DE1616542B2

DE1616542B2 - Mehrfachverzweigte schaltung

Info

Publication number: DE1616542B2
Application number: DE19681616542
Authority: DE
Inventors: Harold Warren Township N J Seidel (V St A)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1967-04-19
Filing date: 1968-03-05
Publication date: 1971-04-22
Also published as: FR1560160A; SE347620B; DE1616542A1; GB1226997A; US3444475A; BE713910A; NL6801225A

Description

1 2

Die Erfindung geht aus von einer mehrfachver- Bei der Erfindung geht keine Signalkomponente

zweigten Schaltung mit 2(2"—1) Hybriden, von durch mehr als einen 180°-Phasenschieber, so daß denen die ersten (2"—l) Hybriden zu einem nach das Auftreten von kumulativen Fehlern vermieden Art einer Rangordnung aufgebauten Signalenergie- wird, die durch Unvollkommenheiten in den Phasenteiler verbunden sind, wobei zwei Ausgangssignale 5 Schiebern entstehen.

jeder Hybride eines Ranges an die Signaleingänge Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der

von zwei Hybriden des nächsthöheren Ranges ange- Zeichnung beschrieben; es zeigt
schaltet sind, und von denen die zweiten (2ⁿ—1) Hy- Fig. 1 eine Hybriden-Fächerschaltung bekannter

briden zu einer nach Art einer Rangordnung auf- Art,

gebauten, symmetrisch zu dem Signalenergieteiler 10 F i g. 2 die relative Phase eines Signals an verschiegestalteten Signalenergie-Rekombinationsanordnung denen Orten in einem Teil der Schaltung der Fig. 1, verbunden sind, und mit 2" Signalübertragungs- F i g. 3 eine Abänderung des in F i g. 2 dargestellzweigen, über die die Hybriden des höchsten Ranges ten Schaltungsteils, ·

sowohl des Signalenergieteilers als auch der Signal- F i g. 4 eine Hybriden-Fächerschaltung entspre-

energie-Rekombinationsanordnung miteinander ver- 15 chend der Erfindung und

bunden sind, wobei η eine.ganze Zahl größer als eins Fig. 5 eine andere Anordnung der 180°-Phasen-

und gleich der Anzahl von Rängen in jeder Rang- schieber entsprechend der Erfindung.
Ordnung von (2ⁿ—l) Hybriden ist, wobei 2C^1-1)Pha- I_n Fig. 1 ist eine 90°-Hybriden-Fächerschaltung

senschieber vorgesehen sind, die in eine Hälfte der mit 16 Zweigen dargestellt, deren Bandbreite ent- 2" Signalübertragungszweige eingeschaltet sind. 20 sprechend der bisherigen Technik verbreitert ist. Das

Die technischen Probleme, die mit dem Betrieb Eingangsende des Fächers besteht aus fünfzehn im einer großen Stückzahl von aktiven Elementen in wesentlichen gleichen 3-db-90°-Hybriden 20 bis 34, einer Parallelanordnung verbunden sind, betreffen die so angeordnet sind, daß sie nacheinander das Eindie Synchronisierung und die Stabilisierung. Um das gangssignal in sechzehn gleiche Komponenten teilen. Problem kurz zu schildern, sei gesagt, daß die vielen 25 Der Ausdruck »Hybride« wird hier in seinem unabhängigen aktiven Elemente synchronisiert werden üblichen Sinn verwendet, um ein Energieteilungsnetzmüssen, damit sie so zusammenarbeiten, daß sie für werk mit vier Zugängen zu beschreiben, in dem die die gewünschte Betriebsform eine maximale Aus- Zugänge paarweise angeordnet sind, wobei die Zugangsleistung erzeugen, während gleichzeitig die gänge, die ein Paar bilden, zueinander konjugiert sind, aktiven Elemente bei allen anderen möglichen Be- 30 jedoch mit den Zugängen des anderen Paars gekoptriebsformen nicht zusammenarbeiten dürfen. Die pelt sind. Ferner ist bei der »90°«-Hybride eine rela-Unterdrückung der Nebenbetriebsformen muß so- tive Phasenverschiebung von 90° zwischen den wohl außerhalb als auch innerhalb des interessieren- beiden geteilten Signalkomponenten vorhanden. Dies den Frequenzbereichs sichergestellt sein, so daß ein .. ist für die Hybride 20 durch die Angaben /0° und /90° unbedingt stabiler Betrieb gewährleistet ist. 35 an den Ausgängen 2 und 3 angedeutet.

Um eine Verengung der gesamten Frequenz- Im allgemeinen können Hybriden so aufgebaut

abhängigkeit innerhalb des Bandes bei wachsender werden, daß sie irgendein willkürliches Energie-Anzahl der Stufen zu vermeiden, wird eine breit- teilungsverhältnis aufweisen. Im speziellen Fall des bandige 180°-Phasenverschiebung zwischen den Energieteilungsverhältnisses 1 sind die beiden Aus-Hybriden in einer Weise hervorgebracht, wie sie von 40 gangssignalkomponenten gleich, wobei die Hybride E. A. J. Mercatili und D.H. Ring in der USA.- als »3 db«-Hybride bezeichnet wird. Jedoch ist be-Patentschrift 3 184 691 beschrieben ist. Um jedoch kannt, daß sich das Energieteilungsverhältnis als den Aufwand zu vermeiden und den Schwierigkeiten Funktion der Frequenz ändert und daß es in einem zu begegnen, die beim Vorsehen einer großen Anzahl begrenzten Band im wesentlichen konstant ist.
von breitbandigen 180°-Phasenschiebern entstehen, 45 Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, soll wird ein symmetrischer Fächer benutzt, bei dem die der hier benutzte Ausdruck »Hybride« dahingehend Hälfte um 180° phasenverschoben gegenüber der verstanden werden, daß er sich auf eine 3-db-90°-Hyanderen Hälfte arbeitet. Bei einem derartigen System bride bezieht. Typische Einrichtungen dieser Art sind wird, wo immer notwendig, eine 180°-Phasenver- der Riblet Koppler (H. J. Riblet, »The Short-Slot Schiebung durch Verbinden symmetrischer Teile des 50 Hybrid Junction«, Proceedings of the Institute of symmetrischen Systems erhalten. Durch eine solche Radio Engineers, Bd. 40, Nr. 2, Februar 1952, Anordnung wird die Anzahl der Fälle, in denen eine S. 180 bis 184), ferner der Mehrloch-Richtkoppler breitbandige 180°-Phasenverschiebung notwendig ist, (S.E.Miller, »Coupled Wave Theory and Waveauf nur zwei verringert, wobei sich der eine am Ein- guide Applications«, Bell System Technical Journal, gangsende des Systems und der andere am Ausgangs- 55 Bd. 33, Mai 1954, S. 661 bis 719) und schließlich ende befindet. der halboptische Richtkoppler (E. A. J. Mar ca tili,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine »A Circular Electric Hybrid Junction and Some Schaltung der eingangs beschriebenen Art, insbeson- Channel-Dropping Filters«, Bell System Technical dere unter Vermeidung einer symmetrischen Fächer- Journal, Bd. 40, Januar 1961, S. 185 bis 196).
anordnung, zu vereinfachen und zu verbessern. 60 Die Arbeitsweise der in F i g. 1 dargestellten

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch Fächerschaltung ist kurz gesagt die folgende: Ein an gelöst, daß in der Schaltung keine weiteren Phasen- den Zugang 1 der Hybride 20 angelegtes Eingangsschieber vorhanden sind und daß die Phasenschieber signal wird im wesentlichen gleich zwischen den in solchen Zweigen eingeschaltet sind, daß die konjugierten Zugängen 2 und 3 mit einem Grad der Phasenverschiebung zwischen Signalen, die sich ent- 65 Frequenzabhängigkeit aufgeteilt, die sich in dem sprechende Zweige eines Paares von Signalübertra- interessierenden Frequenzband ändert. Der Zugang 4 gungswegen zwischen symmetrisch angeordneten ist durch ein Widerstandsmittel angepaßt abge-Hybriden durchlaufen, um 180° abweicht. schlossen. Der Zugang 2 der Hybride 20 ist über

einen 180°-Phasenschieber 51 mit dem Zugang 1 der Hybride 21 verbunden, wo die vom Zugang 2 der Hybride 20 kommende Signalkomponente wiederum in zwei gleiche Signalkomponenten in den konjugierten Zugängen 2 und 3 der Hybride 21 geteilt wird. In gleicher Weise ist der Zugang 3 der Hybride 20 mit dem Zugang 1 der Hybride 22 verbunden, wo die vom Zugang 3 der Hybride 20 kommende Signalkomponente in gleicher Weise in zwei gleiche Signalkomponenten in den konjugierten Zugängen 2 und 3 der Hybride geteilt wird. ,

Dieser Vorgang der Teilung und Unterteilung wird in jeder der nachfolgenden Hybridstufen fortgesetzt bis das ursprüngliche Signal in sechzehn gleiche Komponenten geteilt ist. Diese Signalkomponenten werden durch geeignete Mittel α bis p, die auf den 16 Zweigen 1' bis 16' des Fächers angeordnet sind, typischerweise verstärkt oder anderweitig verarbeitet. Die geänderten Signalkomponenten werden dann in einen symmetrischen Satz von Hybriden 35 bis 49 am Ausgangsende des Fächers eingekoppelt, wo sie wieder vereinigt werden, um ein einziges Ausgangs-J) signal im Zugang 1 der Hybride 49 zu erzeugen.

Wie oben angegeben wurde, wird die Verbreiterung des Bandes durch die Erzeugung einer 180°- Phasenverschiebung im einen der beiden Signalwege hervorgebracht, welche die symmetrisch angeordneten^Hybriden verbinden. So enthält z.B. der Zweig 1' zwischen den symmetrisch angeordneten Hybriden 27 und 35 einen 180°-Phasenschieber 60, ebenso einer der Signalwege zwischen den symmetrisch angeordneten Hybridpaaren 28-36,29-37, 30-38, 31-39, 32-40, 33-41 und 34-42. In gleicher Weise enthält einer der Signälwege zwischen den symmetrisch angeordneten Hybridpaaren 23-43,24-44, 25-45, 26-46, 21-47, 22-48 und 20-49 einen der 180°-Phasenschieber 51 bis 57. Im allgemeinen besteht ein Fächer mit 2" Zweigen aus 2 (2"-I) Hybriden und (2ⁿ—.1) Phasenschiebern, wobei η eine positive ganze Zahl ist.

Bei einer Prüfung der verschiedenen möglichen Signalwege zwischen der Eingangsklemme des Fächers und der Ausgangsklemme bemerkt man, daß die > verschiedenen Signalkomponenten vier, drei, zwei, ^y einen oder keinen der Phasenschieber durchlaufen können. Dies bedeutet, daß jeder Phasenschieber eine ausreichend hohe Qualität aufweisen muß, so daß der entstehende kumulative Fehler im interessierenden Frequenzband vernachlässigbar ist, auch wenn eine Signalkomponente vier Phasenschieber durchläuft.

Diese Forderung an die Qualität der Phasenschieber wird wesentlich herabgesetzt, wenn die Schaltung so abgeändert wurde, daß keine der Signalkomponenten beim Durchlaufen des Fächers durch mehr als einen Phasenschieber gehen muß. Wenn eine derartige Anordnung vorgenommen werden könnte, würden kumulative Fehler vermieden, und die Güte der Phasenschieber könnte entsprechend verringert werden.

Die vorliegende Erfindung, die dieses Ergebnis erzielt, beruht auf der Erkenntnis, daß die in F i g. 2 dargestellte Schaltung, bei der zwei Hybriden 71 und 75 und ein Phasenschieber 70 in Reihe mit dem Zugang 1 der Hybride 71 verwendet werden, ferner ein Phasenschieber 74 zwischen den Zugängen 2 der Hybriden (entsprechend dem Teil der Fächerschaltung zwischen dem Zugang 2 der Hybride 23 und dem Zugang 1 der Hybride43 in Fig. 1) das Äquivalent der in F i g. 3 dargestellten Schaltung ist, bei der nur ein Phasenschieber 84 verwendet wird.

Wenn man das Eingangssignal mit E[O" bezeichnet, so ergeben sich die relativen Phasen der Signalkomponenten an verschiedenen Orten zwischen den Eingangs- und Ausgangszugängen durch die Angaben in F i g. 2. Insbesondere beträgt die Phase des Signals am Ausgang 2 der Hybride 75 /0j\ j .. ■

Durch ein ähnliches Verfahren ist leicht zu sehen, daß die Schaltung der F i g. 3, die aus einer ersten Hybride 80, einer zweiten Hybride 81, zwei Verbindungszweigen 82 und 83, aber nur aus einem Phasenschieber 84 besteht, der im unteren Zweig 83 zwischen den Zugängen 3 der Hybriden angeordnet ist, in jeder wichtigen Hinsicht das Äquivalent der Schaltung in F i g. 2 ist. Das heißt, ein Eingangssignal E/O" ergibt ein Ausgangssignal im Zugang 2 der Hybride 81, das dieselbe relative Phase /O^ wie das Ausgangssignal in der Schaltung der F i g. 2 aufweist. Somit kann die Schaltung der F i g. 1 durch geeignete Anordnung der Phasenschieber in acht Zweigen der Zweige Γ bis 16' abgeändert werden, wobei einige der Phasenschieber weggelassen werden können.

F i g. 4 zeigt eine hybridengekoppelte Fächerschaltung mit 16 Zweigen, welche die Merkmale verkörpert, für die die Schaltung der F i g. 3 ein Beispiel gibt. Für den Vergleich sind dieselben Bezeichnungszahlen verwendet wie in F i g. 1. Sie tragen wie vorher die Eingangshybriden die Zahlen 20 bis 34, während die Ausgangshybriden die Zahlen 35 bis 49 tragen. Jedoch sind die Phasenschieber 51 bis 57 weggelassen, während die Phasenschieber 60 bis 67 anders angeordnet sind. Die andersartige Anordnung ist die folgende: Bei jedem Paar der symmetrisch angeordneten Hybriden unterscheidet sich die elektrische Länge der Zweige, die auf einem der beiden Signalwege angeordnet sind, welche die konjugierten Paare von Zugängen der beiden Hybriden verbinden, um 180° von der Länge der entsprechenden Zweige, die auf dem anderen Verbindungssignalweg zwischen den beiden Hybriden angeordnet sind.

Zunächst sei in F i g. 4 das Paar der symmetrisch angeordneten Hybriden 27 und 35 betrachtet. In diesem Fall ist nur ein Zweig, nämlich der Zweig 1' oder 2' in jedem der beiden Verbindungssignalwege enthalten. Durch Anordnen eines Phasenschiebers 60 in einem der Zweige 1 unterschieden sich die elektrischen Längen der beiden Zweige wie gefordert um 180°. .:

Dann seien die beiden symmetrisch angeordneten Hybriden 23 und 43 betrachtet. Einer der beiden Verbindungssignalwege 100 enthält die beiden Zweige 1' und 2', während der andere Signalweg 101 die Zweige 3' und 4' enthält. Die elektrische Länge der entsprechenden Zweige 1' und 3' sowie 2' und 4' in den beiden jeweiligen Verbindungssignalwegen unterscheiden sich infolge des Vorhandenseins des Phasenschiebers 60 im Zweig 1' und des Phasenschiebers 61 im Zweig 4' um 180°. :-: ; :..; :; ;.-■ ·■:

In gleicher Weise zeigt ein Vergleich der elektrischen Längen der Zweige 1', 2', 3' und'4' in einem der Signalwege 102, der die symmetrisch angeordneten Hybriden 21 und 47 verbindet und der entsprechenden Zweige 5', 6', T und 8' im anderen Signalweg 103, der die Hybriden 21 und 47 verbindet, daß eine Differenz von 180° zwischen den elektrischen Längen der Zweige der Paare der entspre-

chenden Zweige l'-5',2'-6', 3'-7' und 4'-8'vorhanden ist. Ein gleicher Vergleich kann ferner zwischen den entsprechenden Zweigen Γ-9', 2'-10', 3'-ll', 4'-12', 5'-13', 6'-14', 7'-15' und 8'-16' in den beiden Wellenwegen 104 und 105 durchgeführt werden, welche die Hybriden 20 und 49 verbinden.

Bei der obigen Schilderung wurde auf »entsprechende« Zweige der beiden Verbindungssignalwege Bezug genommen. Es erscheint an dieser Stelle wünschenswert, diese Bezugnahme eingehender zu prüf en.

In der einfachen Situation, bei der jeder der beiden Signalwege, die die beiden symmetrisch angeordneten Hybriden verbinden, nur einen Zweig enthält, wie es z. B. zwischen den Hybriden 27 und 35 der Fall ist, sind die entsprechenden Zweige einfach die beiden Zweige 1' und 2'. Wenn weitere Zweige vorhanden sind, wie bei den Hybriden 23 und 43, werden entsprechende Zweige dadurch gekennzeichnet, daß gleiche Wege zu den verschiedenen Zweigen von den Zugängen 2 und 3 der Hybride 23 verfolgt werden. Wenn man annimmt, daß alle Zugänge 2 die Zugänge /O^ in jeder Hybride sind und alle Zugänge 3 die Zugänge /90°, sind entsprechende Zweige dadurch gekennzeichnet, daß man am Zugang 2 der Hybride 23 beginnt und z. B. einen Weg zum Zugang 2 der Hybride 27 verfolgt, und daß man am Zugang 3 der Hybride 23 beginnt und einen Weg zum Zugang 2 der'hybride 28 verfolgt. Die mit diesen beiden Zugängen 2 verbundenen Zweige 1' und 3' sind entsprechende Zweige. In gleicher Weise sind die Zweige 2' und 4', die mit den Zugängen 3 der Hybriden 27 bzw. 28 verbunden sind, entsprechende Zweige.

Dasselbe Verfahren wird verwendet, wenn weitere Zweige betroffen sind, wie bei den Hybriden 21 und 47. Wenn man z. B. am Zugang 2 der Hybride 21 beginnt, kann ein Weg über die Zugänge 2 jeder der dazwischenliegenden Hybriden 23 und 27 zum Zweig 1 verfolgt werden. In gleicher Weise kann man, beginnend am Zugang 3 der Hybride 21, einen Weg über die Zugänge 2 jeder der Hybriden 24 und 29 zum Zweig 5' verfolgen. Demgemäß sind die Zweige 1' und 5' entsprechende Paare. Andererseits kann man vom Zugang 2 der Hybride 21 zum Zugang 3 der Hybride 23 zum Zugang 2 der Hybride 28 und zum Zweig 3' gehen. Ein ähnlicher Weg über die Hybriden 24 und 30 führt zum Zweig T. Somit sind die Zweige 3' und T entsprechende Paare.

Bei der Ausführung der F i g. 4 war der erste Phasenschieber 60 willkürlich im Zweig 1' angeordnet. Offensichtlich kann dieser Phasenschieber 60 genauso gut im Zweig 2' angeordnet werden. Wenn dies geschieht, ist die Anordnung der Phasenschieber in den 16 Zweigen so zu treffen, wie es in F i g. 5 dargestellt ist. Eine Schaltung, die in der in F i g. 5 dargestellten Weise angeordnet ist, hat in jeder Hinsicht die gleichen Gesamteigenschaften, wie die Anordnung in F i g. 4.

Einer der Vorteile einer erfindungsgemäßen Fächeranordnung besteht darin, daß die erforderliche Phasenverschiebung in bequemer Weise im Verstärker selbst vorgenommen werden kann. Wenn z. B. transformatorgekoppelte Verstärker verwendet werden, kann man eine Phasenverschiebung von 180° durch das einfache Mittel der Umkehr der Tranformator-Anschlüsse erhalten. Da breitbandige Transformatoren leicht verfügbar sind (siehe z.B.' die USA.-Patentschrift 3 037175 von C. L. Ruthroff) ist es entsprechend einfach, eine breitbandige Phasenverschiebung von 180° zu erhalten. ^::

Wie oben angegeben, kann die beschriebene Fächerschaltung durch Einfügen einer Verstärkerstufe in jedem der Zweige als Verstärker verwendet werden. Die Fächerschaltung kann auch als Oszillator hoher Leistung benutzt werden, indem ein geeigneter Rückkopplungsweg zwischen den Ausgangsund Eingangsklemmen in bekannter Weise vorgesehen wird.

Wenn auch oben ein Fächer mit 16 Zweigen für die Erläuterung beschrieben wurde, so kann doch offensichtlich die Anzahl der Zweige durch Einfügen zusätzlicher Hybriden erhöht werden. Im allgemeinen ergibt die Verwendung von 2 (2"—l) Hybriden 2" Zweige, wobei η eine positive ganze Zahl ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrfachverzweigte Schaltung mit 2 (2ⁿ—1) Hybriden, von denen die ersten (2ⁿ — 1) Hybriden zu einem nach Art einer Rangordnung aufgebauten Signalenergieteiler verbunden sind, wobei zwei Ausgangssignale jeder Hybride eines Ranges an die Signaleingänge von zwei Hybriden des nächsthöheren Ranges angeschaltet sind, und von denen die zweiten (2ⁿ—1) Hybriden zu einer nach Art einer Rangordnung aufgebauten, symmetrisch zu dem Signalenergieteiler gestalteten Signalenergie-Rekombinationsanordnung verbunden sind, und mit 2" Signalübertragungszweigen, über die die Hybriden des höchsten Ranges sowohl des Signalenergieteilers als auch der Signalenergie-Rekombinationsanordnung miteinander verbunden sind, wobei η eine ganze Zahl größer als eins und gleich der Anzahl von Rängen in jeder Rangordnung von (2"—l) Hybriden ist, wobei 2 (^n-1) Phasenschieber vorgesehen sind, die in

■ eine Hälfte der 2" Signalübertragungszweige eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schaltung keine weiteren Phasenschieber vorhanden sind und daß die Phasenschieber in solchen Zweigen eingeschaltet sind, daß die Phasenverschiebung zwischen Signalen, die sich entsprechende Zweige eines Paares von Signalübertragungswegen (104,105) zwischen symmetrisch angeordneten Hybriden durchlaufen, um 180° abweicht.

2. Mehrfachverzweigte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der 2" Signalübertragungszweige (1 bis 16) eine Signalverarbeitungseinrichtung vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen