DE3329893C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Entzerreranordnung zum Ausgleich von geradlinig verlaufenden Laufzeitverzerrungen, bestehend aus einem zwischen Entkopplungsverstärkern befindlichen höhergradigen Darlington-Allpaß mit regelbarer, parabelartig verlaufender Betriebsgruppenlaufzeit und einem nachgeschalteten, eine mittlere, parabelartige Laufzeit entzerrenden Laufzeitfestentzerrer.

Bei Satelliten- und TV-Systemen werden u. a. Laufzeitentzerrer mit stetig einstellbarer, im Übertragungsbereich geradlinig steigender bzw. fallender Betriebsgruppenlaufzeit (τ _B ) benötigt. An diese sogenannten Schräglagenentzerrer werden neben der Forderung nach möglichst guter Geradlinigkeit und großer Auslenkbarkeit der Betriebsgruppenlaufzeit in meist breitbandigen Übertragungsbereichen auch Forderungen nach möglichst kleiner Grunddämpfung und Dämpfungsverzerrung gestellt. Außerdem soll die Zahl der reaktiven Einstellelemente möglichst klein sein. Diese Anforderungen waren bisher nur mit relativ großem Aufwand zu realisieren, da sich bei der Approximation mehrerer Laufzeitschräglagen durch Allpaßnetzwerke (meist Allpaß-B-Glieder) immer die Notwendigkeit der Änderung relativ vieler Schaltelemente ergibt, was auch für die ebenfalls verwendeten Transversalentzerrer gilt.

Im Buch von G. Wunsch "Theorie und Anwendung linearer Netzwerke", Teil I, Akad. Verl. Ges. Leipzig 1961, Seiten 292 bis 298, sind Darlington Allpässe angegeben, die dort nicht regelbar sind und die somit zur Erzielung konstanter Laufzeit dienen.

Durch die DE-OS 31 10 919 wurde weiterhin eine relativ aufwendige Entzerreranordnung bekannt, bei der mit fünf 3-dB-Kopplern bzw. Modulatoren und acht Abstimmdioden durch Verschieben von zwei quadratischen Laufzeitkurven eine näherungsweise geradlinige Laufzeitschräglage erzeugt wird.

Alle angegebenen Realisierungsformen führen zu einer Vielzahl von reaktiven Abstimmelementen oder störenden, nur grobstufig einstellbaren Schaltern und entsprechend vielen Allpaßnetzwerken.

Aufgabe der Erfindung ist es, Entzerrerschaltungen zum Ausgleich von geradlinig verlaufenden Laufzeitverzerrungen anzugeben, bei denen gegebenenfalls nur ein reaktives Einstellelement erforderlich ist.

Für die einleitend angegebene Entzerreranordnung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 gelöst.

Im Unteranspruch ist eine vorteilhafte Ausgestaltung angegeben.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt in der Zeichnung

Fig. 1a Die Pol-Nullstellenkoordinaten x₀₁, x₀₂ und y₀₁, y₀₂ sowie Betriebsgruppenlaufzeit τ _B von 2 Allpaß-B-Gliedern,

Fig. 1b den Reaktanzverlauf des aus den beiden in Fig. 1a gezeigten B-Gliedern gewonnenen Allpaß-D-Gliedes,

Fig. 1c die Verschiebung der Laufzeit t _B durch Änderung der Kapazitäten C₁ und C₂ jeweils in der gleichen Richtung 1 (Mittelkurve), 2 (-Δ C _1,2), 3 (+Δ C _1,2),

Fig. 1d die Umwandlung der Reaktanz jX _D nach Fig. 1b, die der Steuerung der Abstimmkapazitätswerte dient und die Möglichkeit des Abgleichs mit nur einer einstellbaren Kapazität C₀ aufzeigt,

Fig. 1e einen einstellbaren Laufzeitentzerrer mit nach Fig. 1d umgewandelter D-Gliedreaktanz jX _D ; als Darlington-Allpaß ausgeführt,

Fig. 2a einen einstellbaren Laufzeit-Schräglagenentzerrer mit einem Abstimmkondensator C _T ,

Fig. 2b die Gruppenlaufzeit t _B des LE(V) im Einstellbereich von C _T ,

Fig. 2c die Gruppenlaufzeit Δτ _B des Darlington-Allpasses LE(V) mit dem Laufzeitfestentzerrer (LE(F)) im Einstellbereich von C _T ,

Fig. 3a die Reaktanz jX mit einem kapazitiven Einstellelement C _T und mit zwei kapazitiven Einstellelementen C _{T 1}, C _{T 2},

Fig. 3b die Reaktanz jX mit einem induktiven Einstellelement L _T und mit zwei induktiven Einstellelementen L _{T 1}, L _{T 2},

Fig. 3c die Teilreaktanz jZ₂ als Kettenbruchschaltung,

Fig. 4a einen einstellbaren Laufzeitentzerrer mit einem Differentialtrimmer zur Einstellung von verschiedenen konstanten Laufzeiten,

Fig. 4b prinzipielle Verläufe der Gruppenlaufzeiten τ I, τ II der Laufzeitentzerrer I und -II.

