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Einrichtung zur Doppelausnutzung einer an sich für NF-Betrieb bestimmten
Teilnehmerleitung Zusatz zur Anmeldung: S 98945 VIII a/21 a3 -Auslegeschrift 1259
398 Gegenstand der Hauptpatentanmeldung ist eine Einrichtung zur Doppelausnutzung
einer an sich für NF-Betrieb mit einer NF-Station bestimmten Teilnehmerleitung in
einer Fernmelde-, insbesondere in einer Fernsprechanlage unter Verwendung einer
Pulsmodulationseinrichtung in der Weise, daß an die normale NF-Teilnehmerleitung
sowohl amtsseitig als auch teilnehmerseitig je eine ein Pulsmodulations-und ein
Pulsdemodulationsgerät enthaltende IM-Station, jeweils unter Einfügung einer Hochpaß-Tiefpaß-Weichenschaltung
zur Auftrennung von PM-Weg und NF-Weg angeschaltet ist.
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Diese Einrichtung hat den Vorteil, daß mit sehr geringem Aufwand praktisch
jede NF-Teilnehmerleitung in einem Fernsprechnetz für zwei Teilnehmer gleichzeitig
ausgenutzt werden kann. Dem kommt deshalb besondere Bedeutung zu, weil hierdurch
an einer einzigen Leitung zwei vollberechtigte, sich gegenseitig nicht störende
Teilnehmer gleichzeitig Telefongespräche führen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine derartige Einrichtung
einen Weg aufzuzeigen, der eine besonders einfache Versorgung des Pulsmodulationsteaehmers
mit Betriebsstrom ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die teilnehmerseitige
PM-Station ein der Stromversorgung der PM-Station bei ruhender NF-Station dienender
Gleichspannungswandler vorgesehen ist, der an die vom Amt zur NF-Station führende
Leitung und über diese an die Zentralbatterie im Amt angeschlossen ist, daß der
Eingangswiderstand des Gleichspannungswandlers hochohmig ist gegenüber dem für das
Kriterium Schleifenschluß maßgeblichen Widerstandswert (z. B. höher als 20 kQ) und
daß für diese PM-Station außerdem in der Teilnehmerleitung ein spannungsstabilisierendes
Element (Zenerdiode od. dgl.) vorgesehen ist, das die Betriebsstromversorgung der
PM-Station aus der an ihm abfallenden Spannung veranlaßt.
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Für die praktische Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist es hinsichtlich
des Wirkungsgrades vorteilhaft, wenn der Gleichspannungswandler ein elektronischer
Gleichspannungswandler ist.
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Zur Vermeidung einer Störung des NF-Teilnehmers ist es vorteilhaft,
wenn die Betriebsfrequenz des Gleichspannungswandlers oberhalb des Hörbereichs der
NF-Station liegt.
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Für die Stabilisierung der Versorgungsspannung ist es vorteilhaft,
wenn parallel zum Versorgungsspannungseingang der PM-Station ein Ladekondensator
vorgesehen ist. Zur Unterbindung der Möglichkeit des Abhörens des NF-Gesprächs von
den Eingangsklemmen der PM-Station ist es von besonderem Vorteil, wenn die aus dem
Gleichspannungswandler und der Zenerdiode bestehende Stromversorgung in dem die
Hochpaß-Tiefpaß-Weiche enthaltenden Weichenteil angeordnet ist, das sich in einem
Verteilerkasten befindet.
