DE2113761C3

DE2113761C3 - Weichennetzwerk für elektrische Schwingungen

Info

Publication number: DE2113761C3
Application number: DE19712113761
Authority: DE
Inventors: E Bucherl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-22
Filing date: 1971-03-22
Publication date: 1975-04-17
Also published as: DE2113761B2; FR2131465A6; BE781073R; CH574186A5; DE2113761A1; CH549899A

Description

sehen Eigenschaften der zwischengeschalteten Vier- F ig !mit Ξ Segen ^Schaltunß ^nach

pole übereinstimme^ Solche Schaltungen haben sich _F i g. 4 den Phasenverläuf und die Phasendifferenz

,_n der Praxis deshalb gut bewahrt, weil eine lücken- 5 der zwischengeschalteten Vierpole einer Schaltung

lose und pnasennchtige Zusammenfugung der ein- nach F i g 3

zelnen Teilbänder am Ausgang des Weichennetzwerkes F i g. 5 den Dämpfungs- und Phasenverlauf einer

ermöglicht w,rd Schaltung nach F i g. 3.

Wie sich zeigt, ist man beim Schaltungsentwurf Zum besseren Verständnis ist in der F i R. 1 im

jedoch insofern noch eingeschränkt als zum Aufbau _l0 Blockschaltbild eine Weichenschaltung nach einem

der spiegelbildlich in Kette geschalteten Teilweichen älteren Vorschlag gezeigt, die in der Art einer Parallel-

nur Weichenteilnlter mit einer geraden charakteristi- weiche ausgebildet ist. Die einzelnen Weichenteil-

schen Funktion verwendet werden können. filter sind mit 11 und 11' bzw. mit 12 und 12' be-

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, Weichen- zeichnet. Die sogenannten Scheitel, d. h. der Eingang netzwerke anzugeben, bei denen die Weichenteilfilter 15 bzw. Ausgang des Weichenallpasses sind mit den auch eine ungerade charakteristische Funktion haben Bezugsziffern 1 und 10 kenntlich gemacht. Zur Bildung können, wodurch sich eine größere F»<*ibilität bei eines Weichenallpasses werden zwei untereinander der Auswahl der dem jeweiligen technischen Problem gleichartig ausgebildete Teilweichen spiegelbildlich in angemessenen Schaltung ergibt. Darüber hinaus sollen Kette geschaltet, wobei die charakteristischen Funk-Weichennetzwerke angegeben werden, mit denen sich 20 tionen der einzelnen Weichenteilfilter zueinander mehr als zwei Ubertragungswege realisieren lassen. reziprok sind. Bei dieser Schaltung haben demnach

Bei einem Weichennetzwerk, das als WeichenallpaU die Teilfilter 11 und 11' die charakteristische Funkausgebildet ist und aus zwei gleichen Frequenzweichen tion φ und die Teilfilter 12 und 12' die charakteristische besteht, deren Teilfilter zueinander reziproke charak- Funktion i/y, d. h. der Durchlaßbereich der Weichenteristische Funktionen besitzen und zueinander spie- »5 teilfilter 11 und 11' fällt mit dem Sperrbereich der gelbildlich in Kette geschaltet sind und bei dem Teilfilter 12 und 12' frequenzmäßig zusammen und weiterhin zwischen je zwei gleichartige Teilfilter »U umgekehrt deckt sich der Durchlaßbereich der Teil-Übertrager, Reaktanzneuwerke, Entzerrer oder Ver- filter 12 und 12' mit dem Sperrbereich der Weichenstärker ausgebildete, unterschiedliche Ubertragungs- teilfilter 11 und 11'. Wesentlich dabei ist, daß die frequenzbänder aufweisende, aktive oder passive Vier- 30 einzelnen Weichenteilfilter als charakteristische Funkpole geschaltet sind, die derart bemessen sind, daß tion eine ungerade Funktion haben. Wie im älteren sich ihre Ubertragungsfrequenzbänder im Über- Vorschlag bereits gezeigt, läßt sich eine derartige schneidungsbereich der Weichenteilfilter überlappen Schaltung dann zu einem vollständigen Weichenall- und dort gleiche Eigenschaften besitzen, und daß in paß ergänzen, wenn in einem der beiden Weichenden Frequenzbereichen, in denen die Ubertragungs- 35 zweige — im Ausführungsbeispiel also der die Weieigenschaften der zwischengeschalteten Vierpole un- chenteilfilter 12 und 12' enthaltende Weichenzweig terschiedlich sind, die jeweils sperrenden Weichenteil- — ein 180°-Phasendrehglied vorgesehen ist. Verwenfilter eine der geforderten Genauigkeit des Frequenz- det man dabei für die einzelnen Teilweichen, d. h. Verhaltens der Gesamtschaltung entsprechend hohe also für die aus den Weichenteilfiltern 11 und 12 bzw. Sperrdämpfung aufweisen, so daß dadurch die Über 40 für die aus den Weichenteilfiltern 1Γ und 12' getragungseigenschaften des gesamten Weichennetz- bildeten Weichen sogenannte strenge Weichen, dann Werkes bis auf eine Zusatzphase mit den in Teilfre- ergibt sich zwischen den Anschlußklemmen 1 und 10 quenzbereichen vorgegebenen Ubertragungseigen- das Verhalten eines strengen Allpasses. Unter strengen schäften der zwischengeschalteten Vierpole überein- Teilweichen sind dabei solche zu verstehen, bei denen stimmen, besteht eine erste Lösungsmöglichkeit darin, 45 die charakteristischen Funktionen der zusammendaß die Teilfilter ungerade charakteristische Funk- gehörigen Weichenteilfilter exakt reziprok zueinander tionen haben, daß in einem Weichenzweig ein 180^ö- sind. Eine Reihe von Schaltungsproblemen läßt sich Phasendrehglied vorgesehen ist, und daß der in diesem jedoch bereits mit Hilfe sogenannter nicht strenger Weichenzweig zwischengeschaltete Vierpol dual ist Weichen lösen, d. h. also unter Verwendung von zu dem im anderen Weichenzweig zwischengeschal- 50 Weichen, bei denen die Weichenteilfilter zumindest in teten Vierpol. ihrem Uberschneidungsbereich nur näherungsweise

Eine weitere Lösungsmöglichkeit besteht darin, daß zueinander reziproke charakteristische Funktionen

zur Bildung eines Weichennetzwerkes mit mehr als haben.

zwei Übertragungswegen die zviscliengeschalteten Das 180¹-Phasendrehglied, das dutch die Bezugs-Vierpole selbst als Weichennetzwerke ausgebildet 55 ziffer 5 kenntlich gemacht ist, läßt sich bei Verwendung sind, deren einzelne Teilfilter gerade oder ungerade erdunsymmetrischer Schaltungen durch einen Über charakteristische Funktionen haben, und daß im trager mit dem Übersetzungsverhältnis 1 : -1 reali Falle ungerader charakteristischer Funktionen die sieren. Verwendet man erdsymmetrische Schaltungen in diesen Weichennetzwerken zwischengeschalteten jinn kann das 180 -Phasendrehglied als eine einfachi Vierpole zueinander dual sind und in einem der 60 Leitungskreuzung ausgebildet werden, beiden Weichenzweige ein 180 -Phasendrehglietl \or- Unter Verwendung der Schaltung nach Fig. gesehen ist. ist in F i y. 2 eine erfindungsgemäße Schaltung ge Nachstehend wird die Erfindung an Hand von zeigt, bei der in den einzelnen Weichenzweigen Viei Aiisführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt in pole zwischengeschaltet sind. Im einen Weichenzwei der Zeichnung: 65 zwischen den Teilfiltern 11 und 1Γ liegt dabei de F i g. 1 einen Weichenallpaß nach einem älteren Vierpol VP und im anderen Weichenzweig liegt de Vorschlag, dessen Weichenteilfilter ungerade charak- dazu duale Vierpol DVP. In dem den Vierpol DV teristische Funktionen haben, enthaltenden Weichenzweig muß dabei das 180

Phasendrehglied 5 vorgesehen sein und es sind die quenzen/j^oMHz, /n«a2MHz und/m = 13MHz

Vierpole VP und DVP derart bemessen, daß die Die vier Frequenzbänder müssen am Ausgang de

elektrischen Eigenschaften des gesamten Weichen- Weiche also iückenios und ohne Nahtstelle wieder zu

netzwerkes zwischen den Anschlußklemmen 1 und sammengefügt werden.

10 bis auf eine Zusatzphase mit den in Teilfrequenz- 5 Das ist eine typische Aufgabe für Weichenallpässe

bereichen vorgegebenen elektrischen Eigenschaften Das in F i g. 3 gezeigte Weichenfeld ist beispielsweisi

der zwischengeschalteten Vierpole VP und D VP über- folgendermaßen dimensioniert. Die beiden innerei

stimmen. Es läßt sich dadurch erreichen, daß mit Hilfe Netzwerke VP und DVP sind strenge Weichenallpässi

des Weichennetzwerkes ein breites Frequenzband in mit zwischengeschalteten gleichen Vierpolen, nämlicl

zwei Teilbänder aufgespalten werden kann, so daß die io den Verstärkern A und B bzw. C und D. Wären diesi

einzelnen Teilbänder zunächst getrennt verarbeitet beiden inneren Netzwerke gleich, so wäre das gesamt«

und anschließend lückenlos wieder zusammengefügt Netzwerk — abgesehen von den Verstärkern — eir

werden können. Als Vierpole VP und DVP kommen strenger Allpaß, weil Allpässe und reflexionsfreie Ver

dabei Übertrager, Reaktanznetzwerke, wie beispiels- stärker zu sich selbst dual sind. Da die beiden innerer

weise Quarzbandsperren, Entzerrer oder Verstärker, 15 Netzwerke jedoch unterschiedliche Übertragungs

in Frage. Der Übertragungsfaktor S der Schaltung bänder besitzen, sind natürlich auch ihre Phasen unter

nach F i g. 2 genügt dabei unter der vereinfachenden schiedlich. Für die Praxis ist es aber völlig ausreichend

Voraussetzung, daß die Vierpole VP und DVP das wenn die beiden Phasen nur im Überschneid ungs

gleiche Übertragungsmaß besitzen, exakt der Bedin- bereich der Weiche I zwischen den Frequenzen f_s

gung ao und f_Si (vgl. F i g. 4) bis auf einen Wert η ■ 2 π nähe

5 = ε»" · s^ib = e<W <V"> rungsweise gleich sind, wenn η eine ganze Zahl ist.

In Fig. 4 ist der Verlauf der beiden Phasen b\

wobei b die Phase des Weichennetzwerks nach F i g. 1 und bui der beiden inneren Netzwerke VP und D Vl

(Zusatzphase), b_b die Phase und a_b die Betriebs- sowie deren Phasendifferenz Ab in Abhängigkeit vor

dämpfung der zugeschalteten Vierpole VP und D KPist. as der Frequenz/ dargestellt. Im Überschneidungsbe

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist in reich ist die verbleibende wirksame Phasendifferenz Fig. 3 eine Abänderung eines Weichennetzwerks Ab — b_u — (bm + 4 π) < 21°. Dieser kleine Phasennach F i g. 2 gezeigt. Dabei sind zur Bildung eines fehler bewirkt bei etwa 6 MHz eine Dämpfungsver-Weichennetzwerks mit mehr als zwei Teilwegen die zerrungai,₀ von etwa 17 mNp, deren Verlauf in F ig. ί zwischengeschalteten Vierpole VP und DVP selbst als 30 zur besseren Übersicht zehnfach überhöht dargestellt Weichennetzwerke gemäß der F i g. 2 ausgebildet. ist und die für diese Anwendung völlig belanglos ist.

Das beispielsweise von einer Antenne für den See- Die Kurven 2 und 4 der F i g. 5 zeigen den Verlau! not-Funkdienst empfangene Kurzwellen-Frequenz- der Dämpfung a_bo und der Phase b_bo für gleiche Verband von 1 bis 30 MHz soll durch das in F i g. 3 dar- Stärkung ν = 1 aller Verstärker A bis D. Die Kurven 3 gestellte Weichenfeld in vier geometrisch gestufte 35 und 4 zeigen den Verlauf der Dämpfung a_b und der Frequenzbänder unterteilt werden. Der Pegel dieser Phase b_b bei unterschiedlichen Einstellungen der Vervier Bänder muß dabei unabhängig voneinander durch stärker, und zwar hat dabei der Verstärker A eine Verdie vier, im Ausführungsbeispiel gleichen, zwischen Stärkung ν = 0,56, der Verstärker B die Verstärkung die Weichen geschalteten geradlinigen Verstärker um ν = 0,32, der Verstärker C die Verstärkung ν = 0,18 einen bestimmten Wert, z. B. 20 dB, geregelt werden *o und schließlich der Verstärker D die Verstärkung können. Dadurch ist es möglich, starke Sender oder ν = 0,1. Wie Fig. 5 zu entnehmen ist, verlaufen andere Störer, die in einem dieser Bänder auftreten, Dämpfung und Phase stetig und monoton und die selektiv zu bedampfen, wodurch eine Übersteuerung Phase b_b = b_b(l ist praktisch unabhängig von der Verder nachfolgenden Empfänger vermieden wird. Die Stärkereinstellung.

anderen Bänder können also ungestört und mit voller 45 Es lassen sich beim Ausführungsbeispiel nach Empfindlichkeit empfangen werden. Die wesentliche F i g. 3 als Weichenteilfilter auch solche Filter verForderung an das Weichenfeld besteht nun darin, daß wenden, die eine gerade charakteristische Funktion Dämpfung und Phase unabhängig von der Einstellung haben. In diesem Fall müssen die 180"-Netzwerke der Verstärker stetig und monoton verlaufen, insbe- entfernt werden und alle zwischengeschalteten Viersondere im Gebiet der Überschneidung der drei 50 pole müssen zumindest in den Uberschneidungsbe-Weichenl, Π und ΠΙ mit den Überschneidungsfre- reichen gleiches Scheinwiderstandsverhalten zeigen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

zwischengeschalteten Vierpole (A, B; C, D) zueinander dual sind und in einem der beiden Weichen- ^.^ ^ 180o.phasendrehglied (i5) vorgesehen Patentsannrüche· ander dual sind und in einem der beiden Weichen- Patentsanprucne. ^.^ ^ 180o.phasendrehglied (i5) vorgesehen

1. Weichennetzwerk, das als Weichenaüpaß aus- ist.

gebildet ist und aus zwei gleichen Frequenzweichen 5 3. Weichennetzwerk nach Anspruch 1 oder 2, besteht, deren Teilfilter zueinander reziproke cha- dadurch gekennzeichnet, daß die We.chente. rakteristische Funktionen besitzen und zueinander filter (11, 11'; 12, 12) und die zw.schengescha1-spiegelbildlich in Kette geschaltet sind und bei teten Vierpole (VP DVP) erdsymmetnsch aufdem weiterhin zwischen je zwei gleichartige Teil- gebaut sind, und daß das 180 -Phasendrehghed filter als Übertrager, Reaktanznetzwerke, Ent- io als gekreuzte Leitung ausgebildet ist.
tCTTcv oder Verstärker ausgebildete, unterschied- 4. Weichennetzwerk nach Anspruch 1 oder 2, liehe Übertragungsfrequenzbänder aufweisende, dadurch gekennzeichnet, daß das 180-Phasenaktive oder passive Vierpole geschaltet sind, die drehglied (5) als Übertrager mit dem Ubersetzungsderart bemessen sind, daß sich ihre Übertragungs- verhältnis 1: —1 ausgebildet ist.
frequenzbänder im Überschneidungsbereich der 15
Weichenteilfilter überlappen und dort gleiche

Eigenschaften besitzen, und daß in den Frequenz- "
bereichen, in denen die Übertragungseigenschaften
«1er zwischengeschalteten Vierpole unterschiedlich

*ind, die jeweils sperrenden Weichenteilfilter eine 20 Die Erfindung betrifft ein Weichennetzwerk, das der geforderten Genauigkeit des Frequenzverhai- als Weichenallpaß ausgebildet ist und aus zwei tens der Gesamtschaltung entsprechend hohe gleichen Frequenzweichen besteht, deren Teilfilter Sperrdämpfung aufweisen, so daß dadurch die zueinander reziproke charakteristische Funktionen Übertragungseigenschaften des gesamten Wei- besitzen und zueinander spiegelbildlich m Kette gechennetzwerkes bis auf eine Zusatzphase mit den 25 schaltet sind und bei dem weiterhin zwischen je zwei in Teilfrequenzbereichen vorgegebenen Übertra- gleichartige Teilfilter als Übertrager, Reaktanznetzgungseigenschaften der zwischengeschalteten Vier- werke, Entzerrer oder Verstärker ausgebildete, unterpole übereinstimmen, dadurch gekenn- schiedliche Übertragungsfrequenzbänder aufweisende, «eich net, daß die Teilfilter (11, W bzw. 12. aktive oder passive Vierpole geschaltet sind, die derart 12') ungerade charakteristische Funktionen haben. 30 bemessen sind, daß sich ihre Übertragungsfrequenzdaß in einem Weichenzweig ein 180°-Phasendreh- bänder im Überschneidungsbereich der Weichenteilglied (5) vorgesehen ist, und daß der in diesem filter überlappen und dort gleiche Eigenschaften be-Weichenzweig zwischengeschaltete Vierpol (DVP) sitzen, und daß in den Frequenzbereichen, in denen dual ist zu dem im anderen Weichenzweig zwischen- die Übertragungseigenschaften der zwischengeschalgeschalteten Vierpol (KP). 35 teten Vierpole unterschiedlich sind, die jeweils sper·

2. Weichennetzwerk, das als Weichenallpaß aus- renden Weichenteilfilter eine der geforderten Genauiggebildet ist und aus zwei gleichen Frequenzweichen keit des Frequenzverhaltens der Gesamtschaltung entbesteht, deren Teilfilter zueinander reziproke cha- sprechend hohe Sperrdämpfung aufweisen, so daß rakteristische Funktionen besitzen und zueinander dadurch die Übertragungseigenschaften des gesamten spiegelbildlich in Kette geschaltet sind und bei 4° Weichennetzwerkes bis auf eine Zusatzphase mit den dem weiterhin zwischen je zwei gleichartige Teil- in Teilfrequenzbereichen vorgegebenen Übertragungs-(filter als Übertrager, Reaktanznetzwerke, Ent- eigenschaften der zwischengeschalteten Vierpole überzerrer oder Verstärker ausgebildete, unterschied- einstimmen.

liehe Übertragungsfrequenzbänder aufweisende. In einem älteren Vorschlag (deutsche Auslegc-

aktive oder passive Vierpole geschaltet sind, die 45 schrift 1 947 889) ist bereits darauf hingewiesen, daß

derart bemessen sind, daß sich ihre Übertragungs- es in der Nachrichtenübertrfgungstechnik, wie bei-

frequenzbänder im Überschneidungsbereich der spielsweise beim Aufbau breitrandiger Trägerfre-

Weichenteilfilter überlappen und dort gleiche Ei- quenzsysteme, häufig erforderlich ist, verhältnismäßig

genschaften besitzen, und daß in den Frequenz- breite Frequenzbänder zu übertragen. Die zur An-

bereichen, in denen die Ubertragungseigenschaften 50 wendung gelangenden Schaltungen, wie beispielsweise

der zwischengeschalteten Vierpole unterschiedlich aktive Vierpole, Übertrager und sonstige passive

sind, die jeweils sperrenden Weichenteilfilter eine Vierpole, haben jedoch realisierungsbedingt begrenzte

der geforderten Genauigkeit des Frequenzverhai- Bandbreiten, so daß bei der Übertragung derari

tens der Gesamtschaltung entsprechend hohe breiter Frequenzbänder unzulässig große Abweichun

Sperrdämpfung aufweisen, so daß dadurch die 55 gen vom Sollverhalten, wie beispielsweise unzulässige

Übertragungseigenschaften des gesamten Weichen- Dpmpfungsverzerrungen, auftreten können. Zur Um

netzwerkes bis auf eine Zusatzphase mit den in gehung dieser Schwierigkeiten ist im älteren Vor

Teilfrequenzbereichen vorgegebenen Übertragungs- schlag bereits ein Weichennetzwerk vorgeschlagen, be

eigenschaften der zwischengeschalteten Vierpole dem von einem durch die deutsche Patentschrif

übereinstimmen, dadurch gekennzeichnet, daß zur 60 1 268 289 bekannten Weichenallpaß ausgeganger

Bildung eines Weichennetzwerkes mit mehr als wird.

zwei Übertragungswegen (I, II, III) die zwischen- Beim Netzwerk nach dem älteren Vorschlag werdet

geschalteten Vierpole (KPl, VPl bzw. VP, DVP) dabei dem bekannten Weichenallpaß, für den es untc

selbst als Weichennetzwerke (II, III) ausgebildet anderem wesentlich ist, daß sämtliche Weichenteil

sind, deren einzelne Teilfilter gerade oder un- 65 filter als charakteristische Funktion eine gerade Funk

gerade charakteristische Funktionen haben, und tion haben, in den einzelnen Weichenzweigen zusatz

daß im Falle ungerader charakteristischer Funk- liehe Vierpole zugeschaltet, die derart bemessen sind

tionen die in diesen Weichennetzwerken (II, III) daß die elektrischen Eigenschaften des gesamtei