ähnliche Verhältnisse liegen vor bei der Betrachtung der Übertragung einer Leistung auf einen Belastungskreis: Das gleiche Dämpfungsmaß, welches durch einen parallel geschalteten Hilfsbelastungskreis mit einem gegebenen Impedanzverhältnis zur wirksamen Last erhalten wird, wird durch eine Reihenimpedanz erzielt, deren Verhältnis zur wirksamen Last der Reziprokwert der erwähnten gegebenen Impedanz ist.

Darüber hinaus können die stromabhängigen Widerstände," z. B. die Lampen 17 und 43, so bemessen sein, daß sie mit dem Anwachsen der Pilotfrequenz-Amplitude ihren Widerstand erhöhen oder verringern. Dies läßt sich einfach durch Umkehrung der Polarität des Gleichrichters 49 und Einstellung der Gittervorspannung der Röhre 55 auf den richtigen Wert berücksichtigen. Durch die gleiche Maßnahme können temperaturempfindliche Widerstände mit negativen Koeffizienten durch Lampen mit positiven Temperaturkoeffizienten ersetzt werden. Daraus ergibt sich, daß der in Fig. 1 dargestellte Regler als Erläuterung für wenigstens vier Ausführungsbeispiele mit gleichartigen Eigenschaften gelten kann, d. h. entweder in der dargestellten Schaltung mit stromabhängigen Widerständen mit positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten oder in dualer Schaltung ebenfalls mit Widerständen entweder mit positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten. Außerdem gibt es weitere Abwandlungen. Die Brückenschaltung kann so wie dargestellt und der Speisekreis in dualer Form ausgeführt sein, oder umgekehrt, oder ein" Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten kann als das eine steuerbare Element benutzt werden und ein Widerstand mit negativem Koeffizienten als das andere.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für von einer innerhalb des Nachrichtenbandes übertragenen Pilotfrequenz gesteuerte Pegelregler in Fernmeldeanlagen mit einer Brückenschaltung, die einen an den zu regelnden Nachrichtenspannungen liegenden Eingangsübertrager aufweist, an dessen zwei benachbarte Brückenzweige bildende, angezapfte Sekundärwicklung praktisch konstante Widerstände sowie ein stromabhängiger steuerbarer Widerstand als weitere Brückenzweige angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brückenzweig mit dem stromabhängigen pegelgesteuerten Widerstand, z.B. Glühlampe (17), ein auf die Pilotfrequenz abgestimmter Filterkreis (27,29) solcher Bemessung zugeschaltet ist, daß der im gleichen Brückenzweig liegende stromabhängige Widerstand seine größte Wirkung bei der Pilotfrequenz besitzt und daß an die Ausgangsdiagonale der Brückenschaltung, von welcher die geregelten Nachrichtenspannungen abgenommen werden, ein weiterer stromabhängiger pegelgesteuerter Widerstand, z. B. eine Glühlampe (43), als Belastung geschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen von der Amplitude der Pilotfrequenz im Ausgangskreis (37) der Anordnung gesteuerten Kreis (45-55), durch welchen die beiden stromabhängigen Widerstände, z. B. Lampen (17, 43), gleichzeitig in Richtung auf Abgleich der Brückenschaltung (7-29) gesteuert werden und der Signalpegel am Ausgang der Anordnung bei wachsender Pilotamplitude zunehmend gedämpft wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabhängigen, steuerbaren Widerstände, z.B. Lampen (17, 43), hohe Temperaturkoeffizienten ihres Widerstandswertes besitzen und daß der von der Pilotfrequenz gesteuerte Kreis (45-55) die Temperatur dieser Widerstände beeinflußt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den von der Pilotfrequenz gesteuerten Kreis (45-55) ein Regelgleichstrom für dieErhitzung der stromabhängigen Widerstände erzeugt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Pilotfrequenz gesteuerte Kreis (45-55) ein Filter (45) für die Aussiebung der Pilotfrequenz aus den Signalen des Ausgangskreises sowie eine Gleichrichteranordnung (49-53) enthält, durch welche die stromabhängigen Widerstände, z. B. Lampen (17,43), mit einem von der Amplitude der Pilotfrequenz abhängigen Steuergleichstrom gespeist werden,

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Pilotfrequenz gesteuerte Kreis (45-55) eine mit ihrem Steuergitter an die Gleichrichteranordnung (49-53) angeschlossene Verstärkerröhre (55) enthält, in deren Anodenstromkreis in Reihe mit einer Anodenspannungsquelle (59) die stromabhängigen Widerstände, z. B. Lampen (17, 43), liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 137 020, 2 259 945,
280 293.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 709 548/308 S.