DE2243060C2 - Brückenschaltung zur rückwirkungsfreien Verbindung mehrerer erdsymmetrischer Verbraucher oder Sender - Google Patents

Description

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6. Brückenschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelnetzwerk an den ersten Satz und den zweiten Satz von Teilnehmeroder Übertragungsleitungen angepaßt ist

7. Brückenschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der am ersten oder zweiten Empfangskanal vom zweiten bzw. ersten Sendekanal ankommende Signalpegel um einen vorgegebenen Wert niedriger als der Sendepegel ist

8. Brückenschaltung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem dritten Sendeanschlußpaar und den entsprechenden Anschlüssen des dritten Satzes von Teilnehmer- oder Übertragungsleitunger sowie zwischen dem dritten Empfangsanschlußpaar und den entsprechenden Anschlüssen des genannten dritten Satzes jeweils ein Verstärker eingefügt ist, der die durch das Netzwerk bedingten Verluste kompensiert

9. Brückenschaltung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet daß der ankommende Signalpegel der Nennpegel an den ersten Empfangsanschlüssen ist sofern der erste Satz und der dritte Satz von Teilnehmer- oder Übertragungsleitungen unmittelbar miteinander gekoppelt und einander angepaßt sind.

10. Brückenschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet etaß sie in Fernsprcchkonferenzschaltungen für symmetrischen Vierdrahtbetrieb derart angewendet ist daß das erste Paar und das zweite Paar von Sende- und Empfangsanschlüssen mit den dritten F&aren von Sende- und Empfangsanschlüssen zweier anderer gleicher Brückenschaltungen verbunden sind.

Die Erfindung betrifft eine Briickenschaltung zur rückwirkungsfreien Verbindung mehrerer erdsymmetri-

*o scher Verbraucher oder Sender, itjbesondere für Fernsprechanlagen.

Derartige Netzwerke in Form von Brückenschaltungen sind in Fernsprechanlagen gebräuchlich. Wo in der Vergangenheit konjugierte Paare von Anschlüssen in

Brückenschaltungen erforderlich waren, sind in diesen Brückenschaltungen Transformatoren verwendet worden. Heute sind jedoch integrierte Verstärker und integrierte Widerstands-Kapazitäts-Netzwerke verfügbar, und die Vermeidung von Dämpfungsverlusten ist

nicht mehr so wichtig. Vielmehr ist häufig erwünscht die Verwendung von großen und schweren Transformatoren zu vermeiden. Zu diesem Zweck sind bereits spezielle Formen einer Sechspolbrücke für die Verwendung in Zweidraht-Vierdraht-Gabelschi-Itungen in erd-

symmetrischen Fernsprechanlagen vorgeschlagen worden (P 21 17 291S. P 21 17 292.9).

Die weitere Beschäftigung mit der obenerwähnten Sechspolbrücke ergab, daß sie nur ein Beispiel eines allgemeineren Brückenschaltunfestyps mit In Polen

(Anschlüssen) ist. wobei derjenige Typ mit 12 Anschlüssen besonders gut für Konferenzschaltungen und ähnliche Schaltungen verwendet werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, ein Netzwerk zur rückwirkungsfreien Verbindung mehrerer erdsymmetrischer Verbraucher oder Sender, insbesondere für Fernsprechanlagen, zu schaffen, das generell für verschiedene Zwecke benutzt werden kann und ohne Transformatoren auskommt.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Netzwerk in der Topologie eines Polygons mit 2/j Seiten aufgebaut ist wobei /?>3 ist, daß jede Seite durch eine Impedanz gebildet ist, daß die Impedanzwerte der diagonal gegenüberliegenden Zweige jeweils gleich sind, daß jeweils zwischen den einander zugeordneten Diagonaleclvpunkten eine Anschlußimpedanz angeschlossen ist, die durch eine symmetrische Teilnehmeroder Übertragungsleitung gebildet ist, und daß die Werte der Imp-Alanzzweige derart gewählt sind, daß wenigstens 7wei Paare gegenüberliegender Diagonaleckpuiikie zueinander konjugiert sind.

Wenn man sich dieses Netzwerk als geschlossene Doppelschleife vorstellt, entsteht ein Ring aus Leiterabschnitten, in denen die in Reihe liegenden Elemente durch die Impedanzzweige des Polygons und die Nebenelemente durch die an die Diagonaleckpunkte angeschlossenen Diagonalimpedanzen gebildet sind. Die oben erwähnte Zwölfpolbrücke ist gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung dadurch gebildet, daß sie drei Sätze von Teilnehmer- oder Übertragungsieiiungen züsarnrncnkoppelt die jeweils ein erdsymmetrisches Paar Sendeanschlüsse und erdsymn^trisches Paar Empfangsanschlüsse aufweisen, wobei jedes Sendeanschlußpaar zum zugehörigen Empfangsanschlußpaar konjugiert ist daß der erste Satz und der zweite Satz im wesentlichen gleich ausgebildet sind, daß die Brückenschaltung ein erstes, ein zweites und ein drittes Paar von Sendeanschlüssen und ein erstes, ein zweites und ein drittes Paar von Empfangsansfhlüssen zur Verbindung mit den entsprechenden Anschlußpaaren der Sätze von Teilnehmer- oder Übertragungsleitungen aufweist, daß innerhalb der Brückenschaitung das erste Paar und zweite Paar von Sendeanschlüssen über Reihenimpedanzen gleicher Werte mit dem dritten Paar von Sendeanschlüssen verbunden sind, daß das erste Paar und das zweite Paar von Sendeanschlüssen über jeweils eine gleiche Impedanz mit dem zweiten bzw. ersten Paar von Empfangsanschlüssen verbunden ist und daß das dritte Paar von Empfangsanschlüssen über jeweils c.ne gleiche Impedanz mit dem ersten Paar und zweiten Paar von Empfangsanschlüssen verbunden ist wobei die Kopplung der Reihenimpedartten außer der Kopplung über die genannten Anschlüsse vernachlässigbar ist und die Verbindungen so gewählt sind, daß *s alle genannten Impedanzen in Reihe zu einem einzigen Ring zusammengeschlossen sind.

Die Erfindung wird nun anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

F i g. I ein regelmäßiges Polygon, welches die Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung versinnbildlicht

F i g. 2 eine andere Darstellungsart der F i g. 1 zugrunde liegenden Schaltung zur Demonstrierung der Konjugationsbedinfpjngen.

F i g. 3 die vorher erwähnte sechspolige Brückenschaltung in der Darstellungsart gemäß F i g. 2.

F i g. 4 eine achtpolige Brückenschaltung gemäß der Erfindung,

Fig 5 eine andere Bnickenschaltung gemäß der Erfindung, welches die Erfordernisse zur Kopplung zweier identischer Fernsprechapparate für Vierdrahtan- »chluß mit einem Paar von Übertragungsleitungen erfüllt.

Fig. 6 eine andere Darstellungsart der F i g. 5 zur Ableitung der Korijupationsbcdingungen,

F i g. 7 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung,

Fig.» die allgemeine Form der Schaltung nach Fig.7 zur Schaffung der Basis fur eine Analyse der Eigenschaften der Schaltung nach Hi 7,

Fig.9, IO und 11 sich auf die Schaitung nach Fig.T beziehende Kurven und

F i g. 12 eine Kombination mehrerer solcher Brücken, von denen eine in F i g. 7 dargestellt ist, zur Zusclwtung zusätzlicher Fernsprechapparate, wodurch eine vergrößerte Konferenzschaltung gebildet wird.

In F i g. 1 ist ein regelmäßiges Polygon ABCDEFA'B'C'D'E'F' mit 12 Seiten dargestellt Jede Seite stellt eine Impedanz dar, und jeder Eckpunkt bildet einen Brückenpol. Die diagonal gegenüberliegenden Impedanzen, beispielsweise AB und A'B', haben jeweils gleiche Werte. Zwischen den einander zugehörigen Diagonaleckpunkten, beispielsweise zwischen dem Diagonaleckpunkt A und dem zugehörigen Diagonaleckpunkt A' liegt jeweils eine impedanz. Diese Diagonalimpedanzen berühren sich gegenseitig nicht, weshalb die Diagonallinien nicht durchgezeichnet sind. Tatsächlich sind die einzigen Koppelnunkte zwischen jedem der Seitenimpedanzen und ieuv-m der Diagonalimpedanzen des Polygons nur die Eckpunkte (Pole, Anschlüsse). Obwohl Impedanztransformationen zum Beweis der allgemeinen Gültigkeit des folgenden Beweisgrundes benutzt werden, betrifft die Erfindung weiterhin nur solche Brückenschaltungen, die ohne Impedanztransformation als regelmäßiges Polygon mit 2n Seiten gezeichnet werden können, wie es beispielsweise in F i g. 1 gezeigt ist Es soll nun bewiesen werden, daß in irgendeinem solchen Polygon mit 2n Seiten wenigstens zwei Paare diagonal gegenüberliegender Anschlüsse zueinander konjugiert werden können, indem die Werte der durch die Seiten des Polygons und durch die Diagonalzweige dargestellten Impedanzen geeignet gewählt werden.

Wenn eine eine elektromotorische Kraft aufweisende Quelle in Reihe mit irgendeinem Diagonalzweig in F i g. 1 liegt, soll damit nur gezeigt werden, daß in iedem Paar der diagonal entgegengesetzten Zweige die Ströme gleich sind und entgegengesetzt zueinander fließ :n. Wenn man sich vorstellt, daß das Polygon in F i g. 1 zu einer Doppelschleife gewunden ist, entstehen zwei erdsymmetrische Leiternetzwerke, wie sie in F i g. 2 dargestellt sind. Dort sind die zwei Leiternetzwerke durch die Blöcke Ny und N₂ dargestellt wcbei sie eine an den Polen A, A' angeschlossene Impedanz Zy und eine an die Pole D. D'angeschlossene Impedanz Zi miteinander verbinden. Die Impedanzen Z\ und Z₂ sind die in Fig. 1 durch die Diagonalzweige AA' und DD' angedeuteten Impedanzen. Eine eine elektromotorische Kraft aufweisende und mit der Impedanz Zi in Reihe liegende Quelle E treibt einen Strom / durch di«; Impedanz Zi. einen Strom Z₁ zum Netzwerk Ny und einen Strom /Γ zum Netzwerk /Vj. Die Spannung an den Anschlüssen A, A' ist mit Vi bezeichnet, wählend diejenigen Spannungen an den Eingangsanschlüssen der zwei Netzwerke mit vy und «V bezeichnet sind. Es ist klar, daß gemäß Fig. 2 diese Spannungen gleich sind: ν,= vy =· Vy. An d> .1 Ausgängen der Netzwerke fließt ein Strom 1. vom Netzwerk Ny zum Anschluß D und zurück vom Anschluß D'zum Netzwerk Ny. In ähnlicher Weise fließt ein Strom /V zum Netzwerk /V2 und von diesem Netzwerk zum Anschluß D zurück. Es sei darauf hingewiesen, daß die Ströme /2' führenden Verbindungen eekr.uzt sind, um die Polarität zu ändern. Dies geschieht aufgrund des Verdrehens bei der Bildung einer Doppelschleife aus der Brückenschaltung in

F i R. 1 und berücksichtigt, daß eine einzige geschlossene Schleife durch die Reihenelemente der kombinierten Netzwerke Ni und ZV₂ gebildet wird. Die Kreuzung der Verbindungsadern hätte auch an jedem anderen Punkt der Schaltung stattfinden können, was keinen Einfluß auf den folgenden Beweisgrund hat. Es muß nur beachtet werden, welche Spannungen positiv und welche negativ eingesetzt werden müssen. Die Spannung an den AusgangsanschHissen der Netzwerke ZV₁ und ZV₂ sind mit v₂ und v₂ bezeichnet, während die Spannung an der Impedanz Z₂ mit V₂ bezeichnet ist, welche durch dLse Impedanz einen Strom Z₂-J₂' treibt. Es sind v₂ - V₂ und v₂ = - V₂.

Nun kann jedes passive lineare Netzwerk, beispielsweise die symmetrischen Leiternetzwerke ZV, oder AZ₂, durch Ausdrücke eines Satzes linearer Parameter A, B. C und D dargestellt werden, die die Eingangsspannung vt und den Strom /ι auf die Ausgangsspannung v₂ und den Strom /₂ in folgender Weise beziehen:

/ι = Ah+Bv₂ v, = Ch + Dv₂

wobei A, B, C und D unabhängig von den äußeren Impedanzen des Netzwerkes sind und wobei AD- BC= 1 ist.

Für das Netzwerk N\ kann geschrieben werden:

;, = Ah+BV₂ (Ο

V₁ = Ci₂ +D V₂ (2)

während für das Netzwerk N₂ geschrieben werden kann:

/i

V,

Ai₂-B'V₂ Ch-D¹V₂

weist, haben die linearen Parameter λ', B', C und D' folgende Werte:

Λ'-\\ C-r;

D'= 1.

(8)

Wenn die Gleichung (6) auf das Netzwerk gemäß Fig. 3 angewendet wird, welches die Sechspolbrücke ίο gemäß der Patentanmeldung P 21 17 292.9 darstellt, ist die Brückenabgleichbedingung einfach

+ P

(9)

Wenn nun die Achtpolbrücke gemäß F i g. 4 betrachtet wird, bei der an die Anschlußpaare BB', CC, DD'und AA'dk Impedanzen P, Q, R und Sangeschlossen sind, kann diese Brücke entweder als Kombination zweier symmetrischer T-NeUwcifcc oder als ein Netzwerk ~·;ί 2 symmetrischen, in Reihe miteinander liegenden T-Abschnitten angesehen werden, die durch ein Paar von Zweigen mit gleicher Impedanz überbrückt werden. Wenn zunächst der zweite Fall in Betracht gezogen wird und wenn der für die 2 in Reihe geschalteten T-Abschnitte geeignete, lineare Parameter C benutzt wird (die Parametersätze werden später angegeben), ergibt sich die Bedingung für die Konjugation der Anschlußpaare AA 'und DD'zu

SS

wobei Vi und V₂ die Spannungen an den Anschlußpaaren AA 'und ßß'sind.

Die Spannung V₂ = Zz₂-Z₂') · Z₂ und die Impedanz Z₂ können unbestimmte Werte annehmen. Damit die Anschlußpaare AA' und DD' zueinander konjugiert sind, d.h. damit V₂ = O ist, muß I₂ = ft' sein. Bei der Subtraktion der Gleichung (4) von der Gleichung (2) erhält man:

0 = Ci₂ - Ci₂' + (D+ D')Z₂(h - h') (5)

und da im allgemeinen D+ D' nicht 0 ist. wird die Bedingung Z₂ = h' nur erfüllt, wenn

C= C (⁶)

Da beide Netzwerke ZV, und ZV₂ lineare symmetrische Leiternetzwerke sind, kann jedes Netzwerk durch eine symmetrische T-Schaltung ersetzt werden, wie es im oberen Teil der Fig.3 gezeigt ist. Wenn kein Querzweig gewünscht wird, kann das Netzwerk auch durch ein Paar in den Längszweigen angeordneter Impedanzen ersetzt werden, wie es im unteren Teil der F i g. 3 gezeigt ist

Für eine symmetrische T-Schaltung mit den Langswiderständen p/2 und q/2 und einem Querwiderstand P haben die linearen Parameter A. B, C und D folgende Werte:

(7)

Wenn die QueTwiderstände unendlich sind und wenn das Netzwerk nur ein paar gleiche Widerstände τIl aufWenn alle Impedanzen reell sind, wenn z. B. alle Impedanzen ohmsche Widerstände sind, können die

Eingangs- und Ausgangsanschlüsse jedes passiven, symmetrischen, linearen Netz-verkes zueinander konjugiert sein, indem jeder Eingangsanschluß über eine Impedanz mit dem Ausgangsanschluß entgegengesetzter Polarität verbunden wird und diese Impedanz gleich dem halben Verhältnis der Eingangsspannung zum Ausgangsstrom gewählt wird, wenn die Ausgangsanschlüsse kurzgeschlossen sind.

Wenn das Netzwerk nach Fig.4 als Kombination zweier symmetrischer T-Netzwerke angesehen wird,

folgt aus der Betrachtung der Gleichungen (6) und (7), daß beide entgegengesetzte Anschlußpaare zueinander konjugiert sein können. Das Anschlußpaar AA'\s\ dann zum Anschlußpaar CC und das Anschlußpaar BB' ist dann zum Anschlußpaar DD' konjugiert, wenn P= R

und (?= 5und ebenso p= r und g= s ist Abgesehen von der gleichseitigen Wheatstoneschen Brücke ist dies der einfachste Fall, in dem, entsprechend der Fig. ι, das Polygon 4n Seiten hat, in dem die zueinander in rechten Winkeln liegenden Diagonalzweige gleiche Impedan-

zen aufweisen und in dem die Werte der aufeinanderfolgenden Impedanzzweige, ausgehend von einem beliebigen Anschluß und um das Polygon herumgehend, der Reihe nach in jedem Quadranten wiederkehren: zu einem Diagonalzweig gehörende Endpunkte sind dann

zu denjenigen Endpunkten konjugiert, die zu einem im

rechten Winkel zum ersten Diagonalzweig liegenden Diagonalzweig gehören. Der allgemeine Fall wird später beschrieben.

Zu Beginn war gesagt worden, daß eine Zwölfpol-

brücke gemäß der Erfindung sich besonders gut für Konferenzschaltungen und ähnliche Schaltungen eignet Im folgenden werden die Erfordernisse zur Zusammenschaltung von zwei identischen Fernsprechapparaten

für Vierdrahtbetrieb und zur Ankopplung dieser Fernsprechapparate an ein Übertragungsleitungspaar b^t:rächtet, wobei jeder Fernsprechapparat ein Sendeanschlußpaar und ein Empfangsanschlußpaar besitzt und die Sende und Empfangspaare zueinander konjugiert und an eine Sendeleitung und eine Empfangsleitung angepaßt sind. Normalerweise ist jeder Fernsprechapparat unmittelbar mit den zwei Übertragungs· leitunvn verbunden. Es war das Problem zu lösen, zwei Fernsprechapparate miteinander und an die zwei Übertragungsleitungen derart zu koppeln, daß jeder Fernsprechapparat ohne Änderung der Firnsprechapparate oder der Übertragungsleitungen zum anderen Fernsprechapparat und auch zur Übertragungsleitung senden und von jeder Übertragungsleitung und vom anderen Fernsprechapparat empfangen kann. Die Lösung besteht darin, daß eine Zwölfpolbrücke gemäß der Erfindung und integrierte symmetrische Verstärker zur Kompensierung der Übertragungsverluste an den !.eitunfianürhliissen vnrgpsehen \\nt\ Wpnn Hip Vpr- ?n stärker zunächst einmal außer Betracht gelassen werden, dann ergibt sich die allgemeinere Form der Brückenschaltung gemäß F ι g. 5. Dort stellen die Anschlüsse AA' und CC die Sendeanschlüsse der zwei Fernsprechapparate, DD' und FF' ihre Empfangsanschlußpaare und BB' die Sendeleitungsanschlüsse und EE' die entsprechenden Empfangsleitungsanschlüsse dar (die die Übertragungsverluste kompensierenden Verstärker sind hier als Teil der betreffenden Leitungen gedacht). Die Sendeimpedanz jedes Fernsprechapparates möge mit S und die Empfangsimpedanzen mögen mit R bezeichnet werden, wobei diesen Bezeichnungen Indices 1 und 2 nachgestellt sind, um die zwei Fernsprechapparate unterscheiden zu können. Die Impedanz der Sendeleitiing ist in Fig. 5 mit Ls bezeichnet, während die Impedanz der Empfangsleitung mit Lr bezeichnet ist. Da die zwei Fernsprechapparate identisch sind, sollten ihre Sendeanschlüsse über gleiche Impedanzen a mit der Sendeleitung verbunden werden, und in ähnlicher Weise sollten dann gleiche Impedanzen b zwischen den Empfangsleitungsanschlüssen und jedem der Empfangsanschlüsse der Fernsprechapparate angeschlossen sein. Für die Verbindungen zwischen den Fernsprechapparaten ist erwünscht, daß der Pegel der empfangenen Signale gleich groß wie der der Empfangsleitung ist, während die Impedanzen c, die die Sendeanschlüsse der Fernsprechapparate mit den entsprechenden Empfangsanschlüssen verbinden, deshalb im allgemeinen unterschiedlich von den Impedanzen a oder i'sein müssen. Die individuellen Impedanzen a, b und c sind mit ihren entsprechenden Anschlüssen derart verbunden, daß eine geschlossene Schleife aus allen in Reihe liegenden Impedanzen a, ft und cgebildet wird.

In Fig.6 ist die Brückenschaltung gemäß Fig.5 entsprechend der Anordnung in Fig.2 umgezeichnet worden. Wenn in die Brückenschaltung von den Anschlüssen BB' hineingesehen wird, so ist erkennbar, daß es zwei Wege zu den Anschlüssen EE'gibt, nämlich einen Weg über die Anschlüsse AA'und FF'und einen anderen Weg über die Anschlüsse CC und DD'. Diese beiden Wege sind identisch ausgebildet Dadurch wird erreicht, daß die an den Anschlüssen BB' eingespeisten Signale über die zwei Wege die Anschlüsse EE' mit derselben Amplitude, jedoch mit entgegengesetzter Polarität erreichen. Damit heben sich diese Signale auf, und die Anschlüsse BB' und EE' sind zueinander konjugiert

Um die Bedingungen für die Konjugation der Anschlußpaare ,4/1'und DD'zu bestimmen, kann das Verhältnis zwischen den zwei linearen Parametern Cfür die zwei gezeigten Netzwerke, nämlich für das im oberen Teil der Fig. 6 und das im unteren Teil der Fig. 6 gezeigte Netzwerk, verwendet werden. Dieser Parameter ist allgemein auf der rechten Seite der Gleichung (10) angegeben worden. Für das in Fig.6 realisierte Netzwerk N\ der F i g. 2 werden in den Ausdruck für den Parameter C folgende Begriffe eingeführt:

für das Netzwerk N₂ wird eingeführt:

L_R.

(12)

(13)

Durch Gleichsetzen der zwei resultierenden Ausdrücke erhält man:

aL_RR ((α + Ls) (S+ 2c) + cS]
= bL£ Kb + L_R) (R+2 c) + cR).

(14)

Diese Bedingung wird offensichtlich erfüllt, wenn:
α = 6;L„ = L_S\R =S (15)

Wenn zwei beliebige dieser Gleichungen erfüllt werden, so wird auch die dritte erfüllt. Die Bedingungen (15) werden in den bevorzugten Ausführungsbeispielen erfüllt, doch ist das allgemeinere Beispiel hier eingeschlossen worden, um zu zeigen, daß keine größere Symmetrie der Brückenschaltung gemäß F i g. 2 erforderlich ist als die, daß zwei entgegengesetzte Seiten des Polygons gleiche Impedanzen haben, damit jedes Paar diagonal entgegengesetzter Anschlüsse zu dem des anderen Diagonalzweiges konjugiert ist

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Fig. 7 beschrieben. Dort ist die Brückenschaltung (das Koppelnetzwerk) innerhalb des gestrichelt gezeichneten Kästchens 3 gezeigt. Diese Brückenschaltung ist zwischen den Fernsprechapparaten 1 und 2 angeschlossen und über Verstärker 4 und 5 mit einer Leitung 1 (der Sendeleitung) und einer Leitung 2 (der Empfangsleitung) verbunden. Die Leitungen selber haben die gleichen Impedanzen wie die Sende- und Empfangsschaltungen der Fernsprechapparate, nämlich 5. Die Verstärker sind an die Leitungen impedanzangepaßt, aber der Eingangswiderstand des Verstärkers 4 und der Ausgangswiderstand des Verstärkers 5 haben jeweils den Wert L, der im allgemeinen nicht derselbe wie der Wert S ist Geeignete Verstärker sind integrierte Bausteine mit Rückkopplungsnetzwerken für die Verstärkung und für die Impedanzanpassung. Es ist bereits gezeigt worden, daß das Koppelnetz die Konjugationserfordernisse zwischen den verschiedenen Anschlußpaaren erfüllt Trotzdem sollen gewisse Aspekte der Konjugation zwischen den Netzwerkanschlüssen im folgenden mitgeteilt werden, wo es um die Zusammenschaltung mit anderen Netzwerken geht Die folgende Analyse befaßt sich mit den Fragen der Impedanzanpassung und der Übertragungsverluste.

Bei normalem Betrieb ohne das Koppelnetzwerk gemäß der Erfindung ist ein Fernsprechapparat beispielsweise der Fernsprechapparat 1, unmittelbar mit

10

/V - Dh¹-BV₁
V, - Ch'- 4V₂

/j =/V und V₂

den Leitungen 1 und 2 verbunden. Der Fernsprechapparat ist so aufgebaut, daß ein bestimmter, einer Leistung Wo entsprechender Übertragungspegel an den Anschlüssen AA' eine Leistung Wr an den Empfangsanschlüssen eines identischen Fernsprechapparates ergibt, der in einer gewissen Durchschnittsenfernung an die Übertragungsleitungen angeschlossen ist. Wenn ein Signal von einem entfernt gelegenen Fernsprechapparat mit derselben Leistung Wo gesendet wird, dann ist die Leistung, die an den Anschlüssen DD' empfangen wird, in ähnlicher Weise Wr, die immer kleiner als W₀ ist. Wenn das Koppelnetzwerk gemäß der Erfindung mit den Verstärkern verwendet wird, dann ist die zur Leitung 1 gesendete Leistung immer noch W₀, und die empfangene Leistung an den Anschlüssen DD'und FF' is ist immer noch Wr für die Signale, die mit dem bestimmten Pegel W₀ gesendet wurden. Das bedeutet erstens, daß der Leistungsverlustfaktor zwischen den Anschlüssen AA' und FF' und zwischen den Anschlüssen CC und Dö'den Wert W₀ZWr hat. Wenn zweitens der Einfügungsleistungsverlustfaktor N als Verhältnis der Leistung, die von einem Generator an eine Last bei unmittelbarer Kopplung mittels eines idealen Transformators geliefert wird, zu der tatsächlich der Last zugeführten Leistung definiet wird, dann muß die Leistungsverstärkung des Verstärkers 4 gleich dem Faktor N zwischen den Anschlußpaaren AA' und BB' sein. Ferner sind die Übertragungsverluste zwischen den Anschlüssen ££'undden Anschlüssen DD'oder FF' genauso groß wie die Übertragungsverluste von den Jo Anschlüssen BB'zu den Anschlüssen AA 'oder CC. Der oben definierte Einfügungsleistungsverlustfaktor ist für beide Übertragungsrichtungen in demselben Netzwerk gleich. Daraus folgt, daß der Verstärker 5 dieselbe Leistungsverstärkung wie der Verstärker 4 haben sollte.

Um die Einfügungsleistungsverlustfaktoren für die Übertragung von Fernsprechapparat zu Fernsprechapparat und vom Fernsprechapparat zur Leitung zu berechnen, geht man am besten von dem allgemeineren Netzwerk der F i g. 8 aus. Das obere Netzwerk weist <o Serienimpedanzen p/2, q/2 und r/2 zwischen den Anschlüssen A\Ai' und DiDi' sowie Querimpedanzen P und Q auf, die zwischen aen Punkten BiBi' und CiC liegen. Das untere Netzwerk N₂ ist dasselbe Netzwerk, aber von A\Ai' aus gesehen umgekehrt. Die Anschluß- 45 bezeichnungen in Fig.8 sind alle mit einem Index 1 versehen, um sie von den Anschlüssen der F i g. 7 unterscheiden zu können. Die Anschlüsse A\ und A\ in " Fig.8 können irgendeinem der Anschlußpaare in Fig. 7 entsprechen, die Anschlüsse ß|Si' entsprechen 50 dann dem nächstbenachbarten Paar in F i g. 7 und so geht es in entsprechender Weise um das ganze Z)=I+-

Netzwerk herum weiter. Nun sind tdie linearen Parameter eines in der Übertragungsrichtung gedrehten Netzwerkes die gleichen wie für ein in Vorwärtsrichtung übertragendes Netzwerk, mit der Ausnahme, daß die Parameter A und D vertauscht sind. In der Zeichnung sind drei Ströme /Ί, k und /3 für das Netzwerk /Vi eingezeichnet, während der Eingang^;! cm des Netzwerkes N₂ mit /V und der Ausgangsstrom mit ti bezeichnet sind. Die Spannungsbezeichnungen sind dieselben wie in Fig. 2. Die linearen Parameter für das Netzwerk N₁ sind:

Aus den Gleichungen (17) und (19) ergibt sich:

0 = Qh-ti)+ (A+ D)V₂
= [C + (A + D)R] (h-ti)

Da R jeden beliebigen positiven Wert annehmen kann und CA und D sogar dann, wenn sie komplex sind, im allgemeinen nicht solche Werte haben, daß der erste eingeklammerte Ausdruck der Gleichung (20) 0 wird, erhält man:

Wegen der Reihenfolge von Längs- und Querimpedanzen in dem kombinierten Netzwerk gemäß Fig.8 würde dasselbe Ergebnis erreicht werden, wenn anstelle der Reihenschaltung, der die elektromotorische Kraft aufweisenden Quelle E und der Impedanz R zwischen den Anschlüssen A\ und A\ und der Betrachtung der resultierenden Spannung an den Anschlüssen DiDi' irgend zwei andere Anschlußpaare, deren zugehörige Diagonalzweige in einem rechten Winkel in der Fig. I zueinander liegen, genommen worden wären. Ferner ist die obige Analyse nicht auf die Zahl der Seiten in dem Polygon beschränkt, soweit diese Zahl ein Vielfaches von vier ist und die Werte Längs- und Querimpedanzen sich der Reihe nach in jedem Quadranten wiederholen. Damit ist der allgemeinere Fall bewiesen, daß in einer Brückenschaltung gemäß Fig. 1 mit 4n Seiten und mit der gleichen Folge von Werten der Brückenzweige und der Diagonalzweige in jedem Quadranten die zu einem Diagonalzweig gehörenden Anschlußpunkte zu denjenigen Anschlußpunkten konjugiert sind, deren zugehöriger Diagonalzweig im rechten Winkel zu dem erstgenannten Diagonalzweig liegt.

Die Betrachtung der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 8 wird nun fortgesetzt. Die linearen Parameter für das Netzwerk Ni sind:

qr + r(P + Q) + qQ PQ

q+_P

PQ

(22)

(23)

PV +pr (P + Q) + PQ (p + q + r) + pqQ + qrP

(24)

(25)

FQ

Der durch die Impedanz P fließende Strom i_p beträgt: 1 (26)

wobei

PQ

(27)

/1 = Ak+ BV₂ V, = Ch +DV₂

(16* 65 Die Spannungen und Ströme an den Anschlüssen {17j A₁A¹I betragen, da V₁ = 0 ist:

die linearen Parameter für das Netzwerk N₂ sind:

/1 = Ai₃; /', = ZW₃;

(28)

11 12

,' = Ζ, +1, = (A + D)i_}; (29) folgende der Impedanz P zugeführte Leistung W₀ ergeben:

^{Kl = C/3; (30)} W - ^El mi

und die von den Anschlüssen /ΜΊ ausgesehene Ein- 5

gangsimpedanz der vollständigen Brückenschalfung ist Damit isl der Einfügungsleistungsverlustfaktor N gegegeben durch: geben durch:

(31) ,o

Z₀₁^

Wenn der Eingang angepaßt ist, d. h., wenn

Die der Impedanz P zugeführte Leistung W„ ist R = Z₀, ist, dann betragt in Gleichung (34) der Faktor Ij ■ P und, da V₃ = K₂ = 0 ist, ist: R(A+D) + C =2C, und dann ist:

W, *\ ² Ψ

Wäre die Quelle Ä unmittelbar mit der La^t P mittels Im folgenden wird der volle Ausdruck für i_p ange-

eines idealen Transformators verbunden, so würde sich geben:

' R{2PQ + q(p + r) + (P + Q)(p + q + r))+P[Q(p + q + r) + r(p + q))+piQ(q + r) + qr) '

Der Nenner dieses Ausdrucks kann wie folgt umge- die Parameter A, D und C haben, unter der Vorauswandelt werden: 30 Setzung, daß P für R sowie r für q tritt.

Wenn die Eingangsimpedanz und die Ausgangsim-■*"" pedanz angepaßt sind, d. h., wenn R =■■ Z_m und

qr)\ P= Z₀₂ ist, ergibt sich:

hieraus ist zu ersehen, daß sich folgende Formel für 35 „„ _ ρ {Q(g + r) + qr) ...
die Ausgangsimpedanz Z₀₂ ergibt, wenn die An- 2Q+p +q + r
Schlüsse A\A\ als Eingangsanschlüsse und die Anschlüsse B,ß', als Ausgangsanschlüsse der vollständigen P_ _ Q(P + q + r) + q(p + r)
Brückenschaltung angesehen werden: R Q(p + q + r) + r (p + q)

_{z =} R[Q(P+q + r) + q(p+r))+p{Q(p + r) + qr) Der Ausdruck für P kan.. durch Multiplizieren und

2RQ + r(p+q) + (R + Q)(p + q + r) ' der Ausdruck für R kann durch Dividieren der zwei

(3g\ Gleichungen ermittelt werden.

Die Gleichung (36) kann auch in folgender Form

Wenn diese Formel mit der Eingangsimpedanz ⁴⁵ geschrieben werden:

Z₀₁ = _L_ verglichen wird, dann ist: ^ = IZ.)* Q(P + Q+ r) +r(p + q) _p_

A+D * \RJ Q(_q+r) _{+ qr} x_

_ P{Q(p+q + r)+(p+q)}+p{Q(q

(39) Wenn gesetzt

Beim Vergleich ist zu erkennen, daß sich die i

Ausganesi-rpedanz Z-; von der Eingangsimpedanz Zbi 55 ρ = (PR)² sinh<P, (43)

durch die Vertauschung von P und R sowie von q und r

unterscheidet. Dies ist, wie es sein sollte, genau die dann w?:u der erste Ausdruck auf der rechten Seite Änderung, die in der Schaltungsanordnung nach F i g. S der Gleichung (42):
gemacht werden würde, wenn die an die Anschlüsse

ßißi'angeschlossene Impedanz Pdie Quelle und die an 60 I

die Anschlüsse A\A\ angeschlossene Impedanz R die (cosh² Φ + κ¹)²,

Last darstellt. Daher kar;r>, d^!e Ausgangsimppdanz Z02 in
folgender Form geschrieben werden: wobsi

Z₅J = Z₀₁ - , _K = _ ίΰέ /φι;,

wobei die Parameter Ä. D' und C dieselbe Form wie ist.

13 14 I

Der EinfOgungsleistungsverlustfaktor kann für den zu berücksichtigen ist, daß Yp = 1/(2 L) ist und wobei % Fall, daß sowohl der Eingang als auch der Ausgang i |

angepaßt sind, in folgender Form geschrieben werden: θ mit Hilfe des Ausdrucks 2m = P sinn θ eliminiert |

(45) wird oder wobei zunächst / eliminiert und dann 6» |

φ) _{5 berechnet} ^ E₈ ergeben sich dann folgende Nähe- ψ

fü

wobei θ der Einfügungsleistungsverlust in Neper isL rungsbeziehungen für θ und /:

Ober einen weiten Bereich der interessierenden Werte ist somit die Menge κ unbedeutend, und damit ist exp (2 Θ) = (8 m - 1) + V{(8 m -1)² + 3} (51)

θ=Φ. In diesem Fall kann das betrachtete Netzwerk als

ein symmetrisches ^-Dämpfungsglied betrachtet wer- io l ₂ -^

den, dessen Längszweige jeweils den Wert ρ und dessen f = y [{(2 jb - 1) +12 m²} - (2 m -1)] (52)

Querzweige folgende Scheinleitwerte haben: Der mit diesen Näherungsbeziehungen verbundene

y=J._cothe-— Yp = - cothö- — (46) Fehler ist im Bereich für m von 0,5 bis 2 < 0,2 db

R p' P ρ ' is bzw. 0,4%; der Fehler ist sogar über den größeren Teil

des Bereiches kleiner. Der Ausdruck für: wobei de- Scheinleitwert Yr zur Impedanz R und der Scheinleitwert Y_P zur Impedanz Pgehört ₌ Γ lm_ m(l+2n) V

Wenn die obengenannten Ergebnisse zu dem ^L \ I m(l+2/i) + nl

bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig.7 in 20

dem Anschlußpaar ΛΛ' der Fi g. 7. die Gleichheit des ^Form «eschneben werden:

Anschlußpaares B_xB_x' in Fig.8 mit dem Anschlußpaar r m(l+2m)(l+2m + 2/)(/ + 2m) I² BB' in F i g. 7 und auf diese Weise weiter um die zwei 25 «t = ' 1 + .... -—, , *,,—/·ι . ι _Λι · Netzwerke herum festgestellt werden. Es werden L /{d+2m + 4m²)/ + /n(l+2m²)} J

folgende Substitutionen für die Impedanzen in Fig.8 (54) und für die Impedanzen in den Gleichungen (22) bis (46)

vorgenommen: Für die Übertragungsverluste zwischen den Fern-

n ß ς P-I nj-n ¹Ja r-Jr ^x Sprechapparaten wird die Gleichheit der Anschlüsse

V=n = o.r-i..p+₉=/a.r-zc. /M,'in F ig. 8 mit den Anschlüssen CCin Fig. 7 sowie Die Eingangsanpassungsbedingung der Gleichung die Gleichheit der Anschlüsse B_xB_x mit den Anschlüssen

(39) kann dann zurückgeführt werden auf: OD' festgesetzt Die folgenden Substitutionen werden

dann in den Hauptformeln durchgeführt:

S²(L₊2a ₊ c) = 4ac(L₊a). (47) 35 _{P= Λ=5:} ^=L=P-2c «;=r=2_a. Für die folgende Betrachtung kann auch bequemer- Die Eingangsanpassungsbedingung der Gleichung

weise geschrieben werden: (49) wird wie vorher angewendet, wie durch direkte

Substitution in Gleichung (39) nachgeprüft werden

Iac ⁴⁰ ta""· ^URd der Einfügungsleistungsverlustfaktor Ns von

— "K ; —= m;— = n. W8) Fernsprechapparat zu Fernsprechapparat kann unmit-

^s ο a telbar aus der Gleichung (36) in folgender Form

ermittelt werden:

Wenn die Impedanz c so gewählt wird, daß die Ein· r . . -i j

gangsspannungsbedingung erfüllt wird, kann die Glei- 45 jV_s = 11 + 2n + —^—-^-I . (55)

chung (47) in folgender Form geschrieben werden: L 2 m (/ + m) J

. —LtlüL— ■ (AQ) Dieser Faktor kann auch aus den Gleichungen (44)

4m(/ + ffj)-l ' und (45) in folgender Form ermittelt werden:

S₀ _

hieraus ist zu ersehen, daß für den Fall, daß η positiv V(Ns)¹ -ln + VW+An¹ + κ¹)¹, (56)

und endlich ist.

4m 55

ist. Wenn die Impedanz L auch an das Netzwerk ange-

_lm (l₊2m)[l₊y{l₊8m-(l+4m₊8mS. "'Die" Ku!ven in F ig. 9 zeigen die Änderung des 2(1 +4m+8m ) Einfügungsleistungsverlustfaktors in Dezibel als Funk-

(50) 65 tion von m für /=0, 5. 1,2 und 3. Es ist zu erkennen, daß mit zunehmendem m die Dämpfung zwischen dem

Für viele Werte von m ist es in der Praxis einfacher, Fernspiechapparat und dei Leitung ansteigt und die die Gleichung (46) näherungsweise zu benutzen, wobei Dämpfung zwischen den Fernsprechapparaten ab-

nimmt und daß die Kurven für die Fernsprechapparate bei großen Werten für m auf einen konstanten Dämpfungswert zulaufen.

Für den Fall, daß die Impedanz L auch an das Netzwerk angepaßt ist, ist die Dämpfungsänderung als Funktion von m in Fig. 10 dargestellt Während die Dämpfung zwischen Fernsprechapparat und Leitung fast linear mit dem Logarithmus von m ansteigt, steigt die Dämpfung zwischen den Fernsprechapparaten steil an, wenn m abnimmt π geht gegen unendlich-, wenn m auf den Wert 0,25 zustrebt

In manchen Anwendungsfällen der Erfindung ist es nicht wichtig, die Impedanz L an das Netzwerk anzupassen, und es ist wirklich auch besser, dies nicht zu tun. Wichtig ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel jedoch, daß die Dämpfung zwischen den Fernsprechapparaten annähernd so groß ist, wie es beschrieben wurde. Mit Hilfe der Gleichung (53) ist in Fig. 11 /in Abhängigkeit von m für die konstanten Dämpfungswerte 6 db, 7 db, 8 db und 10 db aufgetragen. Die Skala für / ist logarithmisch, während die Skala für m Hnear ist

In einem praktischen AusfOhmngsbeispiel der Erfindung betrug die Fernsprechapparateimpedanz und die Leitungsimpedanz jeweils 300 Ω, und es war eine Dämpfung zwischen den Fernsprechapparaten von 7 db gefordert Die Fig. 11 zeigt daß für /und m ein Wert von etwa 1 erforderlich ist Dies erwies sich al» bequem hinsichtlich der verfügbaren Widerstände für die Brückenschaltung und die Verstärker. Aus F i g. 9 ist zu ersehen, daß die Verstärker eine Verstärkung von etwa (2 db haben müssen, wenn /und m den Wert 1 haben. In einigen Fällen sollten Verstärker mit Impedanzen von 600Ω benutzt werden, in diesem Fall war /=2 und m etWii 0,82. Da aber ein Anstieg des Empfangspegels in 3s den Fernsprechapparaten um 1 db kaum mit dem Gehör wahrnehmbar ist kann der Fehler für den Fall, daß /n-1 gewählt wird und die Dämpfung zwischen den Fernsprechapparaten etwas unter 6db liegt in Kauf genommen werden.

Andererseits kann es zulässig sein, die Verstärkung des Empfangsleitungsverstärkers leicht zu erhöhen, so daß der Leitungssignalpegel auf den Pegel des benachbarten Fernsprechapparat* gebracht wird.

Das Netzwerk 3 in F i g. 7 und die Verstärker 4 und 5 brauchen sehr wenig Platz und können in demselben Fernsprechapparat entweder im Apparat 1 oder im Apparat 2, angeordnet sein. Anstelle der Verbindungen zur Übertragungsleitung oder zum anderen Fernsprechapparat brauchen nur geeignete Widerstände eingeschaltet zu werden. Dabei können in einfacher Weise auch Schalter mit eingebaut werden, mit denen ein Fernsprechapparat oder beide Fernsprechapparate von der Übertragungsleitung oder vom anderen Fernsprechapparat getrennt werden.

Es ist auch möglich, die Zahl der Brückenschaltungspole zu erhöhen und damit weitere Fernsprechapparate anzuschließen, wobei die Dämpfung von Fernsprechapparat zu Fernsprechapparat und die Dämpfung vom Fernsprechapparat zur Leitung sich mit den relativen Positionen der Fernsprechapparate und der Öbertragungsleitungen in dem sich ergebenden Rjnznetzwerk ändern, wenn mehr als sechs Anschlußpaare vorhanden sind. Es ist jedoch praktischer, die Konferenzschaltung derart auszudehnen, daß ein Baum aus den Netzwerken gemäß F i g. 7 entsteht wie es in F i g. 12 dargestellt ist Hier sind drei Brückenschaltungen 3,6 und 7, die jeweils durch ein Dreieck dargestellt sind und jeweils der Brilckenschaltung 3 in Fig.7 einschließlich der Verstärker 4 und 5 entsprechen, zusammengeschaltet wodurch 4 Fernsprechapparate zusammengeschaltet und an eine Übertragungsleitung angeschlossen werden können. Anstatt die Brückenschaltung 3 mit ihren Anschlüssen AA'. DD'. CC und FF' mit den entsprechenden Sende- und Empfangsanschlüssen des Fernsprechapparats 1 und des Fernsprechapparats 2 wie in Fi g. 7 anzuschließen, ist die Brückenschaltung 3 mit ihren Fernsprechapparatanschlüssen an die Außenleitungsanschlusse der Brückenschaltungen 6 und 7 anzuschließen. Die Fernsprechapparatanschlüsse der Brückenschaltungen 6 und 7 sind dann mit den entsprechenden Empfangs- oder Sendeanschlüssen der Fernsprechapparate 1, 2, 3 und 4 verbunden, wie es in Fig. 12 angedeutet ist Ein oder mehrere dieser Fernsprechapparate können durch einen weiteren Baum ersetzt werden, um weitere Paare von Sende- und Empfangskanälen zuzufügen.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Brückenschaltung zur rückwirkungsfreien Verbindung mehrerer erdsymmetrischer Verbraucher oder Sender, insbesondere für Fernsprechanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß es in der Topologie eines Polygons mit 2n Seiten aufgebaut ist, wobei n>3 ist, daß jede Seite durch eine Impedanz gebildet ist, daß die Impedanzwerte der diagonal gegenüberliegenden Zweige jeweils gleich sind, daß jeweils zwischen den einander zugeordneten Diagonaleckpunkten eine Anschlußimpedanz angeschlossen ist, die durch eine symmetrische Teilnehmer- oder Übertragungsleitung gebildet ist, und daß die Werte der Impedanzzweige derart gewählt sind, daß wenigstens zwei Paare gegenüberliegender Diagonaleckpunkte zueinander konjugiert sind.

2. Brückerchaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß sie 4/i Seiten aufweist und daß jedes Paar einander zugeordneter Diagonaleckpunkte demjenigen Paar einander zugeordneter Diagonaleckpunkte konjugiert ist, welches im rechten Winkel zum erstgenannten Paar versetzt angeordnet ist

3. Brückenschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen jedem der genannten zwei Paare angeschlossenen Impedanzen jeweils den gleichen Wert haben und daß die Werte der ImpedanzTveige — von einem Eckpunkt des Polygons ausgehend — sich in jedem Quadranten der Reihe nach wiederhuen.

4. Brückenschaltung na«:h Anspruch I. 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet daß t :r an dem Paar voneinander zugeordneten Diagonalpunkten auftretende Brückeninnenwiderstand an die zwischen diesen Diagonaleckpunkten angeschlossene Impedanz angepaßt ist.

5. Brückenschaltung nach einem der Ansprüche I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß sie drei Sätze von Teilnehmer- oder Übertragungsleitungen zusammenkoppelt die jeweils ein erdsymmetrisches Paar Sendeanschlüsse und ein erdsymmetrisches Paar Empfangsanschlüsse aufweisen, wobei jedes SendeanschluBpaar konjugiert ist daß der erste Satz und zweite Satz im wesentlichen gleich ausgebildet sind, daß die Brückenschaltung ein erstes, ein zweites und ein drittes Paar von Empfangsanschlüssen zur Verbindung mit den entsprechenden Anschlußpaaren der Sätze von Teilnehmer- oder Übertragungsleitungen aufweist, daß innerhalb der Brückenschaltung das erste Paar und zweite Paar von Sendeanschlüssen über Reihenimpedanzen gleicher Werte mit dem dritten Paar von Sendeanschlüssen verbunden sind, daß das erste Paar und das zweite Paar von Sendeanschlüssen über jeweils eine gleiche Impedanz mit dem zweiten bzw. ersten Paar von Empfangsanschlüssen verbunden ist und daß das dritte Paar von Empfangsanschlüssen über jeweils eine gleiche Impedanz mit dem ersten Paar und zweiten Paar von Empfangsanschlüssen verbunden ist, wobei die Kopplung der Reihenimpedanzen außer der Kopplung über die genannten Anschlüsse vernachlässigbar ist und die Verbindungen so gewählt sind, daß alle genannten Impedanzen in Reihe zu einem einzigen Ring zusammengeschlossen sind.

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