DE2437609C2

DE2437609C2 - Schaltung zur stufenlos einstellbaren Leitungsentzerrung

Info

Publication number: DE2437609C2
Application number: DE19742437609
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl.-Ing. 8000 München Pichlmayer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-08-05
Filing date: 1974-08-05
Publication date: 1983-10-27
Also published as: DE2437609A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur stufenlos einstellbaren Leitungsentzerrung, bei der das ankommende Signal auf zwei Signalwege aufgeteilt ist und die Übertragungscharakteristik des ersten Signalweges frequenzunabhängig ist, und bei der ferner das entzerrte Signal aus der Summe der vom ersten und zweiten Signalweg abgegebenen Signale gebildet wird und im Signalweg mit frequenzabhängiger Übertragungscharakteristik ein Verstärkei vorhanden ist. Schallungen dieser An sind aus der DE-OS 22 27 675 bekannt.

Bei der Nachrichtenübertragung auf Leitungen kompensieren Leitungsverslärker, die jeweils einem Leilungsabschnitt zugeordnet sind, die frequenzabhängige Leilungsdämpfung. Da jedoch aufgrund der Bedingungen im Gelände nicht jeder Leilungsabschnill gleich lang sein kann, macht man die frequenzabhängige Verstärkung der Leitungsverslärker einstellbar. Dazu dienen neben Festentzerrern auch einstellbare Entzerrer, welche bei Einstellung von Hand meistens emweder mit einem Schalter oder einem Feldplaltenslel: icd bedient werden. Der Schaller ist relativ unzuverlässig und benötigt bei feinstufiger Einslellbarkeit viele Koniakte.

Feldplatlenstellglieder sind zwar stufenlos einslellbar, jedoch isl der Widersland der Feldplatte derart temperaturabhängig, daß er bei unterirdischen Leitungsverstärkern zur Temperatursteuerung verwende! werden kann. Bei Verwendung in oberirdisch betriebenen Verstärkern störl diese Temperaturabhängigkeit. Außerdem benöligt das Feldplaliensiellglied viel Raum.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung isl es daher, Schaltungsanordnungen zur Leitungsenlzerrung zu schaffen, die einfach im Aufbau, kontinuierlich einstellbarer und von Temperaturschwankungen weitgehend unabhängigsind.

Zur Lösung dieser Aufgabe gibt es für die eingangs genannte Schallung zwei Möglichkeiten, die in den kennzeichnenden Teilen der Palentansprüche 1 und 2 angegeben sind.

Vorteilhafte Ausgestallungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Derartige Schaltungen eignen sich besonders zum Einsatz in höheren Frequenzbereichen, da der komplexe Spannungsteiler zur Entzerrungseinstellung zwischen den beiden Verstärkern liegt und damit den Eingangswidersland des Entzerrers nicht beeinflussen kann. Ferner eignet sie sich besonders für Koaxialsysteme, bei denen die durch symmetrische Systeme notwendigen Übertrager überflüssig sind und im Hinblick auf Miniaturisierung und Anwendung von Dickschicht- oder Dünnfilmtechnik vermieden werden sollen.

In Reihe zur veränderlichen Kapazität des kapazitiven Spannungsteilers kann auch eine Induktivität geschaltet sein, die zusammen mil der veränderbaren Kapazität

einen Serienresonanzkreis bildet, dessen Serienresonanz oberhalb des Übertragungsbandes liegt.

Dadurch wird der Anstieg des Verstärkungsfaktors bei großer Verstärkung im oberen Bereich des Übertragungsbandes versteuert, wie es auf Grund der Dämpfungsänderung des Kabels erforderlich ist.

An Hand der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1, 3 und 4 sowie den Diagrammen nach fig. 2 wird die Erfindung näher erläutert.

Die Eingangsspannung U_x gelangt über einen kapazitiven frequenzunabhängigen Spannungsteiler (Drehkondensator C und Kapazität C₀) an den durch Seriengegenkopplung (Λ₄; R₂) hochohmigen Eingang des Verstärkers A_x. Die verstärkte Spannung am Ausgang von A_x prägt über den komplexen Widerstand Jf in den durch Parallelgegenkopplung (R₂) niederohmigen Eingang des Verstärkers A₂ einen Strom /", = Ufl.tf ein. Ein zweiter Strom /, = U₁IR₁ fließt ebenfalls in den Eingang von A₂. Diese Ströme werden summiert und erzeugen die Ausgangsspannung U₂.

Der Spannungsverstärkungsfaktor r = U₂IU₁ der Schaltung nach Fig. 1 wird damit

Γ,

c+c/

(1)

25

Dabei ist V₁₁=R₂IR, und A (ro) = ^ ·

^{1 +} ΪΓ

"3

(2)

Die der Kabeldämpfung entsprechende Frequenzabhängigkeit des Verstärkungsfaktors bewirkt der frequenzabhängige Ausdruck A(tu). Anstelle der reellen Widerslände R_x, /?3 oder Λ₄ könnten auch komplexe Zweipe'e sein; im vorliegenden Beispiel wird die Frequenzabhängigkeit nur durch den komplexen Widerstand .Jf erzielt.

Für Leitungslänge 0 km ist C = O und dabei ist 1 = v_o = R₂IR_x. Die Leitungslänge 0 km entspricht dem Verstärkungsfaktor r=l. Damit wird für diese Schaltung R₂ = R_x.

Der Ausdruck des Verstärkungsfaktors nach Gleichung (1) ist nun in Zusammenhang zu bringen mit dem der zu entzerrenden Leitungsdämpfung

α = α · 1 (3)

Dabei ist j. die frequenzabhängige spezifische Leilungsdämpfung in Dezibel je Kilometer und /die Leitungslänge in Kilometer.

Fig. 2a zeigt die frequenzabhängige Leitungsdämpfung mit dem Dämpfungsverlauf α für eine mittlere Leitungslänge. Eine Verkürzung oder Verlängerung der Leitung um jeweils den gleichen Beirag ergibt die Kurven α — Aa bzw. a+ Aa. Dabei ist bei jeder Frequenz der Absland der oberen Kurve zur minieren gleich dem der mittleren zur unteren.

Bestimmt man aus dem Dämpfungsmaß α den Dämpfungsfaktor und selzl diesen gleich dem Verstärkungsfaktor v, so folgt

λ = 20 Igi·; i'=10²

Δ« = 20 Ig A-; A = IO²

Diese Darstellung zeigt Fig. 2b. Hier erkennt man, daß der Verstärkungsfaktor bei Leitungsverlängerung mit zunehmender Frequenz stärker zunehmen muß, als er bei entsprechender Verkürzung der Leitung abzunehmen hat. Der Ausdruck für den Verstärkungsfaktor ν nach Gleichung (2) erfüllt diese Forderung im Prinzip, jedoch ist der Anstieg des Verstärkungsfaktors bei großer Verstärkung im oberen Bereich des Übertragungsbandes bei Leilungsverlängerung nicht steil genug. Um das zu verbessern, wird die variable Kapazität C (Fig. 1) mit einer Induktivität L zu einem Serienschwingkreis ergänzt. Die Induktivität wird so gewählt, daß die Resonanzfrequenz oberhalb des Übertragungsbandes liegt. Bei maximaler Kapazität (größte Leitungslä.ige) liegt die Resonanz nahe am Übertragungsband und entfernt sich davon mit Verkleinerung der Einstellkapazilät C. Damit wirkt der Kreis für große Verstärkung am meisten. Er erzeugt eine Versteilerung des Frequenzganges, welche mit Verkleinerung der Kapazität C und damit der Verstärkung immer mehr abnimmt. Gegebenenfalls kann der Schwingkreis mit einem Widerstand oder sonstigem Netzwerk beschaltet werden.

Wie bereits erwähnt, ist der Entzerrer für C = O einstellbar auf Leitungslänge 0 km. In der Praxis jedoch ist C = O nicht realisierbar, da der Drehkondensator auch im ausgedrehten Zustand eine Restkapazitäl besitzt. Die Wirkung dieser Restkapazilät kann kompensiert werden, wenn man die Verbindung zwischen C₀ und Masse (Fig. 1) auftrennt und an dieser Stelle eine Spannungsquelle U₀ einfügt, welche gegenphasig proportional zu U_x ist. Um die Wirkung der Restkapazität C„„„ zu kompensieren, muß sein
r

Diese zu U_x gegenphasige Spannungsquelle U_n kann mit Hilfe eines Verstärkers oder eines Übertragers realisiert werden. Bei Anwendung des Entzerrers in einem Übertragungssystem auf symmetrischen Leitungen ist ohnehin ein Übertrager am Ein- und Ausgang der Baugruppe erforderlich. Hierfür kann die Schallung nach Fig. 3 verwendet werden.

Die durch den Eingangsübertrager übersetzte Spannung U_x' erzeugt einen Strom /„ durch die Widerstände R₀ und R_x

I₀ = jri^ß

(Durch den niederohmigen Eingangswiderstand des Verstärkers A₂ kann man sich den Widerstand R_x einseilig an Erde geschaltet denken).
Die zu U_x gegenphasige Spannung U_n wird damit

° ° ° R₀ +R_x

Die auf Grund der Restkapazilät C_min am Feslkondensator C₀ stehende Spannung ist

K · c_mi„

U_n = -

- C„„„

Bei Kompensation des Einflusses der Reslkapazitäl C_1111nISt

^- min η

R₀₊R_x C ₊ C₁₁₁₁; ·

'■"c:

Der Einfluß der Induktivität L ist bei C=C,„_in vernachlässigbar.

Die erwähnte Anhebung der Verstärkung am oberen Bandende erfolgt durch den Serienkreis aus L und C.

Unter der Voraussetzung, daß der Scheinwiderstand der Reihenschaltung aus C, L und C₀ hochohmig gegen R_x + R₀ ist, ergibt sich der Eingangswiderstand

Der Ausgangswidersland ist Z = V

if;

Die Spannungsversiiirkung r = r ergibt sich zu

L 1

Dabei ist C* =

- «7 lc

(10) (H)

Außerdem so!! die Verstärkung r= 1 ITir I iinge 0 km sein. Das ergibt

«, -Ri_ _=]
2U₁[R₁+R₁₁)

Der Endverstärker hat zwei Eingänge, von denen durch Gegenkopplung einer hochohmig und der andere nicderohmig ist. Die konstante und frequenzunabhängige Signalübertragung für I =0 km ((„ C₁, = 1) erfolgt vom Ausgang 1 des Vorverstärkers über R₁ zum niederohmigen Eingang 3 des Endverstärkers. Für größere Leitungslängen kommt dazu ein Signal vom Ausgang 2 über den frequenzabhängigen Spannungsteiler aus L. C und 'S zum hochohmigen Eingang 4 des Endverstärkers. Der Kondensator C_n kompensiert die Wirkung der Restkapaziläl bei ausgedrehtem Kondensator C Auch hier dient die Induktivität L der Frequenzgangkorrektur bei größter Verstärkung am oberen Ende des Übertragungsbandes. Der Spannungsverstärkungsfaktor r = („ L\, beträgt bei dieser Schallung

(12)

20

Sonst arbeitet diese Schaltung wie die nach Fig. 1.

Eine andere Schaltuns für einen stufenlos einstellbaren Entzerrer zeigt Fig. 4,

Der Vorverstärker A₁ mit zwei niederohmigen voneinander entkoppelten Ausgängen erzeugt zwei zueinander gegenphasige Spannungen C₁ und {.'·>.

1 +

R,

C*-C,

C* + C₁, -./

Dabei ist r, = —

V"-c:<^c-

Prinzipiell ist diese Schallung auch verwendbar, wenn der Innenwiderstand der Ausgänge 1 und 2 nicht niederohmig ist. Es müssen jedoch diese Ausgänge voneinander entkoppelt sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

1. Schaltung zur stufenlos einstellbaren Leitungsentzerrung, bei der das ankommende Signal auf zwei Signalwege aufgeteilt ist und die Übertragungscharakteristik des ersten Signalweges frequenzunabhängig und die des zweiten Signalweges frequenzabhängig ist, und bei der ferner das entzerrte Signal aus der Summe der vom ersten und zweiten Signalweg abgegebenen Signale gebildet wird und im Signalweg mit frequenzabhängiger Übertragungscharakteristik ein Verstärker vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker aus zwei Verstärkern (A_x, A₂) besteht, von denen der erste (A₁) einen hochohmigen und der zweite (A₁) einen niederohmigen Eingang aufweist, daß die zwei Verstärker (A₁, A₂) über einen komplexen Widerstand (R), der so dimensioniert ist, daß der jeweils gewünschte Frequenzgang entsteht, miteinander verbunden sind, und daß dem ersten Verstärker (A₁) die Eingangsspannung (C/,) über einen veränderbaren kapazitiven Spannungsteiler (C. C₀) und ein von der Eingangsspannung (U_x) erzeugter Strom (i₂) über einen Widerstand (R_x) dem zweiten Verstärker (A₂) zugeführt ist.

2. Schaltung zur stufenlos einstellbaren Leitungsentzerrung, bei der das ankommende Signal auf zwei Signalwege aufgeteilt ist und die Übertragungscharakteristik des ersten Signalweges frequenzunabhängig und die des zweiten Signalweges frequenzabhängig ist, und bei der ferner das entzerrte Signal aus der Summe der vom ersten und zweiten Signalweg abgegebenen Signale gebildet wird und im Signalweg mit frequcnzabhängiger Übertragungscharakteristik ein Verstärker vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker aus 7wei Verstärkern (A₁, A₂) besteht, von denen der erste Verstärker zwei voneinander entkoppelte Ausgänge aufweist, an denen zwei zueinander gegenphasige Spannungen (U₃, t/₄) abnehmbar sind, und von denen der zweite Verstärker (A₂) zwei Eingänge, von denen der eine hoch- und der andere nicderohmig ist, besitzt, daß parallel zum hochohmigen Eingang des zweiten Verstärkers (A₂) ein komplexer Widerstand (C), der so dimensioniert ist, daß der jeweils gewünschte Frequenzgang entsteht, liegt, daß zwischen dem ersten Ausgang des ersten Verstärkers (A_x) und dem niederohmigen Eingang des zweiten Verstärkers (A₁) ein ohmscher Widerstand (R_x) und zwischen dem zweiten Ausgang des ersten Verstärkers und dem hochohmigen Eingang des zweiten Verstärkers (A₂) eine veränderbare Kapazität (C) liegt, die zusammen mit einem vom hochohmigen Eingang des zweiten Verstärkers (A₂) zum ersten Ausgang des ersten Verstärkers (A_x) liegenden Festkondensator (C₁₁) einen kapazitiven Spannungsteiler bildet.

3. Schallung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der hochohmige Eingang des ersten Verstärkers (A,) über eine Seriengegenkopplung (R₃, Λ₄) und der niederohmige Eingang des zweiten Verslärkers (A₂) über eine Parallelgegenkopplung (R₂) erzeugt ist.

4. Schallung nach Anspruch I oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Festkondensator (C,,) des kapazitiven Spannungsteilers und Masse eine ti Spannungsquelle ((/„) eingeschaltet ist, deren Ausgangsspannung gegenphasig zur Eingangsspannung (U,) ist und deren Betrag gleich dem Produkt der Eingangsspannung (U₁) und dem Quotienten aus der Restkapazität (C_mi„) und der Summe aus der veränderbaren Kapazität (C) und der Fesikapaziiät (C₀) ist.

5. Schallung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zur veränderlichen Kapazität (C) des kapazitiven Spannungsteilers eine Induktivität (L) geschaltet ist. die zusammen mit der veränderbaren Kapazität (C) einen Serienresonanzkreis bildet, dessen Serienresonanz oberhalb des Übenragungsbandes liegt.