DE1067869B - Schaltungsanordnung zur frequenzabhaengigen Entzerrung eines unerwuenschten Daempfungs- oder Phasenverlaufs von UEbertragungssystemen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl. 21 a² 36/13

INTERNATIONALE KL.

H 04b; m

W 14415 VIIIa/21a²

ANMELDETAG: 13. juli 1954

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER

AUS LE GE S CHRI FT: 29. O KTO B E R 1959

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur frequenzabhängigen Entzerrung eines unerwünschten Dämpfungs- oder Phasenverlaufs von Übertragungssystemen.

Bei Signalübertragungssystemen, insbesondere bei 5 Systemen, die ein breites Frequenzband über größere Entfernungen übertragen, sind Übertragungsunvollkommenheiten gegeben. Diese Unvollkommenheiten sind dadurch bedingt, daß keine Verstärkungseinrichtungen und feste Entzerrer vorgesehen werden können, welche Änderungen der Dämpfungs- und der Phasenkennlinien des Systems genau korrigieren. Weiterhin können die Übertragungseigenschaften des Systems infolge Alterung, Temperaturänderungen oder aus anderen Gründen veränderlich sein. Deshalb ist es notwendig, das System mit einstellbaren Entzerrungsnetzwerken zu \-ersehen. die so eingestellt werden können, daß die hauptsächlichen Übertragungsunvollkommenheiten beseitigt werden. Typische Dämpfungskorrekturnetzwerke dieser Art sind z.B. in dem Aufsatz »Variable Equalizers« von H. W. Bode im »Bell System Technical Journal«, April 1938, S. 229 bis 244, 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 Phasenverschiebung eines Netzwerks als Funktion der Frequenz zu verstehen. Es ist schwierig, die beste Einstellung der verschiedenen Entzerrungskurven zu bestimmen, da zahlreiche Kombinationen der Einstellungen eine gute Entzerrung nur bei einer bestimmten Frequenz ergeben.

Es ist daher allgemein üblich geworden. Kurvenformen zu verwenden, die so wenig wie möglich im Sinne einer Frequenzüberlappung der Kurvenformen wirken. Wenn auch hierdurch die Einstellung erleichtert wird, indem die Übertragung einer bestimmten Frequenz in erster Linie von einer bestimmten Entzerrereinstellung oder Kurvenform abhängig gemacht +0 wird, so führt diese Maßnahme doch auch dazu, die Wirkungsweise zu verschlechtern, weil weit überlappende Kurvenformen im allgemeinen eine genauere Entzerrung ergeben.

Früher wurden handbetätigte Entzerrer dadurch eingestellt, daß das System außer Betrieb gesetzt, die Übertragungseigenschaften gemessen, die Entzerrer eingestellt, die Übertragungseigenschaften abermals gemessen, die Entzerrer wieder eingestellt und dieses Verfahren so lange fortgesetzt wurde, bis die gewünschten Übertragungseigenschaften erreicht waren. Bei einem komplizierten Entzerrer mit vielen Einstellungsmöglichkeiten erfordert dieses , empirische Verfahren eine beträchtliche Zeit.

Schaltungsanordnung
zur frequenzabhängigen Entzerrung
eines unerwünschten Dämpfungsoder Phasenverlaufs
von Übertragungssystemen

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. September 1953

Raymond Waibel Ketchledge,

Whippany_r N. J. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Dieses umständliche Verfahren wurde dadurch verbessert, daß einige, vorzugsweise zwei oder drei diskrete Frequenzen schnell abwechselnd auf die Leitung gegeben, empfangsseitig die Amplitude jeder der Frequenzen von einem für alle Frequenzen gemeinsamen Pegelinstrument angezeigt und die Entzerrer so eingestellt wurden, daß das Pegelinstrument einen gewünschten Mittelwert anzeigte, und Schwankungen der Anzeige infolge verschiedener Dämpfung der einzelnen Frequenzen auf "ein Minimum herabgesetzt wurden. Dieses Verfahren besitzt jedoch einige Nachteile, es kann nämlich nur die Dämpfung entzerrt werden, die Entzerrerkennlinien sind ziemlich genau vorgeschrieben, wenn nicht jede Änderung der Einstellung eines Entzerrers die anderen Entzerrer beeinflussen soll, und vor allem werden die zwischen den benutzten Frequenzen liegenden Bänder zwar mitentzerrt, aber nicht kontrolliert.

Die Erfindung will die erwähnten Einschränkungen vermeiden und die unmittelbare Bestimmung der notwendigen Entzerrereinstellungen ermöglichen. · Die Erfindung geht hierzu von einer Schaltungsanordnung zur frequenzabhängigen Entzerrung eines unerwünschten Dämpfungs- oder Phasenverlaufs aus, welche eine am Eingang des Übertragungswegs liegende, dessen Frequenzbereich umfassende, vielfrequente Signal-

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spantiungsquelle konstanten Pegels und eine Dämpfungs- bzw. Phasenentzerrungseinrichtung im Übertragungsweg besitzt, die mindestens zwei Regelglieder mit zur Entzerrung einstellbaren Kurvenformen aufweist. Die Erfindung besteht darin, daß für jedes Regelglied mindestens ein Auswertnetzwerk vorgesehen ist, das mittels einer Schaltvorrichtung wahlweise zwischen den Ausgang des Übertragungswegs und den Eingang eines Dämpfungs- bzw. Phasendetektors einschaltbar ist, an dessen Ausgang ein Mittelwert-Spannungsmesser angeschlossen ist, und daß die Auswertnetzwerke eine derartige, von der Kurvenform des zugeordneten Regelgliedes abhängige Auswertkennlinie aufweisen, daß am Mittelwert-Spaniiungsmesser jeweils die für eine Entzerrung erforderliehe Einstellung des zugeordneten Regelgliedes nach Größe und Richtung ablesbar ist.

