DE1791220C - Verstarker fur eine modulierte elektn sehe Schwingung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Vcrsiilrkor l'iir eine modulierte elektrische Schwingung niii iniiuleslens z,wel eingangs- iiml ausgangsse'Uigllbei'.ic eine Leitung zus,ammengesehallelen Versliirkerelemenleu.

Es Ist bekannt, bei einer Fernmeldevcrhindung eine s Verstärker enthiilteiule übertragungsschaltung an ilie sie speiseiulen Signak|ii«llen ilerarl anzupassen, ilaü die von den Signalquellen abgegebene Ausgangsgröße insgesamt an die l"Jbi:rtrugiingssehaltiing abgegeben wird, wodurch vermieden werden kann, daß ein '!'eil dieser Ausgangsgröße reflektiert wird und mit der einfiilleiulen Energie in Wechselwirkung tritt, wodurch Amplituden- und IMiasenverzerrungen der /u übertrageiulen Signale auftreten und die Qualität der Verbindung erheblich vermindert weiden kanu. Hs ist i.s ferner bekannt, daIJ die Anpassung einer übertragungsschaltung an die Eingangssignalqiielle keinerlei Verminderung des Rauschfaktors der Übertragungsschaltung gestattet, sondern daß eine solche Verminderung des Rauschens nur möglich ist, wenn κ> man die übertragungsschaltung gegenüber der Signal-U₁UeIIe fehlanpalJt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Verstärkerschaltung mit an die Eingangssignal-U₁UeIIe richtig angepaßter übertragungsschaltung, bei welcher das Verhältnis von P.ingangsspannung /u Rauschspannung im Vergleich /11 bekannten übertragungsscludtungen wesentlich verbessert wird, indem das von dun Anpassungsinipedanzen lierriihiende Rauschen unterdrückt wird, so daß es in dem von der Verstärkerschaltung abgegebenen Ausgangssignal nicht auftritt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verstärker der eingangs genannten Art ert'mdungsgemäß dadurch gelöst, daß das durch die Anpassungsimpedan/, der eingangsseitigen Leitung verursachte Rauschen dadurch unterdrückt ist, daß die Länge der Leitungen des Eingangsuiul des Ausgangsleiters zwischen je zwei Verstärkerclcmcnjcn ein Viertel der Wellenlänge der elektrischen Schwingung oder ein ungrad/ahliges Vielfaches davon beträgt, daß die Verstärkereleinente über je eine Leitung mit einer Länge von einem Viertel der Wellenlänge der elektrischen Schwingung oder einem ungrailzahfigen Vielfachen davon mit den Endpunkten der Leitungsabschnitte des Eingangsleilers verbunden sind und daß der Wellenwiderstand der an die Hingänge der Verstärkerelemente führenden Leitungen ausreichend größer als der Wellenwiderstand der einj>angsseitigen Leitungsabschnitte ist.

Hei dieser Ausbildung treten die aus der Träger- 5" frequenz und deren Modulatioiisseitenbändern bestehenden Nutzsignale am Ausgang der Verstärkerschaltung in der gewünschten Weise verstärkt auf, da die Laufzeiten dieser Nutzsignale durch die einzelnen Abschnitte des Eingangskettenleitcrs, durch die Einzelverstärker und durch die Abschnitte des Eingangskettenleilers, durch die Einzelverstärker und durch die Abschnitte des Ausgangskettenleilers gleich sind, so daü die gewünschte phasenrichtige Addition der verstärkten Teilsignale eintritt. Demgegenüber sind '«> die Laufzeiten für die von den Anpassungsimpedanzen herrührenden Rauschanteile jeweils paarweise um eine halbe Wellenlänge verschoben, so daß eine gegenseitige Auslöschung dieser Rauschanieile erreicht wird und diese am Ausgang der Ciberlragungsschal- ^fi5 lung nicht mehr auftreten. Das Signal-Rausch-Verhältnis wird damit gegenüber bekannten Schaltungsanordnungen, bei welchen diese Rauschauleile nicht kompensiert werden, wesentlich verbessert.

Eine Weiterbildung der lirlliulunii ist dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade ZnIiI von Verstärkern vorgesehen ist und daß die vom Ausgang der eingangsseitigen leitung über diesen, über die eiii/elnei: Veisllirkerelemenle und über die atisgangsseitige Leitung /11 dessen Ausgang führenden Stromwege den gleichen üherlragungsfaktor haben derart, daß von der Anpassiingsimpedanz erzeugtes Rauschen mit jeweils derselben Amplitude am Ausgang erscheint.

Hei Verwendung von mehr als zwei Versiärkerelemenlen beträgt die Länge der eingangsseiligen und ausgangsseitigen vorzugsweise diimpfungsarmen l.eilungsabschnitte zwischen je zwei Verstärkerelemenlen sowie zwischen Verstiirkereleinenlen und eingangsseiligen l.eilungsabschniilen ;./2 11 oiler ein ganzzahliges Vielfaches davon, wobei 11 die vorzugsweise gradzahlige Anzahl der Verstärkerelcmcnle ist.

Ein Verstärker für eine modulierte elektrische Schwingung mit drei eingangs- und aiisgangsscilig über je eine Leitung zusammengeschallete Verstiiikerelemenle kann bei einer Alternative der Hrrmdungaueh dadurch verwirklicht sein, daß man das durch die Anpassung.simpedanzen der eingangsseiligen Leitung verursachte Rauschen dadurch unlerdiückl, daß die Eingangsleitung zwei in Serie geschaltete Leilungsabschnilte enthält, deren Länge ein Viertel der Wellenlänge der elektrischen Schwingung oiler ein ungradzahliges Vielfaches davon beträgt und die am gemeinsamen Endpunkt mit der Signak|uelle verbunden sind, und daß der Ausgangsleiter einen einzigen Leitungsabschnill enthält, dessen Länge ein Viertel der Wellenlänge der elektrischen Schwingung oder ein ungradzahliges Vielfaches davon beträgt und dessen eines Ende mit dem Ausgang des mittleren Verstärkers und dessen anderes Ende mit den Ausgängen der beiden anderen Verstärker verbunden ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im folgenden Lsi die Erfindung an Hand der Darstellungen von Ausfühiungsbeispielcn im einzelnen erläutert. Es zeigt

H i g. I ein schematisches Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung mit dem erlhidiingsgemäßcn Verstärker in einer Fernmeldeverbindung,

I·" i g. 2 ein schemalisches Schallbild des in I·' i g. I dargestellten Verstärkers,

Fi g. .1 ein schematisches Schaltbild einer speziellen AusführuiiBsfoi in des Verstärkers gemäß F i g. 1,

F i g. 4 eine allgemeine Hlockdarstellung einer Fernnieldcverbindiing mit dem erliiulungsgemäßen Verstärker und

F i g. 5 eine spezielle Ausführiingsform der Fernmeldeverbindung nach I·' i g. 4.

Bekannterweise laß! sich bei Anpassung eines Verstärkers an die sie speisende Eingangssignalquelle der Rauschfaktor nicht auf seinen Kleinstwert vermindern. Das Rauschen am Ausgang des Verstärkers rührt in erster Linie her von dem durch die Sign;ilquellen übertragenen Rauschen, von dem dem Verstärker eigenen Rauschen und vom Rauschen der Anpassungsimpedan/en. In dem einfachen Fall, daß eine Signalquelle ein Spaniuingssignal E abgibt und eine Rausch-EMK e nesilzl, die an ihrem Innenwiderstand R auftritt, daß weiter diese Quelle ein Verstärker mii angepaßtem Innenwiderstand R speist, der eine Rausch-EMK c' aufweist, kann man in einfacher Weise berechnen, daß das Verhäl'.nis Signal/

.ι

Rauschen, das I¹Hr die angegebene Quelle Ii/1· hut rügt, IHr die übertragungsschaltung einen Wurl anniniiiu, der pm kl lach gleich /i/c|/2 ist, wenn c ~ c' isl; d.h., infolge der Anpassung des Verstärkers an die Quelle Irin eine Verminderung um 3 ilb auf; dieser Verminderung des Verhältnisses Sigmil/Rausehen entspricht eine Verschlechterung des Rnuseliluklors iler t'J beil ragung ebenfalls um .1 db, die iiufdie Anpassung zurückzuführen isl,

Der vorliegende Versliiiker hai den zweifachen VoilcilderAnpassungaiulir EmgangsKignalqtiellcund eines wesentlich geringeren Rauschfaktors, als er sich bei bekannten Verstärkerschaltungen gleichen Typs erreichen liil.il, selbsi wenn diese nicht im ihre Sigiuilquelleii aiigepnül sind, llci der vorliegenden Verstürkerschaltiing winl ilagegen verhindert, da 1.1 die Riiiischleisluiig der Anpassungsiinpedan/en /um Ausgleich der Versliirkerschaluiiig überliagen winl, wo sie sich /U den von den Sigiuilqiiellcn kommenden Riuisdileislungen und /ur RiiuschleisUing des Verstärkers selbst hin/.ufiigen würde.

Ciemäl.l Fig.! isl eine Signalqiielle I mil einer Verstärkerschaltung 3 über eine Leitung 2 verbunden. Der Versliiiker 3 isl mit einer Anpassungsimpedan/4 abgeschlossen. Die Signalquelle läßl sich schemalisch durch eine Signal-EMK 5 der Grolle S in Reihenschaltung, mil einer Rausch-EMK 6 der Größe H sowie einem Widerstand 7 vom Weil R, dem liinenwideiMaiul, darstellen. Der Verstärker 3 ist schemalisch durch einen Sechspol dargestellt, dessen Klemmen der Einfachheil halber zu drei Polen zusammengefaßt sind. Iviii Pol 10 ist mit dem Ausgang der Anschlußleiliiiig 2 verbunden und bildet den Eingang des Verstärkers, ein Pol Π bildet den Anschlußpol für die Anpassungsimpedanz. 4. LUn Pol 12 stellt den Ausgang der Verstärkerschaltung dar und ist mit einem Widerstand 13 vom Wert K₁ verbunden, der seinerseits die Ahsehlußimpedanz der Verstärkerschaltung 3 darstellt, an die er gegebenenfalls angepaßt ist. Die Anpassuiigsimpedanz 4 ist schematisch durch eine Rauscli-EMK 8 vom Wert W, in Reihe mit einem Widerstund 9 vom Wert R₁ dargestellt.

Die an dem Pol 12 der Verstärkerschaltung 3 auftretende Spannung setzt sieh aus dem Signal S und dem Rauschen /1, die von der Signaiquelle 1 ausgehend die Verstärkerschaltung über die Klemmen 10 erreichen, und andererseits aus dem Rauschen B₁ zusammen, das über den Pol 11 an die Verstärkerschaltung gelangt und von der Aupussimgsimpedanz Ri herrührt. _v

Wie oben angedeutet, bestellt das allgemeine Prinzip der vorliegenden Erfindung darin, die Wirkung des Rauschens H₁ iler Aiipassungsimpedan/4 am Ausgang 12 der Verstärkerschaltung 3 auf einen Mindestweit herabzusetzen und wenn möglich zu unterdrücken, ohne aber den Pegel des Signals S am Ausgang 12 irgendwie herabzusetzen, derart, daß die Verstärkerschaltung 3 durch die Impedanz 4 angepaßt wird, ohne daß sich diese Anpassung in einer Erhöhung seines Rauschfaktors auswirkt. Die erhaltenen Vorteile bestehen also darin, daß der Verstärker mittels einer Impedanz angepaßt wird, die kein Rauschen ergibt, was bislang nicht zu verwirklichen war.

Dieses Prinzip läßt sich durch »Richlwirkuiigsbedingungeii« /.wische» den verschiedenen Klemmen der Verstärkerschaltung verwirklichen. Es bestehen zwei denn (ige Riclitwiirkimgshediiigungen:

I. Das Rauschen H₁, das in der Vursllirkursebul· lung 3 über dem PoIM eintritt, darf nur aiii; den Pol IO der Verstärkerschaltung übertrugen werden.

2. Das Signal S und das Rauschen /J, die einander überlagert in die Verstärkerschaltung 3 über deren Pol lO'gelangun, müssen mindestens teilweise an einen Ausgaiigspol 12 übermittelt werden, vorzugsweise derart, daß das Signal S dort '" eine maximale Amplitude besitzt.

Aus diesen beiden Bedingungen folgt, daß die Impedanz4 an dem Ausgaiigspol 12 der Veislärkerschallung kein Ruuschen erzeugt. Das Verhältnis

Signal/Kauschen am Ausgangspol 12 der Verstärkerschaltung unij damit der Rauschfaktor, verbessert sieh somit um l/l oder 3 db, wenn beide Rauschquellen gleich groß sind.
In seiner allgemeinsten Ausluhrungsforni, deren

jo Blockschaltbild in F' i g. 2 wiedergegeben, ist, besteht die Verstärkerschaltung 3 im wesentlichen aus einem Eingangskeltenleiter 14, einem Ausgangskelleiileiter 15 und einer beliebigen Gesamtzahl von Ein/elversliiikern 3_(l; der Eingaiigskettenleiter 14 besitzt /ι I 2

Anschlüsse, von denen zwei Klemmen mit dem Pol 10 bzw 11 der Verstärkerschaltung 3 verbunden sind, während die anderen mil 14| bis 14„ bezeichnet sind. Der Ausgangsketteiilei'icr 15 weist η l· I Klemmen auf, von denen eine mit dem Pol 12 der Verstiirker-Schaltung 3 verbunden ist, während die anderen mit 15| bis 15„ bezeichnet sind. Bei jedem der η Einzelveislärker 3,, ist der Eingung bzw. der Ausgang mit der Klemme 14,, des Eingangsketlenleilers und der Klemme 15,, des Ausgangskeltenleiters verbunden.

.15 Die lün/el verstärker 3„ haben einen beliebigen Aufhau, insbesondere sinu sie der Größe und der mill-, leren Frequenz des zu übertragenden Frequenzbandes ■ angepaßt. Bezeichnet man mit S₁ die Summe des Signals S und des Rauchens ß, die von der Signal-

.|o quelle 1 zu dem Pol !0 der Verstärkerschaltung 3 übermittelt werden, so ergibt sich, daß das elementare Signal, das an dem Pol 12 nach Übermittlung von dem Eingangskettenleiter 14 zu dem Ausgangskettenleiter 15 durch den Einzclverstärker 3_P erscheint, FoI-genden Wert hat:

Das resultierende Signal, das an dem Pol 12 uuftritt, is{ dre algebraische Summe der verschiedenen Elementarsignule SJ₁, die durch die verschiedenen

Ein/elverstärker 3,, übermittelt wurden. Sein Wert ist daher:

(2)

„t .1,. I H₁, H₁, I /K I "I· * "r>

In diesen Gleichungen bezeichnen «,. und u,, die Dämpfung in Ncper und die Phasenverschiebung, die das Lüiigiuigssignal S₁ zwischen dem Eingangspol 10 (15 der übertragungsschaltung 3 und der Klemme 14,, seines Eiiigangskettenleiters 14 erfahren hat; a'„ und nj, bezeichnen die Verstärkung in Neper und die Phasenverschiebung ties Signals zwischen dem Eingang und

dem Ausgang der Einzclvcrstärkcrß,,; ifj,' und «J,' schließlich bezeichnen die Dämpfung in Neper bzw. die Phasenverschiebung des ElemcnUusignals zwischen der Klemme 15,, des Ausgangskcllenleilcrs 15 und dessen Ausgangspol 12.

Dem durch die Anpassungsimpedanz 4 zur Eingangsklcmmc 11 der Verstärkerschaltung 3 übertragenen Rauschen B₁ entsprechen an dem Ausgang der Verstärkerschaltung3 ebenso viele elementare Rauschanteile BJ₁, wie Einzclverstärkcr 3,, vorhanden sind, von denen jeder folgenden Wert besitzt:

(3)

Das resultierende Rauschen an dem Pol 12 der Verstärkerschaltung 3 infolge der Anpassungsimpedanz. 4 ist folglich durch die Gleichung gegeben:

sind. Die Hinzelverstärker 3,, und der Ausgangskeltenlcilcr 15 lassen sich folglich derart festlegen.

daß die Werte der Ausdrücke i/,„ «,,. a],

>i₍, bei Bcach-

üing der durch die Ausdrücke «,,. /)₍„ u₍„ /(,, bestimmten

Werte die Beziehung (5) erfüllen.

Ist z.B. die Verstärkerschaltung 3 so aufgebaut, daß jedes Hlemcnlarsignal SJ, zwischen dem liingangspol 10 und dem Ausgangspol 12 eine Gesamldäinpfung in Nepcr bzw. eine Gesamtphasenverschiebung

ίο der Werte </,> und u„ unabhängig von der Ordnung /> des das betrachtete Elementarsignal übermittelnden Elcinenlarcmpfängcrs erfahren hat, so können die Gleichungen (2) und (4') in die folgende Formel gebracht werden:

(2"

η = ι

B' = B₁

l "pi

(4)

ir = β.

III,, I In_n)

_CK M' /...„ ,.„._ ₍₄„,

Die in den Gleichungen (3) und (4) benutzte Bczcichnungswcisc ist dieselbe wie bei den Gleichungen (1) und (2), wobei h„ und Ji₁, die Dämpfung in Ncpcr bzw. die Phasenverschiebung des Rauschens Zi₁ zwischen dem Eingangspol 11 der Verstärkerschaltung 3 und der Ausgangsklcmme 14,, des Eingangskctlenleiters 14 bezeichnen.

Mit einer geläufigen Bezeichnungsweise können die Gleichungen (2) und (4) auch in folgende Form gebracht werden:

B' =

-1- /TJe¹"-'''¹-¹"¹'¹"'¹ '''■'. (4')

Die weiter oben angegebenen Richtwirkungsbcdingungcn sind den beiden untenstehenden Gleichungen äquivalent:

S'

B'

Φ 0.

= 0.

(5)

Die Erfüllung dieser beiden Gleichungen ist die notwendige und hinreichende Bedingung dafür, daß der Eingangskettenleiter 14 und der Ausgangskettcnlciter 15 der Verstärkerschaltung derart realisiert werden können, daß die erwähnten Richtwirkungsbcdingungen erfüllt sind und die angegebenen Vorteile erzielt werden. Die Erfüllung wird im allgemeinen Fall wie folgt bewiesen:

Es ist stets möglich, den Faktoren X₁,, Y₁, beliebige ■ Werte derart zu geben, daß die reellen und imaginären Teile des zweiten Gliedes der Gleichung (2') nicht gleichzeitig Null sind. Sind diese willkürlichen Werte der Faktoren X-, Y_n schon in das zweite Glied der Gleichung (4') eingeführt, so wird die Gleichung (6) eine komplexe Gleichung, deren reelle Unbekannten die Ausdrücke a_p, b„ n_p, ß_p sind, die ausschließlich vom Eingangskettcnleitcr 14 der Verstärkerschaltung 3 abhängen. Es ist im allgemeinen möglich, die Kennwerte des Eingangskettenlcitcrs 14 derart zu wühlen, daß die resultierenden -Werte der Ausdrücke a_r u«, //_p, b_p reelle Wurzeln der komplexen Gleichung (ft) Durch Elimination von S' aus den Gleichungen (2") und (4") erhält man

B, C-i-ü

B' = S'

'',.I I

Die Gleichung (Οι) wird ersetzt durch

'',.I t i(.i_r )ί,.Ι

=■ 0.

deren Auflösung in «,„ /),„ ,_tp und /i,, die Bestimmung des Eingangskcttenlcilcrs 14 des Verstärkers 3 ge" stattet.

Die beiden Gleichungen

U₁, + O_n — O₁, = ο,, it_p -f -/J, H- (ij; = _lt|l

können leicht erfüllt werden, indem z. B. die Verstärkung«;, und die Phasenverschiebungen «J, der Elcmcntarvcrstärkcr 3,, als Funktion der Dämpfun-

_4S gen und Phasenverschiebungen, die durch den Eingangskcttcnlciterl4 und den AusgangskeUenleitcr 15 des Verstärkers bzw. zwischen dem Eingangspol 10 oder Ausgangspol 12 und den mit dem" Einzclverstärkcr der Ordnung ρ verbundenen Klemmen hcrvor-

gerufen werden, eingestellt werden.

In dem noch spezielleren Fall, wo der Eingangs kettcnleitcr 14 des Verstärkers durch eine künstliche übertragungsleitung gebildet ist, deren Enden mit dem PoMO bzw. 11 der Verstärkerschaltung 3 vcr-

bundcn sind, während ihre η Anschlüsse 14, so ausgelegt sind, daß sie unendliche Ausgangsiinpedanzcn besitzen, die bezüglich der verhältnismäßig niedrigen Eingangsimpedanzen der Einzclverstärkcr 3 mit denen sie verbunden sind, fehlangepaßl sind, gestatten

die zusätzlichen Gleichungen

(15 die Gleichung(6') in die Form zu bringen:

Nimmt man an, daß der Eingangsketlenlciler 14 reine Blindwiderstände aufweist und folglich für beliebiges /»der Wert (/,, = 0 isl. so folgt:

= 0.

Diese Gleichung bestimmt die Lage der η Anschlüsse 14₍, an dem Eingangskettcnlcitcr 14.

In dem noch spezielleren Fall, wo sämtliche Teile des Eingangskettenlciters 14 untereinander identisch sind und folglich eine gleiche Phasenverschiebung hervorrufen, gestattet die Gleichung

die Gleichung((V") in die Form zu bringen:

deren Lösungen sind:

— e -'

η = k i

(10)

mit k als einer ganzen Zahl, die kein Vielfaches von η darstellt.

Beispielsweise ergibt sich bei /i = 2 Eiir/.elverslärkern

= (2fc-

[HY)

mit ί;' als beliebiger ganzer Zahl, woraus hervorgeht, daU die aus den Klemmen 14,, 14₂ des Eingangskeltcnleitcrs 14 abgehenden Signale um 90" phasenverschoben sein müssen.

Die Ausführungsform der Verstärkerschaltung gemäß-F ig. 3 entspricht diesem letzten Beispiel. Sie ist derart ausgelegt, daß sic in cine Fcrnmcldcverbindung eingefügt werden kann, bei der ein Frequenzband übertragen wird, dessen Miltclfrcquenz in der Gegend von 130 MHz liegt. Der Eingangskctlcnlcitcr 14 ist durch eine künstliche Verzögerungsleitung gebildet, die aus drei λ/4-Lcitungsclcmenlcn besteht: Das Element 16 mit einer Impedanz von 50 Ohm liegt zwischen dem Eingangspol 10 und dem Pol 11, mil welchem der Anpassungswidersland R₂ mit einem Wert von 50 Ohm verbunden ist; die Elemente 17 und 18, jeweils mil einer Impedanz von 75 Ohm, liegen zwischen den Polen 10 und 11 einerseits sowie den Polen 14, und 14₂ andererseits, mil denen die betreffenden Eingänge der Verstärker 3, und 3₂ verbunden sind. Die beiden Verstärker sind sehr ähnlich aufgebaut und so uusgetegt, daß sie im Frequenzbereich von 130 MHz ein VcrsUirkungsmuximum aufweisen. Jeder der Verstärker ist im wesentlichen durch eine Elektronenröhre 19, 19' gebildet, deren Gitter an Masse liegt. Diis an den Klemmen 14, bzw. 14_a des Eingangskcltcnlcitcrs 14 auftretende Signal gelangt auf die Kathode der Röhre 19 bzw. 19' über einen Impedanzwandler 20, 20' mit einem übersetzungsverhältnis großer Eins, dessen eine Klemme mil der Gitlervorspaiuuingsklcmme der Röhre 19.19' über ein Verstärkerrcgclungspolentiometer 21. 21' verbunden ist Die von den Röhren 19, 19' ver

stärkten Signale werden in ihren Anodenkreisen über Übertrager 22,22' abgenommen, deren übersetzungsverhältnis noch merklich höher als das der Eingangsimpedanzwandler 20, 20' ist (beispielsweise übersetzungsverhällnisse 3 für die Übertrager 20, 20' und Übersetzungsverhältnis 12 für die Übertrager 22, 22')· Der Ausgangskettenleiter 15 ist durch 'ein einziges A/4-Lcilungseiemcnt 23 einer Impedanz von 50 Ohm. gebildet, dessen Enden einerseits mit den Klehimen 15,,

ίο 15₂ verbunden sind, die ihrerseits mit den Ausgängen der Verstärkers,, 3₂ in Verbindung stehen und von denen andererseits das eine Ende mit dem Ausgangspol 12 der Verstärkerschaltung und das andere Ende mit einer Anpassungsimpedanz 24 des Leitungselements 23 von ebenfalls 50 Ohm verbunden sind. Bekanntlich weisen die Röhren 19 und 19', deren Gitter an Masse liegen, in ihren Kathodeneingangskreisen niedrige Impedanzen auf, die an den Klemmen 14, und 14₂ der beiden Verstärker 3,, 3₂ über die übertrager 20, 20' mit dem übersetzungsverhältnis größer Eins noch geringer erscheinen. Hieraus folgt, daß die Impedanzen an den Anschlußstellen zwischen den ;./4-Elemcnten 17, 18 und dem künstlichen Element 16 sehr hohe Werte besitzen. Da diese Anschlußstellen außerdem ihrerseits eine Viertel-Wellenlänge von dem Element 16 entfernt sind, kompensieren sich die von ihnen geführten Störungen praktisch, und das Element 16 erscheint an seinem Eingang 10 als exakt an den Widerstand R₂ angepaßt, dessen Wert gleich dem Wellenwiderstand des Elements, beispielsweise 50 Ohm, ist. Der Eingangswiderstand der Verstärkerschaltung nach F i g. 3 ist dennoch praktisch gleich dem Anpassungswiderstand 4. Im Gegensatz hierzu werden die niedrigen Impedanzen

.15. der Enden der mit den Verstärkern 3,, 3₂ verbundenen /./4-ElCmCiItC 17, 18 durch die Eingangsimpcdanzwandlcr20, 20' in höhere Impedanzen transformiert, woraus sich eine Fehlanpassung bezüglich der Verstärker ergibt. Bekanntlich ist diese Eingangsfehl-

4» anpassung für eine Verminderung des Rauschfaktors jedes Einzclvcrstärkcrs 3,, 3₂ günstig. Es ist leicht einzusehen, daß jedes an den Eingangspol 10 der Vcrslärkerschaltung angelegte Signal S am Ausgangspol 12 zwei Elemcntarsignalc SJ und S₂ auftreten

4ü läßt, welche die Einzelvcrslärker 3, b/w. 3, durchlaufen haben und die durch entsprechende Einstellung der Verstärkungen der Verstärker in Phase und Amplitude annähernd gleich sind. Das über den Anpassungswiderstand 4 zum Pol U der Verslärkcrschaltung übertragene Rausehen ß, ergibt hingegen am Ausgangspol 12 der Schallung zwei Komponenten ß\ und öi« die gegeneinander um zweimal -5 in der

Phase verschoben, d. h. gegenphasig sind. Da außer-

SS dem ihre Amplituden näherungsweise gleich sind, setzen sie sich auf eine Art und Weise zusammen, die dadurch vervollständigt werden kann,daß die relativen Werte der Verstärkung der Einzclvcrstärker 3,', 3_;

entsprechend einjustiert werden. Daher trill am Ausgangspol 12 der Schaltung keine Rnuschkomponente

infolge des Anpassungswtderstitndes 4 auf.

Die im vorstehenden an Hand der F i g. 3 beschriebene Schaltung wies eine Gcsamtvcrstiirkung von 11 db auf. und ihre F.ingangsinipedaiv von ('.ι 50 Ohm halle ein unteres Stehwellenverhältnis von 1.2. Bei Verwendung als Vorverstärker ftlr einen Üblichen I inpRinger mil einem Rauschfaktor von 5.5 db ermttglicht die entsprechend der Erttndiing angepaßte Ver-

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stärkcrschiillung einen Gesamtraiischfaktor in tier Gegend von 1,5 db.

. Die allgemeinste Aiisfiihrimgsform Ulm- Verstärkerschaltung nach der Erfindung, die in Fig. 4 dargestellt ist, hat folgenden Aufbau: Der Hingangskettenleiter 14 besitzt /1 -(- /> Klemmen, von denen die Eingangsklemmen 24, bis 24,, mit Signal-oder Rauseliquellcn oder gegebenenfalls zusammengesetzten Quellen S₁ bis S₁, über als ralischfrei angenommene Impedanzen Z₁ bis Z₁, verbunden sind. Die den Signalquellen S₁- zugeordneten Impedanzen Z₁ stellen die Innenwiderständc der Quellen dar. Die den Rausehquellen S, zugeordneten Impedanzen Z₁ stellen Anpassungsimpedanzen dar, die Rauschanteile entsprechend den ihnen zugeordneten Quellen erzeugen. Die Klemmen 14, bis 14„des Eingangskeltenleiters 14 sind mit den Eingängen der Einzelverstärker 3₍, verbunden, welche Information nur in einer Richtung von ihren Eingängen zu ihren Ausgängen zu übermitteln vermögen. Die Ausgänge dieser 11 Einzelverstärker sind mit Klemmen 15, bis 15„ eines Ausgangskcttenleiters 15 verbunden, der »ι Ausgänge 25, bis 25,,, aufweist, mit denen Impedanzen Z'_k verbunden sind. Bestimmte Impedanzen Z'_k können Empfangsorganc der betrachtenden Fernmcldcverbindung darstellen, andere Anpassungswiderstände des Ausgangskettcnleiters 15. Das Hauptmerkmal dieser Schaltung ist folgendes: Der Eingangskettenleiter 14 und der Ausgangskettenleiter 15 sind derart ausgelegt, daß an allen Ausgängen 25_k der Schaltung, die mit den Empfangsimpedanzen Z'_k verbunden sind, die von den Signak|uellen S, kommenden und über die verschiedenen Einzelvcrslärker 3,, übermittelten Signale untereinander Phasen- und Amplitudenbeziehungen derart aufweisen, daß das resultierende Signal eine Maximalamplitude besitzt, während die von den Anpassungsimpedanzen Z, herrührenden und in gleicher Weise über die Einzelverstärker 3,, übertragenen Rauschanieile im Gegensatz hierzu an den Verstärkerausgängen Phasen- und Amplitudenverhält-.lisse derart aufweisen, daß das resultierende Kauschen eine Minimalamplitude besitzt und vorzugsweise Null ist. Dieses Kennzeichen kann mathematisch übersetzt werden, und zwar ausgehend von dem Ausdruck des resultierenden Signals S'_h das an den Klemmen der Verstärkerschaltungsimpedanz Z'_k auftritt und durch die Gleichung gegeben ist:

Si =

(II)

in der E₁ die EMK der Signal- oder Rauschquelle S₁ und h{ einen Koeffizienten darstellt, der vom Eingangs- und Ausgangskcttenleiter 14 bzw. 15, von den Einzelverstärkcrn 3„ und von der Frequenz der Übermittelten Signale abhängt. In dieser Gleichung übersetzt sich die Richtwirkung der Schaltung von ihren Eingängen 24., M₁, 24_r beispielsweise uuf ihre Ausgangsklcmmc 25* derurt, daß ulic Parameter h{ mit Ausnahme der Parameter /ij[, h[, h^r _k im betrachteten Beispiel Null sind. Sind die ausschließenden Rieht· Wirkungsbedingungen erfüllt, so werden die von den Quellen S₁₁, S₁, S_r abgegebenen Signale mit einer von Null verschiedenen Amplitude an ilen Ausgang 25_; der Schaltung übertrugen, während im Gegensatz (15 hier/u irgendwelche von den Anpussungsimpedanzen Ζ, erzeugte Ruuschanteile, die mit anderen als dun Eingangsklemmen 24„, 24,, 24_P des Empfängers verbunden sind, nicht zur Ausgangsklemme 25_A übertragen werden.

Hei der in F i g. 5 veranschaulichten Anordnung sind eine einzige Signalquelle 27 mit der EMK S₁ und dem Innen widerstand R₀ sowie zwei identische Anpassimgsiinpedanzen 26, 26' vorgesehen, von denen jede durch eine Rauschquelle der EMK ft, in Reihe mit einem Widerstand dargestellt werden kann, dessen Wert gleich dem doppellen Innenwidersland der Signalquelle 27, z. B. R₁, ist. Der Eingangsketlenlciler 14 ist durch zwei Λ/4-Lcitungsclemente 28, 28' gleichen Wellenwiderstandes R₁₁ gebildet. Der den Elementen 28 und 28' gemeinsame Punkt ist mit der Eingangsklemme 24, des Eingangskettenleiters 14 verbunden, an welche die Signalquelle 27 angeschlossen ist, sowie mit der Ausgangsklcmmc 14, des Eingangskeltenleiters 14.

Die nicht miteinander in Verbindung stehenden Enden der Elemente 28, 28' sind mit Eingangsklemmen 24, bzw. 24., des Eingangsketlenleilers 14 verbunden, an weichen die Anpassungsimpedanzen 26, 26' angeschlossen sind, sowie mit den Ausgangsklemmen 14,, 14., des Eingangsketlenleilers 14. Die drei Einzelverstärker 3, bis 3.,. deren Eingänge mit den Ausgängen 14, bis 14., desEingangskctlenleiters 14 verbunden sind, haben Verstärkungen G, 2 (/' und (ϊ. Ihre Ausgänge sind mil Eingangsklemmen 15, bis 15, des Ausgangskcttenlcitcrs 15 verbunden, das durch ein einziges λ/4-Leitungselemeiit 29 mit einer Wellenimpedanz Z₀ gebildet ist, dessen eines Ende mit der Eingangsklemme 15, des Ausgangskellenleiters 15 und gleichzeitig mit seiner Ausgangsklemme 25, verbunden ist, während sein anderes Ende zugleich mit zwei Eingangsklcmmen 15, und 15., und tier Aiisgangsklemmc 25, in Verbindung sieht. An die Ausgangsklemme 25, und25,dcsAusgangskettenleiters 15 sind zwei Anpassungsimpedanzen 30, 30' angeschlossen, deren Wert gleich der Wellenimpedanz Z„ des //4-Elements 29 ist. Dieser spezielle Fall läßt sich aus dem allgemeinen Fall nach F i g. 4 ableiten, indem man den Indizes /1 und /> den gleichen Wert 3 und dem Index widen Wert 2 gibt. Die durch die Bauelemente 14, 15 und 3, bis 3., der F i g. 5 gebildete Verstärkerschaltung ist an ihre Signalquelle 27 über die beiden Impedanzen 26, 26' exakt angepaßt. Die von jedem der Anpassungsimpedanzen 26, 26' abgegebenen und über die verschiedenen Einzelverstärker 3, bis 3, übermittelten Rauschanteile am Ausgang 25, weisen derartige Amplituden und Phasen auf, daß sie sieh genau kompensieren. Im Gegensatz hierzu besitzen die von den Anpassungsimpedanzen 26, 26' ausgehenden resultierenden Rauschanteile an der Klemme 25₂ Amplituden und Phasen derart, daß sie sich ohne Auslöschung addieren. Hieraus folgt, dall alle durch die Anpussungsimpedunzen 26, 26' erzeugten Rausehanteile von der Verstärkerschaltung nach F i g. 5 ausschließlich an die Impedanz 30' abgegeben werden, während die Impedanz 30 keinen Rauschanteil erhält. Im Gegensalz hierzu sind die aus der obermittlung des durch die Quelle 27 über die drei Einzelverstärker 3, bis 3., erzeugten Signals S, resultierenden L· ementarsignale an der Ausgangsklemme 25, in Phase, wo sich ihre Amplituden addieren, während sie sich an der Klemme 25₂ in Gegenphase befinden und solche Amplituden besitzen, daß sie sich ausloschen. Das von der Quelle 27 abgegebene Signal wird daher ausschließlich zur Impedanz 30 abgegeben, wobei die Impedanz 30' ausgeschlossen wird.

Es isi möglich, mehrere entsprechend der vorliegenden lirlindung angepaßte Verslärkerschaltiingen hintereinander zu schalten und dabei eine erhebliche Verbesserung des Rauschfaktors zu erreichen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verstärker für eine modulierte elektrische Schwingung mit mindestens zwei eingangs- und aiisgangsseilig über je eine Leitung zusammcngeschalleten Verstärkcrclcmenten, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Anpassungsimpedanz(4) der cingangsscitigen Leitung verursachte Rauschen dadurch unterdrückt ist, daß die Länge der Leitungen (16; 23) des Eingangs- und des Ausgangsleiters zwischen je zwei Verstärkcrelcinenten (3, ... 3„) ein Viertel der Wellenlänge der elektrischen Schwingung oder ein ungradzahliges Vielfaches davon beträgt, daß die Verstärkerelemüiile (3, ... 3„) über je eine Leitung (17; 18) mit einer Länge von einem Viertel der Wellenlänge der elektrischen Schwingung oder einem ungradzahligen Vielfachen davon mit den Endpunkten (14,.. .14,,) der Leitungsabschnittc (16) des Eingangsleiters verbunden sind und daß der Wellenwiderstand der an die Eingänge der Verstärkerelemente führenden Leitungen (17; 18) ausreichend größer als der Wellenwiderstand der eingangsseitigcn Leitungsabschnittc (16) ist (Fig. 3).

2. Verstärker nach Anspruch I, dadurch gckennzeichnet, daß eine gerade Zahl von Verstärkern (3, ... 3„) vorgesehen ist und daß die vom Ausgang (ll)clereingangsseitigen Leitung(14) über diesen, über die einzelnen Verstärkerclcmcnte (3, ... 3„)und über die ausgangsseitige Leitung (15) zu dessen Ausgang (12) führenden Stromwege den gleichen rjbertragungsfaktor haben derart, daß von der Anpassungsimpedanz (4) erzeugtes Rauschen mit jeweils derselben Amplitude am Ausgang (12) erscheint (F i g. 2 und 3).

3. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mehr als zwei Verstärkerclemcntcn (3, ... 3„) die Länge der eingangsseitigcn und ausgangsscitigen vorzugsweise dampfungsarmen Leitungsabschnittc zwischen je zwei Verstärkerelementen (3, .. .3„) sowie zwischen Verstärkerelementen und eingangsseitigen Leitungsabschnitten λ/2 η oder ein ganzzahliges Vielfaches davon beträgt, wobei π die vorzugsweise gradzahlige Anzahl der Verslärkerelemente (3,... 3„) ist.

4. Verstärker für eine modulierte elektrische Schwingung mit drei eingangs- und ausgangsseitig über je eine Leitung zusammengeschüttete Vcrstärkerelemente, dadurch gekennzeichnet, daß das. durch die Anpassungsimpedanzen (26, 26') der eingangsseitigen Leitung verursachte Rauschen dadurch unterdrückt ist, daß die Eingangsleitung zwei in Serie geschaltete Leitungsabschnitte (28, 28') enthält, deren Länge ein Viertel der Wellenlänge der elektrischen Schwingung oder ein ungradzahliges Vielfaches davon beträgt und die am gemeinsamen Endpunkt (24₂) mit der Signalquelle (27) verbunden sind, und daß der Ausgangsleiter einen einzigen Leitungsabschnitt (29) enthält, dessen Länge ein Viertel der Wellenlänge der elektrischen Schwingung oder ein ungradzahliges Vielfaches davon beträgt und dessen eines Ende (15₂) mit dem Ausgang des mittleren Verstärkers (3₂) und dessen anderes Ende (25,) mit den Ausgängen der beiden anderen Verstärker (3,, 3₃) verbunden ist (F i g. 5).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen