DE3429889C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dämpfungswellen-Entzerrer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die selektiven Komponenten von Nachrichtenübertragungssystemen verursachen bekanntlich frequenzabhängige Dämpfungs- und Laufzeitverzerrungen, die durch entsprechende nachgeschaltete Entzerrer - fest abgestimmt oder veränderbar - wieder ausgeglichen werden müssen. Die nach dieser Entzerrung verbleibenden Restfehler weisen in der Regel ein typisches rippelförmiges Verhalten nach Art einer Sinusfunktion auf, das jedoch trotz einer meist vergleichsweise kleinen Amplitude oft nicht toleriert werden kann. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, einen Dämpfungswellen- Entzerrer einzusetzen, der eine konstante oder auch frequenzabhängige Rippelperiode und eine konstante oder auch frequenzabhängige Rippelamplitude von einigen Zehnteln dB liefert und der darüber hinaus die Möglichkeit bietet, mittels einfacher Maßnahmen eine stufige oder stetige Veränderbarkeit aller Rippelamplituden bei insgesamt ausreichend hoher Reflexionsdämpfung herbeizuführen.

In der DE-OS 33 06 762 ist als älterer Vorschlag ein einstellbarer Dämpfungsentzerrer beschrieben. Wesentlich ist dort jedoch, daß ein sogenannter Bode-Entzerrer verwendet wird, bei dem bekanntlich außer dem Hauptvierpol noch ein Hilfsvierpol vorgesehen sein muß. Ein Dämpfungswellen-Entzerrer wird dort also nicht angegeben.

Bekannte Dämpfungsentzerrer sind z. B. in dem Buch von R. Feldkeller "Einführung in die Vierpoltheorie", Hirzel Verlag Stuttgart, 1976, Seiten 132 bis 138 angegeben.

Diese Schaltungen sind dann wellenwiderstandsrichtig, wenn sie als symmetrische Brückenschaltungen in Form sogenannter überbrückter T-Glieder mit 2 zueinander bezüglich des Abschlußwiderstandes dualen Impedanzzweigen aufgebaut sind.

Wegen der Dualitätsforderung ist der Bauteile- und Abgleichaufwand derartiger Entzerrer groß und damit kostenaufwendig, außerdem ergeben sich für die Schaltelemente der Dualzweige sehr unterschiedliche und damit schlecht zu realisierende Werte. Im Falle einer geforderten stufigen oder stetigen Veränderbarkeit der Rippelamplituden müssen die variablen Schaltelemente auch im dualen Impedanzzweig vorgesehen werden, wodurch die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten noch verstärkt in Erscheinung treten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaltungen zur Realisierung von Dämpfungswellen-Entzerrern anzugeben, bei denen die vorstehend erwähnten Forderungen mit beliebig guter Genauigkeit ebenfalls erfüllbar sind, die jedoch einen erheblich verringerten Bauteileaufwand haben, weil sog. duale Zweige nicht mehr realisiert werden müssen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.

Es zeigen in der Zeichnung

Fig. 1 das typische Betriebsdämpfungsverhalten eines Dämpfungswellen-Entzerrers, wobei die Betriebsdämpfung in dB in Abhängigkeit von der Frequenz von 0 bis 280 MHz aufgezeichnet ist und die Grunddämpfung a₀ ebenfalls erkennbar ist.

Fig. 2a zeigt an sich bekannte Dämpfungs-T-Glied mit den Widerständen r _L in den Längszweigen, dem Widerstand r _Q im Querzweig und den Wellenwiderständen r = 1 als Eingangs- und Ausgangswellenwiderstand,

Fig. 2b ein an sich bekanntes Dämpfungs-π-Glied in dessen Längszweig der Widerstand r _L geschaltet ist und in dessen beiden Querzweigen der Widerstand r _Q liegt, der Eingangs- und Ausgangswellenwiderstand hat wiederum den Wert 1; alle Widerstandsangaben sind als normierte Werte zu betrachten,

Fig. 3a eine Schaltung eines Dämpfungswellen-Entzerrers gemäß der Erfindung mit der parallel zum Querwiderstand r₂ vorgesehenen Serienschaltung aus den Widerständen r₃ und r₄ und einer Reaktanz jx parallel zu r₄,

Fig. 3b eine erste Möglichkeit zur Ausbildung der Reaktanz x als Parallelschaltung von Serienschwingkreisen, deren Resonanzfrequenzen die frequenzmäßige Lage der Dämpfungsmaxima des Entzerrers bestimmen,

Fig. 3c die Ausbildung der Reaktanz jx als Serienschaltung von Parallelschwingkreisen, deren Resonanzfrequenzen die frequenzmäßige Lage der Dämpfungsminima des Entzerrers bestimmen,

Fig. 4a eine mögliche Ausgestaltung der Schaltung des Dämpfungswellenentzerrers, bei der der durchgehende Parallelwiderstand r₂ nicht mehr geschaltet werden muß,

Fig. 4b eine weitere mögliche Schaltungsausgestaltung bei der der in Serie zu r₃ liegende Widerstand r₄ nicht mehr geschaltet werden muß, für die Fig. 4a und 4b treten bei den Resonanzfrequenzen η ν der Schwingkreise Dämpfungsmaxima auf,

Fig. 4c eine Schaltung ohne den durchgehenden Parallelwiderstand r₂ mit der Serienschaltung von Parallelresonanzkreisen als Reaktanz,

Fig. 4d eine Schaltung, bei der der zweite Widerstand r₄ nicht mehr geschaltet werden muß und die Reaktanz aus der Serienschaltung von Parallelschwingkreisen besteht, die unmittelbar dem Widerstand r₃ nachgeschaltet sind, in den Fig. 4c und 4d bestimmen die Resonanzfrequenzen η ν der Parallelresonanzkreise die Lage Dämpfungsminima,

Fig. 5a einen Dämpfungswellen-Entzerrer mit veränderbarer, einstellbarer Dämpfungsamplitude,

Fig. 5b Dämpfungskurven eines einstellbaren Entzerrers nach Fig. 5a, wobei Grunddämpfung a₀ und Dämpfungsschwankung Δα unmittelbar in der Zeichnung angegeben sind,

Fig. 6a eine gegenüber Fig. 3a erweiterte Schaltung, bei der das Wellenverhalten der Dämpfung mit unterschiedlichen Amplituden durch die Verwendung einer Impedanz z an Stelle einer Reaktanz jx realisiert wird,

Fig. 6b eine mögliche Ausgestaltung der Schaltung von Fig. 6a mit Serienresonanzkreisen unterschiedlicher Resonanzfrequenzen η₁ bis η _n , denen jeweils ein ohmscher Widerstand vorgeschaltet ist und die parallel zum Widerstand r₄ liegen.

Bei den im folgenden beschriebenen Schaltungen werden für die Bauteilewerte normierte Werte angegeben, z. B. eine Widerstandsnormierung auf einen ein- und ausgangsseitigen Abschlußwiderstand, so daß in der Schaltung dann beispielsweise der Wellenwiderstand den Wert 1 hat. Ebenso wird auch eine Frequenznormierung in üblicher Weise durch die Einführung einer Bezugsfrequenz vorgenommen, weshalb die normierten Frequenzen η ν angegeben sind.

Wie in der Figurenkurzbeschreibung schon erwähnt, sind in Fig. 1 Kurven dargestellt, die die Forderungen verdeutlichen, die an Dämpfungswellenentzerrer gestellt werden. Im Bereich um eine Grunddämpfung a₀ schwankt die zulässige Dämpfung zwischen einem Wert a _max und einem Wert a _min . Die maximalen Dämpfungsabweichungen +Δ a und -Δ a sind ebenfalls zu erkennen.

In Fig. 2a und in Fig. 2b sind Dämpfungsglieder konventioneller Art in T- bzw. in π-Form dargestellt. Der Eingangswellenwiderstand bzw. der Ausgangswellenwiderstand sind wegen der Widerstandsnormierung mit r = 1 kenntlich gemacht. Die Längswiderstände des T- bzw. π-Gliedes sind mit r _L bezeichnet, die Querwiderstände mit r _Q . Erforderlichenfalls lassen sich bekanntlich T- und π-Glied ineinander umrechnen, Maßnahmen, die für sich bekannt sind und auf die hier nicht im einzelnen eingegangen werden muß.

In Fig. 3a ist symbolisch eine Spannungsquelle zu erkennen, deren Innenwiderstand den normierten Wert r = 1 hat. Ebenso hat der Abschlußwiderstand den normierten Wert r = 1. Die Längswiderstände des Dämpfungswellenentzerrers sind auch hier mit r _L bezeichnet. Im Querzweig ist ein ohmscher Widerstand r₂ zu erkennen, dem die Serienschaltung aus den Widerständen r₃ und r₄ parallel geschaltet ist. Parallel zum Widerstand r₄ liegt ein Blindwiderstand j _x . Diese Reaktanz j _x ist so bemessen, daß sie je bei vorschreibbaren Frequenzen η ν der Dämpfungswellenmaxima Nullstellen aufweist, oder daß sie bei vorschreibbaren Frequenzen h ν der Dämpfungswellenminima Pole aufweist. Als praktische Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 3b und 3c Möglichkeiten für die Schaltungsrealisierung und für die Bemessung gezeigt. In Fig. 3b wird die Reaktanz durch die Parallelschaltung von n Serienresonanzkreisen gebildet, die auf die normierten Frequenzen η₁, η₂, η₃ . . . h _n abgestimmt sind.

