DE1010592B - Verzweigungsanordnung zur Trennung oder Zusammensetzung der Hoechstfrequenzschwingungen, die in verschiedenen Kanaelen eines Frequenzmultiplexsystems enthalten sind - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verzweigungsanordnungen, welche die Abtrennung oder Zusammenfassung von Höchstfrequenzwellen in verschiedenen Kanälen eines Frequenzmultiplexsystems gestatten.

Wenn man über η Sender verfügt, die auf den Frequenzen f_x, f%.. .f_n arbeiten und deren Energie möglichst vollständig auf eine gemeinsame Antenne gelangen soll, müssen bekanntlich selektive Ankopplungsvorrichtungen zwischen die Sender und die Antenne eingeschaltet werden. Derartige Vorrichtungen müssen im allgemeinen sehr strengen Bedingungen genügen: Der durch ihre Einschaltung bedingte Verlust muß kleiner als 1 db sein, und die Welligkeit, gesehen vom Sender aus, darf den Wert 1,1 nicht überschreiten. Dies entspricht einem reflektierten Energieanteil, der kleiner als ¹Z₄₀₀ der übertragenen Energie ist.

Das gleiche Problem tritt beim Empfang auf.

Bekanntlich ergeben sich hierbei keine besonderen Schwierigkeiten, wenn die Anlage nur eine kleine Anzahl von Kanälen (z. B. 2 oder 3) umfaßt.

Zur Durchführung von Verzweigungen mit größerer Kanalzahl ist eine Ringverzweigung vorgeschlagen worden, die am Eingang und Ausgang ein »magisches Γ» umfaßt, während in jeder Ringhälfte identische Bandsperren in geeigneter Weise eingeschaltet sind. Am Eingang sind sämtliche Kanäle vorhanden. Die zu einem dieser Kanäle gehörende Energie wird jedoch von den entsprechenden Filtern reflektiert und in einen Schenkel des »magischen T* abgenommen, während die den anderen Kanälen zugehörige Energie ihren Weg fortsetzt und am Ausgang wieder auftritt. In Reihe mit diesem ersten Ring werden ebenso viele weitere Ringe geschaltet, wie zur sukzessiven Ausblendung aller Kanäle, die in dem verwendeten Frequenzband enthalten sind, erforderlich sind.

Diese Einrichtung hat jedoch mehrere Nachteile, einerseits ist. es schwierig, Bandsperren mit den erforderlichen Eigenschaften herzustellen, und andererseits müssen die Wellen des «-ten Kanales nacheinander «1-Filter durchlaufen. Hieraus ergeben sich eine Dämpfung und Verzerrungen, welche die Anzahl der Kanäle, die nach diesem Verfahren getrennt werden können, sehr rasch begrenzen.

Schließlich hat man schon daran gedacht, die Bandsperren durch die bekannten Bandpässe zu ersetzen. Gegenüber der soeben beschriebenen Lösung läuft dies auf eine einfache Vertauschung der Ausgangskanäle hinaus. Jedoch tritt, wie weiter unten noch näher erläutert wird, eine Schwierigkeit beim Bau einer solchen Einrichtung auf. Wenn nämlich die von den beiden Filtern, durch welche die Frequenzen eines Kanals ausgeblendet worden sind, reflektierte Energie sich in dem einen Arm des verwendeten »magischen 7\. in richtiger Weise wieder zusammensetzen soll, muß in den beiden Seitenarmen des »T« die Energie gegenphasig auftreten. Die betreffende Einrichtung gestattet es aber nicht, eine Phasenoppo-

Verzweigungsanordnung zur Trennung
oder Zusammensetzung der Höchst-

frequenzschwingungen, die in
verschiedenen Kanälen eines Frequenzmultiplexsystems enthalten sind

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
Graf erfing bei München, Aribostr. 14

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 18. Mai 1955

Georges Broussaud, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

sition für eine große Anzahl von Frequenzen zu erzeugen. Infolgedessen kann die Welligkeit nicht mehr auf dem geforderten Wert gehalten werden, und das Durchlaßband ist nicht mehr genügend breit.

