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Gabelschaltung für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichten-
und Meßtechnik nach dem Resonanztransferprinzip Die Erfindung bezieht sich auf eine
Gabelschaltung für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichten- und Meßtechnik
nach dem Resonanztransferprinzip.
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Gabelschaltungen werden beispielsweise in der Nachrichtenweitverkehrstechnik
überall dort benötigt, wo von zwei Einwegübertragungsstrecken (Vierdrahtbetrieb)
auf eine Zweiwegeübertragungsstrecke (Zweidrahtbetrieb) übergegangen werden soll.
Sie weisen in der Regel einen Differentialübertrager auf, mit dessen Hilfe eine
gegenseitige Entkopplung der für jeweils eine Übertragungsrichtung vorgesehenen
Einwegübertragungsstrecken erreicht wird. Der Grad dieser Entkopplung läßt sich
mittels solcher Übertrager, gemessen an den sehr hohen Anforderungen, in ausreichendem
Maße groß halten, doch bedingt die eine Brückenschaltung darstellende Gabel eine
Übertragungsdämpfung in Höhe von 3 dBm.
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Es sind auch bereits (deutsche Auslegeschrift 1113 713) Gabelschaltungen
bekannt, die nach dem Prinzip der Resonanzübertragung arbeiten. Sie weisen wenigstens
drei Schalter auf. Auch bestehen bei diesen Schaltungen Schwierigkeiten hinsichtlich
der Realisierung einer ausreichend großen Entkopplung zwischen den beiden Einwegübertragungsstrecken.
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Es gibt auch bereits nach dem Resonanztransferprinzip arbeitende Gabelschaltungen,
die an sich mit zwei Schaltern auskommen. Für eine ausreichende Entkopplung zwischen
den beiden Einwegübertragungsstrecken wird hier jedoch zusätzlich ein Hilfsschalter
benötigt. Dieser Hilfsschalter, der von einem besonderen Taktpuls gesteuert werden
muß, liegt dem Ladekondensator der ankommenden Einwegübertragungsstrecke parallel
und wird jeweils zwischen den ankommenden aufeinanderfolgenden Nachrichtenimpulsen
geschlossen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine nach dem Resonanztransferprinzip
arbeitende Gabelschaltung der zuletzt genannten Art eine weitere Lösung anzugeben,
die bei Gewährleistung eines ausreichend großen Entkopplungsgrades zwischen den
beiden Einwegübertragungsstrecken ohne zusätzliche Schalter auskommt.
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Ausgehend von einer Gabelschaltung für Geräte und Einrichtungen der
elektrischen Nachrichten- und Meßtechnik, bestehend aus einem den Anschluß für beide
Übertragungsrichtungen abgebenden Speicher, der über einen Zwischenspeicher mit
einem Eingangsspeicher und einem Ausgangsspeicher durch je einen Schalter verbunden
ist, die den Eingangs- und den Ausgangsspeicher nacheinander periodisch und abwechselnd
über den Zwischenspeicher mit dem ersten Speicher zum Energieaustausch in Form einer
Resonanzübertragung verbinden, wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß bei gegen die Schaltperiode kurzen Schalterschließzeiten der Zeitabstand zweier
aufeinanderfolgender Schaltphasen der Schalter derart gewählt ist, daß, bezogen
auf den den Anschluß für beide Übertragungsrichtungen abgebenden Speicher, ein einen
neuen Energiefiuß auslösender Schaltvorgang sich in einem Zeitraum vollzieht, in
dem der durch den vorhergehenden Schaltvorgang ausgelöste Energiefluß einen Minimalwert
annimmt.
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Es ist auch (deutsche Patentschrift 1084 329) bekannt, den empfangsseitigen
Verteiler einer Zeitmultiplex - Mehrkanal - Nachrichtenübertragungseinrichtung für
Stereorundfunk für eine Resonanzübertragung auszulegen. Zu diesem Zweck ist dem
ankommenden Summenkanal und den ihm nachgeschalteten Einzelkanälen je ein Tiefpaßfilter
zugeordnet, von denen der Ausgang des dem Summenkanal zugeordneten Tiefpaßfilters
über je einen Schalter, die im Rhythmus der ankommenden Pulse abwechselnd geschlossen
werden, mit den Eingängen der den Einzelkanälen zugeordneten Tiefpaßfilter verbunden
wird. Abgesehen davon, daß es sich hier nicht um eine Gabelschaltung, sondern um
eine Verteilerschaltung handelt, läßt sich die bekannte Anordnung unmittelbar mit
dem Erfindungsgegenstand nicht vergleichen, weil sich bei einer Gabelschaltung das
Problem der Entkopplung zwischen den beiden Einwegübertragungsstrecken in einer
gänzlich anderen
Weise stellt als bei den beiden Einzelkanälen einer
Zeitmultiplexverteilerschaltung.
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Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß sich
das Prinzip der Resonanzübertragung und damit die mit diesem Prinzip verbundenen
Vorteile einer praktisch verlustlosen Übertragung dann in einfacher und vorteilhafter
Weise auf Gabelschaltungen anwenden lassen, wenn dafür gesorgt wird, daß ein einen
Energiefluß in der einen oder anderen Richtung auslösender Schaltvorgang in einem
Zeitintervall erfolgt, in dem der durch den vorhergehenden Schaltvorgang in entgegengesetzter
Richtung ausgelöste Energiefiuß einen Null-Durchgang hat.
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Sofern der den Anschluß für beide übertragungsrichtungen abgebende
Speicher sowie der Eingangs-und Ausgangsspeicher in T-Schaltung ausgeführte Tiefpässe
sind, kann der Zwischenspeicher in besonders einfacher Weise aus einer Querkapazität
bestehen. In diesem Fall liegen die Schalter dem Zwischenspeicher in Reihe parallel.
Ferner sind dem Eingangs- und dem Ausgangsspeicher dann je ein Schalter parallel
angeschaltet.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung sind
der den Anschluß für beide Übertragungsrichtungen abgebende Speicher sowie der Eingangs-
und der Ausgangsspeicher in 7f-Schaltung ausgeführte Tiefpässe; während der Zwischenspeicher
aus einer Längsinduktivität besteht. Diese Längsinduktivität ist einerseits über
einen mit ihr in Reihe liegenden Schalter mit dem Eingangsspeicher und andererseits
über einen anderen mit ihr in Reihe liegenden Schalter mit dem Ausgangsspeicher
verbunden.
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Außer den praktisch vernachlässigbaren Schalterverlusten treten bei
der Gabelschaltung nach der Erfindung auch geringfügige Übertragungsverluste für
die Energieübertragung in Richtung vom Anschluß für die Zweiwegeübertragungsstrecke
zum Ausgang des Ausgangsspeichers auf. Zu ihrer Kompensation ist es zweckmäßig,
den Ausgangsspeicher parametrisch verstärkend auszubilden.
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Darüber hinaus kann in vorteilhafter Weise auch der für beide Übertragungsrichtungen
wirksame Zwischenspeicher parametrisch verstärkend ausgebildet werden, wodurch die
eigentliche Gabelfunktion der erfindungsgemäßen Schaltung durch eine Verstärkerfunktion
ergänzt wird.
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An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt
sind, soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung
bedeutet F i g. 1 eine bekannte, nach dem Prinzip der Resonanziibertragung arbeitende
Übertragungseinrichtung, F i g. 2 Zeitdiagramme des Schaltablaufs der Schalter sowie
einiger elektrischer Größen bei der Übertragungseinrichtung nach der F i g. 1, F
i g. 3 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung, F i g. 5 Zeitdiagramme des Schaltablaufs der Schalter sowie
der parametrischen Reaktanzvariation bei der erfindungsgemäßen Schaltung.
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In der F i g. 1 ist eine nach dem Prinzip der Resonanzübertragung
arbeitende Übertragungseinrichtung, bestehend aus einem Eingangsspeicher I', einem
Ausgangsspeicher II' sowie einem durch die Querkapazität Co realisierten Zwischenspeicher,
angegeben. Sie dient zusammen mit den in der F i g. 2 angegebenen Diagrammen der
Erläuterung der Resonanzübertragung. Gesteuert wird die nach -diesem Prinzip vom
Anschluß 1 des Eingangsspeichers I' zum Anschluß 2 des Ausgangsspeichers II' hin
übertragene elektromagnetische Energie durch den dei- Querkapazität Co parallelliegenden
Schalters 1. Der Eingangs- und der Ausgangsspeicher sind in T-Schaltung ausgeführte
Tiefpässe mit den Induktivitäten L 1 bzw. L 2 in den Längszweigen
und den Kapazitäten C1 bzw. C2 im Querzweig.
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Im allgemeinen werden bei einer solchen Übertragungseinrichtung die
Tiefpässe gleich bemessen sein. Damit die Übertragung unter Ausnutzung der Eigenresonanz
des Systems erfolgen kann, ist es erforderlich, daß die Öffnungszeit des der Querkapazität
Co parallelliegenden Schalters s 1
gewählt ist. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Kapazität C1 bzw. C2 groß gewählt
ist gegenüber der Kapazität Co.
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Die Schaltfunktion des Schalters s1 mit den Schaltstellungen a = »auf«
und z = »zu«, der Verlauf des vom Eingangsspeicher I' in die Querkapazität Co einfließenden
Stromes 11, der Verlauf des von der Querkapazität Co in den Ausgangsspeicher
Il' fließenden Stromes i 2 und der Verlauf der während einer Schaltphase an der
Querkapazität auftretenden Spannung u sind in der F i g. 2 dargestellt. Die Periode
To, in der die Schaltphasen des Schalters s1 mit der öffnungszeit z aufeinanderfolgen,
ist so gewählt, daß der Schalter jeweils in dem Zeitpunkt öffnet, in dem der Strom
i 1 sein Maximum und der Strom 12 sein Minimum erreicht haben. Auf diese
Weise ist gewährleistet, daß die vom Eingangsspeicher I' in die Querkapazität einfließende
Ladung vollständig in den Ausgangsspeicher II' ausgespeichert wird. Wie der Verlauf
der Spannung u an der Querkapazität zeigt, steigt sie, ausgehend vom Zeitpunkt t1
des sich öffnenden Schalters s1 bis zum Zeitpunkt t2, auf ihren Maximalwert an,
um anschließend wieder kleiner zu werden und im Zeitpunkt t 3, in dem der
Schalters 1 erneut schließt, den Ausgangswert Null wieder zu erreichen.
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Durch parametrische Variation der Querkapazität Co kann die vom Anschluß
1 zum Anschluß 2 übertragene Energie verstärkt werden. Die hierbei für die Änderung
der Querkapazität Co erforderliche Variation ist in der F i g. 2 ebenfalls über
der Zeit dargestellt. Sie besteht darin, daß die Querkapazität Co im Zeitraum
zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 um den Betrag d C verkleinert wird, wodurch
die Spannung u an der Querkapazität Co entsprechend dem in unterbrochener
Linie dargestellten Verlauf in diesem Zeitintervall einen wesentlich größeren Wert
annimmt. Dies führt zu einer die Verstärkung ausdrückenden entsprechenden Erhöhung
des Stromes i2, die im Diagramm durch die unterbrochene Linie angegeben ist.
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Ein Ausführungsbeispiel für eine gemäß der Erfindung ausgebildete
Gabelschaltung ist in der F i g. 3 dargestellt. Die Gabelschaltung weist einen Eingangsspeicher
II, einen Ausgangsspeicher III und einen Speicher I für beide übertragüngsrichtungen
auf. Demnach ist der Anschluß 1 des Speichers I für die Zweiwegeübertragungsstrecke
und die Anschlüsse 2
und 3 des Eingangs- und Ausgangsspeichers II
und III sind für die beiden Einwegübertragungsstrekken vorgesehen. Dem Speicher
I ist die den Zwischenspeicher darstellende Querkapazität Co nachgeschaltet, der
die Schalter s2 und s3 in Reihe parallel angeschaltet sind. Der Eingangsspeicher
ist hierbei dem Schalter s2 und der Ausgangsspeicher III dem Schalter s 3 parallel
angeschaltet. Sämtliche Speicher sind entsprechend der Übertragungseinrichtung nach
der F i g. 1 in T-Schaltung ausgeführte Tiefpässe mit den Induktivitäten
L 1 bzw. L 2 bzw. L 3 in den Längszweigen und den Kapazitäten
C 1 bzw. C 2 bzw. C 3 im Querzweig.
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Die Schalter s2 und s3 sind in Ruhestellung geschlossen. Damit sind
nicht nur der Eingangsspeicher II und der Ausgangsspeicher III auf Seiten der Schalter
kurzgeschlossen, sondern auch die Querkapazität Co. Im Diagramm der F i g. 5 ist
unter anderem der Ablauf der Schaltphasen der Schalter s2 und s 3 dargestellt.
Im Zeitraum t 1-t 3, der der Öffnungszeit z entspricht, ist der Schalter
s2 geöffnet, während er in der übrigen Zeit einer Periode To ge-
schlossen
ist. Dies ist im Diagramm für den Schalter s 2 wie auch im Diagramm für den Schalters
3 durch die Bezeichnungen a »Schalter geöffnet« und z »Schalter geschlossen« angegeben.
Während der Öffnungszeit z wird die im Eingangsspeicher II gespeicherte Energie
über den Zwischenspeicher in den Speicher I ausgespeichert. Im Zeitraum
t > t 3 sinkt der Strom in der den rechten Längszweig des Speichers I bildenden
Induktivität L 1 langsam ab, d. h., die durch den Schaltvorgang des Schalters s
2 vom Eingangsspeicher II zum Speicher I übertragene Energie fließt allmählich in
den am Anschluß 1 angeschlossenen Verbraucher. Im Zeitraum t4 bis t6, in
dem der Schalters 3 geöffnet ist, findet ebenfalls ein Energieaustausch nach dem
Prinzip der Resonanzübertragung statt, jedoch mit dem Unterschied, daß nunmehr der
Energiefluß vom Speicher I zum Ausgangsspeicher III erfolgt. Die gegenseitige Zeitlage
der Öffnungszeiten der Schalter s 2 und s 3 ist, wie bereits einleitend geschildert
wurde, hierbei so bemessen, daß der mit jedem Öffnen eines Schalters ausgelöste
Energieaustausch gerade dann stattfindet, wenn der Energiefuß in der rechten Induktivität
L 1 des Speichers I des durch das vorausgegangene öffnen des anderen Schalters ausgelösten
übertragungsvorgangs gerade einen Nulldurchgang hat.
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Wie bereits erwähnt wurde, tritt bei der Übertragung vorn Anschluß
1 zum Anschluß 3 der Gabelschaltung eine geringfügige Dämpfung auf. Diese Dämpfung
hat ihre Ursache im Öffnen des Schalters s 2 während des Energieaustausches zwischen
dem Eingangsspeicher Il und dem Speicher I. Die vom Anschluß 1 dem Speicher I zugeführte
Signalenergie wird nämlich während dieser Öffnungszeit geschwächt. Eine Kompensation
der so zustande gekommenen Übertragungsdämpfung kann in einfacher Weise durch parametrische
Variation der unmittelbar an die Schalter angrenzenden Induktivität L 3 des Ausgangsspeichers
herbeigeführt werden. Der Verlauf der parametrischen Veränderung der Induktivität
L 3 ist im untersten Diagramm der F i g. 5 dargestellt. Daneben kann durch parametrische
Variation der Querkapazität Co, wie das an Hand der F i g. 1 und 2 näher erläutert
worden ist, auch eine Verstärkung der Signalenergie in beiden Richtungen erreicht
werden. Der Verlauf der parametrischen Veränderung der Querkapazität Co ist im zweiten
Diagramm der F i g. 5 dargestellt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das die zur F i g. 3 duale Schaltung
darstellt, ist in der F i g. 4 angegeben. Hierbei sind der Eingangsspeicher II,
der Ausgangsspeicher III sowie der beiden übertragungsrichtungen gemeinsame Speicher
I in 7T-Schaltung ausgeführte Tiefpässe mit der Induktivität L 1' bzw. L2' bzw.
L 3' im Längszweig und den Kapazitäten C1' bzw. C2' bzw. C3' in den Querzweigen.
Der Zwischenspeicher besteht nunmehr aus der Längsinduktivität Lo, die den Speicher
I einerseits in Reihe mit dem Schalter s 2 mit dem Eingangsspeicher II und andererseits
in Reihe mit dem Schalter s 3 mit dem Ausgangsspeicher III verbindet. Die Diagramme
der F i g. 5 gelten gleichfalls für das Ausführungsbeispiel nach der F i g. 4, sofern
einerseits die Angaben a »Schalter auf« und z »Schalter zu« miteinander und andererseits
die Querkapazität Co bzw. die Induktivität L 3 mit der Längsinduktivität Lo bzw.
der Kapazität C3 miteinander vertauscht werden.