DE514021C

DE514021C - Electrical network

Info

Publication number: DE514021C
Application number: DES77121D
Authority: DE
Inventors: Richard Feldtkeller
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1926-11-21
Filing date: 1926-11-21
Publication date: 1930-12-09
Also published as: NL21239C

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM
9. DEZEMBER 1930ISSUED ON
DECEMBER 9, 1930

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21a² GRUPPECLASS 21a ² GROUP

Siemens & Halske Akt-Ges. in Berlin-Siemensstadt*)Siemens & Halske Akt-Ges. in Berlin-Siemensstadt *)

Elektrisches Netzwerk Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. November 1926 abElectrical network Patented in the German Reich on November 21, 1926

Gegenstand der Erfindung ist ein Netzwerk, das für einen gegebenen Frequenzbereich von der einen Seite aus praktisch konstanten und reellen Wellenwiderstand und von der anderen Seite aus einen Wellenwiderstand hat, der dem Wellenwiderstand einer homogenen Leitung praktisch gleich ist. Unter Verwendung von Übertragern o. dgl. läßt sich das Netzwerk so ausbilden; daß der eine Wellenwiderstand dem Wellenwiderstand einer beliebigen homogenen Leitung gleich wird, während der praktisch konstante, reelle Wellenwiderstand ebenfalls einen beliebigen Wert hat.The invention relates to a network for a given frequency range from one side a practically constant and real wave resistance and from the other side a wave resistance which is practically equal to the wave resistance of a homogeneous line. Using transformers or the like. can the network be formed in this way; that the one wave resistance to the wave resistance becomes equal to any homogeneous line, while the practically constant, real one Characteristic impedance also has any value.

.5 Ein solches Netzwerk kann besonders vorteilhaft verwendet werden, wenn eine homogene Leitung mit einem elektrischen Kreis von praktisch konstantem und reellem Wellenwiderstand verbunde'n werden soll und.5 Such a network can be used particularly advantageously if a homogeneous Line with an electrical circuit of practically constant and real wave resistance should be connected and

ο wenn dabei die Reflexionen für die Übertragung in beiden Richtungen herabgesetzt werden sollen.ο if the reflections for the transmission are reduced in both directions should.

In diesem Fall ist das Netzwerk so auszubilden, daß seine beiden Wellenwiderstände je dem Wellenwiderstand der homogenen Leitung und dem konstanten Wellenwiderstand des zweiten elektrischen Kreises gleich werden. Es wird zwischen die beiden elektrischen Kreise so eingeschaltet, daß die Klemmen mit paarweise gleichen Wellenwiderständen zusammenstoßen. Natürlich kann es auch eine reflexionsfreie Verbindung zwischen einer pupinisierten Leitung und einem Kreis mit konstantem, reellem Wellenwiderstand vermitteln, wenn der Bereich der in Betracht kommenden Frequenzen genügend tief liegt, weil dann der Wellenwiderstand der pupinisierten Leitung dem Wellenwiderstand der entsprechenden homogenen Leitung praktisch gleich ist. Bei schwach pupinisierten Leitungen kann unter Umständen z. B. der Bereich der Sprechfrequenzen genügend tief liegen, so daß die reflexionsfreie Verbindung der Leitung und eines Kreises konstanten, reellen Widerstandes mit Hilfe des Netzwerkes möglieh ist. Auch kann das Netzwerk unter Umständen dazu dienen, den Wellenwiderstand einer Leitung in einem gewissen Frequenzbereich mit großer Annäherung konstant und reell zu machen, z. B. um ihn mit Hilfe eines g₀ Ohmschen Widerstandes nachzubilden.In this case, the network must be designed in such a way that its two wave resistances are equal to the wave impedance of the homogeneous line and the constant wave impedance of the second electrical circuit. It is switched between the two electrical circuits in such a way that the terminals collide with the same wave resistance in pairs. Of course, it can also provide a reflection-free connection between a pupinized line and a circle with a constant, real wave impedance, if the range of the frequencies in question is sufficiently low, because then the wave impedance of the pupinized line is practically the same as the wave impedance of the corresponding homogeneous line. In the case of weakly pupinized lines, e.g. B. the range of the speech frequencies are sufficiently low, so that the reflection-free connection of the line and a circle of constant, real resistance is possible with the help of the network. Under certain circumstances, the network can also be used to make the characteristic impedance of a line constant and real in a certain frequency range with a close approximation, e.g. B. to simulate it with the help of a g ₀ ohmic resistance.

Es sind zwar schon zur Herabsetzung der Reflexionen bei der Verbindung von homogenen Leitungen mit elektrischen KreisenIt is true that they are already used to reduce the reflections when connecting homogeneous ones Wires with electrical circles

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Richard Feldtkeller in Berlin-Siemensstadt,Richard Feldtkeller in Berlin-Siemensstadt,

praktisch konstanten Wellenwiderstandes verschiedene Vorschläge gemacht worden. Sie laufen darauf hinaus, daß entweder der Scheinwiderstand der homogenen Leitung durch eine Zuschaltung praktisch reell und konstant gemacht wird oder daß zu dem elektrischen Kreis mit konstantem Widerstand eine sogenannte Überschußnachbildung in Reihe geschaltet wird, durch die derpractically constant wave resistance various proposals have been made. she come down to the fact that either the impedance of the homogeneous line is practically real and is made constant or that to the electrical circuit of constant resistance a so-called excess simulation is connected in series, through which the

ίο Scheinwiderstand dieses Kreises dem Wellenwiderstand der homogenen Leitung praktisch gleichgemacht wird.ίο the impedance of this circuit is the wave impedance is practically made equal to the homogeneous line.

Diese Vorschläge haben den Nachteil, daß Reflexionen nur für je eine der beiden Energieübertragungsrichtung.en vermieden oder vermindert werden. Man muß bei diesen Betrachtungen zwischen Scheinwiderständen und Wellenwiderständen unterscheiden. Bei einem sogenannten Vierpol, also z. B. beiThese proposals have the disadvantage that Reflections only for one of the two energy transmission directions avoided or reduced. One must with these considerations differentiate between apparent resistances and wave resistances. In a so-called quadrupole, so z. B. at

einem elektrischen Netzwerk, einem Übertragungssystem, einer Leitung, der ein Eingangsklemmenpaar und ein Ausgangsklemmenpaar hat, ist der Scheinwiderstand auf der einen Seite abhängig von dem Belastungswiderstand, der am anderen Klemmenpaar angeschlossen ist. Dagegen ist der Wellenwiderstand auf einer Seite gegeben als Wurzel aus dem Leerlauf- und Kurzschlußwiderstand einer Seite und daher unabhängig von dem Scheinwiderstand, der die Belastung auf der anderen Seite bildet.an electrical network, a transmission system, a line that has a pair of input terminals and a pair of output terminals has, the impedance depends on the one hand on the load resistance, which is connected to the other pair of terminals. The wave resistance is on the other hand given on one side as the root of the no-load and short-circuit resistance one side and therefore independent of the impedance that the load is on the other side forms.

Werden zwei solcher Vierpole zusammengeschaltet, so entstehen an der Verbindungsstelle für beide Übertragungsrichtungen keine Reflexionen, wenn die Wellenwiderstände der beiden Vierpole an dieser Stelle gleich sind (vgl. z. B. Breis ig , Theoretische TeIegraphie, 1924, S. 318, Gl. 249). Haben dagegen die beiden Vierpole an der Verbindungsstelle verschiedene Wellenwiderstände, so kann man es unter Umständen so einrichten, daß der Scheinwiderstand des einen Vierpoles dem Wellenwiderstand des zweiten gleicht, so daß die Reflexion für die Übertragungsrichtung vom zweiten Vierpol zum ersten unterbleibt (vgl. B r e i s i g , Theoretische Telegraphie, 1924, S. 317, Gl. 248). Die Reflexion für die Übertragungsrichtung vom ersten Vierpol zum zweiten wird dagegen in diesem Falle in der Regel nicht unterdrückt, weil der Scheinwiderstand des zweiten Vierpoles nicht dem Wellenwiderstand des ersten gleicht.If two such four-pole terminals are connected together, they arise at the junction no reflections for both directions of transmission if the wave impedances of the both quadrupoles are the same at this point (see e.g. Breisig, Theoretische TeIegraphie, 1924, p. 318, Gl. 249). On the other hand, they have the two four-pole terminals at the junction different wave resistances, so one can set it up under certain circumstances so that the impedance of one Four-pole equals the characteristic impedance of the second, so that the reflection for the direction of transmission from the second quadrupole to the first is omitted (cf. B r e i s i g, Theoretische Telegraphie, 1924, p. 317, Gl. 248). The reflection for the direction of transmission from the first quadrupole to the second, however, is usually not suppressed in this case, because the impedance of the second quadrupole is not the same as the impedance of the first.