Die Einstellung jeder Kurvenform erfolgt bei dieser Schaltungsanordnung unabhängig von der Einstellung der anderen Kurvenformen, so daß keine Nachstellung erforderlich ist.

Zur Dämpfungsentzerrung kann gemäß der Erfindung eine Schaltungsanordnung vorgesehen sein, bei welcher ein Dämpfungsvorverzerrer in dem Übertragungsweg und am Ausgang der Auswertnetzwerke ein Dämpfungsdetektor eingeschaltet ist.

Andererseits kann zur Phasenentzerrung erfindungsgemäß im Übertragungsweg ein Phasenvorverzerrer und am Ausgang der Auswertnetzwerke ein Phasendetektor eingeschaltet werden.

Der Phasendetektor der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung enthält zweckmäßig eine Diode und einen phasenempfindlichen Gleichrichter, die hintereinandergeschaltet sind und zwischen denen in Parallelschaltung ein breitbandiges Filter und ein schmalbandiges Filter liegen.

Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden beispielsweisen Erläuterung in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einstellschaltung zur Dämpfungs- oder Phasenentzerrung;

Fig. 2 zeigt eine teilweise in Blockform dargestellte .schematische Schaltung einer Durchlauf frequenzquelle, die sich zur Verwendung in der Schaltung der Fig. 1 eignet;

Fig. 3 zeigt die Spannungs-Zeit-Kennlinie eines Dreieckswellengenerators, der in der Schaltung der Fig. 2 verwendet weren kann;

Fig. 4 zeigt eine schematische Schaltung eines Verzerrungsnetzwerks, das zur Verwendung in der Schaltung der Fig. 2 geeignet ist;

Fig. 5 zeigt eine typische Kennlinie der Ausgangsspannung als Funktion der Frequenz für das in Fig. 4 dargestellte Verzerrungsnetzwerk;

Fig. 6 zeigt eine teilweise in Blockform gezeichnete schematische Schaltung eines Frequenzmodulators, der sich zur Verwendung in der in Fig. 2 dargestellten Durchlauffrequenzquellenschaltung eignet;

Fig. 7 und 8 zeigen Schaltungen eines Plus- und eines Minus-Dämpfungsdetektors, die sich zur Verwendung in der Schaltung der Fig. 1 eignen;

Fig. 9 zeigt teilweise in Blockform einen Phasendetektor, der sich zur Verwendung in der Schaltung der Fig. 1 eignet;

Fig. 10 zeigt drei harmonisch zusammenhängende Kosinuskurven für die in Fig. 1 dargestellte Entzerrungseinrichtung ;

Fig. 11 zeigt zwei sich überlappende, orthogonale, nicht harmonische Entzerrungskurven;

Fig. 12 zeigt drei sich nicht überlappende orthogonale Entzerrungskurven;

Fig. 13 zeigt drei sich überlappende nicht orthogonale Entzerrungskurven;

Fig. 14 zeigt graphische Darstellungen der Phase der Grundwelle als Funktion der Frequenz von Entzerrungskurven, welche Kosinuskurven mit linearer oder verzerrter Frequenzskala sind;

Fig. 15 zeigt Kennlinien der Frequenz als Funktion der Zeit für lineare oder verzerrte Ablenkung.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vollzieht sich das Einstellverfahren für die Entzerrer in folgenden Stufen: Ein geeignetes vielfrequentes Signal, das den ganzen zu entzerrenden Frequenzbereich überdeckt, wird über die Kombination aus zu entzerrender Leitung und zugehörigem einstellbarem Entzerrer übertragen, das Signal am Ausgang der Entzerrungseinrichtung wird bei jeder Frequenz mittels eines an den Signalweg angeschlossenen Netzwerkes mit einer geeigneten Auswertfunktion multipliziert und der am Ausgang des Auswertnetz werkes sich ergebende Spannungsmittelwert beobachtet. Dieser abgelesene Wert ist der erforderlichen Entzerrereinstellung proportional. Wenn die Entzerrungskurven orthogonal sind, sind an sich keine Auswertnetzwerke notwendig, jedoch empfiehlt sich ihre Einschaltung zur Erhöhung der Genauigkeit der Einstellung. Die Auswert-Mittelungs-Schaltung zeigt die erforderliche Entzerrereinstellung ohne Einschalten oder Entfernen der Netzwerke während der Messung unmittelbar an.

Nun sollen die Figuren im einzelnen betrachtet werden. Fig. 1 zeigt die allgemeine Anordnung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Einstellung einer Entzerrungseinrichtung, die entweder für eine Dämpfungsentzerrung oder für eine Phasenentzerrung verwendet werden kann. Eine vielfrequente Spannungsquellel wird mit Hilfe der Schalter2und6 über einen der beiden Parallelzweige 3 und 4 an eine Signalübertragungsleitung 7 oder an einen anderen zu entzerrenden Kreis angeschlossen. In die Leitung7 ist ein Wellenfilter 5 und ein einstellbarer Dämpfungsoder Phasenentzerrer 8 eingeschaltet. Eine Auswert-Mittelungs-Schaltung 10 ist an das empfangsseitige Ende der Leitung 7 angeschlossen. Die Entzerrungseinrichtung 8 liegt gewöhnlich am Empfangsende der Leitung, so daß sie bequem nach der Anzeige der Schaltung 10 eingestellt werden kann. Der obere Zweig 3 enthält einen Dämpfungsvorverzerrer 11. Der untere Zweig 4 enthält einen symmetrischen Modulator 12 und einen Phasenvorverzerrer 13, die hintereinandergeschaltet sind. Wenn die Entzerrungseinrichtung 8 ein Dämpfungsentzerrer ist, sind die Schalter 2 und 6 in die obere Stellung gelegt, wie gezeichnet ist, so daß die Quelle 1 über den oberen Zweig 3 an der Leitung 7 liegt. Wenn die Entzerrungseinrichtung 8 ein Phasenentzerrer ist, werden die Schalter in die untere Stellung gelegt, so daß der untere Zweig 4 eingeschaltet ist.

