DE1541906A1 - Elektrische Weiche mit sehr grosser Bandbreite - Google Patents

Description

•ooo MUneh.n 60. 23.Februar 1967

Ernsbergerstraise 19 Dipl.-Ing. Egon Prinz Dr. Gertrud Häuser Dipl.-Ing. Gottfried Leiser Patentanwälte Teltarainme: labyrinth MOndwn

T.l.fon: 83 15 10 Po»t«h»ckkonto: MOndiwi 117078

Jnser Zeichen; 0 2362

CSF-COMPAGNIE GENERALE DE TELEGRAPHIE SANS PH 47, rue Duraont d¹UrViIIe, Paris

Elektrische Weiche mit sehr grosser Bandbreite

Die Erfindung bezieht sich auf Hochstfrequenzweiehen, die es ermöglichen, aus den einem einzigen Kanal zugeführten Signalen verschiedener Frequenzen die Signale zu trennen, deren Frequenz dem einen bzw. dem anderen von zwei nebeneinanderliegenden Frequenzbändern angehört.

Es ist bekannt, zu diesem Zweck zwei 3 dB-Richtkoppler zu verwenden, deren Bandbreite (die als das Frequenzintervall definiert ist , für das die Koppler die empfangene Leistung in zwei gleiche Teile aufteilen) dem Frequenzband F bis F„ entspricht, das von den zu trennenden Eingangssignalen eingenommen wird.Der erste Zweig des ersten Kopplers, der die Eingangssignale empfängt, ist mit dem ersten Zweig des zweiten Kopplers über ein Tiefpassfilter

gekoppelt.

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gekoppelt, daa die Signale durchgehen lässt, deren Frequenz kleiner als F₁ ist, also die den beiden zu trennenden Frequenzbändemi¹ bis F.. und F. bis F,, gemeinsame Frequenz. Die zweiten Z- eige der beiden Koppler sind miteinander gleichfalls über ein Tiefpassfilter verbunden, das dem ersten ähnlich ist. Die zweiten Zweige der Richtkoppler bilden die Ausgänge für die getrennten Signale.

Diese Anordnung kann aber nur für solche Signale richtig arbeiten, deren Frequenz in dem Durchlassbereich der Koppler liegt. Wegen der Bandbreite von praktisch ausführbaren Kopplern ist es insbesondere unmöglich, eine solche Anordnung bis zu der Frequenz Null zu verwenden.

Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile.

Eine nach der Erfindung ausgeführte sehr breitbandige Höchstfrequenzweiche mit 3 dB-Richtkopplern, die es ermöglicht, aus Signalen mit verschiedenen Frequenzen zwischen O und F„, die einem einzigen Eingang zugeführt werden, die Signale des Frequenzbandes von O bis F. von den Signalen des Frequenzbandes F₁ bis Ϊ« zu trennen, ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei 3 dB-Richtkoppler enthält, von denen jeweils zwei Zweige zusammengekoppelt sind, wobei der erste Zweig des ersten -dchtkopplers mit dem ersten Zweig des zweiten Richtkopplers über ein erstes Tiefpassfilter verbunden ist, das die Signale des Frequenzbandes O bis F₁ überträgt und die

00&808/OS3«

^ß*D ORIGINAL'

In diesem Frequenzband nicht enthaltenen Signale reflektiert, währenu der zweite Zweig des ersten Richtkopplers miü dem aweiten Zweig des zweiten Richtkopplers über ein zweites Tiefpassfilter verbunden ist, das dem ersten Filter gleich ist und in Serie mit einer PhCisenschieberschaltung liegt, welche den hindurchgehenden Signalen eine Phasenverschiebung um 7T"erteilt, dass der Eingang der »'eiche durch den Eingang des ersten Zweiges des ersten Richtkopplers gebildet ist, unu dass die oignale mit den Frequenzen zwischen O und F^ am Ausgang des ersten Zweiges des zweiten Richtkopplers und die Signale mit den Frequenzen von F₁ bis F am Ausgang des zweiten Zweiges des ersten Richtkopplers abgenommen werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispieishalber beschrieben. Darin zeigen:

Fig.1 das Prinzipschema der erfindungsgeaässen Weiche,

Fig.2 das Prinzipschema einer vereinfachten Ausführungsform der erfindungsgemässen Weiche,

Fig.3 eine praktische Ausführungsform der erfindungsgeraässen ¥eiche in Form einer Dreiplattenschaltung,

i'ig.4 einen Schnitt nach der Linie I-1 von Fig.3 und

009808/063« Bad OnJ(

Fig.5 ein !Diagramm des Frequeuzgangs der Einfügungsdämpfung der erfindungsgemässen Weiche.

