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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft Hybrid-Verbindungen, d.h. Hybrid VersindungsschalEFxeise
oder-Vorrichtungen, welche vier Anschlußpaare aufweisen, die so angeordnet ist,
daß ein Signal, welches an einem Anschlußpaar eingeht sich aufteilt und von den
beiden benachbarten Anschlußpaaren austritt, dabei aber nicht in der Lage ist, das
gegenüberliegende Anschlußpaar zu erreichen. Eine derartige Schaltung oder Vorrichtung
wird alternativ bezeichnet als Brückenhybrid, Hybrid-Richtungskoppler, Richtungskoppler
oder am einfachsten als'WybridU dieser vereinfachte Ausdruck wird allgemein nachstehend
verwendet.
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Die Erfindung betrifft insbesondere Hybride, welche, wenn sie abgeglichen
sind, zwei einseitig gerichtete Öffnungen (ports) mit einer zweiseitig gerichteten
Öffnung (Cxl-t) %cln, ohne daß zugehöriger Strom an einer der einseitig gerichteten
Öffnungen zu der anderen übertragen wird. Ein verallgemeinertes Blockdiagramm einer
derartigen Hybridvorrichtung wird in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung gezeigt.
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In dieser Figur ist ein Hybrid H gezeigt, welches einen einseitig
gerichteten Eingang oder eine Go-Öffnung G, einen einseitig gerichteten Ausgang
oder eine Return-Öffnung R, eine zweiseitig gerichtete Öffnung A und ein viertes
Anschlußpaar 1 aufweist, welches mit einem Abstin-Leitungsnetz BN verbunden ist.
Strom, welcher der Öffnung (port) G zugeführt wird, wird nicht an die Öffnung R
übertragen sondern wird zwischen dem Abstirm - Leitungsnetz BN und der zweiseitig
gerichteten Öffnung A aufgeteilt. Ähnlich wird an die Öffnung A angelegter Strom
zwischen dem Leitungsnetz BN und der Öffnung R geteilt. Im allgemeinen arbeitet
die Schaltung nach Art einer abgeglichenen Brücke und funktioniert nur perfekt,
wenn das Leitungsnetz BN einen abgeglichenen Widerstand aufweist, welcher den an
der Öffnung A vorhandenen Widerstand exakt durch die äußere Schaltung oder Einrichtung
anpaßt, mit welcher die Öffnung
verbunden ist. Dieser Widerstand
kann ein reiner Widerstand oder ein komplexer Widerstand mit einer reaktiven Komponente
sein Einfache Formen deraftiger erEIybrid-Sche reise werden beispielsweise in Telefonschaltungen
verwendet, um einen Hörer mit der Telefonleitung zu koppeln, so daß Signale von
dem Fernmeldegerät (transmitter) mit der Leitung gekoppelt aber nicht an den Empfänger
(receiver) übertragen werden. Bei dieser Anwendung ist eine perfekte Anpassung nicht
wesentlich und ein Abstimrn - Widerstand kann gewählt werden, welcher eine geeignete
Anpassung mit der externen Ausrüstuny schafft, mit welcher die Telefoninstallation
geeignetermaßen verbunden wird.
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Die Erfindung betrifft insbesondere aber nicht ausschließlich die
Anwendung bei Sicherheitstelefonsystemen wie "Scrambler " (Verwürfler), bei welchen
der genaue Weg eingehender und ausgehender verwürfelter oder zerhackter Nachrichten
durch ein Hybrid wichtig ist. Deshalb ist es für das Abstin-Leitungsnetz zrforderlich,
daß es genauer an den Widerstand angepaßt wird, welcher an der externen Telefonleitung
vorliegt, mit welcher es zur Zeit verbunden ist, was Probleme mit dem Sicherheitssystem
erbringt, welches eine Telefoninstallation in die Lage versetzt, eine gewählte Sicherheitsverbindung
mit anderen Telefonen zu erhalten. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hybrid-Schaltung
oder Leitung zu schaffen, welche dazu benutzt werden kann, diese Probleme zu überwinden.
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Dazu weist eine erfindungsgemäße Hybrid-Schaltung oder -Leitung ein
einstellbares Sbstiram- Leitungsnetz, eine Einrichtung zur automatischen Einstellung
des Widerstandes des Leitungsnetzes am Beginn jeder Übertragung, für welche die
Leitung verwendet wird, und einen Steuerkreis auf, welcher, bevor eine normale Stromübertragung
beginnt, die Einrichtung zur Einstellung des Abgleichwiderstandes regelt, um eine
vernünftige Anpassung an den äußeren
Widerstand zu schaffen, der
an der zweiseitig gerichteten Öffnung des Hybrids vorliegt.
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Deshalb wird das normalerweise feste Widerstands leitungsnetz durch
ein variables Widerstandsleitungsnetz ersetzt, welches in der Lage ist, einen Bereich
äußerer Widerstände anzupassen, und das Hybrid ist mit einer Einrichtung verbunden
zur Anpassung des Netzwerks am Beginn jeder Übertragung, für welche die Schaltung
verwendet wird. Sonit wird das Hybrid anpassvmgsEähig an den äußeren oder externen
Widerstand gemacht.
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Vorzugsweise sind die Go- und Return-Öffnungen des Hybrids mit der
zweiseitig gerichteten Öffnung über einen Wandler (transformer) gekoppelt, wobei
das Abstimm-Leitungsnetz mit einem Anzapfen (tapping) der Primärwindung des Wandlers
und parallel mit einem festen Widerstand (welcher parallel zur Return-Öffnung geschaltet
ist) und einer Seite der Primärwicklung verbunden ist. Das Leitungsnetz kann in
einer einfachen Ausführungsform ein geschaltetes Netzwerk mit variablem Widerstand
sein, welches geeignetermaßen elektronische FET (Field Effect Transistor)-Schalter
als Einrichtung zur Anpassung des Widerstands verwendet. Falls erforderlich kann
das Leitungsnetz jedoch reaktive Komponenten verwenden.
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Deshalb kann das Leitungsnetz in praktischer Anwendung in bestimmten
Fällen einen Kompromiß zwischen einer vollständig komplexen Widerstandsanpassung
und nur einer Widerstandsanpassung darstellen. Bei einer derartigen Ausführungsform
kann das Leitungsnetz oder Netzwerk einen geschalteten Widerstandsleitungsnetzabschnitt
in Verbindung mit einem Abschnitt aufweisen, der eine geringere Anzahl, beispielsweise
zwei, von Leitungsnetzen komplexer Widerstandskomponenten aufweist. In der Praxis
ist bei Telefonanwendungen nur eine geringe Anzahl von Sorten von Leitungsnetzen
erforderlich, und innerhalb jeder Sorte wird der geschaltete rlzidwi^suendsleiWungsnetzabschnitt
gewöhnlicherweise eine ausreichende Variabilität schaffen,um einen weiten Bereich
praktischer Verhältnisse anzupassen.
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Die Leitung oder Schaltung kann in einer Sicherheitstelefoninstallierung
angewendet werden, die verwendbar ist mit ähnlichen Installierungen und damit verbindbar
durch das öffentliche Telefonsystem, wobei jede Installation eine ähnliche Hybrid-Leitung
oder -Schaltung an der Telefonleitung-Schnittstelle aufweist. In diesem Fall ist
die Installation an jedem Ende der Telefonleitung in der Lage zu gewährleisten,
daß das eingehende Signal vom entfernten Ende still ist, während sie cen äußeren
Widerstand, der an der Telefonleitung anliegt,abprüft und ihr Hybrid-Widerstandsleitungsnetz
entsprechend anpaßt. Das wird erreicht durch Aussendung eines Signals auf der Telefonleitung,
Messung des reflektierten Signals und Anpassung des letzteren auf einen minimalen
Wert.
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Alternativ dazu können beide Endinstallationen ihre Hybrid-Widerstände
zur selben Zeit durch gleichzeitige Übertragung verschiedener bekannter Signale
ableicen, wobei die Differenz dieser beiden Signale derart ist, daß keine Möglichkeit
bei einem besteht, von dem anderen verwechselt zu werden. Jede Endinstallation paßt
dann ihr Hybrid an, um Fehler in dem von der anderen Endinstallation erhaltenen
Signal zu minimieren. Dieses Verfahren spart Zeit, da die beiden Endhybride (Gabel
schaltungen) gleichzeitig angepaßt werden anstatt nacheinander, aber das Verfahren
bringt eine etwas weniger genaue Anpassung mit sich.
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Bei einer derartigen gleichzeitigen Übertragung erkennbarer unterschiedlicher
Signale von jedem Ende kann die Anpassung auf verschiedene Weise erhalten werden,
wobei die übertragenen und aufgenommenen Signale an jedem Ende verglichen werden.
Mit diesem Verfahren, welches u.U. weniger einfach angewendet werden kann, wird
jedes Hybrid (jede Gabelschaltung) angepaßt, um die Korrelation zwischen den gesendeten
und empfangenen Signalen zu minimieren. Die beiden Abgleichverfahren, welche die
gleichzeitige Sendung verschiedener Signale benutzen, sind gleichwertig, wenn die
beiden Signale orthogonal gesendet werden.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher
erläutert, welche beispielsweise zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
zeigt. Es zeigt: Fig. 1 ein Blockdiagramm eines grundlegenden Hybrid-Schaltkreises,
wie er bereits beschrieben worden ist; Fig. 2 ein grundlegendes Blockschaltungsdiagramm
des Hybrids beider Ausführungsformen; Fig. 3 schematisch ein Abgleich-Netzwerk oder
Abgleich-Leitungsnetz einer der Ausführungsformen und einen zugeordneten Steuerstromkreis
und Fig. 4 eine ähnliche schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform.
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In dem in Fig. 2 gezeigten Schaltdiagramm liefert eine niederohmige
Spannungsquelle G ein einseitig gerichtetes Wechselstromsignal, welches mit der
Go-Öffnung des dargestellten Hybrid-Schaltkreises verbunden ist. Letzterer enthält
einen Kupplungstransformator T. Der Transformator T weist eine geteilte Primärspule
mit zwei Wicklungsabschnitten W1 und W2 und eine Sekundärwicklung W3 auf, die mit
der einseitig gerichteten Öffnung A verbunden ist. Die Quelle G ist mit den freien
Enden der Wicklungen W1 und W2 über feste Widerstände R1 bzw. R2 verbunden und der
Widerstand (resistor) R2 ist mit der Return-Öffnung R parallel geschaltet. Das Abst-
Netzwerk oder-Leitungsnetz BN ist zwischen den gemeinsamen Enden der Wicklungen
Wl und W2 und der entfernten Seite des Resistors R2 verbunden und ist damit parallel
geschaltet zu R2 und W2, die in Reihe geschaltet sind.
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Die Quelle G koppelt damit mit dem Verbraucher an der Öffnung A über
die Windungen W1 und W2 die Komponente R1 und das AbstFm - Leitungsnetz BN. Es kann
unter Verwendung herkömmlicher Schaltungstheorie leicht mathematisch gezeigt werden,
daß bei abgeglichenen Bedingunen, in welchen
BN korrekt ausgewählt
ist, die Spannung durch BN gleich und in ehErSe ist nit Cr über W2, die durch den
durch W1 urc. r,43 Eließenden S-trar, incuziert wird . Damit ist die durch R2 ausgebildete
Spannung gleich 0. Es kann jedoch durch R2 eine Spannung als Ergebnis eines zugehörigen
Signals an der Öffnung A über R1, W1, W2 und die niederohmige Quelle G ausgebildet
werden.
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Das Abstimm - Leitungsnetz BN weist gemäß der Erfindung einen einstellbaren
Widerstand auf und in der Ausführungsform nach Fig. 3 ein geschaltetes Netzwerk
mit variablem Resistor . Dieses Netzwerk oder Leitungsnetz weist einen Resistor
R3 auf, zu welchem Widerstände R4, R5... R11 selektiv über elektronische Schalter
S, welche FET-Schaltelemente aufweisen, parallel geschaltet verden können.
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Die schaltenden Steuersignale CS werden von einem Mikroprozessor eines
Steuerstromkreises C in Form eines verklinkten (latched) 8 Bit-Wortes geliefert.
Die Werte der einzelnen Resistoren R4, R5... Rll werden derart gewählt, um eine
am meisten geeignete Annäherung an 32 logarithmisch beanstandete Stufen zu bilden,
um einen 4 : 1 Bereich eines äußeren Arbeitswiderstandes (external load impedance)
anzupassen.
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Die andere, in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich
hinsichtlich des variablen Widerstandsleitungsnetzes, welches einen Kompromiß zwischen
einer vollständig komplexen Widerstandsanpassung und einer Nur-Widerstandsanpassung
wie bei der ersten Ausführungsform erbringt.
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In dieser anderen Ausführungsform weist das Leitungsnetz BN einen
geschalteten Widerstandsleitungsnetzabschnitt mit Resistoren R3, R4... R11 auf,
die wie zuvor parallel mit einem Abschnitt geschaltet sind; welcher zwei geschaltete
komplexe Widerstandskomponentenleitungsnetze Z1 und Z2 aufweist, welche wahlweise
durch elektronische Schalter S1 geschaltet werden unabhängig vom Schalten der Widerstandsabschnitte,
deren Schalter jetzt mit S2 bezeichnet sind. Getrennte Steuersignale CSl und CS2
von dem Steuerstromkreis C steuern unabhängig die Schalter S1
und
S2.
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Während der .NDsçismtmg des Leitungsnetzes BN der zweiten Ausführungsform
ermöglichen die Schalter S2, daß das Leitungsnetz angepaßt wird, um die richtige
reaktive Sorte zu erbringen, um an die Verhältnisse anzupassen. Während sowohl Z1
als auch Z2 außerhalb der Schaltung sind, liefern die Widerstandsabschnitte R3,
R4... Rll eine Widerstandsimpedanzsorte entsprechend der Ausführungsform nach Fig.
3.
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Wenn Zl in der Schaltung ist, liefert der Abschnitt R3, R4... Rll
eine Widerstandsanpassung in einer reaktiven Impedanzklasse oder-Sorte, wobei Z1
sowohl induktiven als auch kapazitiven, hauptsächlich jedoch kapazitiven Widersnd,
aufieist; wenn Z2 in der Schaltung it, erbringt der Abschnitt R3, R4... Rll eine
Widerstandsanpassung in einer reaktiven Impedanzklasse oder -sorte (Blindwiderstandssorte),
wobei Z2 hauptsächlich induktiv ist.
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Damit können drei Widerstandssorten mit dieser Ausführungsform abgedeckt
werden, und diese Ausführungsform ermöglicht eine geeignete Anpassung mit der Mehrheit
der Telefoninstallationen. Innerhalb jeder Widerstandssorte wird ein geschalteter
Widerstandsleitungsnetzabschnitt wie beispielsweise R3, R4... Rll normalerweise
einen geeigneten AbstinnLlngsbereich erbringen.
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Die gezeigten Ausführungsbeispiele wurden zur Verwendung in einem
Sicherheitstelefonsystem, das eine Scrambler-oder Verwürfler-Einheit zusammen mit
einem normalen Telefon benutzt, entwickelt, und sie können durch das öffentliche
Telefonnetz mit anderen Telefonen in Verbindung treten, welche mit einer ähnlichen
Einheit ausgerüstet sind. Jede Einheit verwendet den beschriebenen Hybrid-Schaltkreis,
wobei die Hybride an jedem Ende der Telefonleitung und an den Telefonschnittstellen
jeder Einheit vorgesehen sind.
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Deshalb kann für die meisten genauen Verfahren der Hybrid-Abstimmung
jedes Ende des Systems die Steuerung des anderen übernehmen, um zu gewährleisten,
daß das eingehende Signal
von dem entfernten Ende still ist, während
der Steuerstromkreis C ein Testsignal TS über sein eigenes Hybrid H aussendet. Der
Steuerstromkreis C mißt das reflektierte Signal RS an der Return-Öffnung des Hybrids
und tritt in Tätigkeit, um den Widerstandswert des Leitungsnetzes BN abzustiurnen,
um das reflektierte Signal zu minimieren, wodurch der besterhaltbare Abgleich geschaffen
wird.
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Das vorstehend beschriebene Widerstandsabgleichverfahren erfordert
eine kurze Zeit zu Beginn jedes Sicherheitstelefongesprächs und ist eingegliedert
in ein Anrufeinleitverfahren, während welchem Gespräche oder andere Meldungen in
jedem Fall blockiert sind. Es hat jedoch zur Folge, daß die zwei Endinstallationen
ihre Hybrid-Schaltkreise der Reihe nach anpassen und wenn eine etwas weniger genaue
Anpassung akzeptiert werden kann, kann ein alternatives Verfahren angewendet werden,
welches die gleichzeitige Anpassung der Hybrid-Widerstände an den beiden Installationen
ermöglicht. Dies hat zur Folge, daß die beiden Steuerstromkreise C erkennbare verschiedene
Signale senden sollten, zwischen welchen diese Stromkreise unterscheiden können.
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In diesem Fall kann jeder Stromkreis C dann sein eigenes Hybrid anpassen,
um Fehler in dem von der anderen Schaltung C erhaltenen Signal zu minimieren. Alternativ
kann in einem Verfahren, welches nicht so allgemein angewendet werden kann, jeder
Steuerstromkreis ein Hybrid anpassen, um die Korrelation zwischen dem Signal, welches
er sendet, und dem Signal, welches er enthält, zu minimieren.
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Das Sicherheitstelefonsystem selbst bildet keinen Teil der Erfindung
und wurde deshalb nicht erläutert. Es stellt nur ein Beispiel dar, in welchem Hybrid-Schaltkreise
gemäß der Erfindung verwendet werden können. Es stellt eine besonders geeignete
Anwendungsform dar, da der Steuerstromkreis der einen Einheit in der Lage ist, mit
der entfernten verbundenen Einheit zusammenzuarbeiten, während das Abgleichverfahren
ausgeführt wird, und die Erfindung erfordert, daß der externe Widerstand, der mit
der zwei-
seitig gerichteten Öffnung des Hybrids verbunden ist,
gemessen werden kann, bevor eine Stromübertraqung durch das Hybrid im optimal abgeglichenen
Zustand beginnt.
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