Die Aufgabe der Quelle 1 besteht darin, an die Klemmen 14 und 15 eine Spannung zu liefern, die konstante Amplitude hat, sich aber in dem zu entzerrenden Frequenzbereich in einer vorbestimmten Weise in der Frequenz ändert. Diese Spannung kann den Bereich durchlaufen, oder sie kann aus einer Reihe von diskreten Frequenzen bestehen, die gleichzeitig oder nacheinander erzeugt werden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung ist eine Durchlauf frequenzquelle bevorzugt. Eine geeignete Schaltung ist in Fig. 2 gezeichnet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Durchlauffrequenzquelle 1 eine Rückkopplungsschaltung, die aus einem Haupt- oder μ-Kreis 17 und einem Rückkoppkopplungs- oder /J-Kreis 18 besteht. Der μ-Kreis 17 enthält einen Verstärker 19, auf den ein Frequenzmodulator 20 folgt. Der /J-Kreis 18 besteht aus einem Verzerrungsnetzwerk 22, einem Gleichrichter 23 und einem an einem Ende geerdeten Belastungswiderstand 24. Die Spannung des Dreieckswellengenerators 27 • und die Spannung am Belastungswiderstand 24 sind fast gleich, haben jedoch entgegengesetztes Abzeichen. 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 Ausgangs frequenz an den Klemmen 14 und 15 über die Rückkopplung des /J-Kreises 18 in gewünschter Weise durch das Verzerrungsnetzwerk 22 zur Spannung des Generators 27 in Beziehung, wobei das Verzerrungsnetzwerk den relativen Zeitbetrag bestimmt, den das Durchlauffrequenzsignal in der Nähe einer gegebenen Frequenz verweilt. Die Größe und die Art der gewünschten Beeinflussung des Zusammenhanges zwischen Frequenz und Zeit hängen von den Kurvenformen der Entzerrungseinrichtung 8 ab und werden unten im einzelnen behandelt.

Fig. 3, die eine Darstellung der Spannung als Funktion der Zeit ist, zeigt eine geeignete Ausgangsspannung für den Dreieckswellengenerator 27. Die Spannung steigt linear von Null zur Zeit i₀ bis auf einen Maximalwert V_m zur Zeit t_v fällt linear auf Null zur Zeit i₂ ab und wiederholt diesen Zyklus fortlaufend. Tn gewissen, aber nicht allen Fällen ist es nützlich, t₁ in die Mitte zwischen i₀ und i₂ zu legen.

Fig. 4 zeigt eine für das Verzerrungsnetzwerk 22 der Fig. 2 geeignete Schaltung. Das Netzwerk hat ein Eingangsklemmenpaar 29, 30 und ein Ausgangsklemmenpaar 31, 32, die den ebenso bezifferten Klemmen in Fig. 2 entsprechen. Die Schaltung besteht aus einem Reihenkondensator 35 zwischen den Klemmen

29 und 31 und aus einem Parallelzweig, der durch die Reihenschaltung eines Widerstandes 36 und einer Spule 37 gebildet wird, die zwischen die Ausgangsklemmen 31 und 32 geschaltet sind. Die Werte der Elemente 35, 36 und 37 sind so gewählt, daß für eine konstante Eingangsspannung an den Klemmen 29 und

30 die Ausgangsspannung an den Klemmen 31 und 32 die durch die Kurve der Fig. 5 dargestellte Frequenzabhängigkeit hat. In einem Frequenzband, das in diesem Fall von Null bis /„ reicht, fällt die Kennlinie von Null bis auf einen maximalen negativen Wert V_m' ab, der annähernd gleich dem Maximalwert V_m der in Fig. 3 dargestellten Ausgangsspannung des Dreieckswellengenerator 27 ist. Die Ausgangsspannung ist in Fig. 5 negativ gezeichnet, um die Tatsache zu betonen, daß der Wechselstromausgang des Netzwerks 22 an den Gleichrichter 23 angelegt wird, um am Belastungswiderstand 24 eine Gleichspannung zu erzeugen, deren Polarität entgegengesetzt zu derjenigen der Spannung des Generators 27 ist. Wie unten erklärt wird, kann das Verzerrungsnetzwerk 22 in manchen Fällen weggelassen werden.

Fig. 6 zeigt eine geeignete Schaltung für den Frequenzmodulator 20 in Fig. 2. Die Eingangsklemmen 39 und 40 und die Ausgangsklemmen 41 und 42 entsprechen den ebenso bezeichneten Klemmen in Fig. 2. Die Aufgabe des Frequenzmodulators 20 ist es, die Spannungs-Zeit-Kennlinie, die der Verstärker 19 gibt, in eine Frequenz-Zeit-Kennlinie der in Fig. 5 darge-