Die vorliegende Erfindung gestattet die Beseitigung dieses Nachteils. Die Erfindung geht aus von einer Verzweigungsanordnung, bestehend aus einer Hohlleiter-Ringleitung von rechteckigem Querschnitt, welche am Eingang und am Ausgang je ein »magisches 7"» besitzt, und bei der in jedem Zweig des Ringes ein auf den Frequenzbereich eines Kanals abgestimmter Bandpaß vorhanden ist, an dem die Frequenzen der übrigen Kanäle reflektiert und in den Ausgang des »magischen 7\. am Eingang der Ringleitung geleitet werden, und in der die beiden Bandpässe so angeordnet sind, daß. der elektrische Längenunterschied zwischen der relativen Lage der beiden in den Zweigen der Ringleitung liegenden Filter bei der Frequenz für den mittleren Kanal gleich einem Viertel der Wellenlänge ist.

Die Erfindung kennzeichnet sich nun dadurch, daß die beiden Zweige des Ringes, die sich einerseits zwischen den Eingang und den Filtern und andererseits zwischen dem Ausgang und den Filtern befinden, aus Hohlleiterabschnitten mit verschiedenen kritischen Frequenzen bestehen, derart, daß der elektrische Längenunterschied zwischen der relativen Lage der beiden in den Zweigen liegenden Filter über einen großen Frequenzbereich gleich einem Viertel der Wellenlänge bei den vorhandenen Frequenzen beträgt und daß bei Verwendung der Anord-

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nung in einem Empfänger die durchgelassenen Frequen- weiligen Lagen der beiden Filter ergibt. Diese Bedingung

zen am Ausgang des Ringes abgenommen werden und ist nämlich unerläßlich, wenn die Energie sich im Arm 2

daß alle nicht von den Filte'rn durchgelassenen Frequen- phasenrichtig zusammensetzen soll,

zen im Ausgangsarm des »magischen 7Ϊ- am Eingang der Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, Ringleitung phasenrichtig zusammengesetzt werden, von 5 daß man für die Arme 3 und 4 des "magischen Ta T₁

wo sie auf eine weitere entsprechende Verzweigungsein- Hohlleiter mit verschiedenen Querschnitten wählt, die

richtung gelangen, und daß bei Verwendung der Anord- also verschiedene kritische Frequenzen besitzen,

nung in einem Sender die durchgelassenen Frequenzen Wenn man nämlich mit L₃ und L₁ die Längen der

sich am Ausgang phasenrichtig mit den den anderen gleichartigen Hohlleiter bezeichnet, die zwischen dem

Kanälen entsprechenden Frequenzen zusammensetzen, io Verzweigungspunkt T₁ und den Eingängen der FiI-

die über einen Arm des »magischen T.< am Ausgang ein- ter F_ltS und F_1>4 liegen, muß gelten:

gespeist und von den Filtern reflektiert werden. j

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgen- L₃ = L₄. H ~~,

den Beschreibung an Hand der Zeichnung. Hierin zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung einer an sich be- 15 hierbei ist λ_αν die Hohlleiterlängenwelle, die einer Fre-

kannten Ringverzweigung mit Bandpässen, quenz f_n entspricht. Diese Verhältnisse sind schematisch

Fig. 2 die Reflexionsverhältnisse, falls die beiden Hohl- in Fig. 2 dargestellt,

leiter in der Anordnung nach Fig. 1 identisch sind, Bei dieser Frequenz ist der Unterschied der elek-

Fig. 3 die elektrischen Längenverhältnisse der beiden ^ ■ ■, _T ·. ι 1 -j _T · 1 · 1 π mx

Hohlleiter bei Frequenzänderungen, ao ^{tnschen Lan}S^{en der belden Leltun}§^en §^lelch y ^Of£en-

Fig. 4 die Reflexionsverhältnisse für Wellen gleicher bar gilt dies aber nicht mehr, wenn die Frequenz sich

Frequenzen, wenn die beiden Hohlleiter verschiedene ändert. Das Diagramm der Fig. 3 stellt dies graphisch

kritische Frequenzen aufweisen, dar. In Abszissenrichtung sind die Frequenzen und in

Fig. 5 ein Diagramm ähnlich Fig. 3, wobei jedoch der Ordinatenrichtung die elektrischen Längen aufgetragen,

Unterschied zwischen den elektrischen Längen der beiden 25 welche den Längen L₃ und L₁ entsprechen. Wie man sieht,

