DE507435C - Verfahren zur aperiodischen Frequenzselektion - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aperiodische Frequenzselektion für drahtlose Nachrichtenübermittlung. Sie besteht im Prinzip in der Kombination von künstlichen Leitungen mit steigender Laufzeit (Fortpflanzungsgeschwindigkeit) mit solchen Leitungen fallender Laufzeit für verschiedene Frequnzen, also gleicher Laufzeit für die auszustrahlende Frequenz, so daß. für abweichende Frequenzen Phasenkompensation am Ausgang der Leitungen stattfindet.

Es tritt häufig die Aufgabe auf, aus einem Frequenzband Energie von einer gewünschten Frequenz auszufiltern. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Empfängern durch Röhren mit einer einzigen Antenne gekoppelt werden oder es können eine Anzahl von Kanälen von verhältnismäßig geringer Frequenz benutzt werden, um auf dem Wege der Mehrfachtelegraphie Codesignale über eine Überlandleitung zwischen einer Stadtzentrale und einer entfernten drahtlosen Station zu senden.

Die Tastgeschwindigkeiten sind schon so hoch, daß die Resonanz der Schwingungskreise einer der Faktoren ist, die der weiteren Erhöhung eine Grenze setzen, da sonst die Schwingungen trotz der Unterbrechungen durch das Tasten auch während der Pausen bestehen bleiben. Wenn man die Resonanzkreise stark dämpft, etwa durch Einführen eines Widerstandes, so wird durch die verbreiterte Resonanzkurve die Endleitung weniger selektiv und empfindlicher für atmosphärische und sonstige Störungen.

Aus diesem Grunde ist eine aperiodische Frequenzselektion wünschenswert, und hierin besteht ein Teil der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird die ankommende Energie in eine Reihe von Teilen unterteilt, die Phase der Energie von gewünschter Frequenz in jeden der Teile in gleicher Weise geändert, gleichzeitig die Phase der Energie von ungewünschter Frequenz in jedem der Teile in ungleicher Weise geändert und dann die Energieteile mit so geänderten Phasen kombiniert, wobei das Maß der Änderung der Phase von ungewünschter Frequenz genügend groß ist, daß diese Energien im wesentlichen eliminiert werden, während die Energien von gewünschter Frequenz gleichbasig kombiniert werden. Die Anordnung zur Ausführung dieses Verfahrens besteht in einfachster Weise aus einer Mehrzahl paralleler Leitungen von äquivalenten elektrischen Längen für die Energie von gewünschter Frequenz und von nichtäquivalenten elektrischen Längen für die Energien von ungewünschter Frequenz. Die Leitungen können als künstliche Leitungen ausgebildet sein und verteilte Induktanzen, Kapazitanzen und Resistanten enthalten, die so angeordnet sind, daß die Leitungsgeschwindigkeit von der Frequenz der zu sendenden Energie abhängig ist. Erforderlichenfalls kann man die Induktanzen, Ka-

pazitanzen und Resistanzen auch auf die ganze Leitung gleichmäßig verteilen.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung in 12 Figuren dargestellt.

Fig. ι zeigt die Erfindung rein schematisch.

Fig. 2 ist ein Schaltbild einer künstlichen

Leitung mit vergrößerter Geschwindigkeit für die Energie von vergrößerten Frequenzen.

Fig. 3 zeigt eine etwas andere Leitung von

ίο ähnlichen Eigenschaften.

Fig. 4 zeigt eine Leitung, die die Merkmale der Fig. 2 und 3 kombiniert.

Fig. 5 ist ein Schaltbild einer künstlichen • Leitung mit verringerter Geschwindigkeit für Energie von vergrößerten Frequenzen.

Fig. 6 zeigt eine abgeänderte Leitung mit ähnlichen Eigenschaften.

Fig. 7 zeigt eine Leitung, die die Eigenschaften der Fig. 5 und 6 kombiniert. Fig. 8 zeigt eine Sendeleitung, die mit verteiltem Nebenschlußwiderstand belastet ist.

Fig. 9 ist ein Querschnitt durch eine Anordnung, die der Fig. 2 entspricht, mit Ausnahme, daß die Impedanz dort in unendlichen Inkrementen verteilt ist.

Fig. 10 und 11 entsprechen in ähnlicher Weise den Ausführungsformen gemäß Fig. 3 und 4.

Fig. 12 ist in ähnlicher Weise äquivalent den Fig. 5 und 7.

In Fig. ι ist 2 eine gemeinsame Klemme, der Energie von gewünschten Frequenzen zugeführt wird, und 4 eine Klemme, von der nur Energie von gewünschter Frequenz abgenommen werden soll. Die Klemmen 2 und 4 sind durch eine Anzahl von Sendeleitungen verbunden, die der Einfachheit halber durch die einzelnen Leitungen 6, 8, 10, 12 und 14 dargestellt sind.

Die elektrische Länge einer Sendeleitung von einer gegebenen physikalischen Länge hängt von der Geschwindigkeit der Wellen auf der Leitung im Verhältnis zu der Geschwindigkeit der Welle im Raum 8 ab. Nur wenn die Geschwindigkeit auf der Leitung gleich der Geschwindigkeit der Welle im Raum ist, sind die elektrischen und physikalischen Längen identisch. Es ist deshalb klar, daß, wenn man den Leitungen verschiedene Geschwindigkeiten gibt, sie verschiedene elektrische Längen haben, und ausgenommen den Sonderfall, wo die Differenz in bezug auf die elektrische Länge genau eine oder mehrere vollständige Wellenlängen ist, ergibt sich daraus, daß die Energieteile an den Leitungen, die an der Klemme 4 kombiniert werden, nicht in Phase sind. Die vorliegende Erfindung macht von der Tatsache Gebrauch, daß die Geschwindigkeit auf einer Leitung als eine variable Abhängige von der Frequenz der von dieser Leitung geführten Energie gemacht werden kann, selbst wenn keine Änderung in der Konstruktion vorgenommen wird. Wenn man dieses berücksichtigt, erkennt man, daß die verschiedenen Leitungen so konstruiert werden können, daß sie einerseits für Energie von der gewünschten Frequenz in bezug auf die elektrische Länge äquivalent sind; dabei ist unter dem Ausdruck äquivalent zu verstehen, daß sie entweder gleich oder um ganze Wellenlängen verschieden sind, so daß die verschiedenen Teile der Energie von gewünschter Frequenz gleichphasig an der Klemme 4 kombiniert werden und anderseits wegen der Differenzen in der Konstruktion bei Leitungen für Energie von einer ungewünschten Frequenz die Geschwindigkeiten auf den Leitungen sich relativ voneinander unterscheiden und die Teile von Energie von ungewünschter Frequenz in ihrer Phase ungleich geändert werden, wobei unter ungleich zu verstehen ist entweder ungleich in Größe oder entgegengesetzt in Richtung oder beides, so daß die verschiedenen Teile der Energie von ungewünschter Frequenz nicht gleichphasig kombiniert werden. Zweckmäßig wird die Ungleichheit der Phasenverschiebungen genügend groß gemacht, daß solche Energie in Gegenphase kombiniert wird oder in Phasen, die symmetrisch längs eines Umfanges verschoben und daher im wesentlichen eliminiert werden. Aus diesen Betrachtungen ergibt sich, daß durch die Verwendung einer großen Anzahl von Leitungen mit verschiedenen Charakteristiken eine beträchtliche Anzahl von ungewünschten Frequenzen eliminiert werden kann.

Bei dem verhältnismäßig einfachen Ausführungsbeispiel der Fig. 1 kann die Leitung 8 so ausgebildet sein, daß sie für Energie von vergrößerter Frequenz vergrößerte Geschwindigkeit hat, während die Leitung 6 so ausgebildet sein kann, daß sie noch größere Änderung aufweist. Gleichzeitig kann die Leitung 12 so angeordnet sein, daß sie für Energie von vergrößerter Frequenz verringerte Geschwindigkeit hat, während die Leitung 14 so ausgebildet sein kann, daß sie eine noch größere Änderung ergibt. Für Energie von gegenüber der gewünschten Frequenz vergrößerter Frequenz besteht entgegengesetzte Phasenverschiebung, · und wird die Energie ausbalanciert. Dasselbe gilt für den Fall von Energie von geringerer Frequenz. Dieselben Resultate kann man dadurch erzielen, daß man alle von den Leitungen sich um verschiedene Beträge in demselben Sinne ändern läßt.

λ^οη einem Gesichtspunkt kann man behaupten, daß dieses System etwa einer aperiodischen Wellenantenne ähnlich ist, ausgenom-

men, daß die Wellenantenne eine Richtcharakteristik durch die Phasenbeziehung der Energieelemente, die zu kombinieren sind, erhält, und bei der vorliegenden Anordnung eine Charakteristik von ,Frequenzselektivität dadurch erhalten wird, daß zwischen den zu kombinierenden Energieelementen eine Phasenbeziehung besteht. Diese Analogie kann man noch weiterführen, denn wenn man ein ίο Polardiagramm in Frequenzausdrücken anstatt in Richtungsausdrücken hätte, würde eine Anordnung, wie sie in Fig. ι dargestellt ist, noch andere kleine Kurvenlappen außer der Hauptkurve besitzen, die die gewünschte Frequenz darstellt. Je mehr Sendeleitungen verwendet werden, um die Wirkungen gleichmäßiger zu machen, um so kleiner werden diese Lappen.

Um ihre Wirkung zu beseitigen, ohne gezwungen zu werden, zu viel Übertragungsleitungen zu verwenden, wird ein hochgedämpfter Kreis verwendet, wie er in Fig. ι dargestellt ist, bestehend aus der Induktanz 16, der Kapazitanz i8 und dem Widerstand 20 an dem Ausgang von der Klemme 4. Der Selektivitätsbedarf dieses Kreises ist so gering, daß er stark gedämpft gemacht werden kann, so daß er im wesentlichen aperiodisch ist, was die Signalgeschwindigkeit betrifft, und doch den Zweck erfüllt, die Lappen an dem Frequenzdiagramm aufzuheben.

Von den Leitungen 6 und 8 war eben gesagt, daß sie für Energie von vergrößerter Frequenz vergrößerte Geschwindigkeit haben; eine künstliche Leitung mit diesen Eigenschaften ist in Details in Fig. 2 gezeigt, in der die Leitung aus Serieninduktanzen 22, Nebenschlußkapazitanzen 24 und Widerständen 26 besteht, die mit den Kondensatoren 24 in Reihe liegen.

Diese Leitung darf nicht mit einer gewöhnlichen Filterkette verwechselt werden, denn sie soll keinerlei Siebwirkung innerhalb des Frequenzbandes besitzen, mit der die Leitung verwendet werden soll.

Fig. 3 ist ähnlich der Fig. 2, ausgenommen daß die Widerstände 28 parallel mit den Reiheninduktanzen 22 verbunden sind, anstatt in Reihe mit den Kapazitanzen 24 liegen.

Naturgemäß kann man auch eine Leitung konstruieren, die beide Typen von Widerständen besitzt, wie Fig. 4 zeigt.

Von den Leitungen 12 und 14 in Fig. 1 war eben gesagt, daß sie für Energie von vergrößerter Frequenz verringerte Geschwindigkeit besitzen; solch eine Leitung wird in Fig. 5 dargestellt, in der außer den Serieninduktanzen 22 und den Nebenschlußkapazitanzen 24 Widerstände 30 vorgesehen sind, die parallel zu den Kondensatoren 24 liegen. Fig. 6 ist eine Abänderung der Ausführungsform gemäß Fig. 5, bei der in Reihe mit den Induktanzen 22 Widerstände 32 angeordnet sind, anstatt parallel mit den Kapazitanzen 24. Fig. 7 zeigt die Verwendung von beiden Typen von Widerständen zur Erreichung einer verringerten Leitungsgeschwindigkeit bei Übertragung von vergrößerter Frequenz.

Die Wirkung des Widerstandes bei der Veränderung der elektrischen Länge der Leitung mit Änderungen der Frequenz kann folgendermaßen erklärt werden. Die Geschwindigkeit in der Leitung hängt von den Größen der effektiven Induktanz und der effektiven Kapazitanz ab. Die effektive Kapazitanz eines Kondensators in Reihe mit einem Widerstand hängt von der relativen Impedanz des Kondensators und des Widerstandes ab. Die Impedanz des Widerstandes ändert sich nicht mit der Frequenz, dagegen die Impedanz des Kondensators und damit die relative Impedanz und daher die effektive Impedanz und schließlich damit die Leitungsgeschwindigkeit, wobei alles sich ändert mit einer Frequenzänderung. In ähnlicher Weise hängt die effektive Induktanz einer Parallelschaltung von Widerstand und Induktanz von ihrer relativen Impedanz ab und ändert sich daher mit der Frequenz. Was zutreffend ist für eine Reihenschaltung von Widerstand und Kapazitanz und einer Parallelschaltung von Widerstand und Induktanz, wie in Fig. 4 dargestellt, ist auch zutreffend für eine Parallelschaltung ■ von Widerstand und Kapazitanz und einer Reihenschaltung von Widerstand und Induktanz, wie in Fig. 7 dargestellt, avisgenommen davon, daß die Änderung im Sinne entgegengesetzt ist.

Naturgemäß kann man auch anstatt der künstlichen Leitungen wirkliche Leitungen verwenden, und so ist in Fig. 8 eine wirkliche Leitung 40 dargestellt, an der in häufigen Abständen Widerstände 42 angeschaltet sind. Diese Anordnung ist gleich der gemäß Fig. 5.

Eine Übertragungsleitung kann auch als Widerstandsdraht ausgebaut sein, in welchem Falle die Anordnung der gemäß Fig. 6 äquivalent ist. Durch die Verwendung von solchem Widerstandsdraht für die Leitungen 40 gemäß Fig. 8 wird die Anordnung letzten no Endes äquivalent der gemäß Fig. 7.

Zur Erzielung eines unendlich fein verteilten Widerstandes kann man eine leicht leitende Flüssigkeit verwenden.

So ist in Fig. 9 ein Trog 50 aus Isolationsmaterial dargestellt, in dem vier Leiter 52, 54, 56 und 58 angeordnet sind. Die leitenden !Bänder 54 und 56 liegen nahe aneinander und wirken als Kapazitäten, während die Energie im wesentlichen in die Bänder 52 und 58 hineingeschickt wird, wie durch die Verbindungen mit der Stromquelle 2 angedeutet ist.

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Die Räume zwischen den Bändern 52 und 54 und 56 und 58 sind durch eine Flüssigkeit von hohem Widerstand ausgefüllt wie beispielsweise mit leicht angesäuertem Wasser. Man erkennt, daß diese Anordnung ebenso wie die Anordnung in Fig. 2 einen Widerstand in Reihe mit den Nebenschlußkapazitanzen der Leitungen ergibt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 ist gleichfalls ein Trog 50 aus Isolationsmaterial dargestellt, jedoch besteht in diesem Falle die Leitung bloß aus den beiden Metallbändern 62 und 68, denen die Energie von einer Stromquelle 2 zugeführt wird. Die Flüssigkeit Hegt in diesem Falle zwischen den Wänden des Troges und den Leitungen, wodurch sich eine Anordnung ergibt analog der gemäß Fig. 3, in der der Widerstand im Nebenschluß zu der Serieninduktanz liegt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11 sind diese beiden vorigen Anordnungen kombiniert; hier sind die Leitungen 62 und 68 an die Stromquelle 2 angeschlossen und ist parallel zu ihnen ein Widerstand angeordnet, der durch die Flüssigkeit zwischen den Bändern 62 und 68 und den Wänden des Troges dargestellt ist. Die Leitungskapazitanz wird im wesentlichen durch die Bänder 64 und 66 gebildet, wobei zwischen ihnen und den Bändern 62 und 68 eine genügende Flüssigkeitsmenge vorhanden ist, die einen Widerstand in Reihe mit der Nebenschlußkapazitanz der Leitung ergibt. Diese Anordnung ist der gemäß Fig. 4 äquivalent.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 12 liegen die Bänder 72 und 74 an den Wandungen des Troges 50. Die Flüssigkeit im Troge ergibt einen Widerstand parallel zu der Nebenschlußkapazitanz der Leitung, eine Anordnung, die der gemäß Fig. 5 äquivalent ist. Wie oben erwähnt, ergibt sich durch Herstellung der Bänder 72 und 74 aus Widerstandsmaterial eine Anordnung mit verteiltem Serienwiderstand, die der gemäß Fig. 6 äquivalent ist. Durch Verwendung sowohl von Widerstandsbändern und dem Flüssigkeitsbehälter ergibt sich eine Anordnung, die der gemäß Fig. 7 äquivalent ist.

Unter verteiltem Widerstand versteht man

eine Anordnung, im Gegensatz zu der gewohnlichen Leitung, die nur eine oder mehrere konzentrierte wirksame Widerstandsbdastungen enthält.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur aperiodischen Frequenzselektion, dadurch gekennzeichnet, daß die ankommende Energie auf mehrere parallele Leitungen verteilt und die Phase der Energie von gewünschter Frequenz in jedem der Leitungsteile in gleicher Weise geändert wird, während die Phase der Energie von ungewünschter Frequenz in jedem der Leitungsteile in ungleicher Weise geändert wird, worauf die resultierenden phasengeänderten Energieteile so kombiniert werden, daß nur Energie von gewünschter Frequenz gleichphasig kombiniert wird.
2. 2. Verfahren zur Frequenzselektion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der ungleichen Phasenänderung von Energien von ungewünschter Frequenz so groß ist, daß diese Energien unterdrückt und im wesentlichen eliminiert werden, während die Energie von gewünschter Frequenz gleichphasig kombiniert wird.
3. 3. Verfahren zur Frequenzselektion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der gleichphasigen Kombination der gewünschten Frequenz die Energie noch einmal einem Resonanzkreis zugeführt wird, um Spuren von Energie von ungewünschter Frequenz zu eliminieren, und daß diese Schwingungen gedämpft werden.
4. 4. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens zur Frequenzselektion nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Kombination von künstlichen Leitungen mit steigender Laufzeit mit solchen fallender Laufzeit für verschiedene Frequenzen, also gleicher Laufzeit für die auszustrahlende Frequenz, so daß für abweichende Frequenzen Phasenkompensation am Ausgang der Leitungen stattfindet,
5. 5. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens zur Frequenzselektion nach Anspruch ι und 4, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl paralleler Sendeleitungen von äquivalenten elektrischen Längen für Energie von gewünschter Frequenz und nichtäquivalenten elektrischen Längen für Energien von ungewünschten Frequenzen.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen mit steigender Laufzeit aus Serieninduktanzen, Nebenschlußkapazitäten und Widerderständen in Reihe mit diesen Nebenschlußkapazitäten bzw. parallel mit den Serieninduktanzen bestehen, während die Leitungen mit fallender Laufzeit aus Serieninduktanzen, Nebenschlußkapazitäten und Widerständen parallel mit den Nebenschlußkapazitäten bzw. in Reihe mit den Serieninduktanzen bestehen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen