DE1943736C3 - Verfahren zur Laufzeitentzerrung eines frequenz- oder phasenmodulierten Signales in Hohlleitern - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Laufzeitentzerrung eines frequenz- oder phasenmodulierten Signals in Hohlleitern, insbesondere in runden Hohlleitern, für H- und Ε-Wellen im Mikrowellenbereich, wobei das Signal zwischen Übertragung und Entzerrung in der Frequenzlage bei der Umsetzung umgekehrt wird und anschließend über ein Entzerrfilter geleitet wird.

Runde Hohlleiter gewinnen zunehmend an Bedeutung für die Übertragung elektromagnetischer Wellen, insbesondere mit elektrischem Zirkularfeld vom Typ der Hoi-Welle. Unter elektromagnetischen Wellen mit elektrischem Zirkularfeld sind hierbei Wellen zu verstehen, deren magnetisches Feld jeweils eine ^M Komponente in der Ausbreitungsrichtung der Wellen und eine zweite Komponente in radialer Richtung und deren elektrisches Feld eine Komponente in zirkularer Richtung aufweisen. Diese Wellen haben die besondere Eigenschaft, daß ihre Dämpfung mit zunehmender ^5S Frequenz abnimmt. Für die Praxis kommt besonders die Hoi-Welle in Betracht, da diese von den genannten Wellentypen die niedrigste Grenzfrequenz hat.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Energie einer Welle von bestimmter Frequenz in einem solchen ^Μ Hohlleiter ist die Gruppengeschwindigkeit. Bei Hohlleitern ändert sich die Gruppengeschwindigkeit mit der Frequenz. Die einzelnen Sinuskomponenten der modulierten Welle pflanzen sich in diesem Falle mit verschiedenen Gruppengeschwindigkeiten über die Leitung fort: die »schnelleren« Wellen eilen vor, während die »langsameren« zurückbleiben. Bei dieser Erscheinung, die als Dispersion bezeichnet wird, ergeben die Wellen, wenn man sie am Leitungsende addiert, gegenüber der am Leitungseingang angelegten eine völlig verwandelte Wellenform.

Bei der Übertragung eines Frequenzbandes entstehen Laufzeitverzerrungen, die eine Verformung des ursprünglich am Eingang zugeführlen Signales am Ende einer Übertragungsleitung zur Folge haben.

Diese Verformung des Eingangssignales am Ende einer Übertragungsleitung gilt es zu entzerren. Es ist unter der DE-PS Il 16 290 ein Verfahren bekanntgeworden, das sich die Aufgabe gestellt hat, die Verformung des Signales längs der Übertragungsleitung selbst auszugleichen. Hierbei wird davon ausgegangen, daß die Dispersion — in dem vorliegenden Fall handelt es sich um eine normal verlaufende Dispersion — der Übertragungsleitung durch eine in die Übertragungsleitung selbst eingebrachte Anomalität der Dispersion kompensiert wird. Man hat zu diesem Zweck in bestimmten Abständen eine solche Verformung des Hohlleiters vorgesehen, daß diese normale Dispersion gerade ausgeglichen wird. Diese Art der Kompensation ist frequenzabhängig, und damit ist die ganze Übertragungsleitung an die Verwendung einer ganz bestimmten Frequenz gebunden. Außerdem ist die Fertigung eines solchen Hohlleiters vom wirtschaftlichen Standpunkt aus ungeheuer kostspielig, da vor allem von der Genauigkeit des Fertigungsverfahrens die Güte der Übertragungseigenschaften dieses Hohlleiters sehr stark abhängig ist.

In der Zeitschrift NTZ 1962, Heil II, S. 585 bis 592 (insbesondere S. 590) ist ein Verfahren zur Laufzeitentzerrung eines modulierten Signals in runden Hohlleitern beschrieben, das für H- und E-Wellen im Mikrowellenbereich Gültigkeit hat. Bei diesem Verfahren wird das Signal zur Laufzeitentzerrung zwischen Übertragung und Entzerrung in seiner Frequenzlage umgekehrt. Zur Kompensation der Laufzeilcharakteristik wird ein ganzer Hohlleiterabschitt zwischen den beiden nächsten Verstärkern benutzt. Die Nachteile dieser Anordnung bestehen darin, daB jeder zweite Verstärker streng analog sein muß und in der Lage ist, die Signalimpulse zu regeneriei en. Zweitens kompensiert diese Anordnung nur die linearen Laufzeitverzerrungen. Laufzeitverzerrungen höherer Ordnung addieren sich sogar dabei. Wegen dieser beiden Nachteile hat diese Art der Laufzeitentzerrung auch nie praktische Bedeutung gewonnen. Als weiterer Nachteil müssen die beiden Hohlleiterabschnitte, die sich gegenseitig in ihren linearen Laufzeitverzerrungen kompensieren sollen, genau gleich lang sein.

Die vorliegende Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Verzerrung zu realisieren, bei der man von den strengen symmetrischen Bedingungen zweier Verstärker unabhängig ist und eine exakte Entzerrung erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Signal in eine niedere, als Zwischenfrequenzschiene betriebene Frequenzlage umgesetzt, verstärkt und in seiner inversen Frequenzlage über ein mehrstufiges, das inverse Laufzeitverhalten stufenweise entgegengesetzt nachbildendes Filter geleitet wird.

Im einzelnen besteht das Entzerrfilter aus in Serie geschalteten Gliedern, die als Mäanderleitungen hintereinander angeordnet sind, deren Laufzeitmaxima unterschiedliche Frequenzlage haben und in ihrer Größe nach der hohen Frequenz hin abnehmen. Die Annäherung des Filters an den zu kompensierenden Dispersionsverlauf wird dadurch erreicht, daß in einer

jeden der himereinandergeschalteten Mäanderleitungen eine Kopplung zwischen benachbarten Leitungsabschnitten innerhalb einer Mäanderleitung besteht, wobei die Größe und die Frequenzlage der Maxima und die der oberen Frequenzlage zugeordneten Flanken des Entzerrfilters den entgegengesetzten Veriauf zum Laufzeitverhalten des umgesetzten Signales aufweisen.

Durch die Frequenzinvertierung in de"· Zwischenfrequenzlage werden mit einer entsprechenden Entzerreranordnung, z. B. Mäanderleitungen, die Entzerrungen in dem Zwischenfrequenzverstärker durchgeführt Jeder Verstärker wird dabei zusätzlich zur Laufzeitentzerrung auch die vollkommene Regeneration der Signalimpulse durchführen, und außerdem kann die Laufzeitentzerrerschaltung in jedem einzelnen Verstärker auf einfache Weise so bemessen werden, daß sie die Laufzeit vollkommen entzerrt. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Laufzeitentzerrung gegenüber anderen Anordnungen besteht darin, daß durch die Frequenzbandinvertierung die Laufzeitentzerrerschaitung zur vollkommenen Entzerrung so einfach aufzubauen ist, was sich vor allem bei der Fertigung größerer Stückzahlen als Vorteil erweist.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung mit Hilfe eines Schemas näher erläutert werden.

Die F i g. 1 zeigt ein Frequenzschema mit den bei den jeweiligen Frequenzen vorhandenen Verzerrungen und

in der F i g. 2 ist das Entzerrungsverfahren gemäß der Erfindung in einem Diagramm wiedergegeben.

In der Fig. 1 ist das Prinzip der von der llohlleiterdispersion herrührenden Verzerrung eines Signales schematisch aufgezeichnet. Ein über einen runden Hohlleiter übertragenes Signal, dessen Frequenz bei etwa JOGHz liegen soll, erfährt längs eines Leitungsweges eine Veränderung seiner Gruppengeschwindigkeit, wie sie durch die Kurve 1 dargestellt ist. Diese von der Dispersion des Hohlleiters herrührende Verzerrung gilt es zu entzerren. Zunächst erfolgt eine Umsetzung in eine niedere Frequenzlage, die etwa der Zwischenfrequenzlage entspricht und bei ca. 1 GHz (vgl.

die Kurve 2) liegt. Es erfolgt eine Verstärkung des Signales im Zwischenfrequenzbereich. Zur Entzerrung in dieser Frequenzlage wäre ein Bauelement mit einem Kurvencharakter notwendig, der durch den gestrichelten Veriauf J wiedergegeben ist Die Realisierung einer solchen Entzerrcharakteristik ist aber mit einem einzigen Bauelement nicht möglich, und man ist gezwungen, mehrere Glieder aneinanderzureihen und die Kompensationsflanke aus mehreren einzelnen Kurvenflanken aufzubauen. Dazu ist es eben erforderlich, die Eigenschaften dieser Glieder so unterschiedlich zu gestalten, d. h. Frequenzlage und Größe des Maximums, daß die Summe der Einzelcharakteristiken genau dem entgegengesetzten Verlauf der Verzerrkurve entspricht.

Die Kurve 3 müßte also mit ihrer linken Flanke die Entzerrung der Dispersionskurve 2 bewirken. Der Aufbau eines Entzerrfilters mit einem solchen mit wachsender Frequenz ansteigenden Flankenverlauf läßt sich nur mit erheblichem Aufwand durchführen. Da aber die nach der hohen Frequenz hin abfallende Flanke einen in seiner Realisierung wesentlich günstigeren Verlauf zeigt, setzt man das Signal vor der Entzerrung in die Kehrlage um, wie es in der F i g. 2 abgebildet ist, und entzerrt mit den nach der hohen Frequenz hin abfallenden Flanken eines aus mehreren Gliedern bestehenden Filters. Hier hat man es leicht in der Hand, die notwendige Nachbildung des inversen Kurvlaufs zu realisieren.

In der F i g. 2 ist das Verfahren der Kompensation in einem Diagramm erläutert. Die Kurve 4 ist die in die hohe Frequenz- und gleichzeitige Kehrlage umgesetzte Dispersionscharakteristik, die es zu entzerren gilt. Der hierzu erforderliche inverse Kurvenlauf ist durch die Kurve 5 angedeutet. Das in diesem Falle aus drei hintereinander angeordneten Gliedern bestehende Filter wird durch die drei Kurven 6, 7, 8 dargestellt. Diese drei Kurven 6, 7, 8 liegen mit ihren Frequenzen und der Größe ihrer Maximas derart, daß ihre Summe den geforderten inversen Verlauf ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Laufzeitentzerrung eines frequenz- oder phasenmodulierten Signales in Hohlleitern, insbesondere in runden Hohlleitern, für H- und E-Wellen im Mikrowellenbereich, wobei das Signal zwischen Übertragung und Entzerrung in der Frequenzlage bei der Umsetzung umgekehrt wird und anschließend über ein Entzerrfilter geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal in eine niedere, als Zwischenfrequenzschiene betriebene Frequenzlage umgesetzt, verstärkt und in seiner inversen Frequenzlage über ein mehrstufiges, das inverse Laufzeitverhalten stufenweise entgegengesetzt nachbildendes Filter geleitet wird. '⁵

2. Verfahren zur Laufzeitentzerrung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter aus in Serie geschalteten Gliedern besteht, die als Mäanderleihingen hintereinander angeordnet sind, deren Lauf zeit maxima unterschiedliche Frequenzlage haben und in ihrer Größe nach der hohen Frequenz hin abnehmen.

3. Verfahren zur Laufzeitentzerrung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer jeden der hintereinandergeschalleten Mäandcrleitungen eine Kopplung zwischen benachbarten Leitungsabschnitten innerhalb einer Mäanderleitung besteht, wobei die Größe und die Frequenzlage der Maxima und die der oberen Frequenzlage zugeordneten Flanken des Entzerrfilters den entgegengesetzten ^w Verlauf zum Laufzeitverhalten des umgesetzten Signales aufweisen.