Hohlleiter in einem breiten Frequenzband konstant ist. , _TT ,.,,,.,„ . , „. , π

Fig. 6 einen Hohlleiter mit vergrößerter kritischer Fre- ^{lst der} Unterschied, der bei der Frequenz f, den Wert -

quenz, hat, für die kleinere Frequenz f_x geringer und für die

Fig. 7 einen Hohlleiter mit verringerter kritischer Fre- größere Frequenz f_n größer als für f_v.

quenz und 30 Erfindungsgemäß wird für den Zweig 4, d. h. die kür-

Fig. 8 die schematische Darstellung eines Ausführungs- zere Verbindungsleitung zwischen dem »magischen TV T₁

beispieles der erfindungsgemäßen Einrichtung. und den Filtern, eine höhere kritische Frequenz als für

In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen die Leitung L₃ gewählt. Dies ist schematisch in Fig. 4

entsprechende Teile. dargestellt. Wie man sieht, haben hier die betrachteten

Die in Fig. 1 dargestellte Verzweigungsschaltung dient 35 Hohlleiterabschnitte verschiedene Formen. Die elek-

beispielsweise zur Aussiebung der Frequenzen des Kanals irische Länge der kürzeren Leitung L₁ wächst in diesem

Nr. 1 aus dem Frequenzband, das aus den Kanälen eines Falle rascher als vorher. Infolgedessen nimmt die Stei-

Mtiltiplexsystems mit den mittleren Frequenzen f_x, f„ gung der Geraden l_% in Fig. 4 zu und nähert sich der

. ..f_n besteht. Wenn es sich beispielsweise um den GeradenI₃.

Empfang handelt, wird die Gesamtheit der von der nicht 40 Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, diese beiden dargestellten Antenne aufgenommenen Schwingungen Steigungen (durch Probieren oder mittels Rechnung) einüber einen Hohlleiter in den Arm 1 eines ersten »ma- ander gleich zu machen, so daß sich ein konstanter Abgischen TV T₁ geleitet, das als vollkommen angepaßt an- stand zwischen den parallelen Geraden I₃ und Z₄ ergibt, genommen ist. Die Energie verteilt sich gleichmäßig auf Demgemäß ist in Fig. 5 der Phasenunterschied im ganzen die Arme 3 und 4, welche das «magische Γ« T₁ mit einem 45 Nutz-Frequenzband zwischen f_x und f_n konstant, »magischen T.. T₂ verbinden, wodurch sich eine Ring- Es gibt verschiedene bekannte Mittel, um die Eigenleitung ergibt. In den beiden Armen 3 und 4 ist je ein schäften von Hohlleitern zu ändern. Zum Beispiel kann Bandfilter angeordnet. Diese beiden identischen Band- die Breite der breiten Wand des Normalhohlleiters mit passe F_li3 und F_lti sind beide auf die Frequenz f₁ zen- Hilfe einer Leiste 5 verschmälert werden, die an die triert. Alle Schwingungen, die in diesem Frequenzband 5° schmale Wand angeschraubt (Fig. 6) ist. Hierdurch wird liegen, werden also aus dem Senderspektrum ausgesiebt die kritische Frequenz erhöht. Bei Verwendung einer und zu dem zweiten »magischen T« T₂ weitergeleitet. Mittelrippe (Fig. 7) oder eines H-formigen Querschnittes Wenn dafür Sorge getragen wurde, daß die jeweilige Lage wird die kritische Frequenz verringert. Man kann je der Filter F_lt3 und F_ltl in den Armen 3 und 4- sich um eines dieser Verfahren in dem Zweig 3 und 4 anwenden,

die Länge. A. unterscheidet (wobei λ_α die Hohlleiter- ⁵⁵ ^₁₁ ⁸* entgegengesetzt wirken. Die Anpassung dieser 4 ν 3 Hohlleiterabschmtte an den Abschnitt des Normalhohlwellenlänge ist), setzt das gesamte Spektrum, das die leiters geschieht mit Hilfe bekannter Mittel, z. B. mit übrigen Kanäle enthält und von den Filtern reflektiert . Viertelwellenlängen-Transformatoren oder allmählichen wird, sich phasenrichtig im Arm 2 (Ε-Arm) des ersten T Übergängen.

zusammen. Dieses Frequenzgemisch wird dann auf eine 60 Fig. 8 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer

zweite entsprechende Ringschaltung gegeben, die den erfindungsgemäßen Verzweigung, die am Sender oder

Kanal Nr. 2 aussiebt usw. Das Frequenzband, das den Empfänger verwendbar ist.

Kanal Nr. 1 darstellt, wird seinerseits im Arm Γ abge- Die Einrichtung besteht aus einer Anzahl von Hohlnommen, von wo es auf den entsprechenden Empfänger leiterabschnitten, die eine Ringleitung bilden. Ihr Eingelangt. . 65 gang wird vom Arm 1 eines '.'magischen TV T₁ mit den Die Schwierigkeit bei einer solchen Schaltung liegt Armen 1, 2, 3 und 4 dargestellt. Der linke Zweig des darin, daß man dafür sorgen muß, daß sich für das ge- Ringes ist wie folgt aufgebaut: Der Arm3 wird durch samte restliche Frequenzspektrum (f₂, f₃...f_n) eine einen rechteckigen Hohlleiter fortgesetzt, dessen kritische

1 , . ™ ,. , /L -I₁. Frequenz wesentlich unter der niedrigsten zu übertra-

konstante Phasenverschiebung von -*- zwischen den je- _{yo ge}X _{Frequenz Heg}.. _{und in dem} ^ _Bandpaß p^

angeordnet ist, dessen Frequenz auf die mittlere Frequenz des Kanals f_x eingeregelt ist. Dieses Filter ist durch drei Zellen 8, 9 und 10 angedeutet. Es befindet sich in einem Abstand L₃ vom Eingangsarm 1. Der Arm 3 setzt sich dann über zwei rechtwinklige Ecken fort, die je Anpassungsstifte t aufweisen, und geht in den Arm 3' über, dessen kritische Frequenz mit Hilfe einer Leiste 6, die an die schmale Wand des Hohlleiters angeschraubt ist, künstlich erhöht wird. Der Arm 3' mündet in ein zweites -magisches XV T₂ mit den Armen Γ, 2', 3' und 4'. Der Arm Γ ist mit dem nicht dargestellten Empfänger durch den Kanal f₁ verbunden. Der Arm 2' ist mit einem angepaßten Widerstand abgeschlossen.

Der zweite Arm 4 des »magischen XV T₁ setzt sich in einen rechteckigen Hohlleiter fort, der mit demjenigen des Armes 3 identisch ist, dessen kritische Frequenz jedoch mittels einer an die schmale Wand angeschraubten Leiste 7 künstlich erhöht wurde. Diese neue kritische Frequenz bleibt aber noch unterhalb der niedrigsten Übertragungsfrequenz. Im Arm 4 folgt weiterhin ein Bandpaß -F₁₁₄, der mit dem Filter F₁₁₃ identisch und dessen Durchlaßfrequenz ebenfalls aui die mittlere Frequenz des Kanals f_x eingestellt ist. Dieses Filter ist durch die drei Zellen 11, 12 und 13 dargestellt. Es befindet sich in einem Abstand L₄ vom Eingangsarm 1. Der Arm 4 setzt sich dann über zwei rechtwinklige Ecken mit Anpassungsstiften t und in den Arm 4' des -»magischen X-. X₂ fort.

Beim Empfang arbeitet diese Anordnung folgendermaßen: Am Eingang des »magischen Γ- T₁ wird die Gesamtheit der Kanäle f_u f».--f„ zugeführt, welche das Übertragungsspektrum darstellen. Bei richtiger Anpassung teilt sich die Energie auf die Arme 3 und 4 auf, welche die Bandfilter F_1>3 und F₁, j enthalten. Diese sind so eingestellt, daß sie die Schwingungen im Kanal f_t durchlassen. Letztere setzen sich im Ausgangsarm 1' phasenrichtig zusammen und werden dem für diesen Kanal bestimmten Empfänger zugeführt. Die anderen Schwingungen, welche die Kanäle f_v f₂.. .f„ darstellen, werden von deii Filtern F_li3 und F_li4 reflektiert und setzen sich im Arm 2 des »magischen T- T₁ phasenrichtig zusammen. Sie werden dann auf eine zweite entsprechende Verzweigungseinrichtung geleitet, die auf die Schwingungen des Kanals f₂ abgestimmt ist. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis sämtliche Kanäle getrennt sind.

Die beschriebene Arbeitsweise mit phasenrichtiger Zusammensetzung der von den Filtern reflektierten Wellen im Arm 2 von T₁ wird nur infolge des Kunstgriffs erreicht, der den Gegenstand der Erfindung bildet. Dieser besteht, wie gesagt, darin, daß für die Arme 3 und 4 Hohlleiter Verwendung finden, deren kritische Frequenz verschieden und so gewählt ist, daß der Unterschied zwischen den elektrischen Längen der Arme 3 und 4 für alle Frequenzen des betrachteten Bandes konstant und gleich

^ ist. Infolgedessen besitzen sämtliche Wellen am Eingang des Armes 2 von T₁ einen Phasenunterschied

OO

von -~ .

Die elektrische Symmetrie der in Fig. 8 dargestellten Anordnung ist so vollkommen wie möglich durchgeführt, und zwar insbesondere mit Hilfe der Leiste 6, die im Arm 3' angeordnet und identisch mit der Leiste 7 ist. Die Einrichtung ist also umkehrbar und kann von einem beliebigen Ende her gespeist werden. Insbesondere kann sie bei der Sendung dazu dienen, in eine einzige Leitung die Schwingungen einzuspeisen, welche die verschiedenen Kanäle bilden, die je eine Nachricht transportieren.

Die Betriebsweise dieser Anordnung bedarf keiner näheren Erläuterung. Man hat einfach die Pfeilrichtungen umzudrehen. Es sei nur darauf hingewiesen, daß in diesem Falle der geringe Bruchteil der Energie des Kanals f_lt der unter Umständen von den Filtern reflektiert wird, in den Arm 2' von T₂ gelangt, wo er in bekannter Weise absorbiert wird.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verzweigungsanordnung zur Trennung oder Zusammensetzung der Höchstfrequenzschwingungen, die in verschiedenen Kanälen eines Frequenzmultiplexsystems enthalten sind, bestehend aus einer Hohlleiter-Ringleitung von rechteckigem Querschnitt, welche am Eingang und am Ausgang je ein »magisches XV besitzt, und bei der in jedem Zweig des Ringes ein auf den Frequenzbereich eines Kanals abgestimmter Bandpaß vorhanden ist, an dem die Frequenzen der übrigen Kanäle reflektiert und in den Ausgang des »magischen 7V am Eingang der Ringleitung geleitet werden, und in der die beiden Bandpässe so angeordnet sind, daß der elektrische Längenunterschied zwischen der relativen Lage der beiden in den Zweigen der Ringleitung liegenden Filter bei der Frequenz für den mittleren Kanal gleich einem Viertel der Wellenlänge ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zweige des Ringes, die sich einerseits zwischen den Eingang und den Filtern und andererseits zwischen dem Ausgang und den Filtern befinden, aus Hohlleiterabschnitten mit verschiedenen kritischen Frequenzen bestehen, derart, daß der elektrische Längenunterschied zwischen der relativen Lage der beiden in den Zweigen liegenden Filter über einen großen Frequenzbereich gleich einem Viertel der Wellenlänge bei den vorhandenen Frequenzen beträgt und daß bei Verwendung der Anordnung in einem Empfänger die durchgelassenen Frequenzen am Ausgang des Ringes abgenommen werden und daß alle nicht von den Filtern durchgelassenen Frequenzen im Ausgangsarm des »magischen T- am Eingang der Ringleitung phasenrichtig zusammengesetzt werden, von wo sie auf eine weitere entsprechende Verzweigungseinrichtung gelangen, und daß bei Verwendung der Anordnung in einem Sender die durchgelassenen Frequenzen sich am Ausgang phasenrichtig mit den den anderen Kanälen entsprechenden Frequenzen zusammensetzen, die über einen Arm des "magischen T,, am Ausgang eingespeist und von den Filtern reflektiert werden.

2. Verzweigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterabschnitte einerseits zwischen dem Eingang der Ringleitung und den Filtern und andererseits zwischen dem Ausgang der Ringleitung und den Filtern verschiedene Querschnitte aufweisen.

3. Verzweigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterabschnitte einerseits zwischen dem Eingang der Ringleitung und den Filtern und andererseits zwischen dem Ausgang der Ringleitung und den Filtern gleichen Querschnitt aufweisen, jedoch mit in ihrem Inneren angebrachten Teilen, z. B. Leisten, versehen sind, die so angeordnet sind, daß die kritische Frequenz künstlich abgeändert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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