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Anordnung zur Messung der Gabelübergangsdämpfung Die in der elektrischen
Nachrichtenübertragungstechnik zur Verbindung von Zwei- und Vierdrahtleitungen verwendeten
Gabelschaltungen sind üblicherweise mit Hilfe eines oder zweier symmetrisch auf
beide Adern der Zweidrahtleitung aufgeteilter Differential- oder Brückenübertrager
aufgebaut. In beiden Fällen kann zur Erläuterung der Wirkungsweise eine Prinzipschaltung
zugrunde gelegt werden, die aus einem Brückenübertrager besteht, dessen mit einem
Mittelabgriff versehene Primärwicklung die Zweidrahtleitung und die ihr zugeordnete
Leitungsnachbildung einpolig miteinander verbindet, während der Vierdrahtausgang
für den abgehenden Verkehr an der Sekundärwicklung des Brückenübertragers und der
Vierdrahteingang für den ankommenden Verkehr am Mittelabgriff und am anderen Verbindungspunkt
von Zweidrahtleitung und Leitungsnachbildung liegt.
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Ein solches Prinzipschaltbild ist in Fig. 1 wiedergegeben. BU bezeichnet
den Brückenübertrager, während das Klemmenpaar 1 den Ausgang für die den Eingangswiderstand
W aufweisende Zweidrahtleitung, das Klemmenpaar 2 den Ausgang für die Leitungsnachbildung
N, das Klemmenpaar 3 den Ausgang für die den abgehenden Verkehr übertragende, den
Wellenwiderstand Z aufweisende Vierdrahtleitung und das Klemmenpaar 4 den
Ausgang für die den ankommenden Verkehr übertragende, beispielsweise ebenfalls den
Wellenwiderstand Z aufweisende Vierdrahtleitung kennzeichnet. Die Vierdrahtleitung
für den ankommenden Verkehr ist über einen Anpassungsübertrager Aü angeschaltet,
wobei die angegebenen Windungszahlen neben den einzelnen übertragerwicklungen als
Verhältniszahlen anzusehen sind, die im Falle der Gleichheit von W, N und
Z einen allseitig angepaßten Zustand gewährleisten.
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Während die zwischen den Klemmenpaaren 1 und 3 bzw. 4 und 1 vorhandenen,
sogenannten Übertragungsdämpfungen der Gabelschaltung im Interesse einer möglichst
verlustfreien Leistungsübertragung klein gehalten werden müssen, soll die zwischen
den Klemmenpaaren 4 und 3 vorhandene, sogenannte Gabelübergangsdämpfung möglichst
groß sein, um eine weitgehende gegenseitige Entkopplung der Vierdrahtleitungen zu
erreichen. Je größer die Gabelübergangsdämpfung ist, desto kleiner ist der Energieruckfluß
von der ankommenden auf die abgehende Vierdrahtseile und damit auch z. B. die Pfeifgefahr
für in die Leitung eingesetzte Verstärker.
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Für den Fall, daß der Eingangswiderstand W der Zweidrahtleitung und
die Leitungsnachbildung N einander gleich sind, ist die Gabelübergangsdämpfung unendlich
groß. Bei nicht einwandfrei abgeglichener Leitungsnachbildung wird jedoch nach einer
vereinfachenden, in der Fachliteratur üblichen Betrachtungsweise ein Teil der über
die Vierdrahtleitung für den ankommenden Verkehr fließenden Leistung am Ausgang
1 für die Zweidrahtleitung reflektiert und gelangt nach einem nochmaligen Durchlaufen
der Gabelschaltung und entsprechender weiterer Dämpfung an den Ausgang 3 für die
abgehende Vierdrahtseite. Der am Ausgang 1 für die Zweidrahtleitung reflektierte
Leistunesanteil ist dabei um den Faktor
gedämpft, wobei bF in der Literatur als die Fehlerdämpfung der Gabelschaltung bezeichnet
wird. Die Gabelübergangsdämpfung ist danach im wesentlichen von der Größe der Fehlerdämpfung
abhängig, die sich ihrerseits aus der Fehlspannung zwischen der Zweidrahtleitung
und der Leitungsnachbildung nach der Beziehung (1) ergibt.
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Bei den bekannten Meßverfahren zur Bestimmung der Gabelübergangsdämpfung
wird von diesen Zusammenhängen insofern Gebrauch gemacht, als lediglich eine Messung
der durch die Beziehung (1) definierten Fehlerdämpfung bF durchgeführt wird und
die Gabelübergangsdämpfung daraus unter Berücksichtigung gewisser zusätzlicher Dämpfungswerte
für das Durchlaufen der Gabelschaltung abgeleitet wird. Dabei wird zur Messung der
Fehlerdämpfung bF im allgemeinen eine Widerstandsmeßbrückenschaltung benutzt, die
in den beiden Vergleichszweigen jeweils
den Eingangswiderstand W
der Zweidrahtleitung und die Leitungsnachbildung N enthält. Die nach den bekannten
Verfahren ermittelte Gabelübergangsdämpfung entspricht bei relativ gut abgeglichener
Leitungsnachbildung im wesentlichen der tatsächlich vorhandenen Gabelübergangsdämpfung.
Weicht jedoch die Leitungsnachbildung N vom Eingangswiderstand
W
der Zweidrahtleitung stärker ab, wie es z. B. in Fernmeldeleitungsanlagen
mit Landesfernwahlbetrieb der Fall ist, wo die Zweidrahtleitungen bei nicht allzu
großer Länge am fernen Ende einen Leerlauf oder Kurzschluß aufweisen können, so
ergeben sich in zunehmendem Maße Abweichungen der nach den bekannten Verfahren ermittelten
Gabelübergangsdämpfungen von den tatsächlich vorhandenen Werten. Auf diese Weise
entstehen äußerst schwer zu kontrollierende Meßfehler, die die Wirkungsweise des
Leitungssystems empfindlich beeinträchtigen können.
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Nach einer weiteren, bekannten Meßmethode zur Ermittlung der Gabelübergangsdämpfung
wird die Messung unter Benutzung der Gabelschaltung selbst in der Weise durchgeführt,
daß ein Pegelsender und ein Pegelmesser an jene Ausgangsklemmenpaare der Gabel geschaltet
werden, zwischen denen die Gabelübergangsdämpfung gemessen werden soll. Hierbei
besteht jedoch die Schwierigkeit, die normalerweise in verschiedenen Amtsräumen
untergebrachten Klemmenpaare zum Aufbau eines Meßplatzes räumlich zusammenzuführen.
Bei derartigen, an der Gabelschaltung selbst durchgeführten Pegelmessungen ist es
an sich bekannt, den Pegelsender und -empfänger durch Einfügung von 600-9-Widerständen
an die Gabelschaltung anzupassen. Ein weiterer Nachteil dieser Methode besteht jedoch
darin, daß der Pegelempfänger nicht ohne weiteres in bezug auf die tatsächliche
Gabelübergangsdämpfung eichbar ist. Daher wird zur Auswertung eine Substitutionsmessung
erforderlich, bei der die Zweidrahtleitung und die Leitungsnachbildung durch zwei
bekannte Widerstände ersetzt sind. Hierbei wird die tatsächliche Gabelübergangsdämpfung
auf die Fehlerdämpfung zweier durch die Substitutionsmessung ermittelter, fiktiver
Widerstände zurückgeführt, wobei die in der Fachliteratur übliche Näherungsformel
für die Fehlerdämpfung verwendet wird. Demzufolge treten auch bei dieser Meßmethode
bei stärker voneinander abweichenden Werten des Eingangswiderstandes W der Zweidrahtleitung
und der Leitungsnachbildung N Diskrepanzen zwischen den tatsächlich vorhandenen
und den solcherart ermittelten Werten der Gabelübergangsdämpfung auf.
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Die Erfindung bietet die Möglichkeit, in besonders vorteilhafter Weise
mit Hilfe einer relativ einfachen Schaltungsanordnung eine Messung der Gabelübergangsd"änpfung
an Gabelschaltungen mit einem Brückenübertrager durchzuführen, wobei eine z. B.
aus Gründen der Pfeifsicherheit notwendige Meßgenauigkeit auch bei größeren Abweichungen
der Leitungsnachbildung N vom Eingangswiderstand W
der Zweidrahtleitung
gewährleistet ist.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die in der Literatur
zur Definition der Fehlerdämpfung der Gabelschaltung verwendete Beziehung (1) lediglich
eine Näherung darstellt, die bei der Bestimmung der Gabelübergangsdämpfung nur dann
exakte Ergebnisse liefert, wenn die Leitungsnachbildung N dem Eingangswiderstand
W der Zweidrahtleitung relativ genau entspricht. Weichen beide Größen jedoch stärker
voneinander ab, so ist die Beziehung (1) durch die nachfolgende exaktere Formel
(2) zu ersetzen, in welcher auch die Abweichungen des Wellenwiderstandes Z der Vierdrahtleitung
vom Eingangswiderstand W der Zweidrahtleitung bzw. von der Nachbildung N berücksichtigt
werden:
Die Anordnung zur Messung der Gabelübergangsdämpfung für Gabelschaltungen mit einem
Brückenübertrager unter Verwendung einer mit jeweils einem zweier benachbarter Brückenzweige
an das gabelseitige Ende der Zweidrahtleitung und an die ihr zugeordnete Leitungsnachbildung
angeschlossenen Meßbräcke, deren Diagonalen mit Einrichtungen zur Pegelmessung beschaltet
sind, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die als Gabelersatzschaltung
ausgebildete Meßbrücke mit der dem einen Vierdrahtausgang entsprechenden Diagonale
an einen niederohmigen Meßspannungsgenerator GU, GU' und mit der dem anderen
Vierdrahtausgang entsprechenden Diagonale an einen hochohmigen Spannungsmesser
EU, EU' geschaltet ist und daß die Wellenwiderstände Z der anzuschließenden
Vierdrahtleitungen in die Brückendiagonalen als Serienwiderstand zum Meßspannungsgenerator
bzw. als Parallelwiderstand zum Spannungsmesser eingefügt sind.
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Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß die zur Messung
der Gabelübergangsdämpfung herangezogene Ersatzbrückenschaltung durch die Einfügung
der Wellenwiderstände der anzuschließenden Vierdrahtleitungen in den Brückendiagonalen
belastet wird. Hierdurch wird der Einfluß der Abweichungen des Wellenwiderstandes
Z der Vierdrahtleitung vom Eingangswiderstand W der Zweidrahtleitung, der theoretisch
bei der Berechnung der Gabelübergangsdämpfung durch Einsetzen der Größe bF an Stelle
der bisher üblichen Fehlerdämpfungen bp berücksichtigt wird, bei der praktischen
Messung an der Ersatzbrückenschaltung entsprechend mit erfaßt.
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Fig. 2 zeigt schematisch in Form eines Blockschaltbildes den prinzipiellen
Aufbau der Anordnung nach der Erfindung, während die Fig. 3 ein zweckmäßiges Schaltbeispiel
angibt, das zu einer einfachen Meßschaltung führt.
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Die aus Fig. 1 ersichtliche Gabelschaltung mit den Ausgängen 1 und
2 für die den Eingangswiderstand W aufweisende Zweidrahtleitung bzw. für die ihr
zugeordnete Leitungsnachbildung N und den beiden Vierdrahtausgängen 3 und 4 ist
in Fig. 2 zu einer durch den Block 5 dargestellten Ersatzbrückenschaltung zusammengefaßt,
wobei die Ausgänge 1, 2, 3, 4 der besseren übersieht wegen herausgeführt sind. Im
Sinne der Erfindung wird jedoch durch den Block 5 darüber hinaus jede Ersatzschaltung
symbolisiert, die aus der Gabelschaltung nach Fig. 1 unter Aufrechterhaltung der
elektrischen Eigenschaften gebildet werden kann. Solche Ersatzschaltungen entstehen
insbesondere bei sinngemäßer Vereinfachung der in der Gabelschaltung vorhandenen
Übertrager, beispielsweise durch Änderung der übersetzungsverhältnisse, wobei jedoch
die Widerstandstransformationen durch wertmäßige Änderungen der angeschlossenen
Widerstände entsprechend zu berücksichtigen sind.
Wird die Gabelschaltung
nach Fig. 1 als Brückenschaltung aufgefaßt, so liegen die Ausgänge 1 und
2
in zwei einander benachbarten Brückenzweigen, während die Ausgänge 3 und
4 für die anzuschließenden Vierdrahtleitungen jeweils in einer Brückendiagonale
liegen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, werden die Ausgänge 3, 4 einerseits
mit einem Meßspannungsgenerator GU, andererseits mit einem Spannungsmesser
EU beschaltet. Es ist dabei an möglichst ideale Meßeinrichtungen gedacht,
d. h. also, daß der Meßspannungsgenerator GU einen möglichst kleinen Innenwiderstand
und der Spannungsmesser EU einen möglichst hohen Eingangswiderstand besitzt.
Dabei ist der Wellenwiderstand Z der abgehenden Vierdrahtleitung in die entsprechende
Brückendiagonale 3 derart eingefügt, daß er einen Serienwiderstand zum Meßspannungsgenerator
GU darstellt, während andererseits der Wellenwiderstand Z der ankommenden
Vierdrahtleitung in die entsprechende Brückendiagonale 4 derart eingesetzt ist,
daß er einen Parallelwiderstand zum Spannungsmesser EU darstellt.
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An Stelle der bisher beschriebenen Anschaltung von GU und
EU an die Ausgänge 3 bzw. 4 der Ersatzbrückenschaltung
5 kann die Zuordnung zwischen den Meßanordnungen und den Ausgängen 3, 4 auch
umgekehrt werden. Somit kann nach einer zweiten Schaltungsvariante der Meßspannungsgenerator
GU' dem Ausgang 4 für die ankommende Vierdrahtleitung bzw. der entsprechenden Brückendiagonale
4 zugeordnet werden, während der zugehörige Spannungsmesser EU' an
den Ausgang bzw. die Brückendiagonale 3 gelegt ist. Zur Ermittlung der Gabelübergangsdämpfung
werden die vom Meßspannungsgenerator GU bzw. GU' erzeugte Meßspannung U1 und die
vom Spannungsmesser EU bzw. EU' gemessene Spannung U2 bestimmt.
Das Verhältnis U2/U1 ist dann dem zu messenden Wert der Gabelübergangsdämpfung proportional.
Dabei ist je nach der gewählten Zuordnung des Meßspannungsgenerators zu einer der
beiden Brückendiagonalen 3 oder 4 der Proportionalitätsfaktor verschieden groß,
was jedoch durch eine entsprechende Eichung des Spannungsmessers EU bzw.
EU in einfacher Weise berücksichtigt werden kann.
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Die an Hand von Fig. 2 beschriebene Spannungsmessung kann selbstverständlich
durch eine entsprechende Strommessung ersetzt werden, wobei der von einem Meßstromgenerator
hohen Innenwiderstandes erzeugte Meßstrom und der mit einem Strommesser möglichst
kleinen Innenwiderstandes gemessene Strom zueinander ins Verhältnis gesetzt werden.
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Im Sinne der vorhergehenden Betrachtungen kann der Meßspannungsgenerator
GU (oder der entsprechende Meßstromgenerator) in seinen Eigenschaften in der Weise
idealisiert werden, daß eine Nachregelung der Ausgangsamplitude auf einen konstanten
Wert vorgenommen wird, so daß das Verhalten einem Meßspannungsgenerator mit dem
Innenwiderstand Null entspricht.
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Die Meßfrequenz wird sowohl bei der Spannungsale auch bei der Strommessung
vorzugsweise so gewählt, daß sie im Betriebsfrequenzband der Gabelschaltung liegt.
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In Fig. 3 ist ein besonders bevorzugtes Schaltbeispiel angegeben,
das aus der Prinzipschaltung nach Fig. 2 in der Weise abgeleitet werden kann, daß
in der Ersatzbrückenschaltung 5 die vorhandenen übertragerBÜ, Aü auf das Windungszahlverhältnis
1 reduziert und weggelassen werden, wobei jedoch die tatsächlich vorhandenen Widerstandstransformationen
durch wertmäßige Abänderungen der angeschalteten Widerstände berücksichtigt werden.
Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist die Schaltungsvariante GU, EU dargestellt,
bei der der Meßspannungsgenerator GU dem Ausgang bzw. der Brückendiagonale
3 für die abgehende Vierdrahtleitung zugeordnet ist, während der Spannungsmesser
EU an den Ausgang 4 gelegt ist. Durch die Weglassung des Brückenübertragers
BÜ, dessen primäre Wicklungshälften in dieser Ersatzbrückenschaltung lediglich als
Drosseln wirken, muß der Widerstand des auf der Sekundärseite an den Klemmen 3 angeschlossenen
Schaltzweiges verdoppelt werden, so daß als Serienwiderstand zum Meßspannungsgenerator
GU der doppelte Wellenwiderstand Z der angeschlossenen Vierdrahileitung für den
abgehenden Verkehr zu nehmen ist. Durch den Wegfall des Anpassungsübertragers A
Ü müssen die an die Klemmen 4 angeschalteten Widerstände wertmäßig auf die
Hälfte reduziert werden, so daß der Parallelwiderstand zum Spannungsmesser
EU in der Meßschaltung durch den halben Wellenwiderstand Z der anzuschließenden
Vierdrahtleitung für den ankommenden Verkehr gebildet wird. Auf diese Weise ergibt
sich eine einfache Meßschaltung, die als eine betriebsmäßig abgeschlossene, der
Gabelschaltung nach Fig. 1 in. ihren elektrischen Eigenschaften entsprechende Brückenschaltung
anzusehen ist. Das Verhältnis der gemessenen Spannung U2 zu der erzeugten Spannung
U1 ist wieder der exakten Gabelübergangsdämpfung proportional.
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Bei der Ausbildung der einzelnen Brückenersatzschaltungen ist eine
Einhaltung der in. der Gabelschaltung nach Fig. 1 vorhandenen Strom-, Spannungs-
oder Widerstandsübersetzungen nicht unbedingt erforderlich, da derartige Einflüsse
im Ergebnis lediglich einen Unterschied um einen konstanten Zahlenfaktor bedeuten
und demnach bei der Eichung der Meßanordnung berücksichtigt werden können.
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Eine bevorzugte Anwendungsmöglichkeit der Anordnung nach der Erfindung
besteht darin, den Nachbildungsausgang 2 mit einem einstellbaren Zweipol
abzuschließen und dessen Eingangswiderstand mittels geeigneter Einstellmittel auf
einen zur Erreichung einer vorgegebenen, nicht zu überschreitenden Gabelübergangsdämpfung
geeigneten Frequenzverlauf abzustimmen. Die hierbei an den Einstellmitteln erreichten
Abgleichwerte werden sodann als Richtwerte für die entsprechenden Schaltelemente
der einzuschaltenden Leitungsnachbildung verwendet.