stellten Art umzuwandeln. Wie gezeichnet, besteht die Schaltung aus einer Oszillatorröhre 44, einer Reaktanzröhre 45, einem Modulator 46 und einem Filter 47. Die Eingangsspannung wird über eine Drosselspule 49 an den Gitter-Kathoden-Kreis der Röhre 45 gelegt. Der Anoden-Kathoden-Kreis der Röhre 45 liegt dem abgestimmten Kreis der Oszillatorröhre 44 parallel. Die Reaktanzröhre 45 wandelt somit eine Spannung an den Eingangsklemmen 39 und 40 in eine Reaktanz um, welche die Frequenz der Oszillatorröhre44 steuert. DieArbeitsweise einer solchen Schaltung ist eingehender im »Radio Engineers Handbook« 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 in Tätigkeit gesetzt wird. Der Oszillator mit veränderlicher Frequenz, der aus der Röhre 44 mit den zugehörigen Schaltelementen besteht, der Oszillator 51 mit fester Frequenz und der Modulator 46 bilden zusammen einen Schwebungsoszillator. Die Arbeitsweise von Schwebungsoszillatoren ist bekannt und z. B. auf S. 507, 508 und 509 des obenerwähnten Handbuches beschrieben. Der Modulator 46 kann z. B. so ausgebildet sein, wie er in Fig. 24 auf S. 553 des oben angezogenen Buches dargestellt ist. Der Ausgang des Oszillators 46 liegt über ein Tiefpaßfilter 47, das unerwünschte Seitenbänder beseitigt, an den Klemmen 41 und 42. Bei einer Ausführung der Erfindung, die mit Erfolg betrieben wurde, schwingt die Röhre 44 unter dem Einfluß der Reaktanzröhre 45 bei Frequenzen, die zwischen 70 und 80 MHz liegen, der Oszillator 51 hat eine feste Frequenz von 80 MHz, das Filter 47 schneidet bei 25 MHz ab, und die Ausgangsschwingung an den Klemmen 41 und 42 ist im wesentlichen in der Amplitude konstant, ändert sich jedoch in der Frequenz periodisch zwischen O^t und

10 MHz.

Es sei nun zur Fig. 1 zurückgekehrt. Der Vorverzerrer 11 oder 13 ist nur erforderlich, wenn die Kombination aus Leitung 7 und Entzerrungseinrichtung 8 eine Übertragungskennlinie haben soll, die nicht geradlinig oder konstant ist. Es sei z. B. angenommen, daß die Schalter 2 und 6 in der gezeichneten Stellung sind, daß ferner der Dämpfungsvorverzerrer

11 eine ansteigende Dämpfungsfrequenzkennlinie hat und daß die Dämpfungsentzerrungseinrichtung 8 auf eine flache Gesamtübertragungskennlinie eingestellt ist. Dann werden, wenn der Dämpfungsvorverzerrer 11 entfernt wird, die Leitung 7 und der Entzerrer 8 zusammen eine fallende Dämpfungskennlinie haben, die gerade umgekehrt verläuft wie die Kennlinie des Vorverzerrers 11. Manchmal ist es erwünscht, diese oder eine andere Art von Kennlinie zu erhalten, um eine Übertragungsverzerrung auszugleichen, von der man weiß, daß sie in einem anderen Teil des Systems vorhanden ist. Der Phasenvorverzerrer 13 kann verwendet werden, um ein ähnliches Ergebnis zu erzielen, wenn die Schaltung zur Phasenentzerrung benutzt wird.

Die Aufgabe des symmetrischen Modulators 12 im unteren Zweig 4, der bei der Phasenentzerrung benutzt wird, besteht darin, die jeweilige Frequenz der Durchlauf frequenzquelle 1 in ein Paar von Frequenzen mit konstantem Abstand umzuwandeln. Dieser konstante Abstand wird mit Intervallfrequenz bezeichnet. Ein solches Frequenzpaar kann bekanntlich benutzt werden, um den Phasengang in einem Übertragungssystem zu bestimmen. Geeignete symmetrische Modulatorschaltungen zur Erzeugung einer Zweiseitenband-

schwingung mit unterdrücktem Träger sind in Fig. 22 auf S. 551 des oben angezogenen Handbuches dargestellt. Bei einer Ausführung hat der feste Oszillator 58 eine Frequenz von 14 kHz, wenn die Frequenz der Durchlauffrequenzquelle 1 sich von 0 bis IOⁱ MHz ändert. Die entstehende Intervallfrequenz ist dann 28 kHz.

Allgemein ausgedrückt, besteht die Aufgabe des Teils der Entzerrereinstellschaltung links von Schalter 6, deren Teile in einigen Einzelheiten oben beschrieben wurden, darin, an die Leitung 7 über das Filter 5 ein Signal anzulegen, das zur Messung am Ausgang der Entzerrungseinrichtung 8 geeignet ist. Die Aufgabe des Filters 5 besteht darin, das Signal auf das zu entzerrende Frequenzband zu begrenzen. Es kann entfallen, wenn die Quelle 1 bereits in dieser Weise begrenzt ist. Wie ersichtlich, hat die Entzerrungseinrichtung S_j die unten vollständiger beschrieben werden soll, drei unabhängig voneinander einstellbare Regelglieder 53, 54 und 55, die schematisch als \-eränderbare Widerstände dargestellt sind. Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung auch auf Entzerrungseinrichtungen mit irgendeiner beliebigen Anzahl von Regelgliedern jedoch mit mindestens zwei derartigen Gliedern anwendbar ist. Eine Klemme der Entzerrungseinrichtung 8 kann geerdet sein, wie bei 56 gezeigt ist.

Die Auswert-Mittelungs-Schaltung 10, die im einzelnen weiter unten beschrieben wird, ist an den Ausgang der Entzerrungseinrichtung 8 zwischen dem Punkt 76 und Erde 56 angeschlossen. Die Ausgangsspannung der Schaltung 10 wird zur Bestimmung der erforderlichen Einstellungen der Regelglieder 53. 54 und 55 benutzt, um die gewünschte Entzerrung der Leitung 7 zu bewirken.