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In Weiterbildung der Erfindung ist es zur Reduzierung des Gesamtaufwandes
vorteilhaft, wenn in dem das Weichenteil und die PM-Station verbindende Adernpaar
der Übertragung sowohl der IM-Impulse als auch des Betriebsgleichstroms dienende
Weichen vorgesehen sind.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
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In der Zeichnung zeigt F i g. 1 im Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel
einer Einrichtung nach dem Hauptpatent. Es sind zwei Endstellen E 1 und E 2 zur
zusätzlichen Nachrichtenübertragung mit Pulsphasenmodulation (PPM) über Leitungen
relativ geringer Länge vorgesehen. Aus den Gründen der übersichtlichkeit ist die
Leitung L, die die beiden Endstellen miteinander verbindet und für die übertragung
wenigstens einer weiteren Nachricht verwendet wird, lediglich durch eine unterbrochene
Linie angedeutet. Jede der beiden Endstellen E 1 und E 2 ist an die Leitung L über
ein Netzwerk N angeschlossen, das der Auftrennung der Leitung L in einen Leitungsweg
NFT zum üblichen NF-Telefonteilnehmer
und in einen Leitungsweg
zum Pulsmodulationsteilnehmer dient. Im einfachsten Fall ist N ein Hochpaß-Tiefpaß-Filter.
Ferner weist jede der beiden Endstellen sendeseitig einen Modulator auf, an den
sich ausgangsseitig ein Verstärker V anschließt. Die zu modulierenden Impulse werden
dem Modulator M der Endstelle E1 von einem in der Regel quarzstabilisierten Pulserzeuger
P zugeführt, während der Modulator M der Endstelle E2 diese Impulse in einer im
Hauptpatent bereits näher erläuterten Weise von der Empfangsseite dieser Endstelle
erhält. Die niederfrequente Modulationsspannung NF steht an den mit e bezeichneten
Eingängen der Modulatoren M an. Im Anschluß an das Netzwerk N weist jede der beiden
Endstellen empfangsseitig eine steuerbare Schwellwertschaltung S auf, deren Steuereingang
z über den Verstärker V die modulatorausgangsseitigen Impulse der Sendeseite der
gleichen Endstelle zugeführt werden. An die Schwellwertschaltung S schließt sich
sodann die eigentliche Demodulatoreinrichtung an, -die beim Ausführungsbeispiel
nach der F i g. 1 aus einem die phasenmodulierten ankommenden Impulse in dauermodulierte
Impulse umwandelnden Modulationswandler K mit ausgangsseitigem Tiefpaß TP besteht.
Das in seiner ursprünglichen Gestalt zurückgewonnene niederfrequente Signal
NF wird am Ausgang a des Tiefpaßes TP abgenommen.
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Wie F i g. 1 erkennen läßt, weist der Modulationswandler beider Endstellen
einen weiteren Eingang x auf, an dem beim Modulationswandler der Endstelle E1 die
modulatorausgangsseitigen Impulse dieser Endstelle und beim Modulationswandler der
Endstelle E2 die Ausgangsgröße des Generators G anliegt. Der Generator G der Endstelle
E2 wird von den ausgangsseitigen Impulsen der Schwellwertschaltung S synchronisiert.
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Sofern die Impulse am Ausgang der Schwellwertschaltung ausreichend
Energie aufweisen, kann der Generator G durch ein passives, aus einem Schwingkreis
hoher Güte bestehendes Netzwerk ersetzt sein. Die modulatorausgangsseitigen, dem
weiteren Eingang x des Modulationswandlers der Endstelle E 1 zugeführten Impulse
bestimmen die Zeitlage der als urmoduliert anzusprechenden Flanke der vom Modulationswandler
zu erzeugenden dauermodulierten Impulse, deren modulierte Flanke durch die empfangenen
phasenmodulierten Impulse festgelegt wird. In gleicher Weise bestimmt die Ausgangsgröße
des Generators G der Endstelle E2 die urmodulierte Flanke der am Ausgang des Modulationswandlers
K auftretenden dauermoduliertenImpulse, deren modulierte Flanke ihrerseits durch
die empfangenen phasenmodulierten Impulse festgelegt wird. Gleichzeitig werden die
am Ausgang der Schwellwertschaltung S dem Eingang des Modulationswandlers K auf
der Endstelle E 2 zugeführten phasenmodulierten Impulse über den Ausgang y als zu
modulierende Impulse dem Modulator M der Sendeseite dieser Endstelle zugeführt.
Die auf der Endstelle E1 ankommenden Impulse sind somit vom niederfrequenten Signal
NF der Pulsmodulationsteilnehmer sowohl am Eingang e des Modulators der Endstelle
E1 als auch des Modulators der Endstelle E2 moduliert. Die von der Endstelle E1
herrührende Modulation der zweifach modulieren, auf der Endstelle E1 empfangenen
phasenmodulierten Impulse wird jedoch im Modulationswandler K dieser Endstelle eleminiert,
weil auf Grund der speziellen Schaltung dieser Modulationsanteil die Zeitlage beider
Flanken der dauermodulierten Impulse gleichförmig beeinflußt. Bei fehlender Modulationsspannung
NF am Eingang e des Modulators M der Endstelle E2 treten, mit anderen Worten, am
Ausgang des Modulationswandlers K der Endstelle E1 keine dauermodulierten Impulse
auf. Die ausgangsseitigen Impulse haben vielmehr gleiche Dauer, sind jedoch in der
Phase durch die Modulationsspannung am Eingang e des Modulators M dieser Endstelle
moduliert. Diese Phasenmodulation hat jedoch praktisch keinen Einfluß auf den Ausgang
a des Tiefpasses TP, weil die phasenmodulierten Impulse, im Gegensatz zu dauermodulierten
Impulsen nur vernachlässigbar geringe Niederfrequenzanteile aufweisen.
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Die unmittelbare Verwendung der auf der EndstelleE2 ankommenden phasenmodulierten
Impulse als zu modulierende Impulse für die Nachrichtenübertragung mit Pulsmodulatoren
von der Endstelle 2 zur Endstelle l hat den großen Vorteil einer optimalen Ausnutzung
des in der Regel vorgegebenen Zeitintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden
sendeseitigen Impulsen der Endstelle E1. Außerdem brauchen dadurch an den Generator
G auf der Endstelle E2, der andernfalls zur Gewinnung dieser zu modulierenden Impulse
herangezogen werden müßte, keine besonderen Anforderungen gestellt werden.
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Die steuerbare Schwellspannung der Schwellwert-Schaltung S auf der
Empfangsseite der beiden Endstellen wird mit jedem sendeseitigen Impuls der gleichen
Endstelle auf ihren Maximalwert eingestellt und nimmt anschließend, vorzugsweise
exponentiell auf einen noch näher zu erläuternden Minimalwert ab. Dadurch wird,
wie ebenfalls noch näher zu erläutern sein wird, einmal dafür gesorgt werden, daß
die sendeseitig abgehenden Impulse nicht auf den Empfangsteil der gleichen Endstelle
zurückwirken können und andererseits die an Stoßstellen erzeugten Echoimpulse unterdrückt
werden.
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Zum besseren Verständnis des zeitlichen Ablaufs der übertragung ist
in F i g. 2 ein Zeitschema angegeben, bei dem auf der obersten Linie die auf der
Endstelle El abgehenden und ankommenden Impulse über der Zeit t aufgetragen sind.
Gleiches gilt bei zeitrichtiger Zuordnung für die die unterste Linie darstellende
Endstelle E2. Die abgehenden und ankommenden Impulse sind durch senkrechte Striche
angedeutet. Die sie durchkreuzenden Pfeile geben jeweils den maximalen Zeithub in
einer Richtung an. Ein zur Zeit t 1 von der Endstelle E 1 abgehender Impuls 1 trifft
auf der Endstelle E 2 zur Zeit t 2 ein. Durch den Impuls 1 ausgelöst, sendet die
Endstelle E 2 zur Zeit t 3 den Impuls 1' an die Endstelle E 1, der dort zur Zeit
t4 ankommt. Das durch die Zeit different t4-tl gegebene Zeitintervall darf höchstens
gleich der mittleren Periode v der von der Endstelle E 1 aufeinanderfolgenden Impulse
sein. Der auf den Impuls 1 im Zeitpunkt t 5 folgende weitere Impuls ist in F i g.
2 mit 2 bezeichnet.
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Unter der Annahme, daß die Endstelle E 1 ein zusätzlicher PPM-Anschluß
der Amtseinrichtung und die Endstelle E2 ein PPM-Teilnehmeranschluß einer Fernsprecheinrichtung
darstellt, muß die mittlere Periode -c der von der Endstelle E1 ausgehenden Impulsfolge
mit Rücksicht auf das Abtasttheorem wenigstens dem reziproken Wert der zweifachen
Signalbandbreite entsprechen. Wird von einer Signalbandbreite von 4 kHz ausgegangen,
so ergibt sich für
die mittlere Periode z =125 [.s. Die Laufzeit
eines papierisolierten Kabels, wie es für Telefon-Teilnehmerleitungen allgemein
üblich ist, beträgt für bipolare Impulse mit einem Schwerpunkt der spektralen Energie
oberhalb 50 kHz etwa 4,7 #ts/km. Unter Zugrundelegung der bei solchen Teilnehmeranschlußleitungen
auftretenden Länge von maximal etwa 7 km ergibt sich als Summenlaufzeit für die
Hin- und die Rückrichtung 66 #ts. Wird ferner eine Impulsdauer von 10 #ts angenommen,
was bei bipolaren Impulsen einer Schwerpunktsfrequenz von 100 kHz entspricht, so
ergibt sich bei voller Ausnutzung der mittleren Periode von 125 ls für den maximalen
Zeithub in einer Richtung der Wert 9,8 Rs. Dieser relativ große Hub ist ausreichend,
um die an die Qualität der übertragung für den Pulsmodulationsteilnehm.er zu stellenden
Anforderungen zu gewährleisten. Er wird für eine Länge von 7 km einer Teilnehmeranschlußleitung
in vorteilhafter Weise dadurch ermöglicht, daß ein von der Endstelle E1 ausgesendeter
und auf der Endstelle E2 empfangener Impuls dort unmittelbar als zu modulierender
sendeseitiger Impuls für die Gegenrichtung wiederverwendet wird.
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Zwischen den Zeitlinien für die Endstellen E 1 und E 2 ist in F i
g. 2 noch eine mit E 0 bezeichnete unterbrochene Zeitlinie angegeben. Diese Linie
soll eine Stoßstelle der Leitung darstellen, an der ein Teil der Energie der in
einer Richtung übertragenen Impulse zur Sendeseite reflektiert wird. Die unterbrochene
Linie E0 kann als eine weitere Endstelle aufgefaßt werden, die sich am Ort der Stoßstelle
des Kabels, also in einem Abstand von der Endstelle El bzw. der Endstelle E2 befindet,
der kleiner ist als der Abstand zwischen den beiden Endstellen. Die von dieser gedachten
Endstelle VO zum Zeitpunkt t 1 c bzw. zum Zeitpunkt t 3 e auf der
Endstelle E 1 bzw. E2 ankommenden Impulse müßten in jedem Fall wesentlich größer
sein als die zu diesen Zeitpunkten dort eintreffenden Echoimpulse 1 e bzw.1 e',
weil diese Echoimpulse einen doppelt so langen Weg zurückzulegen haben als die Impulse
der gedachten Endstelle E0 am Ort der Stoßstelle des Kabels. Selbst unter der Annahme
einer Totalreflexion müßten die Echoimpulse um die Dämpfung der Kabelstrecke zwischen
der Stoßstelle und der Endstelle E 1 bzw. E 2 kleiner sein. Von dieser Erkenntnis
wird bei der steuerbaren Schwellwertschaltung zur Unterdrückung der Echoimpulse
dadurch Gebrauch gemacht, daß mit jedem von einer Endstelle abgehenden Impuls die
Schwellspannung der Schwellwertschaltung dieser Endstelle auf ihren maximalen Wert
eingestellt wird und diese Schwellspannung dann bis zum nächsten abgehenden Impuls
ständig so abnimmt, daß Echoimpulse mit Sicherheit unterdrückt werden, während die
von der fernen Endstelle zu empfangenden Impulse diese Schwelle mit Sicherheit überwinden
können.
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Das in F i g. 3 dargestellte Blockschaltbild zeigt noch zum besseren
Verständnis die Anwendung dieser Einrichtung zur Schaffung zusätzlicher Teilnehmeranschlüsse
in einem Fernsprechnetz. Jede der Teilnehmerleitungen L 1, L 2 usw. ist in doppelter
Weise dadurch ausgenutzt, daß dem NF-Teilnehmeranschluß E 1' und E 2' auf der Amtsseite
und auf der Teilnehmerseite ein PPM-Teilnehmeranschluß E1 und E 2 zugeordnet sind.
Die Entkopplung zwischen dem NF- und dem PPM-Teilnehmeranschluß nimmt auf Seiten
der Amtseinrichtung auf der Teilnehmerseite eine Tiefpaß-Hochpaß-Weichenschaltung
vor, bei der der Tiefpaß T dem NF-Teilnehmeranschluß und der Hochpaß H dem PPM-Teilnehmeranschluß
vorgeschaltet ist. In den später folgenden Erläuterungen wird zur "besseren Unterscheidung
der Teilnehmer der NF-Teilnehmeranschluß E 1' bzw. E 2' mit NF-T und der PPM-Teilnehmeranschluß
mit PM-T bezeichnet. Der die zu modulierenden Impulse für den Modulator des amtsseitigen
PPM-Teilnehmeranschlusses liefernde Impulsgenerator P ist sämtlichen PPM-Teilnehmeranschlüssen
der Amtsseite gemeinsam zugeordnet. Dadurch wird, wie bereits erwähnt, auch das
Nahnebensprechen zwischen verschiedenen Teilnehmern unterbunden, weil die gemeinsame
Impulsversorgung eine gleichzeitige Übertragung von Impulsen auf den den zusätzlichen
Teilnehmeranschlüssen zugeordneten Teilnehmerleitungen stets nur in einer Richtung
zuläßt. Ebenso wie die NF-Teilnehmer E 1' bzw. E2' usw. benötigen auch die
PM-Teünehmre E1 bzw. E2 usw. eine Betriebsstromversorgung.
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Die Betriebsstromversorgung des PPM-Teilnehmers geschieht bei einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung nach dem in F i g. 4 skizzierten Prinzip. Der
eine übliche Fernsprechstation aufweisende NF-Teilnehmer ist mit dem Symbol NF-T
und der PPM-Teilnehmer mit dem Symbol PPM-T bezeichnet. Die Leitung, die als Zweidrahtleitung
von beiden Teilnehmern zugleich benutzt werden kann, trägt das Bezugszeichen L.
Die Hochpaß-Tiefpaß-Weiche am dargestellten teilnehmerseitigen Ende der Leitung
L ist mit TP und HP bezeichnet. TP ist ein Tiefpaß, HP ist ein Hochpaß.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Betriebsstromversorgung der Teilnehmerstation
PPM-T an dem zwischen dem Tiefpaß TP und der Teilnehmerstation NF-T liegenden Leitungsstück
entnommen. Zur Betriebsstromversorgung gehören ein Gleichspannungswandler GW, eine
Zenerdiode 1 und ein Ladekondensator 3.
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Die Wirkungsweise der Betriebsstromversorgung ist folgende. Befindet
sich die Teilnehmerstation NF-T in Ruhe, so liegt über die Teilnehmerleitung (u-Ader
und b-Ader) an den Eingangsklemmen des Gleichspannungswandlers GW eine Gleichspannung
von 60 Volt von der Amtsbatterie her an. Der Gleichspannungswandler GW darf in diesem
Betriebszustand der Leitung 2 Miniampere entnehmen. Bei einem Wirkungsgrad von
0 = 0,75 ergibt sich eine Leistung von 90 Milliwatt, die der Teilnehmerstation
PPM-T zur Verfügung steht. Diese Leistung genügt für deren Betrieb, vor allem, wenn
sie transistoriert ausgebildet ist. Arbeitet die Teilnehmerstation NF-T, so sinkt
die Spannung am Eingang des Gleichspannungswandlers GW wesentlich ab. Damit würde
der Gleichspannungswandler im Betrieb aussetzen. In diesem Zustand fließt über die
Teilnehmerleitung (a-, b-Ader) und damit auch über die darin eingeschaltete Zenerdiode
ein Strom von etwa 30 Miniampere. Dieser Strom läßt an der Zenerdiode 1 eine Spannung
von etwa 6 Volt abfallen. Die an der Zenerdiode 1 verfügbare Gleichstromleistung
ist damit etwa 180 Milliwatt. Von diesen 180 Milliwatt können die notwendigen 90
Milliwatt für die Teilnehmerstation PPM-T abgezweigt werden. Der Kondensator 3 dient
als Ladekondensator. Mit dieser erfindungsgemäßen Schaltung kann die Teilnehmerstation
PPM-T ohne zusätzliche Batterie mit Strom
versorgt werden, gleichgültig,
ob die Teilnehmerstation NF-T ruht oder arbeitet. Die Betriebsspannung für die Teilnehmerstation
PPM-T beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 6 Volt.
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F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die praktische Ausführung
einer Schaltung nach F i g. 4. Der Gleichspannungswandler enthält einen Widerstand
4, einen Kondensator 5, eine Diode 6, einen Transistor 7; einen Übertrager 8; einen
Kondensator 9, eine Diode 10. In einem Entkopplungsglied sind weiter ein Kondensator
1 und eine Drossel 12 vorgesehen.
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Die Wirkungsweise dieses Gleichspannungswandlers ist folgende: Er
stellt einen durch Rückkopplung zu einem Oszillator vervollständigten Schaltverstärker
dar. Mittels des Schalttransistors 7 wird die Spannung der Amtsbatterie über das
RC-Glied 4, S periodisch an die - Primärwicklung 1 des Schwingübertragers 8 an-
und abgeschaltet. Die Rückkopplung erfolgt über die Wicklung II im Steuerkreis des
Transistors 7. Die ebenfalls im Steuerkreis des Transistors 7 angeordnete Diode
6 dient zur - Verkleinerung der Zeitkonstante des Anstiegs der Basis-Emitter-Spannung.
Während jener Hälfte der Periode, in der der Transistor 7 leitend ist, ist die Last
durch den Gleichrichter 10 auf der Sekundärseite III angeschaltet. Die negative
Rückschlagspannung ist daher nicht belastet. Die zur- Sperrzeit auftretende Rückschlagspannung
wird durch die Wicklungskapazität und einen parallel zur Sekundärwicklung IH geschalteten
Kondensator 9 auf einen für den Transistor und den Gleichrichter 10 unkritischen
Wert reduziert.
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F i g. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung,
bei dem die Zahl der zur Teilnehmerstation PPM-T führenden Leitungen reduziert ist.
Die Schaltung enthält gegenüber der in F i g. 4 dargestellten zusätzlich die Kondensatoren
11 und 12 sowie die Drosseln 14, 15 und 16.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Die von der Teilnehmerleitung
L abgezweigte Leitung zur Teilnehmerstation PPM-T-wird gleichstrommäßig durch die
Kondensatoren 11 und 12 sowie den im Hochpaß HP befindlichen Kondensator
13 aufgetrennt. Im Bereich zwischen den Kondensatoren 11 und 12 und dem Hochpaß
HP kann nun neben den PPM-Impulsen der über die Drosseln 14, 15 und 16 geleitete
Betriebsstrom zur Versorgung der Teilnehmerstation PPM-T übertragen werden. Bei
dieser Anordnung wird ein gesondertes Leitungspaar für die Zuführung des Betriebsstromes
zur Teilnehmerstation PPM-T eingespart.
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Vorteilhaft wird die Hochpaß-Tiefpaß-WeicheHP, TP und die Stromversorgung,
bestehend aus dem Gleichspannungswandler GW und der Zenerdiode 1; in einem Verteilerkasten
untergebracht. Dadurch wird die Möglichkeit des Abhörens des NF-Gesprächs an den
Eingangsklemmen der PPM-Station unterbunden.