Die in Fig.1 dargestellte Frequenzweiche enthält zwei 3 dB-Richtkoppler 1 und 2, deren Bandbreite sich von i\ bis F„ erstreckt, und von denen jeder zwei zusammengkoppelte Zweige enthält. Der erste Zweig des Kichtkopplers

1 endet an den Klemmen 10 und 11, und der zweite Zweig an den Klemmen 12 und 13. Der erste Zweig des Kichtkopplers

2 endet an den Klemmen 20 und 21, und der zweite Zweig an den Klemmen 22 und 23. Die Signale mit den Frequenzen zwischen 0 und F„ werden der Klemme 10 zugeführt. Die Klemme 11 ist mit der Klemme 21 über ein Tiefpassfilter verbunden, das die Signale überträgt, deren Frequenz in dem Frequenzband von 0 bis F. liegt, wobei F. die gemeinsame Frequenz der beiden zu trennenden Frequenzbänder ist. Die Klemme 12 ist mit der Klemme 22 über ein Tiefpassfilter 4 verbunden, das dem Filter 3 gleich ist und in Kaskade mit einer Phasenschieberschaltung 5 liegt, welche den hindurchgehenden Signalen eine Phasenverschiebung um II erteilt. Die Klemme 23 ist über einen angepassten Abschlusswiderstand 6 mit Masse verbunden.

Diese Anordnung hat die folgende Wirkungsweise:

Für die Signale, deren Frequenz grosser als F. ist, teilt der Richtkoppler 1 die dem Eingang zugeführte

Leistung 00 9 80 8/0636

bad

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Leistung in zwei gleicher Teilen auf die Klemmen 11 und 12 auf. Die dadurch mit einer gegenseitigen Phasenverüchiebung um ff /2 an den Klemmen 11 und 12 erhaltenen Signale werden von den Filtern 3 und 4 mit der gleichen Phasendrehung reflektiert, wodurch infolge der vom Richtkopple:· 1 hervorgerufenen Phasenverschiebung um fT/2 die dem Eingang 10 zugeführten Signale an der Klemme 13 wiederhergestellt werden, welcne den Ausgang für die Signale bildet, die in dem Frequenzband von F.. bis F« enthalten sind.

Für die Signale, deren Frequenzen zwischen 0 und F₁ enthalten sind, teilen die Richtkoppler die Eingangsleistung nicht mehr in zwei gleiche Teile auf. Die Spannungen an den Klemmen 11 und 12 des Richkopplers 1 können dann für ein gegebenes Signal folgendermassen geschrieben werden:

__ ..1Γ

V₁₁= Vk.V und V₁₂= VT^k . V ■ β ^{3 7}

Darin sind:

V die Spannung an der Eingangsklemme TO und

k ein vom Richtkoppler und der Frequenz des Signals abhängiger Koeffizient, für den gilt:

1/2 < k =

· worin

00 9 80 87 0&3 6> ^BAD

worin P die Eingangsleistung und P₁₁ die zur Klemme 11 übertragene Leistung sind.

An den Klemmen 21 und 22 erscheinen dann folgende Spannungen:

und V₀₉ = VM - k -V- e^{D ά}

worin ö die von der Schaltung 5 hervorgerufene Phasenverschiebung ist.

Die an den Klemmen 20 und 23 erhaltenen Spannungen sind dann durch die folgenden Gleichungen gegeben:

, er -β )

V₂₀ = k - V + (1-k) -V · e^J

(D

Wenn θ unabhängig von der Frequenz ( und somit unabhängig von te ) den WeTt⁷IT hat, gilt also V₂₅ = O und V₂₀ = V. Die Klemme 20 bildet also die Ausgangsklemme für die Signale, deren Frequenz zwischen O und P. enthalten ist. Der Koeffizient

k geht nämlich nach 1, wenn die Frequenz nach O geht. Man stellt dann fest, dass die durch die Gleichungen (1) gegebenen Spannungen V₂Q und V₂^ unabhängig von θ nach V nach O gehen. Unter diesen Voraussetzungen kann die Schaltung:, von Pig..2 verwendet werden, bei welcher die*

PhaBenschieberschaltung 5 fortgelassen ist, während im übrigen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Teile wie in F£g.1 bezeichnen. Die Phasenverschiebung θ wird dadurch erhalten, dass der Unterschied der Längen der Verbindungsleitungen zwischen den Filtern 3 bzw. 4 und dem Koppler 2 folgendermasaen bemessen werden:

Darin ist \ eine Wellenlänge, die einer Frequenz F entspricht, die in dem Frequenzinfervall O bis F. geeignet gewählt ist. Für die Frequenzen O und F ( für welche

die Phasenverschiebung θ den Wert X hat) wird die gesamte Eingangsleistung an der Klemme 20 erhalten. Für die übrigen Frequenzen des Frequenzbandes 0 bis F. wird nicht die ganze Leistung an der Klemme 20 erhalten, so dass eine Einfügungsdämpfung entsteht. Durch geeignete Wahl von F kann aber diese Einfügungsdämpfung klein gehalten werden. Der an der Klemme 23 erscheinende geringe Teil der Signale wird durch den angepassten Abschlusawiderstand 6 absorbiert.

Fig.3 zeigt eine praktische Ausführungsform der Anordnung von Fig.2 in Form einer Dreiplattenschaltung. Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen wieder die gleichen Teile wie in Fig.2. Die 3 dB-Richtkoppler mit einem K_opplungsabschnitt

' F + F_M von der Länge ^/4 bei der Frequenz -^s sind durch

Leitungen

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Leitungen mit rechteckigem Querschnitt gebildet, die von Isoliergliedern 7 getragen werden. Der Abschlusswiderstand 6 ist durch einen Subminiatur-Süchtwiderstand gebildet, der in einer /npassungsanordnung angebracht ist. Die Tiefpassfilter 3 und 4 sind durch Leitungsabschnitte der Länge λ /4 bei der Frequenz ·

2 gebildet. Die Phasenverschiebung θ wird bei der frequenz F = F.. dadurch auf den Wert fl eingestellt, dass die Länge der Verbindungsleitungen zwischen den Filtern und dem itichtkoppler 2 entsprechend bemessen werden. Die Verbindungen zwischen dem Kreis des Richtkopplers 1 und dem Kreis des Richtkopplers 2 erfolgt über Verbindungsleitungen 8.

Fig.4 zeigt die gleiche Anordnung im Schnitt nach der Linie I-I. Die Platte 25 ist den beiden Kreisen gemeinsam. Für den Kreis des Richtkopplers 1 werden die Platten 25 und 14 und für den Kreis des Richtkopplers 2 die Platten 25 und 24 benutzt. Diese Anordnung ergibt einen sehr kleinen Raumbedarf.

Fig.5 zeigt ein Diagramm der .riinfügungsdämpfung in den beiden Ausgangskanälen als Funktion der Frequenz. Auf der Ordtiate sind die Werte von P/P* in Dezibel aufgetragen, wobei i für die Kurve A, welche den Verlauf der Einfügungsdämpfung für das Frequenzband von O bis F^ darstellt, den Wert 20 hat, während für die Kurve B, welche den Verlauf

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— α _

der Biniugun^ödämpi'un^ für das Frequenzband von F-. bis F~ darstellt» i den Wert 13 hat.

Die am Eingang dex* erfindum:ü_t;:e:nässen Yteiche vorhandene Impedanz ist unabhängige von der Frequenz und gleich dem Wellenwiderstand des Systems, wodurch, es möglich wird, die Anordnung im gesamten Frequenzband von O bis P,_T

1*1

praktisch vollkommen anzupassen. Ks ist zu bemerken, dass die erfindungsgemässe Anordnung dazu verwenden werden kann, die von zwei verschiedenen Quellen stammenden oi_t$naie au einem gleichen Stromkreis zu leiten, der an die Klemme 10 angeschlossen isC₁ wobei die eine Quelle oignale im Frequenzuand Von 0 bis F,. liefert und an die Klemme 20 angeschlossen ist, wahrend die andere Quelle Signale im Frequenzband F^ bis Pj. liefert und an die Klemme 13 angeschlossen ist.

Patent ansprüche

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Claims (5)

1Ü4 1906

Patentansprüche

Frequenzweiche mit grosser Bandbreite» welcne es ermöglicht, Signale mit verschiedenen Frequenzen, die zwischen 0 und F« liegen und einer ersten Klemme zugeführt werden, in Signale zu trennen, deren Frequenzen dem einen bzw. den anderen von zwei nebeneinanderliegenden Frequenzbändern 0 bis F₁ bzw. F₁ bis F„ angehören, und diese Signale an einer zweiten bzw. an einer dritten Klemme abzugeben, oder die es ermöglicht, an dieser ersten Klemme die Signale zu erhalten, deren Frequenzen in den beiden Frequenzbändern liegen und deq&weiten bzw. der dritten Klemme zugeführt werden, mit zwei 3 dB-iiichtkopplern, von denen jeder einen ersten und einen zweiten Zweig hat, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Zweige der beiden Richtkoppler miteinander über ein erstes Tiefpassfilter verbunden sind, das die Signale mit Frequenzen von 0 bis F. durchlässt, dass die zweiten Zweige der beiden Richtkoppler miteinander durch ein dem ersten Tiefpassfilter gleiches zweites Tiefpassfilter und einen damit in Kaskade geschatteten Phasenschieber verbunden sind, dass das andere Ende des ersten Zweiges des ersten Richtkopplers mit der ersten Klemme verbunden ist, dass das andere Ende des ersten Zweiges des zweiten Richtkopplers mit der zweiten Klemme verbunden

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ist, dass das andere Ende des zweiten Zweiges des ersten iiicht kopple rs mit der dritten Klemme verbunden ist, und dass das andere Ende des zweiten Zweiges des zweiten
ltichtkopplers mit einem angepassten Belastungswiderstand verbunden ist.

2. Weiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Phasenschieber hervorgerufene Phasenverschiebung bei einer zwischen O und F. liegenden Frequenz F den
Wert *tr hat.

3. Weiche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz F den Wert F. hat.

4. Weiche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenschieber durch die Übertragungsleitungen zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Filter und dem zweiten Richtkoppler gebildet ist, welche verschiedene Längen 1.. und I₂ haben, die so bemessen sind, dass 1« — I₁ = λ_ο/2» wenn V die
der Frequenz F entsprechende Wellenlänge ist.

5. Weiche nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass "\

den Wert ^. hat, wenn ^L die der Frequenz F. entsprechende Wellenlänge ist.

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