DE2044190A1 - Allpaß Netzwerk fur Phasenaus gleicher von Breitwand Kommunikations Anlagen - Google Patents

Description

'^s'\i ^c ν' - :■»» «ι -ι

,,. , j '." "" 20. August 1970

Automatic Electric Laboratories, Inc. Allpaß-Netzwerk für Phasenausgleicher von Eteitband Kommunikat io.-.>i'

Anlagen.

Die Erfindung betrifft Allpaß-Netzwerke, die insbesondere in Kommunikationsanlagen mit hoher Kapazität verwendet werden,

Um die Nützlichkeit der Erfindung zu erläutern» sollen kurz einige Grundlagen zur Frage von "Phasenausgleicher-Netzwerkfcn" betrachtet werden. Alle üblichen elektrischen Netzwerke hauen eine "Phase zu Frequenz"-Charakteristik, welche mit der "Amplitude zu Frequenz"-Charakteristik in Zusammenhang steht; es ist schwierig, wenn nicht unmöglich, eine ohne die andere zu verändern.

Das Allpaß-Netzwerk hat eine besondere "Phase zu Frequenz"-Charakteristifc; da die "Amplitude"-Charakteristik konstant ist, ist sie unabhängig von Veränderung der Frequenz. Als Ergebnis ändert des Hinzufügen eines Allpaß-Netzwerkes zu üblichen Netzwerken nur die "Phase zu Frequenz^-Charakteristik, ohne die "Aeqplitude "-Charakteristik zu ändern· Es ist daher möglich, •in vorbestimartes Netzwerk durch Veränderung der Phasencharakteristik "phasertausgleichend" zu machen, indem ein Allpaß-Netzwerk hinzugefügt wird, bis eine gewünschte Gesamtcharakteristik

108817/U15

BAD ORIGINAL

20U190

erhalten ist.

Entsprechend der Erfindung hat ein Phasenauagleicher einen Teil mit zwei Kanälen; ein einlaufendes Signal wird in zvei Signale zur Zuführung zu den Kanälen aufgespalten, so daß die Phase der Signale um l8o° verschoben und das Verhältnis ihrer Amplituden 2:1 ist. Der Kanal mit dem Signal in der größeren Amplitude ent hält einen einjustierbaren Resonanzkreis zur Änderung der Phase seines Signals, und die Signale beider Kanüle werden in einer nachfolgenden Addierschaltung kombiniert. Durch einfaches Einjustieren des Resonanzkreises kann die Phasencharakter ist ik d*« Ausgleichers geändert werden, ohne die Amplituden-Charakteristiken zu ändern.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungemöglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus der Darstellung von Aueführungsbeispielen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung.

Es zeigen:

Fig. 1, 2 und 3 schematische Diagramme verschiedener AttSführungeformen der Erfindung, und

Fig. k ein DiaigreMi von Phasen zu Prequenz-Kurven von Allpaß-Kreisen.

BAD ORIGINAL -A

109817/1215

Jede der Kurven von Fig. k ist normalerweise durch zwei Parameter identifiziert, d.h. "die Mittelbandfrequenz" und "die Neigung zu Frequenz". Die Kurven A, B und C in Fig. k unterscheiden sich nur durch die Neigung, während die Kurve D sich von der Kurve C in der Neigung und der Mittelbandfrequenz unterscheidet«

Die üblichen Allpaß-Netzwerke mit passiven Komponenten bestehen aus Vierpolkreuzgliedern für symmetrische Leitungen, die in überbrückte T-Netzwerke für asymmetrische Leitungen umgewandelt werden können· Diese Netzwerke haben wenigstens vier oder fünf Komponenten, deren Parameter einen bestimmten Wert haben müssen, damit eine gewünschte Phase-Frequenz-Charakteristik und eine konstante Amplitude-Frequenz-Charakteristik erhalten wird. Wenn eine oder beide Charakteristik-Parameter der Phase geändert werden sollen, ist es notwendig, alle Komponentenwerte neu einzustellen. Die Genauigkeit, mit der diese Komponenten gemessen oder einjustiert werden, bestimmt die Annäherung, mit der das Netzwerk als ein "Allpaß"-Netzwerk, d.h. mit einer konstanten Amplitude-sBu-Frequenz-Charakteristik, angesehen werden kann.

Der Aufbau dee Allpaß-Netzwerkes erfolgt normalerweise nach folgende« Prinzip:
(a) Die "Phase zu Frequenzcharakteristik der Netzwerke, die abgeglichen werden sollen, wird gemessen und berechnet.

109817/1215 bad original

(b) Indem man weiß, wie die "Phase zu Frequenz"-Charakterfstik die erhalten werden soll, auszusehen hat, wird die Differenz zwischen dieser und der tatsächlichen Charakteristik, wie unter (a) betrachtet, gebildet_o

(c) Es wird berechnet, welche und wieviele Allpaß Netzwerke, kombiniert miteinander, eine Phasencharakteristik haben, die weitgehend die gleiche wie die unter (b) betrachtete Differenz ist.

(d) Indem man auf der Basis der Berechnungen unter (r) weiß, daß eine Zahl von Allpaß-Netzwerken erforderlich ist, von

■ ·■ denen jede durch einen bestimmten Wert d^r Mittenband-Frequenz und Neigung«» zu-Frequenz bestimmt is* » werden die Werte der Komponenten jedes Allpaß-Netzwerkes bestimmt und die Netzwerke aufgebaute

(e) Die Phasencharakteristiken der einzelnen Allpaß-Netzwerke und die Summe dieser Charakteristiken werden gemessen; es wird geprüft, ob ihre "Amplitude zu Frequenz"~Charakteristik tatsächlich konstant ist; abschließend wird gemessen, ob die Summe der Phasencharakteristiken des Netzwerkes, die abgeglichen werden sollen, und der Ausgleicher die gewünschten sind.

BAD OR!G/m_al

109817/1215

Indem die oben beschriebenen Vorgänge ausgeführt werden, tritt die Schwierigkeit auf, daß die massenproduzierten Netzwerke, die abgeglichen werden sollen, sich untereinander um einen bestimmten Betrag unterscheiden und die AlLpaß-Netzwerke, die sie abgleichen sollten, werden mit einer bestimmten Toleranz hergestellt, wodurch, wenn die Allpaß^Net zwerke ohne n«u<> Einjustierung verwendet werden, eine unbefriedigende Phasenaus gleichung im Endeffekt erreicht wirdo Es ist daher notwendig, die Phasencharakteristiken der Allpaß-Netzwerke leicht zu andern, um eine befriedigende abschließende Abgleicrsung zu erhalten» Es wurde hieraus ersehen, daß, um die Phasencharakteristik der Allpaß-Netzwerke zu ändern und die Amplitudencharakteristik noch konstant zu halten, es notwendig ist, vier bis sechs ivorapo · nenten einzujustieren«. In der Praxis ist dies ein Probiervorgang, der durch Messen sowohl der Phasen- und Amplituden-Charakteristik ausgeführt wird. Dieser Vorgang ist zeitraubend und erfordert die Benutzung mehrerer Instrumente.

Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines "Allpaß"~Netzwerke.s mit nur zwei variablen Elementen, doh», einen Kondensator und eine Spule, die einjustiert werden müssen, um die Mittelbandfrequenz und die Neigung der Phaserichur ak t er ι st ik zu verändern, während die Amplituden~Gharakteristik unverändert und konstant mit der Frequenz, bleibt, was aus der im folgenden angegebenen Gleichuna; ((>) hervorgeht ο In der Praxis wird der Abgleichvorgang

9 8 1 7 / 1 2 1 5 BAD ORSGiNAL

204A190

durch die Tatsache einfacher gemacht, daß nur zwei anstelle von vier oder sechs Komponenten geändert werden müssen und nur die Phasencharakteristik, nicht aber die Amplitudencharakteristik gemessen werden muß«

Das "Allpaß"-Netzwerk nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß es ein Aufspalt-Netzwerk mit einem Eingang und zwei Ausgängen aufweist, zwei Verstärkerkanäle, vo.i denen einer aperiodisch und der andere selektiv ist und wobei jeder der Verstärkerkanäle nur einen Basistransistor (Transistor in Basisschaltung), verbunden mit einem der Ausgänge des *.afSpaltungsnetzwerkes, aufweist, und einen Addierer, der mit dem Ausgang der beiden Kanäle verbunden ist. Der Gesamtverstärkungsfaktor des selektiven Verstärkers ist zweimal so groß wie der Verstärkungsfaktor des aperiodischen Verstärkers und ein Inverter ist in die Anlage in der Weise eingeschaltet, daß bei dem Addierkreis die Phasen der Signale von den beiden Verstärkern bei der Mittenfrequenz des selektiven Verstärkers entgegengesetzt sind.

Die oben erwähnten Eigenschaften werden wie folgt erreicht; Für die Schaltung in Fig. 1 sind das Aufspaltnetzwerk und der Phaseninverter in eine einzige Schaltung zusammengefaßt, die mit einem unabgeglichenen-abgeglichenen (unbalenced-balanced) Umformer ausgestattet ist. Der unterschiedliche Verstärkungsfaktor der beiden

BAD ORIGINAL

109817/1215

— 7 —

Kanäle wird dadurch erreicht, indem die beiden Eingangswiderstände R und R₉ an den Emittern der Transistoren TSi und TS2 unterschiedlich gemacht werden, so daß 2(R. + K) = (R₂ + R^) wobei R und R die Eingangs-Widerstandswerte der Transistoren TSl und TS2 sind. In der Schaltung von Fig. 2 sind das Aufspaltungsnetzwerk und der Phaseninverter in eine einzige Schaltung kombiniert, die mit einem unabgeglichenen-abg^glic lienen Umformer ausgestattet ist und der unterschiedliche Verstärkungfaktor in den beiden Kanälen wird durch Benutzung eines Umformers zwischen dem Kollektor des Transistors TSl und dem Emitter des Transistors TS3 erreicht, der die Phase nicht umkehrt. Der Umformer mit einem 2: 1-Wicklungsverhältni s verdoppelt den Strotr des Transistors TSl und halbiert die Spannung.

Indem R +R (wobei R der Eingangs-Widerstandswert des Transistors TS3 ist) ein Wert gleich einem Viertel des entsprechenden Wertes in Fig. ί gegeben wird, ist der Strom, der in den Transistor TS3 von dem Transistor TSl eintritt doppelt so groß als der von dem Transistor TS2 (bei der Resonanz-Frequenz von LC).

In der Schaltung nach Fig. 3 besteht das Aufspaltungsnetzwerk aus zwei Widerständen und die Phasenumkehr des Signals wird durch den Phaseninverterumformer zwischen dem Kollektor des Transistors TSl und dem Emitter des Transistors TS3 erreicht.

109817/1215

Wenn die beiden Widerstände des Aufspaltungsnetzwerke? gleich sind, wird eine Veränderung im Verstärkungsfaktor dadurch erreicht, daß man einen Umformer mit Einern Wicklungsverhältnis von 2s 1 verwendete Wenn die Werte der Widerstände unterschiedlieh sind, kann der Umformer ein Wicklungsverhaitnis von lsi haben« Die Selektivität für alle drei Schaltungen wird durch einen einfachen Resonanzkreis gegebene Die Last impedanz Z des Transistors TS3 kann entweder ein Stufenkopplungskress, der mit einem nachfolgenden Transistor z,u verbinden ist, oder ein Anpassungskrei s einer konstanten Irnpedanzlei t ung sei/i₀

Es wird jetzt gezeigt, daß das Netzwerk nach Fig_o 1 ein ^M\lipaf: Netzwerk" mit einer konstanten "Amplitude zu Fr equenz"-Ch-5r akte ristik ist und eine "Phase zu Frequenz"-Gharakteristik aufweist, die sich mit der Frequenz ändert, Ähnliches könnte auch für die Netzwerke nach den Fig. 2 und 3 gezeigt werden»

Es ist zu sehen, daß ein unabgeglichener-abgeglichener Umwand ler (Übertrager) zwi Verstärkerstufen mit Spannungen versorgt, die die gleiche Amplitude, jedoch entgegengesetzte Phase haben. Die Widerstände R und R versorgen zwei Transistoren, TSl und TS2 , mit zwei Strömen, von denen einer doppelt so groß ist wie der andere»

109817/1215

4 190

Der Ausgangsstrom von dem Kollektor des Transistors TS2 tritt direkt in den Emitter des Transistors TS3 ein, während der Ausgangsstrom von dem Transistor TSl zuerst in den resonanzkreis fließt und dann den Emitter des Transistors TS3 über den Widerstand R erreicht» Es sei angenommen, daß die Eingangsspannung V ist, dann ergeben sich die Eingangsstrome i und I₀ in den Transistoren TSl und TS2 wie folgt i

2(R, +R₁) 1 el

^Re2⁾

" ¹I

~ I 2

Von den Strömen in den Emittern sei angenommen, daß sie mit den Strömen in den Kollektoren identisch sind.

Es sei i

2(R₁ ♦ R_el) - (R₂ , R_e2) * R₄ (2)

I₁ - 2 I₂ (3)

Gleichz« i t ig stellt der Widerstand R_; die: Symmetrie des Umwandlers und seine Anpassung an die Leitungsimpedanz sicher.

109817/121 5

Der Strom I. in dem Widerstand R wird durch den folgenden Ausdruck gegeben:

Z	R	3	1	+	1	R ο
				e3

wobei Z die resultierende Impedanz des parallelen Kreises von

C, L₁ (R +R) ist.
j ^e j

Der Gesamtstrom in dem Transistor TS3 (Fig. l) ist;

ZII

ι ₊ τ ¹ — - '. -

^R3 ^+Re3 - ^²LC (R₃ + R₆₃) - j UO L

³ 2 R₃ + R_e3 - U)²LC (R₃ + R_e3) ₊ j u) L

Aus diesem Ausdruck ergibt sich, daß der Modul des Ausdruckes in dem Zähler der gleiche ist wie der im Nenner, d.h., die Am-

¹I

plitude des Stromes I ist immer gleich , unabhängig von

der Frequenz und dem Wert von L und C. Da der Strom I das Ausgangssignal von der betrachteten Schaltung ist, ergibt sich, daß die Amplitude des Ausgangssignals mit der Frequenz konstant ist und daher das Netzwerk ein Allpaß-Netzwerk ist und sich für alle Werte von L und C so verhält. Die Phase des Stromes I verändert sich, wie sich aus dem Ausdruck (6) ergibt, nur mit der Frequenz und mit den Werten von L und C. Daher ändert sich

109817/1215

die Amplitude nicht mit der Änderung der Werte von L und C und nur die Phasencharakteristik ändert sich, was gezeigt werden sollte.

Die einzige Annäherung in der Berechnung besteht darin» daß an« genommen wurde, daß der Emitterstrom und der KoIlektor st rom der Transistoren in Basisschaltung (common base transistors) die gleichen sind. In der Praxis wurden sehr gute Ergebnisse mit einer derartigen Annahme erzielt, umso eher, als der Fehler in dem Transistor TSl durch einen ähnlichen Fehle: in dem Transistor TS2 aufgehoben wird.

Die parasitären Parameter des Netzwerkes verursachen in der Praxis keine Schwierigkeiten, sie können in jedem Fall ausgeglichen werden. Tatsächlich ist der Ausgangswiderstand des Transistors TSl parallel zum Widerstand R geschaltet; er schaltet einen kleinen Strom in Phase zu dem Widerstand R„ und wird durch abschließendes Einjustieren des Verhältnisses R₁ZRp ausgeglichen, wobei die Ausgangskapazität des Transistors in dem C des Resonanzkreises enthalten ist.

Der Ausgangswiderstand des Transistors TS2 und der Vorspannungswiderstand R r haben einen hohen Wert und arbeiten parallel zu der niedrigen Eingangsimpedanz des Transistors TS3 und verursachen daher keinen bemerkenswerten Fehler.

109817/1215

204/h 190

Der Vorspannungswiderstand R.. hat einen hohen Wert und arbei.-tet parallel zu der niedrigen Eingangsimpedanz des Transistors TS2 und führt daher einen vernachlassigbaren Fehler ein. Auf jeden Fall können die durch die Widerstände R-- und R.. und den Ausgangswxderstand des Transistors TS2 eingeführten Fehler so angepaßt werden, daß sie durch geeignete Einregul.ierimg des

Widerstandsverhältnisses 1 aufgehoben werden₀

^R2

Man sieht, daß die Erfindung im wesentlichen in eimern Aufspal ten des Signals in zwei Kanäle und Benutzen von Verstärkerstufen mit nur Transistoren in Basisschaltung (common base transistors) besteht ο

In den Figuren sind nur spezielle Ausführungsformen des Erfindungsgedankens dargestellt»

10981 7/1215

Claims (1)

1. 20U190

   Patentansprüche

   ο/ Allpaß-Netzwerk für Breitbandanlagen, gekenuzeic b-net durch ein Auf epaltungenetzvrerk mit zwei Auegängen, einen selektiven Verstärker und einen aperiodischen Verstärker, wobei jeder Verstärker einen Transistor in Basisschaltung alt einem Eingang aufweist, der mit einem der Ausgänge des Aufspaltungenetzwerkes verbunden ist, und durch einen Addierkreis, der alt den Ausgang jedes der Verstärker verbunden ist, wobei die Gesantverstärkung des selektiven Verstärkers zweimal so groß ist wie die des aperiodischen Verstärkers, ferner durch «inen Phaseninverter, der in das Netzwerk derart eingeschaltet ist, daß in iem Addierkreis die Phasen der Signale von den beiden Verstärkern bei der Mittenbandfrequenz des selektiven Verstärkers entgegengesetzt sind.

   2. Netzwerk nach Anspruch 1,dadurch geken nze lehnet, daß das Auf ispaltungsnetzwerk und der Phaseninverter in einen einzigen Kreis kombiniert sind, der mit einen unausgeglichenen-ausgeglichenen Umwandler ausgestattet ist, wobei der selektive Verstärker und der aperiodische Verstärker einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand jeweils in den Eingangskreis hat, und wobei die unterschiedliche Verstärkung in den beiden

   109817/1215

   Kanälen durch unterschiedliche Widerstandenerte der ersten und zweiten Widerstände vorgesehen sind.

   3c Netzwerk nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das Aufspaltungsnetzwerk und der Phaseninverter in eine einzige Schaltung kombiniert sind, die mit einem unausgeglichenen-ausgeglichenen Umwandler ausgestattet ist, wobei die unterschiedliche Verstärkung der beiden Kanäle durch Benutzung- eines Umformers, der die Phase nicht umkehrt, zwischen dem Aue» gang des selektiven Verstärkers und dem Eingang des Addierkreises erhalten wird.

   kο Netzwerk nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das Aufspaltungenetzwerk aus zwei Widerständen mit unterschiedlichen Werten besteht und der Phaseninverter einen Umformer alt einem Wicklungsverhältnis von 1:1 enthält, der zwischen den Ausgang des selektiven Verstärkers und den Eingang des Addierkreises geschaltet ist.

   5. Netzwerk nach Anspruch 1,dadurch geken nzeichnet, daß das Aufspaltungenetzwerk aus zwei Widerständen mit dem gleichen Wert besteht und der Phaseninverter einen Umformer mit einem Wicklungeverhältnis von 2:1 enthalt, um eine unterschiedliche Verstärkung zu erhaIten „

   109817/1215

   Leerseite