Um es zu wiederholen, in Fig. 1 wird eine Durch-Iauffrequenz mit konstantem Pegel von der Quelle 1 über den oberen Zweig 3 gegeben oder im unteren Zweig 4 in ein Durchlauffrequenzpaar umgewandelt, über das Filter 5, die Leitung 7 und die Entzerrungs- 4a einrichtung 8 übertragen und in der Schaltung 10 in Gleichspannungen umgewandelt, die zur Bestimmung der richtigen Einstellungen der Regelglieder der Entzerrungseinrichtung 8 benutzt werden.

Die Auswert-Mittelungs-Schaltung 10 besteht aus drei Paaren von Auswertnetzwerken 70, 70'. 71, 71' und 72, 72', zwei Detektoren 73, 74, zwei Widerständen 94, 95. einem Mittehvert-Spannungsmesser 75 und drei Schaltern 77, 78, 79. Die Schalter sind miteineinander gekuppelt, so daß sie gemeinsam betätigt werden, wie durch die gestrichelte Verbindungslinie 80 angedeutet ist. Die Netzwerke sind sämtlich, wie gezeichnet, mit einer Klemme mit einer gemeinsamen Erde verbunden. Der Schalter 77 ist an die spannungführende Ausgangsklemme der Entzerrungseinrichtung8 beim Punkt 76 angeschlossen. Der Schalter 78 ist mit der Eingangsklemme 96 des Detektors 73 und der Schalter 79 mit der Eingangsklemme98 des Detektors 74 verbunden. Die Auswertnetzwerke sind paarweise mit ihren Eingangsklemmen an die zum Schalter 77 gehörigen Kontakte angeschlossen. Die Netzwerke 70 und 70' sind somit an den Kontakt 83, die Netzwerke 71 und 71' an den Kontakt 84 und die Xetzwerke 72 und 72' an den Kontakt 85 angeschlossen. Mit ihren Ausgängen sind die Netzwerke 70. 71 und 72 an die Kontakte 87. 88 und 89 des Schalters 78 angeschlossen. Die Netzwerke 70'. 71' und 72' sind in gleicher Weise mit den Kontakten 90. 91 und 92 des Schalters 79 verbunden. Die Ausgangsklemmen 97 und 99 der Detektoren 73 und 74 sind y>

über die Widerstände 94 und 95 an den Mittelwert-Spannungsmesser 75 angeschlossen.

Der Detektor 73 ist mit Plus (+) und der Detektor 74 mit Minus (—) bezeichnet. Wenn die Schaltung zur Dämpfungsentzerrung verwendet wird, kann der Detektor 73 eine Diode 101 sein, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist. Die Anode ist mit der Klemme 96 und die Kathode mit der Klemme97 verbunden. In Fig. 7 entsprechen die Klemmen 96 und 97 den ebenso bezeichneten Klemmen in Fig. 1. Die Aufgabe des Detektors

73 besteht darin, das Wechselstromsignal an der Eingangsklemme 96 in ein diesem proportionales positives Gleichstromsignal umzuwandeln, das an der Ausgangsklemme 97 erscheint. Eine gleiche Schaltung kann für den Minus-Detektor 74 verwendet werden, abgesehen davon, daß die Eingangs- und Ausgangsklemmen vertauscht sind, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. In Fig. 8 entsprechen die Klemmen 98 und 99 den ebenso bezifferten Klemmen in Fig. 1. Der Detektor

74 verwandelt das Wechselstromsignal an der Eingangsklemme 98 in ein proportionales negatives Gleichstromsignal an der Ausgangsklemme 99.

Wenn der Phasengang und nicht die Dämpfung entzerrt werden soll, ist die Entzerrungseinrichtung8 ein Phasenentzerrer, und die Detektoren 73 und 74 sind zur Feststellung einer Phasenverschiebung eingerichtet. In diesem Fall ist eine geeignete Schaltung für einen Plus-Detektor in Fig. 9 dargestellt, bei der die Eingangsklemme 96 und die Ausgangsklemme 97 den ebenso bezeichneten Klemmen in Fig. 1 entsprechen. Der in Fig. 9 dargestellte Phasendetektor besteht aus einer Diode 102, einem Widerstand 103, zwei Bandfiltern 104 und 105 sowie aus einem phasenempfindlichen Gleichrichter 106. Die Anode der Diode 102 ist mit der Eingangsklemme 96 verbunden. Der Widerstand 103 ist zwischen die Kathode und Erde geschaltet und bildet die Belastung. Der Ausgang der Diode 102 liegt parallel an den Eingängen der Filter 104 und 105. Die Ausgänge dieser Filter sind an den phasenempfindlichen Gleichrichter 106 angeschlossen. Geeignete Schaltungen für den Gleichrichter sind bereits bekannt. Die Eingangssignale an der Klemme 96 werden durch die Diode 102 gleichgerichtet und bringen am Belastungswiderstand 103 die durch den Modulator 12 der Fig. 1 erzeugte Differenzfrequenz hervor. Diese Differenzfrequenz ist durch den Phasengang der Leitung 7 und des Phasenentzerrers 8 phasenmoduliert. Diese Kennlinie wird mit einer Periode t₂ wiederholt, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Somit besteht das Signal am Widerstand 103 aus einem Träger und verschiedenen Seitenbändern mit den Abständen Ilt₁ odrr l/i₂. Das Filter 105 läßt ein schmales Band durch und hält die Seitenbänder fern: es überträgt zum Gleichrichter 106 eine Trägerschwingung mit konstanter Amplitude und Phase. Das Filter 104 läßt jedoch ein so breites Band durch, daß alle wichtigen Seitenbänder zum Gleichrichter 106 übertragen werden. Die Ausgangsspannung des phasenempfindlichen Gleichrichters 106, die an der Klemme 97 erscheint, ist eine positive Gleichspannung, die ein Maß für die Phasenverschiebung ist. Die in Fig. 9 dargestellte Schaltung kann auch für den Minus-Detektor 74 verwendet werden, abgesehen davon, daß der Gleichrichter 106 umgepolt ist. so daß an die Aus- !iangsklemme 99 in Fig. 1 eine negative Gleichspannung geliefert wird, die ebenfalls ein Maß für die Phasenverschiebung ist.

Tn Fig. 1 sind die Widerstände 94 und 95 normalerweise gleich. Sie haben so große Werte, daß eine störende Kopplung zwischen den Detektoren 73 und 74

vermieden wird. Der Mittelwert-Spannungsmesser 75 hat vorzugsweise seinen Nullpunkt in der Mitte der Skala.

Die Arbeitsweise einer Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung soll nun beschrieben werden. Es sei angenommen, daß die Dämpfungsverzerrung der Leitung 7 zu korrigieren ist. Die Entzerrungseinrichtung 8 ist daher ein Dämpfungsentzerrer, und die Schalter 2 und 6 liegen, wie gezeichnet, in den oberen Stellungen und verbinden die Quelle 1 über den oberen Weg 3 und das Filter 5 mit der Leitung 7. Es sei ferner angenommen, daß die Schalter 77., 78 und 79 in die oberen Stellungen gelegt sind, wie in Fig. 1 gezeichnet. Somit ist der Punkt 76 über das Auswertnetzwerk 70 mit dem Plus-Detektor 73 und über das Auswertnetzwerk 70' mit dem Minus-Detektor 74 verbunden. Es ist ferner angenommen, daß die Netzwerke 70 und 70' zusammen eine für die durch das Regelglied 53 geregelte Entzerrungskurve geeignete Auswertfunktion darstellen. Zum Beispiel kann das Netzwerk 70 den positiven Teil der Auswertfunktion liefern und das Netzwerk 70' den negativen Teil. Es ist erforderlich, daß die Summe der beiden Netzwerkkennlinien, von denen eine positiv und die andere negativ ist, die gewünschte Auswertfunktion ergibt. Nur die Tatsache, daß die Auswertfunktion die Polarität mit der Frequenz ändern muß, macht zwei Netzwerke notwendig. Die Ablesung am Mittelwert-Spannungsmesser 75, weiche die kombinierten Ausspannungen der Detektoren 73 und 74 darstellt, ist eine Anzeige der Richtung und des Betrages der erforderlichen Einstellung des Regelgliedes 53. Eine positive Ablesung bedeutet, daß das Regelglied in einer Richtung eingestellt werden soll, und eine negative Ablesung, daß die Einstellung in entgegengesetzter Richtung erfolgen soll. Die Größe der Spannungsablesung entspricht dem Betrag der erforderlichen Einstellung. Daher wird das Regelglied 53 so lange in der richtigen Richtung bewegt, bis der Spannungsmesser 75 Null oder ein Minimum anzeigt. Der Betrag der zu dem Regelglied 53 gehörigen Kurve ist nunmehr richtig eingestellt.

Um die richtige Einstellung des Regelgliedes 54 zu finden, werden die Schalter 77, 78 und 79 an die Kontakte 84, 80 und 91 gelegt. Die Auswertnetzwerke 70 und 70' sind damit durch die Netzwerke 71 und 71' ersetzt. Die Netzwerke 71 und 71' liefern zusammen eine Auswertfunktion, die für die durch das Glied 54 geregelte Entzerrungskurve geeignet ist. Nun wird das Regelglied 54 verstellt, bis der Spannungsmesser 75 Null oder ein Minimum anzeigt. Um die dritte Entzerrungskurve einzustellen, werden die Schalter 77, 78 und 79 in ihre unterste Stellung gelegt, so daß die entsprechenden Auswertnetzwerke 72 und 72' in die Schaltung gelegt werden, und das Regelglied 55 wird auf eine Null- oder Minimumanzeige auf dem Spannungsmesser 75 eingestellt. Wenn die Kennlinien der Auswertnetzwerke in richtiger Beziehung zueinander und zu den Entzerrungskurven stehen, wird keine Neueinstellung erforderlich, selbstverständlich nur, wenn sich die Dämpfung der Leitung 7 nicht ändert. Die Einstellung jeder Kurve ist im wesentlichen unabhängig von der Einstellung der anderen. Infolgedessen ist der Einstellvorgang beträchtlich abgekürzt.

Bei einer zweiten Ausführung der Erfindung ist die Auswert-Mittelungs-Schaltung IO der Fig. 1 dadurch vereinfacht, daß die Netzwerke 70', 71' und 72', der Detektor 74 und der Schalter 79 weggelassen sind. Wenn jede der Auswertfunktionen, die von den Aus-

wertnetzwerken dargestellt werden, nur positiv oder nur negativ ist, können die Funktionen durch die übrigen Netzwerke 70, 71 und 72 dargestellt werden. Die erforderliche Einstellung findet man, indem das geeignete Netzwerk 70, 71 oder 72 mit Hilfe der Schalter 77 und 78 in die Schaltung gelegt und der Spannungsmesser 75 abgelesen wird. Wenn die Auswertfunktion sowohl positive als auch negative Werte hat, sind zwei Voltmeterablesungen erforderlich, um die richtige Einstellung jeder Entzerrungskurve zu bestimmen. Eines der Netzwerke, z. B. 70, ist so eingerichtet, daß eine Funktion 1 + G (f) dargestellt wird, die über den ganzen Frequenzbereich positiv ist. Wenn das Netzwerk 70 in die Schaltung gelegt ist, zeigt der Spannungsmesser 75 den Wert (l + 5) (l + G) an, wobei G die vom Auswertnetzwerk und S die vom Entzerrer dargestellte Funktion der Frequenz ist, was entwickelt 1 + 5 + G + SG ergibt. Ein anderes Netzwerk, z. B. 71, ist so eingerichtet, daß eine Kennlinie G=O hat. Das Netzwerk 71 kann z. B. einfach eine Dämpfungseinrichtung sein. Wenn nun das Netzwerk 70 durch das Netzwerk 71 ersetzt ist, zeigt der Spannungsmesser 75 den Wert 1 + s an. Der Unterschied zwischen diesen Ablesungen ist G + SG, das ist die Einstellung einer der Entzerrungskurven.

Wie bereits festgestellt wurde, ist keine Beschränkung bei den durch die Entzerrungseinrichtung 8 eingeführten Kurven notwendig. Als Beispiel zeigen die Fig. 10, 11, 12 und 13 vier allgemeine Klassen geeigneter Kurvenformen. Drei dieser Klassen sind orthogonal. Sie sind erstens eine Fourierreihe (Fig. 10), zweitens sich überlappende, nicht harmonische Kurvenformen (Fig. 11) und drittens sich nicht überlappende Stoßkurvenformen (Fig. 12). Diese Kurvenformen haben den Vorteil, daß an sich keine Auswertnetzwerke notwendig sind. Wenn sich jedoch die flach verlaufende Dämpfung der Leitung 7 schnell ändert, kann eine genauere Einstellung des Entzerrers erzielt werden, wenn geeignete Auswertnetzwerke verwendet werden. Die vierte Klasse der Entzerrungskurvenformen stellen die sich überlappenden nicht orthogonalen Kennlinien dar, die in Fig. 13 gezeichnet sind. Wenn diese Kurvenformen auch in bezug auf die Dämpfung behandelt werden, so gelten doch die gleichen Beziehungen für den Fall, daß die Kurvenformen einen Phasengang darstellen. Das Einstellverfahren ist in gleicher Weise auf Dämpfungs- oder Phasenentzerrer anwendbar.

Als Beispiel für eine Fourierreihe zeigt Fig. 10 die Dämpfungskennlinien von drei Kurven eines geeigneten Kosinus-Dämpfungsentzerrers über den zu entzerrenden Frequenzbereich von Null bis f₀. Die Kurven 59, 60 und 61 entsprechen der Grundwelle und den ersten beiden harmonischen Gliedern. Eine unendliche Reihe solcher Glieder ist in der Lage, jede stetige Funktion zu beschreiben. Jedoch liefert eine endliche Anzahl von Gliedern in den meisten Fällen eine genügend genaue Entzerrung. In der Praxis hat man gefunden, daß 25 Glieder, d. h. 25 Entzerrungskurven, eine ausgezeichnete Entzerrung ergeben. Die flache Dämpfung A₀ ist die Kennlinie, die man erhält, wenn jedes der Regelglieder 53, 54 und 55 auf die Mitte seines Einstellbereiches gestellt ist. Wenn jedes Regelglied aus der Mitte herausbewegt wird, wird ein proportionaler positiver oder negativer Betrag der entsprechenden Kosinuskurve in die Entzerrungseinrichtung 8 eingeführt. Jede der Entzerrungskurven hat daher eine Dämpfungskennlinie, die gegeben ist durch

S_n (f) = A₀ + k„ cos η Θ,

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Claims (1)

wobei Θ der Phasenwinkel der Grund welle ist, ferner k eine numerische Konstante, die von der Einstellung des Regelgliedes abhängt und die positiv oder negativ sein kann und schließlich « die jeweilige Entzerrungskurve. Geeignete Kosinusentzerrer sind bereits bekannt. In Fig. 10 ist die Grundwelle (Kurve 59) als reine Kosinuskurve dargestellt. Daher ist ihre Phase Θ linear proportional der Frequenz /, wie es durch die gestrichelte Kurve 63 in Fig. 14 dargestellt ist. Die gestrichelte Kurve 65 in Fig. 15 zeigt eine typische Frequenz-Zeit-Kennlinie der Ausgangsspannung der Durchlauf frequenzquelle 1 an den Klemmen 14 und 15, wenn das Verzerrungsnetzwerk 22 weggelassen wird. Die Frequenz steigt linear von Null bei der Zeit t0 bis fQ bei und nimmt dann linear wieder auf Null bei f2 ab. Diese Art von Abtastkennlinie ist zur Verwendung bei einer Entzerrungseinrichtung 8 geeignet, deren Phasen-Frequenz-Kennlinie linear ist, wie es durch die Kurve 63 der Fig. 14 angegeben ist. In manchen Fällen hat sich jedoch herausgestellt, daß eine genauere Entzerrung erreichbar ist, wenn die Entzerrungskurven verzerrte Kosinuskurven sind. Die Phasen-Frequenz-Kennlinie der Grundwelle kann z. B. die Form der ausgezogenen Kurve 64 in Fig. 14 haben, die nach oben gekrümmt ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, jedoch nicht immer notwendig, den Frequenzmaßstab der Abtastung zu verzerren, indem er bei niedrigen Frequenzen zusammengedrückt und bei hohen Frequenzen auseinandergezogen wird, um die Nichtlinearität der Phasen-Frequenz-Kennlinie zu kompensieren. Dies geschieht durch Einschalten eines Verzerrungsnetzwerks 22, dessen Spannungs-Frequenz-Kennlinie, wie in Fig. 5 dargestellt, der Phasenfrequenz-Kurve 64 der Fig. 14 entspricht, und das eine nach unten konkave Abtastkennlinie hervorbringt, wie sie durch die ausgezogene Kurve 66 der Fig. 15 dargestellt ist, und hierdurch die Phasen-Zeit-Kennlinie linearisiert. Wenn die Entzerrungseinrichtung 8 harmonische Kosinuskurven, wie die in Fig. 10 dargestellten, hat, sind an sich keine Auswertnetzwerke erforderlich. Jedoch kann durch diese Netzwerke, wie bereits erwähnt, die Genauigkeit der Einstellung im allgemeinen verbessert werden. Dies gilt insbesondere, wenn die flache Dämpfung der Übertragungsleitung sich zu der Zeit, wenn der Entzerrer eingestellt wird, schnell ändert. Geeignete Übertragungskennlinien für die Auswertnetzwerke können z. B. die Form 1 + cos η Θ beim Netzwerk 70 und 1 — cos η Θ beim Netzwerk 70' haben. Es sei angenommen, daß die Netzwerke diese Kennlinien haben und daß die Leitung 7 und die Entzerrungseinrichtung 8 zusammen eine Kennlinie 1 + k„ cos η Θ + km cos m Θ 55 haben, wobei m nicht gleich η ist. Dann ist an der Eingangsklemme 96 des Detektors 73 eine Signalkennlinie (1 — cos η Θ) · (1 + k„ cos η Θ + km cos m Θ) und an der Eingangsklemme des Detektor 74 eine Signalkennlinie (1—cos»@) · (1 + kn cos η Θ + km cos m Θ) vorhanden. Da die Abtastung durch die Durchlauf frequenzwelle 1 den Wert Θ proportional der Zeit macht und Θ sich zwischen 0 und 180° ändert, erscheint an der Ausgangsklemme 97 eine Gleichstromumhüllende gleich derjenigen an der Klemme 96 und an der Ausgangsklemme 99 der negative Wert der Umhüllenden an der Klemme 98. Da cos η Θ · cos m Θ gleich Null ist, wenn m nicht gleich η ist, zeigt der Mittelwert-Spannungsmesser 75 ein mittleres Signal, das der gewünschte Einstellfaktor ist. In Fig. 11 stellen die Kurven 106 und 107 b zwei sich überlappende, nicht harmonische, orthogonale Entzerrungskurven dar. Definitionsgemäß sind zwei Funktionen f(x) und f (x) in einem Intervall {a, b) orthogonal, wenn J f(x) f'(x) dx = 0 ist, d. h. wenn das Integral des Produkts der Funktionen in diesem Intervall Null ist. Jede der Kurven ist im Frequenzbereich von Null bis f0 eine gerade Linie. Die Kurve 106 hat die Neigung Null, und ihr Abstand von der konstanten flachen Dämpfung A0 kann mit kt bezeichnet werden. Die Kurve 107 geht bei der Frequenz f0/2 durch A0 und hat eine positive Neigung. DerAbstand von A0 kann durch k2 (f—fg/2) ausgedrückt werden. Selbstverständlich kann die Kurve 106 durch entsprechende Entzerrereinstellung höher oder tiefer gelegt werden, ferner kann die Kurve 107 um einen Drehpunkt bei f0/2 gedreht werden. Wenn diese Beziehungen in die vorgenannte Gleichung eingeführt werden, findet man, daß die Kurven 106 und 107 im Frequenzintervall /„ orthogonal sind. In zahlreichen praktischen Fällen ist es möglich, Entzerrungskurven durch Verzerrung der Frequenzskala orthogonal zu machen. Wie bereits erklärt wurde, kann dies mit Hilfe des in Fig. 2 dargestellten Verzerrungsnetzwerks 22 geschehen. Fig. 12 zeigt drei sich nicht überlappende Stoßkurven. Diese sind ebenfalls orthogonal, weil bei jeder Frequenz alle Kurvenformen außer einer Null sind. Die ausgezogenen Kurven 113, 114 und 115 zeigen die oberen Einstellgrenzen und die gestrichelten spiegelbildlichen Kurven 113', 114' und 115' die unteren Grenzen. Es sind an sich keine zusätzlichen Auswertnetzwerke erforderlich, wenn der Entzerrer 8 Kurvenformen dieser Art hat. Um die vierte Klasse von Entzerrungskurven darzustellen, zeigt Fig. 13 drei sich überlappende, nicht orthogonale Kurven 118, 119 und 120 an ihrer oberen Einstellgrenze. Die spiegelbildlichen unteren Einstellgrenzen sind nicht gezeichnet. Die Kurve 119 dreht sich um den Punkt fp. Wenn die Entzerrungseinrichtung 8 nicht orthogonale Kurvenformen hat, müssen Auswertnetzwerke angewendet werden. Die Wahl der Auswertfunktionen ist durch die Beziehung der Kurvenformen zu den Übertragungsverzerrungskurven bestimmt, die in der zu entzerrenden Leitung 7 zu erwarten sind. Diese Wahl beeinflußt die Genauigkeit der erreichbaren Entzerrung, abgesehen von dem seltenen Fall, daß der Entzerrer in der Lage ist, eine im wesentlichen vollständige Entzerrung zu bewirken, z. B. kann jedes der Auswertnetzwerke 70, 71 und 72 eine Übertragungskennlinie haben, die aus linearen Kombinationen der Kurven 118, 119 und 120 besteht. Jedoch werden sich die Netzwerke voneinander in den relativen Beträgen oder Polaritäten der verwendeten Teilkurven oder in beiden unterscheiden. Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur frequenzabhängigen Entzerrung eines unerwünschten Dämpfungsoder Phasenverlaufs von Übertragungssystemen mit einer am Eingang des Übertragungsweges liegenden, dessen Frequenzbereich umfassenden, vielfrequenten Signalspannungsquelle konstanten Pegels und mit einer Dämpfungs- bzw. Phasen-