Gemäß Fig. 3c besteht die Reaktanz j _x aus der Serienschaltung von n Parallelresonanzkreisen, die auf die Parallelresonanzfrequenzen η₁, η₂ . . . η _n abgestimmt sind.

Über die konventionelle Bemessung des T-Dämpfungsgliedes (Fig. 2a)

a₀ = Konstantdämpfung in Np

läßt sich der Querwiderstand r _Q für kleine Dämpfungsamplituden Δ a als Funktion der Betriebsdämpfung a _B = a₀ +Δ a mit dem im folgenden als konstant angenommenen Längswiderstand r _L zu

berechnen. Unter Zugrundelegung der in Fig. 3a dargestellten Schaltung treten bei den Nullstellen η ν der Reaktanz jx Dämpfungsmaxima (a₀ +Δ a) auf. Diese Feststellungen führen unter Benutzung von Gleichung (3) zu den Querwiderständen

und erlauben nach der Wahl von

die Dimensionierung der Widerstände r₃ und r₄:

Ein besonderer Vorteil der Bemessung gemäß Fig. 3a liegt in der Möglichkeit, das von r₄ abhängige Widerstandsniveau der Reaktanz jx durch die Wahl von r₂ in den Bereich gut realisierbarer Bauelementwerte zu legen. In Anwendungsfällen, in denen ein möglichst hohes Widerstandsniveau für die Reaktanz jx erstrebenswert ist, kann r₂ unendlich groß werden und damit als geschaltetes Element ganz entfallen. Die Dimensionierungsvorschriften für die Schaltung vereinfachen sich dann zu

In Fig. 1 ist für diesen Fall ein Anwendungsbeispiel mit folgenden Kenndaten dargestellt (Bezugswiderstand 50 Ω):

• - Grunddämpfung a₀ = 2 dB
• - 3 sinusförmige Dämpfungswellen mit der Amplitude a = 0,15 dB und der Frequenzperiode f = 27,5 MHz im Frequenzbereich f = 96,25 MHz . . . 179,75 MHz.

Zur Realisierung der vier Dämpfungsmaxima enthält die gemäß Fig. 4a realisierte Schaltung eine aus vier Serienschwingkreisen bestehende Reaktanz. Die Bemessung der Widerstände ergibt nach (1), (9), (10):

R _L = 5,731 Ω, R₃ = 186,8 Ω, R₄ = 66,19 Ω.

In den Fig. 4a, 4b, 4c und 4d sind Möglichkeiten gezeigt, bei denen einer der Widerstände r₂, oder r₄ den Wert unendlich annehmen kann. So wird in Fig. 4a der Widerstand r₂ nicht mehr geschaltet. In Fig. 4b wird der Widerstand r₄ nicht mehr geschaltet, so daß dort dem Widerstand r₃ die Parallelschaltung aus n Serienresonanzkreisen mit den Resonanzfrequenzen h₁ bis η _n in Serie nachgeschaltet ist. Analog zu Fig. 4a wird auch in Fig. 4c der Widerstand r₂ nicht mehr geschaltet. Die Reaktanz jx besteht hier aus der Serienschaltung von n Parallelresonanzkreisen, die zum Widerstand r₄ parallel geschaltet sind. In der Schaltung von Fig. 4d ist die gleiche Serienschaltung von Parallelresonanzkreisen zu erkennen, jedoch ist der Widerstand r₂ geschaltet und der Widerstand r₄ entfällt, so daß die Parallelresonanzkreise dem Widerstand r₃ in Serie nachgeschaltet sind. Die Resonanzfrequenzen η₁ bis η _n sind ebenfalls zu erkennen.

Beim Entwurf von Filterschaltungen kann bekanntlich der Fall auftreten, daß Resonanzkreise, also Serienresonanzkreise oder auch Parallelresonanzkreise, zu einer Induktivität bzw. Kapazität entarten. Solche Schaltungsvarianten sind bei den hier beschriebenen Schaltungen durchaus zulässig und möglich.

Die vorstehenden Überlegungen gelten, entsprechend auch für ein Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5a, in dem der Widerstand r₂ nicht geschaltet ist. Jedoch sind die Widerstände r₃ und r₄ variabel, so daß eine Veränderbarkeit der Dämpfungswellenamplitude Δ a erreicht wird. Die stufig oder stetig regelbaren Einstellmöglichkeiten für die Widerstände r₂ und r₄ sind in Fig. 5a erkennbar. Die Dimensionierung der letzteren entsprechend der gewünschten Wellenamplitude Δ a erfolgt jeweils nach den durch die Gleichungen (9) und (10) gegebenen Vorschriften. Die Frequenzen der Dämpfungsminima und Dämpfungsmaxima ändern sich hierbei nicht. Zur Verdeutlichung wird das in Fig. 1 angeführte Beispiel (Δ a = 0,15 dB) um Dämpfungskurven mit Δ a = 0,1 dB und Δ a = 0,2 dB Welligkeit gemäß Fig. 5b erweitert. Die hierfür erforderlichen Widerstandswertepaare sind R₃ = 195,5 Ω; R₄ = 43,63 Ω und R₃ = 178,9 Ω; R₄ = 89,69 Ω.

In der Schaltung von Fig. 6a ist die Reaktanz jx durch eine Impedanz z = z _r + jz _i ersetzt. In der Schaltung von Fig. 6b ist der Widerstand r₂ nicht mehr geschaltet, weil er den Wert unendlich annimmt. Die dem Widerstand r₄ parallel geschaltete Impedanz besteht aus n Serienresonanzkreisen mit den Resonanzfrequenzen η₁ bis η _n ν = 1 . . . n). In Serie zu jedem Serienschwingkreis ist jeweils ein ohmscher Widerstand geschaltet.

Die Impedanz z ist so zu bemessen (Fig. 6a), daß bei den Frequenzen der Dämpfungsmaxima gleich oder verschieden große Realteilminima, bzw. bei den Frequenzen der Dämpfungsminima gleich oder verschieden große Realteilmaxima auftreten. Auf diese Weise ist eine individuelle Beeinflussung der einzelnen Dämpfungswellenamplituden möglich. Fig. 6b zeigt eine in diesem Sinne orientierte Schaltung, bei der die Serienschwingkreise der Reaktanz nach Fig. 4a jeweils um einen geeignet bemessenen Widerstand ergänzt wurden.

Weitere Lösungsvarianten für das einleitend angegebene Problem ergeben sich dadurch, daß die im Querzweig des Dämpfungs-T-Gliedes getroffenen Maßnahmen sinngemäß auf den Längszweig des Dämpfungs-π-Gliedes gemäß Fig. 2 übertragen werden.

Claims (8)

1. Dämpfungswellen-Entzerrer, der einen nahezu konstanten Dämpfungsverlauf a₀ über der Frequenz aufweist und der in vorgebbaren Frequenzbereichen in eine sinusähnliche Funktion mit vorschreibbarer Dämpfungsamplitude Δ a und vorschreibbarer Frequenzperiode übergeht, der aus einem wellenwiderstandsrichtigen Dämpfungsglied in T-Form besteht, das ohmsche Widerstände (r _L ) in den Längszweigen und einen Querwiderstand (r _Q ) im Querzweig aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Querwiderstand (r _Q ) aus der Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes (r₂) und der Serienschaltung zweier weiterer ohmscher Widerstände (r₃, r₄) besteht, von denen der zweite Widerstand (r₄) auf die durchgehende Verbindungsleitung des T-Gliedes führt und weiterhin parallel zu diesem Widerstand (r₄) eine Reaktanz (x) geschaltet ist, die bei vorschreibbaren Frequenzen η ν(ν = l . . . n) der Dämpfungswellenmaxima Nullstellen aufweist (Fig. 3b), oder die bei vorschreibbaren Frequenzen h ν (ν = l . . . n) der Dämpfungswellenminima Pole aufweist (Fig. 3c).

2. Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz (x) aus der Parallelschaltung von n, auf die Frequenzen η ν abgestimmten Serienschwingkreisen besteht (Fig. 3b).

3. Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz (x) aus der Serienschaltung von n, auf die Frequenzen η ν abgestimmten Parallelschwingkreisen besteht (Fig. 3c).

4. Entzerrer nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von einem Schwingkreis nur eine Induktivität oder nur eine Kapazität vorgesehen ist.

5. Entzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der unmittelbar zur durchgehenden Leitung geführte Widerstand (r₂) oder der zweite Widerstand (r₄) der Widerstandsserienschaltung den Wert Unendlich annimmt (Fig. 4a, b, c, d).

6. Entzerrer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Serie aufeinanderfolgenden Widerstände (r₃, r₄) einstellbar sind, sofern sie nicht den Wert Unendlich annehmen (Fig. 5a).

7. Entzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz (x) durch Zuschalten von ohmschen Widerständen zu einer Impedanz (z) ergänzt ist, derart, daß bei den Frequenzen der Dämpfungsmaxima gleich oder verschieden große Realteilminima oder bei den Frequenzen der Dämpfungsminima gleich oder verschieden große Realteilmaxima der Impedanz (z) auftreten (Fig. 6a).

8. Entzerrer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (z) aus der Parallelschaltung von Serienschwingkreisen besteht, denen jeweils ein ohmscher Widerstand in Serie vorgeschaltet ist (Fig. 6b).