Wie in der Figurenkurzbeschreibung bereits angegeben, sind in den Figuren 1a bis 1e Allpaß-B-Glieder und deren Umwandlung in Darlington-Allpässe besprochen. Die Schaltung in Fig. 1a zeigt dabei die Kettenschaltung von zwei sogenannten Allpaß-B-Gliedern, deren Definition und deren Wirkungsweise für sich bekannt ist. Der Vollständigkeit halber sei hier nochmals auf folgendes hingewiesen.

Allpaß-B-Glieder bestehen dem Grundkonzept nach aus der Kreuzschaltung von einem Parallel-Resonanz-Kreis im Längszweig und einem Serien-Resonanz-Kreis im Diagonalzweig. Die gestrichelten Linien deuten an, daß in der Kreuzschaltung genau die gleichen Schaltelemente nochmals vorhanden sein müssen. Gemäß Fig. 1a sind nun zwei solche Allpaß-B-Glieder in Kette geschaltet. Der formelmäßige Zusammenhang ist vollständig in Fig. 1a angegeben und es ist auch zu erkennen, daß die maximale Laufzeit τ _max ungefähr bei y _01,2 liegt. In Abhängigkeit vom Wert x₀ ist nämlich auf der Ordinate y₀ der Reaktanzverlauf aufgetragen, es ist kenntlich gemacht der "Übertragungsbereich" und es ist auf der zweiten Kurve in Abhängigkeit von einer normierten Frequenz Ω die Betriebsgruppenlaufzeit τ _B dieser beiden Allpaß-B-Glieder aufgetragen. Die Kettenschaltung zweier Allpaß-B-Glieder liefert eine sogenanntes Allpaß-D-Glied, dessen Reaktanzverlauf mit jeweils den zugehörigen Indizes und Bezeichnungsweisen in den Kurven dargestellt ist. Solche Umwandlungen sind an sich bekannt und sie werden hier zum besseren Verständnis nochmals kurz wiedergegeben.

Die Fig. 1c zeigt nun die Verschiebung der Laufzeit τ _B wenn die Kapazitäten C₁ und C₂ jeweils in der gleichen Richtung um ein Δ C _1,2 verändert werden. Dadurch entsteht die Mittenkurve 1 bzw. die rechte Kurve 2 bzw. die linke Kurve 3.

Ebenfalls bekannt sind die in den Fig. 1d und 1e dargestellten Umwandlungen bzw. die Schaltungsaquivalenzen. Die Schaltbilder in Fig. 1d zeigen die Umwandlung der Reaktanz jX _B nach Fig. 1b und es kann dadurch die Steuerung der Abstimmkapazitätswerte vorgenommen werden und zugleich ergibt sich die Möglichkeit, den Abgleich mit nur einer einzigen einstellbaren Kapazität C₀ vorzunehmen. Der einstellbare Laufzeitentzerrer nach Fig. 1e entsteht, wenn die Schaltung von Fig. 1d als Darlington Allpaß ausgeführt wird.

In Fig. 2a ist folgendes zu erkennen. Dort ist zwischen zwei Entkopplungsverstärkern EV ein einstellbarer Laufzeitschräglagenentzerrer mit einem Abstimmkondensator C _T eingeschaltet. In Kette geschaltet ist ein weiterer Laufzeitentzerrer LE(F), dessen Wirkungsweise durch das Symbol "τ " ebenfalls kenntlich gemacht ist. Der Laufzeitschräglagenentzerrer LE(V) selbst besteht aus einer überbrückten Schaltung mit einer angezapften Spule (im Beispiel Übersetzungsverhältnis 1:1) im Längszweig und dem Widerstand R₀/2 im Querzweig. R₀ ist dabei jeweils der Abschlußwiderstand der Gesamtschaltung. Im Überbrückungszweig sind die Schaltungen jZ₁ und jZ₂ enthalten. Dabei enthält jZ₁ einen angezapften Parallel-Resonanzkreis, an dessen Mittelanzapfung der einstellbare Kondensator C _T geschaltet ist. Zugeschaltet ist der Blindwiderstand jZ₂, der aus der Parallelschaltung zweier Serienresonanzkreise besteht, von denen im Ausführungsbeispiel die Resonanzfrequenz f₀₁ = 300 MHz und die andere Resonanzfrequenz f₀₂ = 175 MHz ist.

In Abhängigkeit von der Frequenz f sind nun im Einstellbereich des Trimmkondensators C _T in Fig. 2b die Gruppenlaufzeit t _B des Darlington Allpasses LE(V) und in Fig. 2c die Gruppenlaufzeit Δτ _B des Darlington Allpasses LE(V) und des nachgeschalteten Laufzeitentzerrers LE(F) anhand der Kurven 1, 2, 3, 4, 5 für verschiedene Einstellwerte von C _T gezeigt.

In den Fig. 3a bis 3c sind weitere Schaltungsmöglichkeiten gezeigt, mit deren Hilfe die Laufzeit des angegebenen Darlington-Allpasses eingestellt werden kann. In Fig. 3a haben beide Schaltungen die Eingangsreaktanz jX und es wird in der ersten Schaltung lediglich mit dem Trimmkondensator C _T abgestimmt, während in der zweiten Schaltung eine Möglichkeit in Form eines π-Gliedes gegeben ist, bei der die beiden Abstimmkondensatoren C _{T 1} und C _{T 2} in den Querzweigen einer π-Schaltung liegen. In jedem Fall sind in Kette nachgeschaltet die Blindwiderstände jZ₂, die wiederum aus der Parallelschaltung zweier Serienresonanzkreise mit der Resonanzfrequenz f₀₁ bzw. f₀₂ bestehen. In Fig. 3b wird die Reaktanz jX mit einem induktiven Einstellelement L _T in der ersten Schaltung eingestellt bzw. mit zwei induktiven Einstellelementen L _{T 1}, L _{T 2} in der zweiten Schaltung.

Die Einstellinduktivität L _T liegt in der ersten Schaltung an der Anzapfung eines Übertragers (mit dem Übersetzungsverhältnis 1:ü) und ihre Veränderbarkeit ist durch das entsprechende Schaltsymbol angegeben. In der zweiten Schaltung sind zu erkennen die einstellbaren Induktivitäten L _{T 1} bzw. L _{T 2}, die in den Querzweigen einer π-Schaltung liegen, wobei im Längszweig dieser π-Schaltung ein Kondensator liegt. Jeweils nachgeschaltet sind die Parallel-Resonanzkreise in den Längszweigen der nachfolgenden Schaltung und es liegen deren Parallelresonanzfrequenzen bei der Resonanzfrequenz f ∞₁ bzw. f ∞₂. Im Eingangsquerzweig der Schaltungen von Fig. 3a liegt eine weitere Spule, so daß entsprechend im Eingangsquerzweig der Schaltung von Fig. 3b ein Kondensator liegen muß. Die einzelnen Schaltungsabschnitte sind wiederum mit jZ₁ bzw. jZ₂ in der Darstellung von Fig. 3b kenntlich gemacht.

Die Fig. 3c zeigt Teilreaktanzen der Schaltung jZ₂ von Fig. 3a bzw. Fig. 3b in der sogenannten Kettenbruchschaltung. Solche Schaltungen bestehen aufeinanderfolgend aus Spulen im Querzweig und Kondensatoren im Längszweig bzw. umgekehrt, Kondensatoren im Querzweig und Spulen im Längszweig.

In Fig. 4a ist eine mögliche Kettenschaltung einer Anordnung nach Fig. 2a gezeigt. Lediglich zur Unterscheidung sind den Bezugshinweisen noch die Zahlen "1" bzw. "2" zugeordnet, im übrigen sind die gleichen Bezugsziffern für gleiche Schaltungsabschnitte verwendet. Der Laufzeitentzerrer LE(V 1) hat also die Mittenfrequenz I, der Laufzeitentzerrer LE(V 2) hat die Mittenfrequenz II. Die Entkopplungsverstärker EV sind ebenfalls zu erkennen und auch der weitere Laufzeitfestentzerrer LE(F). Diese Schaltung stellt einen einstellbaren Laufzeitentzerrer mit einem Differentialtrimmer zur Einstellung von verschiedenen konstanten Laufzeiten dar. In Fig. 4b ist die Wirkungsweise der Schaltung von Fig. 4a gezeichnet und zwar ist die Laufzeitänderung Δτ _B in Abhängigkeit von der Frequenz Δ f aufgetragen. Die Mittenfrequenzen I bzw. II sind ebenfalls kenntlich gemacht und die Summenkurven sind unmittelbar dargestellt.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei noch folgendes ausgeführt.

Es werden hier Darlington-Allpässe höheren Grades angegeben, die die Realisierung von stufenlos einstellbaren Laufzeitschräglagen unter Verwendung von nur einem oder zwei Einstellelementen ermöglichen.

Ein Darlington Allpaß (vergl. z. B. das eingangs erwähnte Buch von Wunsch, Seite 292 bis 298) besteht bekanntlich aus einer Brückenschaltung, bei der ein Brückenzweig durch den Bezugs- bzw. Abschlußwiderstand R₀ und der zweite als beliebige Reaktanz jX ausgebildet ist. Aus dem Übertragungsfaktor

ist die Allpaßeigenschaft mit 6dB Grunddämpfung ersichtlich.

Die Reaktanz jX besteht gemäß der Erfindung aus dem Regelnetzwerk jZ₁ und einer Ketten- oder Partialbruchschaltung jZ₂ (vgl. Fig. 3a-c), wobei jX so ausgelegt wird, daß vor und nach dem Übertragungsbereich jeweils mindestens ein Laufzeitmaximum und im Übertragungsbereich ein parabelartiger Verlauf der Gruppenlaufzeit entsteht (Fig. 1a). Die parabelartige Laufzeitkurve wird mittels eines oder zweier Abstimmelemente so verschoben, daß die Differenz der jeweiligen durch Verstimmung erzielten Kurve zur ursprünglichen Kurve einen geradlinigen Verlauf hat. Hierbei wird von der Tatsache ausgegangen, daß die Differenz zwischen zwei Parabeln einen linearen Verlauf hat, was aus folgender Betrachtung der Parabeln y₁ und y₂ hervorgeht.

Die Verwendung von parabelartigen Laufzeitentzerrungen bei der Approximation solcher Darlington-Allpaßschräglagenentzerrer gestattet wegen der besseren Realisierbarkeit solcher Verläufe gegenüber geradlinigen den Bau großhubiger Entzerrer mit nur einem reaktiven Abstimmelement (Fig. 2a-c), wobei die parabelartige mittlere Laufzeit mit einem meist einfachen Laufzeitentzerrer LE(F) Fig. 2a-b vorentzerrt wird. Im Falle des in Fig. 2a-c gezeigten geradlinigen Entzerrers für ein 140 MHz-Satellitensystem konnte die Zahl der Einstellelemente von drei auf eins bei nur zwei statt vier Entkopplungsverstärkern gegenüber herkömmlichen Realisierungskonzepten reduziert werden. In Fig. 1a bis 1e wird die prinzipielle Wirkungsweise dieser neuen Entzerrer an einem aus zwei Allpaß- B-Gliedern zusammengesetzten Allpaß-D-Glied verdeutlicht.

Fig. 1a zeigt die Pol-Nullstellenkoordinaten X _01,2 und Y _01,2 der Übertragungsfunktion von zwei Allpaß-B-Gliedern und den typischen Verlauf der dazugehörigen Betriebsgruppenlaufzeit τ _B , wobei zum besseren Erkennen der Zuordnung von Nullstellen, Laufzeit- und Reaktanzfunktionen die komplexe Frequenzebene um 90° gedreht ist.

Die zwei Laufzeitmaxima liegen beiderseits des normierten Übertragungsbereiches 1 Ω 2, in dem der gewünschte parabelartige Verlauf von τ _B entsteht. In Fig. 1b ist die Zusammenfassung der B-Glied-Reaktanzen jX _{a 1,2} und jX _{b 1,2} zur D-Glied-Brückenreaktanz jX _D dargestellt. Es ist ersichtlich, daß durch Verändern der Kapazität C₁ um Δ C₁ eine Verschiebung der zwei Parallelresonanzen und damit beider Laufzeitmaxima in der gleichen Richtung erfolgt, während eine Veränderung von C₂ um Δ C₂ außerdem noch eine Verschiebung des Laufzeitminimums ermöglicht. Durch Ändern dieser beiden Kapazitäten kann somit die Fig. 1e dargestellte Kurvenschar von t _B erzeugt werden, wobei bei der Approximation lediglich darauf geachtet werden muß, daß bei Veränderung von C₁ und C₂ die Differenz zwischen der Ausgangskurve 1 und den verschobenen Kurven 2 bzw. 3 einen geradlinigen Verlauf der Laufzeit Δτ _B aufweist. Wegen des flachen Verlaufs von t _B im Minimum der parabelartigen Kurve bleibt die Grundlaufzeit in der Bandmitte näherungsweise konstant. In Fig. 1d sind Schaltungsumwandlungen der D-Gliedreaktanz (Fig. 1c) angegeben, die der Steuerung der Schaltelemente dienen und die zu der nur noch mit einer Einstellkapazität C₀/2 versehenen Darlington-Allpaß- Brückenreaktanz in Fig. 1e führen.

Ein nach obigen Gesichtspunkten dimensionierter variabler Laufzeitentzerrer mit nur einer Abstimmkapazität wird in Fig. 2a bis 2c gezeigt. Die grundsätzliche Anordnung besteht aus einem Darlington-Allpaß LE(V), der zwischen zwei entkoppelnde Verstärker EV oder Dämpfungsglieder geschaltet ist, während ein die Mittelkurve 3 entzerrender Festentzerrer LE(F) dieser Anordnung vor- oder nachgeschaltet wird.

Der hier verwendete Brückenzweipol jX ist in Fig. 3a angegeben und setzt sich aus dem abstimmbaren Teil jZ₁ und dem festen Zweipol jZ₂ zusammen. Die gegenüber der einfachen D-Glied-Reaktanz (Fig. 1c) hier verwendete höhergradige Reaktanz bietet wegen der größeren Zahl von Parametern eine bessere Approximationsgenauigkeit der Sollkurvenschar. Die Fig. 3a bis 3c zeigen mögliche Brückenreaktanzen jX der diesen variablen Darlington- Laufzeitentzerrer, die aus einem kapazitiv oder induktiv geregeltem Netzwerkteil jZ₁ und einer festen Partial- oder Kettenbruchschaltung jZ₂ bestehen. Die Brückenzweige jX und R₀/2 dieser Darlington-Allpässe (vgl. Fig. 1c) können selbstverständlich in jede andere Brückenschaltung - behaftet mit den jeweiligen Umrechnungsfaktoren - eingesetzt werden.

In Fig. 4a und 4b ist schließlich eine mögliche Anordnung für einen variablen Laufzeitentzerrer mit konstantem Verlauf der Gruppenlaufzeit τ _B angegeben. Dabei werden zwei der beschriebenen Schräglagenentzerrer durch Entkopplungsverstärker EV getrennt in Kette geschaltet, wobei eine der Mittenfrequenz (I, II) an das obere, die andere an das untere Bandende des Übertragungsbereiches gelegt wird.

Da die geradlinigen Laufzeitschräglagen (τ _1(I) und τ _1(II)) entgegengesetzte Verläufe (z. B. steigend/fallend) haben, ist hier die Regelung mit einem Differentialtrimmer möglich.

Die Regelkapazitäten können in allen beschriebenen Fällen auch durch die entsprechend angesteuerte Kapazitätsdioden realisiert werden.

Claims (3)

1. Entzerreranordnung zum Ausgleich von geradlinig verlaufenden Laufzeitverzerrungen, bestehend aus einem zwischen Entkopplungsverstärkern (EV) befindlichen höhergeradigen Darlington-Allpaß (LE(V)) mit einstellbarer Betriebsgruppenlaufzeit (τ _B ) und einem nicht einstellbaren Zweipol (jZ₂) mit partial- oder kettenbruchartiger Impedanzfunktion, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß zur Erzielung einer parabelartig verlaufenden Betriebsgruppenlaufzeit (τ _B ) die Brückenreaktanz (jX) des Darlington-Allpasses (LE(V)) ein mit ein oder zwei kapazitiven oder induktiven Elementen (C _T , L _T ) einstellbares Netzwert (jZ₁) aufweist, das eine Verschiebung der parabelartigen Laufzeit (τ _B ) in der Weise bewirkt, daß die verschobene Kurve (1, 2, 4, 5) gegenüber der Ausgangskurve (3) eine geradlinige Differenz hat,
• b) daß dieses Netzwerk (jZ₁) als Differential-T-Brückenschaltung mit einer an der Anzapfung des Brückenübertragers befindlichen einstellbaren Kapazität (C _T ) oder Induktivität (L _T ) ausgebildet ist, und
• c) daß ein Laufzeitfestentzerrer (LE(F)) nachgeschaltet ist, der eine mittlere, parabelartige Laufzeit entzerrt (Fig. 2a).

2. Entzerreranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Laufzeitentzerrer (LE(V 1), LE(V 2)) in Kette geschaltet sind und dabei die Mittenfrequenzen (I, II) jeweils am oberen bzw. unteren Bandende liegen, so daß durch Betätigen von Abgleichelementen (C _T , L _T ) die Verschiebung einer konstanten Laufzeit bewirkt wird (Fig. 4b).

3. Entzerrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbaren Kapazitäten (C _T ) als Kapazitätsdioden realisiert sind.