DE1289897B

DE1289897B - Anordnung zum Kombinieren zweier an zwei Eingangsklemmen angelegter HF-Signale unterschiedlicher Frequenzbaender

Info

Publication number: DE1289897B
Application number: DEM66251A
Authority: DE
Inventors: Shone Arthur Brian
Original assignee: Marconi Co Ltd; Standard Telephone and Cables PLC
Current assignee: STC PLC; BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1964-08-07
Filing date: 1965-08-06
Publication date: 1969-02-27
Also published as: SE318014B; DK117785B; US3400339A; NL6510159A; GB1114153A; BE667981A

Description

Fig. 2 ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels zur Kombination von vier Eingangssignalen und

F i g. 3 eine weitere, erfindungsgemäße Ausführungsform zur Kombination zweier Eingangssignale unter Verwendung von Hybridschaltungen.

Die F i g. 1 zeigt vier Klemmen A, B, C und D, die durch Übertragungsleitungen, beispielsweise

gemeinsame Antenne speist. Sämtliche dieser Schal- 15 wesentlichen nicht resonante Schaltungen realisiert tungen verwenden Resonatoren verschiedener Art, werden.

die so dimensioniert sind, daß sie eine Speisung mit Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an

einem scharfen Übergang vom Durchlaß- zum Sperr- Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
bereich gestatten, der in dem engen Band zwischen F i g. 1 ein Diagramm einer einfachen Ausfüh-

dem Ende des Bildkanals und dem Beginn des Ton- 20 rungsform der Erfindung zur Kombination zweier kanals auftritt. Bei den Bändern I, II und III wurde Eingangssignale,
bisher jeder kombinierte Ton-und Bildfernsehkanal
einer eigenen Antenne zugeführt.

Im Band IV/V ist es oft technisch unmöglich oder unwirtschaftlich, eine eigene Antenne für jeden Fernsehkanal vorzusehen, und es besteht die Forderung für eine neue Art von Kombinationseinheit. In dieser sind zwei oder mehr Breitbandkanäle auf eine gemeinsame Übertragungsleitung zu kombinieren, wobei

jedoch der Frequenzabstand zwischen den Bändern 30 Koaxialkabel, miteinander verbunden sind. Die im allgemeinen wesentlich größer sein wird, als es Klemmen A und C stellen die Eingangsklemmen für bei den Kombinationseinheiten für Bild und Ton zwei Signale mit unterschiedlicher Bandmittender Fall war; in der Praxis wird dieser Bereich das frequenz dar, während die Klemme B, die etwa an Zwei- oder Dreifache der Bandbreite der einzelnen eine Antenne gekoppelte Ausgangsklemme ist, und Kanäle betragen. Zur kombination derartiger Kanäle 35 die Klemme D mit einer Wirk- oder Dämpfungsmittels vorhandener Kombinationsschaltungen sind belastung verbunden ist. Obwohl nicht unbedingt die Anforderungen, die an die Resonatoren gestellt
werden, wesentlich geringer, als dies normalerweise
der Fall ist, und der vollständige Verzicht auf
Resonatoren rückt in den Bereich der Möglichkeit. 40
Dies ist insbesondere für die Bänder IV/V der Fall,
für die die Kombination von bis zu vier Hochleistungsbildübertragungen und vier Hochleistungstonübertragungen erforderlich sein kann, wobei zu
beachten ist, daß die Spitzenspannungen additiv sind 45 die Phase eines an A angelegten und im Uhrzeigerund die tatsächlichen Abmessungen der Resonatoren sinn bei B ankommenden Eingangssignals um X° und Zuführungsvorrichtungen infolge der kurzen und des im Gegenuhrzeigersinn bei B ankommenden Wellenlänge der zu kombinierenden Signale sehr um X°—90^ο+Ζ°+Χ^ο+90° = 3Χ'⁰ verschoben, so .gering sind. daß die Phasendifferenz zwischen den beiden Wegen

Aus der deutschen Auslegeschrift 1015 079 ist 50 2 X⁰ ist. Wird deshalb 2X° gleich einem geraden eine aus einem Ring von vier Übertragungsleitungen Vielfachen der halben Wellenlänge gewählt, so sind bestehende Anordnung bekannt. Die Länge der die beiden, von A kommenden, bei B eintreffenden Übertragungsleitungsstücke ist jedoch derart be-,- Signale in Phase. In ähnlicher Weise ergibt sich für messen, daß zur Erreichung des gesetzten Zieles diese Bedingung, daß die von A kommenden und zwei zusätzliche Blindwiderstände erforderlich sind. 55 bei C und D entlang der beiden Wege eintreffenden

Signale gegenphasig sind. Ähnliche Betrachtungen gelten für die von C kommenden Signale: wenn 2 Z⁰ gleich einem ungeraden Vielfachen der halben Wellenlänge der Bandmittenfrequenz des Eingangssignals bei C gemacht wird, dann sind die Signale bei B in Phase und bei A und D gegenphasig.

Die Anordnung wird deshalb so getroffen, daß die elektrischen Längen der Leitungen derart sind, daß X° möglichst gut bei Bandmittenfrequenz des

Bei einer Anordnung der einleitend angeführten 65 Eingangssignals bei A dem Wert m · 90° und bei Ausbildung besitzen die Übertragungsleitungen zwi- Bandmittenfrequenz des Eingangssignals bei C dem sehen der einen Eingangsklemme, der Ausgangs- Wert η · 90° angenähert wird, wobei m eine gerade klemme, der anderen Eingangsklemme, der Ersatz- und η eine ungerade ganze Zahl ist.

erforderlich, sind die beiden Eingangssignale an A und C bei diesem Beispiel von annähernd der gleichen Amplitude.

Die elektrischen Längen der Übertragungsleitungen sind derart, daß die Phasenverschiebungen bei Bandmittenfrequenz zwischen A und B und C und D gleich X⁰ sind; die Phasenverschiebung zwischen C und B ist X°+90° und zwischen Λ und D X°—90°;

Derartige Blindwiderstände sind nicht nur verhältnismäßig schwierig herzustellen, sondern es ergeben sich auch wie bei jeder zusätzlichen Anschlußstelle Anpassungsschwierigkeiten bezüglich des Wellenwiderstandes.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Anordnung zu schaffen, bei der keine derartigen Blindwiderstandselemente erforderlich sind, wobei dennoch die zu fordernde Entkopplung erreicht wird.

Im allgemeinen ist der geringe Leistungsverlust in der Belastung an der Klemme D weniger schwerwiegend als die Leistungsübertragung zwischen den Eingangsklemmen (A und C), und der Ring ist vorzugsweise so angeordnet, daß die an der Klemme C infolge eines Generators an der Klemmet ankommenden Ströme und umgekehrt im wesentlichen gegenphasig sind.

Ein weiteres Erfordernis für die Kombinationseinheit besteht darin, daß die an jeder Eingangs- klemme gesehene Impedanz bei richtigem Abschluß der Belastung und der Ausgangsklemmen D und B über das an dieser Klemme angelegte Band des Kanals oder der Kanäle und wenn möglich auch über das Sperrband gleichmäßig sein soll, damit die an die Eingangsklemmen angeschlossenen Generatoren einen richtigen Abschluß sehen. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn die an die Belastung und an die Ausgangsklemmen angeschlossenen Impedanzen gleich sind und ihr Wert die Hälfte des ao Wellenwiderstandes des Ringes beträgt.

In F i g. 2 ist eine Anordnung zur Kombination von vier Signalen mit den Bandmittenfrequenzen f_v f₂, f₃ und /₄ an einem Ausgangs gezeigt, der an eine Antenne angeschlossen sein kann. Die Frequenzen sind von auf- oder absteigender Größenordnung. Der obere Ring ist wie in F i g. 1 ausgebildet. Das Eingangssignal an der Klemmet besteht aus den Signalen Z₁ und f_s, die in einem zweiten Ring kombiniert wurden und das Eingangssignal an der Klemme C besteht aus den Signalen /₂ und /₄, die in einem dritten Ring kombiniert wurden. Der zweite und dritte Ring ist in derselben Weise wie der erste aufgebaut, wobei die Klemmen mit denselben Bezugszeichen jedoch mit einem oder zwei Apostrophen bezeichnet sind. Der Phasenwinkel X° des ersten Ringes wird in den beiden anderen Ringen durch die Phasenwinkel Y⁰ und Z⁰ dargestellt. Es können selbstverständlich auch mehr als vier Signale durch geeignete Erweiterung der Anordnung gemäß F i g. 2 kombiniert werden. Es ist zu beachten, daß, wenn mehr als zwei Kanäle in irgendeinem Ring kombiniert werden sollen, die Mittenfrequenz der an den zwei Eingangsklemmen eintretenden Kanäle annähernd gleich ungeraden und geraden Vielfachen eines gemeinsamen Nenners sein sollen, obgleich geringe Abweichungen von dieser Regel durch den im noch zu beschreibenden Ausführungsbeispiel aufgezeigten Kompromiß ausgeglichen werden können.

Für die beschriebenen Kombinationseinheiten sind folgende Punkte beachtlich:

a) Da keine Resonatoren verwendet werden, können in der Schaltung keine Spannungen auftreten, die über der Summe der Eingangsleiterspannungen liegen. Diese Eigenschaft bekommt beachtliche Bedeutung, wenn eine Kombination von mehreren Hochleistungsübertragungen vorliegt und die Spitzenspannungen additiv sind.

b) Die Schaltung ist robust und kann sich nicht verstimmen (abgesehen von Änderungen in der Ringlänge infolge einer Erwärmung, die in der Praxis im allgemeinen vernachlässigt werden kann).

c) Der Verlust infolge Einführung über Kreuz (cross insertion loss) zwischen den beiden Eingangsklemmen A und C wird nur durch die tatsächliche Länge und den Wellenwiderstand des Ringes und die Impedanz der Belastungen an den Ausgangsklemmen B und D bestimmt, und diese sind naturgemäß sehr stabil. Hieraus folgt, daß nichts, was an die eine Eingangsklemme angelegt wird, die Übertragungseigenschaften von der anderen Eingangsklemme zu den beiden Ausgangsklemmen (Belastung und Antenne) beeinflussen kann. Diese Eigenschaft gewinnt insbesondere bei einer Kombinationseinheit an Bedeutung, die zur Verbindung der Übertragungen von zwei unabhängigen Körperschaften in eine gemeinsame Antenne verwendet wird.

d) Wenn mehr als zwei Übertragungen kombiniert werden, dann sind die Frequenzen der von der einen Eingangsklemme kommenden, an der Ausgangsklemme eintreffenden Übertragungen mit denjenigen von der anderen Eingangsklemme ankommenden Übertragungen verschachtelt. Diese Eigenschaft ist dann von Vorteil, wenn, wie in Großbritannien, die Kanäle verschiedener Sendekörperschaften in Stufen angeordnet sind.

e) Jegliche Intermodulationen (Quermodulation), die infolge ungenügender Verluste bei der Einkopplung über Kreuz zwischen den Eingängen an den Eingangsquellen erzeugt werden, haben eine Bandmittenfrequenz, bei der die Zwischenverbindungsleitungen die Quermodulation auto-, matisch zur Absorptionsbelastung und nicht zum gemeinsamen Ausgang leiten.

f) Die der Vorrichtung eigene Einfachheit verringert in beachtlichem Maße die Kosten dieser Schaltung im Vergleich zu allen anderen bekannten Arten von Fernsehkombinationsnetzwerken.

F i g. 3 zeigt eine Modifikation der Ringanordnung der F i g. 1, wobei zwei hybride Netzwerke H₁ und H₂ gezeigt sind, die über entsprechende, die Phasenverschiebungen Z⁰ bzw. Y° einführende Leitungen gekoppelt sind. Wenn die Leitungslängen X° und Y⁰ gleich sind und ihre Wellenwiderstände mit der Impedanz an den Eingangs- und Ausgangsklemmen der hybriden Schaltungen angepaßt sind, zeigt sich, daß infolge der Symmetrie die gesamte Eingangsleistung vom Eingang I zu der Belastungsklemme D und die gesamte Eingangsleistung vom Eingang II zur Ausgangsklemme B geführt wird. Wenn jedoch die Länge der Leitung Y diejenige der Leitung X um einen Betrag übertrifft, der einen Phasenwechsel um 180° für die am Eingang I anliegenden Kanäle und einen Phasenwechsel von 0° oder 360° für die am Eingang II liegenden Kanäle ergibt, dann zeigt sich, daß die Leistung von beiden Klemmen zur Ausgangsklemme B übertragen wird.

Die Länge jeder der kommutierenden Leitungen in dieser Schaltung ist annähernd gleich der zweifachen Länge jeder der vier kommutierenden Leitungen im Ring der Fig. 1. Diese Schaltung ist deshalb etwas kompakter als die Ringanordnung gemäß Fig. 1. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Wellenwiderstand jeder kommutierenden Leitung identisch und nicht das Doppelte der an die Eingangs- und Ausgangsklemmen angeschlossenen Impedanzen ist.

Wenn mehr als zwei Kanäle zu kombinieren sind, dann ergibt sich, daß Kombinationen von zwei oder mehreren hybriden Netzwerken der in F i g. 3 gezeigten Art in einer Weise zusammengesetzt werden

können, wie dies bei den Kombinationen der Ringschaltungen gemäß F i g. 2 der Fall ist.

In vielen Anwendungsfällen ist die Kombinationseinheit zum Kombinieren von vier Übertragungskanälen erforderlich, deren Bandmittenfrequenzen um eine Mischung von drei und vier Kanalbreiten oder ähnlichen geringfügig ungleichen Abständen voneinander entfernt sind. Eine Reduzierung von Übertragungsverlusten kann oft durch Einstellen der Längen der Übertragungsleitungen auf minimale Leistungsübertragung zur Belastung bei den Bandmittenfrequenzen der Kanäle erzielt werden, wie dies bei den folgenden Beispielen der Fall ist. Diese Reduzierung wird auf Kosten einer Verschlechterung einer der an den Eingangsklemmen gesehenen Impedanz und/oder der Verluste bei der Einführung über Kreuz zwischen den Eingangsklemmen und auch zwischen der Ausgangsklemme und den Belastungsklemmen erzielt. Im allgemeinen ist wichtig, nicht den Verlust bei der Einführung über Kreuz zwischen ao den Eingangsklemmen zu verschlechtern, sondern eher eine Verschlechterung der Eingangsimpedanz zu akzeptieren; der Verlust bei der Einführung über Kreuz zwischen der Ausgangs- und Entlastungsklemme ist im allgemeinen weniger bedeutsam.

Ein Beispiel für die Dimensionierung des ersten (oberen) Ringes in F i g. 2 zur Kombination von Signalen der Kanäle 40, 43, 46 und 50 lautet:

Die Frequenzen sind:

Kanal	Frequenzband	Bandmittenfrequenz
40 43 46 50	622 bis 630 646 bis 654 670 bis 678 702 bis 710	626 = Z₁ 650 = /₂ 674 = /, 706 = J₁

30

35

Die Kanäle 40 und 46 werden bei A und die Kanäle 43 und 50 bei C angelegt. Es sei angenommen, daß die Phasenverschiebungen zwischen A und B und C und D, wie gezeigt, gleich X° sind, und daß die Phasenverschiebung zwischen B und C von dem Wert ΛΓ° + 90° auf einen geringfügig abweichenden Wert L° und die Phasenverschiebung zwischen A und D von X⁰ -90° auf L°~180° abgeändert wird. Wird X⁰ mit 24 · 90° bei 650 MHz und 26 · 90° bei 705 MHz angenommen (d. h. eine Viertelwellenlängenleitung bei 27,1 MHz = 2,77 m), dann ist X⁰ gleich 23 · 90° bei 623 MHz und 25 · 90° ₅p bei 677MHz. Wird in ähnlicher Weise L° mit 24 · 90° bei 624MHz und 26 · 90° bei 676MHz gewählt (d. h. eine Viertelwellenleitung bei 26 MHz = 2,882 m), dann ergibt sich 25 · 90° bei 650 MHz und 27 · 90° bei 702 MHz. Die Leitung zwischen A und D hat dann eine Länge von 2,882—0,225 m. Mit den obigen Leitungslängen wurden die Übertragungsverluste bei den Bandmittenfrequenzen der vier Kanäle auf Kosten einer leichten Störung der quadratischen Beziehungen (d. h. auf Kosten einer geringfügigen Verschlechterung der Eingangsimpedanz) auf ein Minimum reduziert. Der Verlust infolge Einführung über Kreuz zwischen diagonal gegenüberliegenden Klemmen bleibt im wesentlichen unverändert.

Ein Ausführungsbeispiel der Übertragungsleitungen bestand aus Außenleitern, die aus standardmäßigen Kupferleitungen mit etwa 100 mm Durchmesser gebildet wurden, mit einem Innenleiter aus hartem Kupfer mit einem äußeren Durchmesser von mm für die geraden Teile und einem Innenleiter aus weichem Kupfer mit einem Außendurchmesser von 19 mm für die vier, die geraden Teile verbindenden Bogen.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Kombinieren zweier an zwei Eingangsklemmen angelegter HF-Signale unterschiedlicher Frequenzbänder, bestehend aus einem Ring von Übertragungsleitungen, die zwischen den Eingangsklemmen, einer Ausgangsklemme und einer Ersatzbelastungsklemme derart verlaufen, daß keine Kreuzkopplung zwischen den Eingangsklemmen auftritt und praktisch die gesamte, an jeder Eingangsklemme auftretende Energie zur Ausgangsklemme übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitungen zwischen der einen Eingangsklemme (/4), der Ausgangsklemme (B), der anderen Eingangsklemme (C), der Ersatzbelastungsklemme (D) zurück zu der einen Eingangsktemme(/4) die eIektrischenLängenZ^o,Z°+90°, X⁰ und Z⁰-90° besitzen, wobei X⁰ = m · 90° bei der einen Bandmittenfrequenz und X⁰ = η · 90° bei der anderen Bandmittenfrequenz ist und m eine gerade und η eine ungerade ganze Zahl darstellen, und daß die Übertragungsleitungen einen gleichmäßigen Wellenwiderstand besitzen und keine zusätzlichen Blindwiderstandselemente (d. h. Elemente, deren Blindwiderstand sich von Null bis Unendlich innerhalb des Betriebsfrequenzbereiches der Einheit verändert) besitzen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand der Übertragungsleitungen annähernd halb so groß wie der Widerstand der Ersatzbelastung und der Ausgangswiderstand ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an jeder der Eingangsklemmen (A und C) gesehene Widerstand über die genannten Frequenzbänder praktisch konstant ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, zum Kombinieren von mehr als zwei HF-Signalen unterschiedlicher Frequenzbänder, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der an der Ausgangsklemme (B) von der einen Eingangsklemme (A) ankommenden Signale mit den Frequenzen der von der anderen Eingangsklemme (C) an der Ausgangsklemme (D) ankommenden Signale verschachtelt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen