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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung in Gemeinschaftsantennenanlagen
zum Aufteilen der über ein ankommendes Hochfrequenzkabel zugeführten Hochfrequenzenergie
auf zwei Anteile, die an die Eingänge von zwei abgehenden koaxialen Hochfrequenzkabeln
mit dem gleichen Wellenwiderstand wie das ankommende Kabel abgegeben werden, mit
Hilfe einer Brückenschaltung, deren eine Diagonale der Ausgang des ankommenden Hochfrequenzkabels
und deren andere Diagonale ein ohmscher Widerstand mit dem Wert des Wellenwiderstandes
der Hochfrequenzkabel sind, deren zwei diagonal gegenüberliegende Zweige der Brücke
die Eingänge der abgehenden Kabel und die beiden restlichen Zweige ohmsche Widerstände
sind.
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Eine bekannte Einrichtung zum Aufteilen auf zwei Anteile besteht aus
drei dreieck- oder sternförmig geschalteten Widerständen. Hierdurch ist aber nur
eine Aufteilung in zwei gleich große Anteile möglich.
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In der amerikanischen Zeitschrift »Electronics«, Juli 1957, S. 148
(vgl. dort -insbesondere F i g. 3 mit Beschreibung), ist die Schaltung eines Kabelverteilers
für mit koaxialen Kabeln ausgerüstete Antennenanlagen veröffentlicht, worin mittels
einer Brückenschaltung ein ankommendes Koaxialkabel auf zwei abgehende Koaxialkabel
aufgeteilt wird, von denen das erste abgehende Kabel über ein Symmetrierglied an
einen Zweig der Brücke angeschlossen ist, während das zweite abgehende Kabel unmittelbar
den diagonal gegenüberliegenden Zweig bildet und die beiden restlichen Zweige zwei
ohmsche Widerstände sind; der Ausgang des ankommenden Kabels ist die eine Diagonale,
und die andere Diagonale ist ein ohmscher Widerstand. Alle drei ohmschen Widerstände
haben den Wert des Wellenwiderstandes der Kabel.
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Auch die vorgenannte Brückenschaltung dient nur dazu, die Hochfrequenzenergie
in zwei gleich große Anteile aufzuteilen. Da diese Brückenschaltung aber aufwendiger
ist und auch keine geringere Durchgangsdämpfung besitzt als die weiter oben erwähnte,
aus drei dreieck- oder sternförmig geschalteten Widerständen bestehende Einrichtung,
so wird die bekannte Brückenschaltung in der Praxis für Gemeinschaftsantennenanlagen
kaum verwendet.
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Es kann nun die Aufgabe zu lösen sein, daß die Anteile der Hochfrequenzenergie
verschieden groß sein sollen, daß also die Durchgangsdämpfung vom Ausgang des ankommenden
Kabels zu dem Eingang des einen abgehenden Kabels größer sein soll als die Durchgangsdämpfung
vom ankommenden Kabel zu dem anderen abgehenden Kabel. Beispielsweise kann die Forderung
bestehen, über das eine abgehende Kabel eine größere Anzahl von Fernsehgeräten mit
Hochfrequenzenergie zu versorgen als über das andere abgehende Kabel.
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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe weichen bei einer Einrichtung
der eingangs genannten Art die Werte der beiden in den diagonal gegenüberliegenden
Brückenzweigen befindlichen ohmschen Widerstände entsprechend den an die Eingänge
der beiden abgehenden Hochfrequenzkabel abzugebenden Anteile der Hochfrequenzenergie
von dem Wert des Wellenwiderstandes der Hochfrequenzkabel ab.
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Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, daß man eine vorgegebene
ungleiche Aufteilung durchrühren kann, wenn man die erwähnte, für eine gleiche Aufteilung
bekannte, aber gegenüber anderen Einrichtungen unvorteilhafte Brückenschaltung heranzieht
und diese bekannte Brückenschaltung in geeigneter Weise abwandelt. Die Erfindung
gibt ferner Vorschriften dafür, wie die Abwandlung entsprechend dem vorgegebenen
Teilungsverhältnis vorzunehmen ist.
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Während die bekannte Brückenschaltung für eine gleiche Aufteilung
symmetrisch genannt werden soll, weil bei ihr sowohl alle vier Zweige als auch die
beiden Diagonalen den gleichen Widerstandswert aufweisen, möge die erfindungsgemäße
Brückenschaltung für eine ungleiche Aufteilung asymmetrisch genannt werden.
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Die bisherige symmetrische Brückenschaltung für eine gleiche Aufteilung
bietet also keine Vorteile gegenüber den bekannten Einrichtungen mit drei dreieck-
oder sternförmigen Widerständen; die erfindungsgemäße asymmetrische Brückenschaltung
gibt dagegen die Möglichkeit, die Hochfrequenzenergie in zwei verschieden große
Anteile aufzuteilen.
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In Durchführung des Erfindungsgedankens können bei vorgegebener Durchgangsdämpfung
Dl der Brückenschaltung vom ankommenden Hochfrequenzkabel zum ersten abgehenden
Hochfrequenzkabel bzw. bei vorgegebener Durchgangsdämpfung DZ vom ankommenden Kabel
zum zweiten abgehenden Kabel die Werte der Widerstände R, und R2 in den restlichen
Brückenzweigen nach folgenden zwei Glei-
| chungen bestimmt werden: |
| 1)R, = Z (I 0 '-0 -1); (A) |
| D, |
| R, = Z(10'-0 -1), (B) |
wobei nur solche Wertepaare für D, und DZ zulässig sind, für die -Z2 (C) ist.
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Beispielsweise kann man für einen Wellenwiderstand Z der Kabel und
bei vorgegebener Durchgangsdämpfung D, vom ankommenden Kabel zum ersten abgehenden
Kabel den Widerstandswert R, berechnen und mittels der Gleichung (C) den zugehörigen
Wert des Widerstandes R2 bestimmen. Aus einer später abzuleitenden Gleichung (E)
kann man schließlich die Durchgangsdämpfung DZ vom ankommenden zum zweiten abgehenden
Kabel errechnen. Man kann also den Wert für die eine Durchgangsdämpfung vorgeben
und hat damit den Wert für die andere Durchgangsdämpfung festgelegt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie deren Wirkungsweise seien
an Hand der Zeichnungen erläutert, in denen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Einrichtung zum Aufteilen der Hochfrequenz in zwei Anteile dargestellt ist.
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F i g. 1 bringt eine schematische Anordnung der erfindungsgemäßen
asymmetrischen Brückenschaltung; F i g. 2 zeigt die Kurven für den Verlauf der Durchgangsdämpfungen
D, und D2; F i g. 3 zeigt die Kurve für den Verlauf des Wirkungsgrades n der asymmetrischen
Brückenschaltung; F i g. 4 ist die schematische Anordnung eines Stichlcitungsabzweigers.
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Eine zum Aufteilen der ankommenden Hochfrequenzenergie in zwei verschiedene
Anteile benutzte asymmetrische Brückenschaltung ist entsprechend F i g. 1 aufgebaut.
Die vier Zweige liegen
zwischen Eckpunkten 4-6, 6-7,
4-5 und 5-7. Die beiden Diagonalen erstrecken sich zwischen den Eckpunkten
4-7 und 5-6. Die Brücke ist abgeglichen, wenn der Widerstand R3 stromlos
ist. Der Eckpunkt 7 führt zum Erdpotential.
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Der Ausgang eines z B. von einer Antenne ankommenden koaxialen Kabels
8 mit dem Wellenwiderstand Z ist so mit der Brückenschaltung verbunden, daß
der Innenleiter des Kabels mit dem Eckpunkt 4 und der mantelförmige Außenleiter
mit Erdpotential verbunden ist, daß also der Ausgang des ankommenden Kabels die
Diagonale zwischen den Eckpunkten 4-7 ist.
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Der Eingang eines ersten abgehenden koaxialen Kabels 11 mit
dem Wellenwiderstand Z, das z B. zu einem Fernsehgerät führt, ist mit dem Innenleiter
an den Eckpunkt 6 und mit seinem mantelförmigen Außenleiter an Erdpotential geführt,
bildet also den Zweig zwischen den Eckpunkten 6-7. Der Eingang eines zweiten abgehenden
Kabels 10 ist über ein Symmctrierglied 9 der Zweig zwischen den Eckpunkten
4-5 der Brückenschaltung; das Symmetrierglied muß vorgesehen sein, weil sonst der
mit Erdpotential zu verbindende mantelförmige Außenleiter des Kabels 10 den
Eckpunkt 5 der Brückenschaltung an Erdpotential legen würde. Dieser. .ist aber nicht
zulässig, weil der Eckpunkt 7 bereits an Erdpotential liegt.
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Der Widerstand R3 bildet die Diagonale zwischen den Eckpunkten 5-6-und
muß dem Wert des Wellenwiderstandes Z der Kabel entsprechen, damit jedes abgehende
Kabel, z. B. 10, das ankommende Kabel 8 einschließlich der Brückenschaltung
mitsamt dem anderen abgehenden Kabel, z B. 11, als einen Widerstand mit dem
Wert Z sieht, damit also die Bedingung der Rückwärtsanpassung erfüllt ist.
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Für den Fall, daß die Brücke abgeglichen ist, bleibt der Widerstand
R3 stromlos. Dann gilt
wobei RI.7 bzw. R4.5 gleich dem Wellenwiderstand Z des Kabels 11 bzw.
10 ist. Daraus folgt R, . R2 = Z2. (C) Bezeichnet man die am Ausgang des
ankommenden Kabels 8 herrschende und zwischen den Eckpunkten 4, 7 der Brückenschaltung
wirksame Hochfrequenzspannung mit U sowie die am Eingang des ersten abgehenden Kabels
11 zwischen den Eckpunkten 6, 7 wirksame Spannung mit U,, so ist
Entsprechend läßt sich für die am Eingang des zweiten abgehenden Kabels
10, also zwischen den Eckpunkten 4, 5 der Brückenschaltung, wirksame
Spannungen U2 ableiten:
Die Durchgangsdämpfung D, der Brückenschaltung vom ankommenden Kabel 8 zum
ersten abgehenden Kabel 11 -ist definiert durch
Die Durchgangsdämpfung D2 vom ankommenden Kabel 8 zum zweiten abgehenden Kabel
10 ist entsprechend definiert:
Hieraus ergeben sich die bereits weiter oben erwähnten Gleichungen (A) und (B):
Da gleichzeitig gemäß der Gleichung (C) die Bedingung R, - R2 = ZZ gilt, so ist
und somit
Setzt man für
so wird R, = Z . x (F) R2 = Z : x. (G) Eine solche Brückenschaltung, bei der R,
und R2 verschieden groß sind, ist asymmetrisch, wie weiter oben bereits betont.
-Nimmt man beispielsweise für Z = 60 S2 an und für D2 = 16 db, so kann man errechnen:
R, = 11,3 £l, R2 = 318 12,
Weitere zusammengehörende Werte für D, und D2 sind in F i g. ? eingetragen. Für
die symmetrische Brücke, in der R, = R2 = R3 = 60 S2 ist, beträgt der Wert von D,
= D2 6 db.
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Die vom ankommenden Kabel 8 aufgenommene Hochfrequenzleistung
N liefert einen Leistungsanteil N, an das erste abgehende Kabel 11, einen
Leistungsanteil N2 an das zweite abgehende Kabel 10
und Leistungsanteile an
die Widerstände R, sowie R2 der Brückenschaltung. Letztere Leistungsanteile stellen
Verluste dar. Der Widerstand R3 der Diagonale zwischen den Eckpunkten 5, 6 ist im
abgeglichenen Zustand der Brückenschaltung stromlos, verbraucht aRb keine Leistung.
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Es gilt
Aus der Brückenschaltung kann man ableiten
Daraus ergibt sich
wobei stets R, - R2 _ _=: Z2. sein muß. .
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Setzt man die der 'ün die' abgeheiidcn Kabel
10, 11 abge-chenen
Leistungen Ni und N2 ins Verhältnis zur .vom atz' =amrncnden Kabel @ aufgenommenen
Leistung N, so ergibt als Wirkungsgrad n, der BrückenschaAung
Mit der Bedingung -für die abgeglichene Brücke R, - R2 = Z' erhält niaii schließlich
Nimmt man für den Wellenwiderstand Z den Wert von 60 S2 an, so kann man folgende
Wertetabelle. errechnen
| R, 1 12 (, 30 1 60 1 . 120 1180 1 300 |
| 11 10,72310,5561 0,5 0,556 0,625 0,723 |
Diese -Kurvenwerte sind in- F i g: 3 - aufgezeichnet-Es .ergibt sich die überraschende
Tatsache, daß für eine symmetrische Brückenschaltung, in welcher z B: R, = R2 '=
60 52 ist, der Brücken-Schaltung mit dem- Wert von n = 0,5 am geringsten" ist. Durch
das Aufteilen der Hochfrequenz mittels einer asymmetrischen Brückenschaltung in
zwei verschiedene Anteile wird also der Wirkungsgrad der Brücke vergrößert, und
es geht weniger Leistung in den Widerständen R, und R2 verloren.
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Will man aus der Gleichung:. H ,z. B. den Wert des Widerstandes R,
ausrechnen, so ergibt sich als Resultat die Lösung einer quadratischen Gleichung
zu: - -
Die Einrichtung zum Aufteilen der Hochfrequenzenergie mittels 'eirier asymmetrischen
Brückenschaltung der F i .g. 1 kann gegebenenfalls als Stichleitungsabzweiger -benutzt
-«verden und: entsprechend F i g. 4 aufgebaut sein: Hierbei wird zwischen einer
ankommenden Stammleitung 12 und einer abgehenden Stammleitung 13 eine abgehende
Stichleitung 14 abgezweigt, wobei der Ausgang der ankommenden Stammleitung 12 die
senkrechte, zwischen den Eck-
punkten 4 ;und 7 liegende Diagonale der asymmetrischen
Brückenschaltung 16 ist und der Eingang der abgehenden Stammleitung 13 den zwischen
den Eckpunkten 4, 5 liegenden Brückenzweig sowie die abgehende Stichleitung
14 den zwischen den Eckpunkten 6, 7.liegenden Brückenzweig bilden.
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Dimensioniert man beispielsweise die Widerstände R, und R2, ,wie:
weiter oben angenommen, mit R, --'l 1,3 11. und R2 = 31$ S2, so hat die Durch-.
gangsdämpfung D, von der ankommenden Stamm-Leitung 12 zur abgehenden Stammleitung
13 den Wert von 1;5 db und .die Durchgangsdämpfung D2 von der ankommenden Stammleitung
12 zur abgehenden Stichleitung 14 den Wert von 16 db. Die EntkopplunLso:@nipfung
D3 zwischen den beiden abgehenden Lt!itfir;;@@eai 13, 14. ist mit 40 db einzusetzen.
Diese ist,, da die Eingänge der beiden abgehenden Leitungen 13; 14 diagonal
gegenüberliegende Zweige der -asymmetrischen Brückenschaltung sind; theoretisch
unendlich groß, hat aber wegen der unvermeidbaren käpazitiven und induktiven Streufelder
sowie wegen der Kriechwege den vorgenannten Wert.
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Der verhältnismäßig hohe Wert der Entkopplungsdämpfung D3 ist von
großem Vorteil, wenn ein Verbraucher 15 an die abgehende Stammleitung
13 angeschlossen ist, der eine nennenswerte Reflexion verursacht. Dieses
kann beispielsweise ein Verstärker, ein Verteiler od. dgl. sein. Von der am Verbraucher
15
reflektierten Hochfrequenz gelangt dank der asymmetrischen` Brückenschaltung
16 nur ein verhältnismäßig kleiner, nicht störender Teil in den Eingang der
abgehenden Stichleitung 14, die z. B. zu einer Steckdose 17 für ein Fernsehgerät
führt.
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Während also Hochfrequenzenergie in der Richtung von der Stammleitung
12, 13 mit einer Durchgangsdämpfung D2 von angenommenerweise 16 db an der
Steckdose 17 erscheint, wird die am Verbraucher 15 reflektierte Hochfrequenzenergie
durch die Entkopplungsdämpfung D3 von 40 db geschwächt an der -Stichleitung
14 wirksam.. Man kann also von einem richtungsabhängigen Stichleitungsabzweiger
sprechen.
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Die bisher bekanntgewordenen Stichleitungsabzweiger, bei denen im
wesentlichen ein ohmscher Entkopplungs«@iderstand verwendet wird, sind naturgemäß
nicht richtungsabhängig.
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Es soll nun. an Hand eines praktischen Bcispieles gezeigt werden,
in welchem Maß die Richtungsabhängigkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Aufteilen
die Ausbildung von Geisterbildern bei Fernsehgeräten verhindert: Angenommenerweise
ist entsprechend F i g. 4 ein asymmetrischer Stichleitungsabzweiger 16 mit 1,5-db
Durchgangsdämpfung D, von der ankommenden Stammleitung 12 zur abgehenden
Stammleitung-13, mit 16 db Durchgangsdämpfung DZ - von der ankommenden Stammleitung
12 zur abgehenden Stichleitung 14 sowie mit einer Entkopplungsdämpfung D3
von 40 db zwischen der abgehenden Stammleitung 13
-und der abgehenden Stichleitung
14 aufgebaut. Ferner -sei angenommen, daß die abgehende Stamnileitüng13 eine-Länge
von 250'm- mit einer KabeldämpfungD" von 1.1 db pro 100 m habe und daß"der Verbraucher
15
eine Fehlanpassung S = 2 besitze. Die Länge der Stichleitung 14 sei zu
vernachlässigen:
An die Steckdose 17 gelangt einerseits von der
ankommenden Stammleitung 12 her über den asymmetrischen Stichleitungsverteiler
16 und über die Stichleitung 14 die ein Fernsehbild erzeugende Hochfrequenzenergie
mit einer Durchgangsdämpfung von D, = 16 db und andererseits die am Verbraucher
15 reflektierte Hochfrequenzenergie. Wegen der Laufzeit T dieser reflektierten Hochfrequenzenergie,
die ja den Weg vom Verteiler 16 zum Verbraucher 15 und auch den umgekehrten Weg
zurücklegen muß, ergibt sich auf dem Bildschirm ein neben dem Originalbild stehendes
Geisterbild, das für einen genußreichen Fernsehempfang genügend schwach gemacht
werden muß.
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Man kann ableiten, welche Dämpfung das Geisterbild im Vergleich zum
Originalbild erfahren muß, wobei man diesen »Echodämpfung DE« genannten Wert
in Abhängigkeit von der Laufzeit T einer durch Erfahrung aufgestellten Kurve entnehmen
kann. Die Echodämpfung charakterisiert den Unterschied der das Originalbild im Fernsehgerät
erzeugenden Hochfrequenz von der das Geisterbild erzeugenden Hochfrequenz und ist
definiert zu DE= DR + 2 DK + (D3 -D2) . (L)
Die Echodämpfung
DE soll laut der erfahrungsgemäß aufgestellten Kurve für eine Laufzeit T
von 2,5 Mikrosekunden, die sich aus der Länge und der Dämpfung des Kabels 13 ergibt,
den Wert von mindestens 34 db haben. Setzt man in vorstehende Gleichung (L) für
DR = 9,6 db (Reflexionsdämpfung für eine Fehlanpassung von S = 2), für DK = 2,75
db (Kabeldämpfung für 250 m Kabel) und für D3 - D2 = 24 db ein, so ergibt
die rechte Seite der Gleichung (11) einen Wert von 39,1 db, also einen um 5,1 höheren
Wert für DE, als erfahrungsgemäß erforderlich.
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Die erfindungsgemäße asymmetrische Brückenschaltung 16 ist also für
vorstehendes Ausführungsbeispiel geeignet, das Geisterbild zu unterdrücken.