Die obengenannten Vorschläge enthalten nun Maßnahmen dieser Art. Bei dem ersten Vorschlag ist das Übertragungssystem konstanten Wellenwiderstandes mit einem Scheinwiderstand abgeschlossen, der seinem Wellenwiderstand gleicht; dadurch wird die Reflexion bei der Übertragung vom System konstanten Wellenwiderstandes in den Belastungswiderstand vermieden. In der umgekehrten Richtung entstehen dagegen Reflexionen. The above proposals now include measures of this kind. The first The proposal is the transmission system of constant wave resistance with an impedance completed, which equals its wave resistance; this will reduce the reflection in transmission from the system constant wave resistance avoided in the load resistance. In the reverse Direction, on the other hand, gives rise to reflections.

Beim zweiten Vorschlag ist die homogene Leitung reflexionsfrei abgeschlossen, weil der Belastungswiderstand ihrem Wellenwiderstand gleicht. Am Ende des Systems mit konstantem Wellenwiderstand liegt jedoch ein Scheinwiderstand, der nicht konstant und reell ist, nämlich der der homogenen Leitung, in Reihe mit der Überschußnachbildung, so daß für diese Richtung Reflexionen eintreten.With the second proposal, the homogeneous line is completed without reflection, because the Load resistance is equal to its wave resistance. At the end of the system with constant wave resistance, however, is an impedance that is not constant and is real, namely that of the homogeneous line, in series with the excess simulation, so that reflections occur in this direction.

Demgegenüber kann das Netzwerk nach der Erfindung dazu dienen, als Verbindungsglied einer Einrichtung konstanten, reellen Widerstandes und einer homogenen Leitung die Reflexion für beide Übertragungsrichtungen zu beseitigen, da an beiden Verbindungsstellen der drei Teilsysteme jeweilig zwei gleiche Wellenwiderstände aneinanderstoßen.In contrast, the network according to the invention can serve as a link a device of constant, real resistance and a homogeneous line to eliminate the reflection for both transmission directions, since at both connection points of the three sub-systems, two equal wave resistances meet.

An Hand der in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele soll der Erfindungsgedanke näher erläutert werden. Bekanntlich kann der Wellenwiderstand einer homogenen Leitung mit der Induktivität L, der Kapazität C und dem Widerstand R für die Längeneinheit nachgebildet werden durch einen Ohmschen Widerstand von der unge-The idea of the invention is to be explained in more detail using the exemplary embodiments shown in the figures. As is known, the characteristic impedance of a homogeneous line with the inductance L, the capacitance C and the resistance R for the unit of length can be simulated by an ohmic resistance of the un-

fähren Größe V LJC und ein dazu in Reihe liegendes Netzwerk, die sogenannte Überschußnachbildung. Diese Überschußnachbildungen bestehen in der Regel aus Kapazitäten und Ohmschen Widerständen, im einfachsten Fall aus einer Kapazität.drive size V LJC and a network in series with it, the so-called surplus replica. These excess simulations usually consist of capacitances and ohmic resistances, in the simplest case of a capacitance.

Abb. r zeigt in schematischer Form eine Ausführungsforin der Erfindung. Die homogene Leitung ist symbolisch im linken Teil der Abbildung dargestellt durch eine Nach- ich bildung, die aus dem Ohmschen Widerstand W = YLjC und der Überschußnachbildung/besteht. Diese homogene Leitung soll durch ein Netzwerk N verbunden werden mit ioj einem elektrischen Kreis, dessen Scheinwiderstand oder Wellenwiderstand praktisch konstant und reell ist. Dieser Kreis ist symbolisch dargestellt durch den dem obigen Widerstand W gleichgesetzten Widerstand W auf .in der rechten Seite von Abb. 1.Fig. R shows in schematic form an embodiment of the invention. The homogeneous line is symbolically represented in the left part of the figure by a simulation consisting of the ohmic resistance W = YLjC and the excess simulation /. This homogeneous line is to be connected by a network N with an electrical circuit whose impedance or characteristic impedance is practically constant and real. This circle is symbolically represented by the resistance W equated to the above resistance W on the right-hand side of Fig. 1.

Das Netzwerk N ist ein unsymmetrischer Vierpol, dessen im Leitungszuge liegende Impedanz aus einer Überschußnachbildung / und einer Impedanz X besteht. Quer zum Leitungszuge liegt eine Impedanz Y. Die hier dargestellte Aufteilung des Netzwerkes N in eine Überschußnachbildung / und einen unsymmetrischen Vierpol V aus den beiden Impedanzen X und Y hat sich in der Praxis bewährt. Für die Impedanz X kommen im wesentlichen Kombinationen aus Widerstän-The network N is an asymmetrical quadrupole whose impedance in the line consists of an excess simulation / and an impedance X. An impedance Y lies across the line. The division of the network N into an excess simulation / and an asymmetrical quadrupole V from the two impedances X and Y shown here has proven itself in practice. For the impedance X, there are essentially combinations of resistance

den und Kapazitäten in Frage, wie sie in Abb. 2a bis 2c dargestellt sind. Diese Impedanzen bilden eine Reihe, von der ohne weiteres ersichtlich ist, wie sie weiter fortgesetzt werden kann. Die Impedanz Abb. 2 a besteht aus Ohmschem Widerstand und Kapazität parallel zueinander. Bei Abb. 2 b ist ein Widerstand in Reihe hinzugekommen, zu dem nach Abb. 2 c eine zweite Kapazität paralleland capacities in question, as shown in Fig. 2a to 2c. These impedances form a series, of which it is easy to see how it is continued can be. The impedance Fig. 2 a consists of ohmic resistance and capacitance parallel to each other. In Fig. 2 b a resistor has been added in series to the according to Fig. 2 c a second capacitance in parallel

ίο geschaltet ist. Die nächste Stufe würde darin bestehen, daß man einen weiteren Widerstand in Reihe zu den beiden Parallelschaltungen hinzufügt. Die mit diesen Schaltungen zu kombinierenden Impedanzen Y sind in der Abb. 3a bis 3c dargestellt. Sie bestehen aus Widerständen und Spulen. Es ist bekannt, daß sich die in Abb. 2 und 3 dargestellten Schaltungen zum Teil durch äquivalente ersetzen lassen, d. h. durch solche, die den glei-ίο is switched. The next stage would be to add another resistor in series to the two parallel circuits. The impedances Y to be combined with these circuits are shown in Figs. 3a to 3c. They consist of resistors and coils. It is known that some of the circuits shown in Figs. 2 and 3 can be replaced by equivalent ones, ie by those which have the same

ao chen Verlauf des Scheinwiderstandes in Abhängigkeit von der Frequenz haben. Es können natürlich auch Elemente der Impedanzen X und / miteinander vereinigt und auch durch äquivalente Schaltungen ersetzt werden.also have the course of the impedance as a function of the frequency. Of course, elements of the impedances X and / can also be combined with one another and also replaced by equivalent circuits.

Die Werte der einzelnen Schaltelemente können aus den Bedingungen berechnet werden, die für den aus den Impedanzen X und F bestehenden Vierpol V erfüllt sein müssen. Dieser Vierpol V ist an den Klemmen 7, 8The values of the individual switching elements can be calculated from the conditions that must be met for the four-pole V consisting of the impedances X and F. This four-pole V is at terminals 7, 8

jo mit dem Widerstand W belastet. Berechnet man ,Y und Y so, daß der Scheinwiderstand des mit W belasteten Vierpoles von den Klemmen 5, 6 aus gleich W ist, so ist der Scheinwiderstand an den Klemmen 3, 4 gleich W + /, d. h. gleich dem Wellenwiderstand der homogenen Leitung. Die homogene Leitung ist dann so abgeschlossen, daß bei der Übertragung von links nach rechts keine Reflexionen auftreten können. Andererseits istjo loaded with the resistance W. If Y and Y are calculated so that the impedance of the four-pole loaded with W from terminals 5, 6 is equal to W , the impedance at terminals 3, 4 is equal to W + /, ie equal to the wave impedance of the homogeneous line. The homogeneous line is then closed in such a way that no reflections can occur during transmission from left to right. On the other hand is

.0 der Vierpol V an den Klemmen 5, 6 mit W + 2 / belastet. Wählt man Z und Y so, daß unter diesen Umständen der Scheinwiderstand des Vierpoles V von den Klemmen 7, 8 aus gleich W ist, so wird auch das rechts dargestellte System mit konstantem Wellenwiderstand richtig abgeschlossen sein, so daß bei der Übertragung von rechts nach links keine Reflexionen auftreten können. Die Bedingungen für den Vierpol V sind also die, daß seine Scheinwiderstände von der einen Seite aus bei Belastung mit einem Ohmsclien Widerstände und von der anderen Seite aus bei Belastung mit einem Ohmschen Widerstände und zwei Überschußnachbildungen in Reihe praktisch reell und konstant sein müssen..0 the four-pole V at terminals 5, 6 is loaded with W + 2 /. If you choose Z and Y so that under these circumstances the impedance of the four-pole V from the terminals 7, 8 is equal to W , the system shown on the right with constant wave impedance will also be correctly terminated, so that the transmission from right to left no reflections can occur. The conditions for the quadrupole V are that its apparent resistances must be practically real and constant from one side when loaded with an ohmic resistance and from the other side when loaded with an ohmic resistance and two excess simulations in series.

Benutzt man Impedanzen X und Y nach Abb. 2 c und 3 c, so ergibt sich aus diesen Bedingungen das in Abb. 4 dargestellte Netz-) werk mit den unten angegebenen ungefähren Zahlenwerten. Die darin auftretende Größe b ist gegeben durch die Konstanten der homogenen Leitung mittels der Definitionsgleichung b = -^ · VqI. If one uses impedances X and Y according to Fig. 2 c and 3 c, the network shown in Fig. 4 results from these conditions with the approximate numerical values given below. The quantity b occurring therein is given by the constants of the homogeneous line by means of the defining equation b = - ^ · VqI.

Für die Überschußnachbildung/ C₀ = C₁=ZCJb For the excess _{replication / C 0} = C ₁ = ZCJb

R₁= 0,5 W,
für die Impedanz X R₂= 0,25 W R ₁ = 0.5 W,
for the impedance XR ₂ = 0.25 W.

R₃= 0,22 W R ₃ = 0.22 W

C₂ = 0,2 Cβ C₃ = 2 CIb, C ₂ = 0.2 Cβ C ₃ = 2 CIb,

für die Impedanz Y i?.= 1,13 W for the impedance Y i?. = 1.13 W.

R₁. = 1,22 W L_n= 0,31 L/b L₃= 0,18 Ζ/δ. R ₁ . = 1.22 WL _n = 0.31 L / b L ₃ = 0.18 Ζ / δ.

Durch eine derartige Schaltung lassen sich für beide Übertragungsrichtungen die Reflexionen fast vollständig beseitigen.Such a circuit allows the reflections for both directions of transmission almost completely eliminate it.

Das eben näher beschriebene Netzwerk wurde für die Verbindung einer homogenen Leitung mit einem Gebilde konstanten, reellen Wellenwiderstandes oder Scheinwiderstandes berechnet, wobei dieser reelle Widerstand den Wert W = VTJC hatte. Dieser Wert hängt also von den Konstanten der homogenen Leitung ab. Hat das an die homogene Leitung anzuschließende elektrische System einen anderen Widerstand, so muß das Netzwerk z. B. durch einen Transformator ergänzt werden, der z. B. zwischen die Klemmen 7, 8 und 9, 10 oder zwischen die Klemmen 1, 2 und 3, 4 geschaltet werden kann. Der Transformator könnte, wie ohne weiteres klar ist, auch an anderer Stelle, z. B. an den Klemmen 5, 6, zwischengeschaltet werden. The network just described in more detail was calculated for the connection of a homogeneous line with a structure of constant, real wave resistance or impedance, this real resistance having the value W = VTJC . This value therefore depends on the constants of the homogeneous line. If the electrical system to be connected to the homogeneous line has a different resistance, the network must, for. B. be supplemented by a transformer that z. B. between terminals 7, 8 and 9, 10 or between terminals 1, 2 and 3, 4 can be switched. As is readily apparent, the transformer could also be used elsewhere, e.g. B. at terminals 5, 6, are interposed.

Von großer Bedeutung ist die Erfindung z. B. bei der Zusammenschaltung von homogenen und pupinisieren Leitungen. Diese haben Wellenwiderstände, die in sehr verschiedener Weise von der Frequenz abhängen, und es ist daher nicht möglich, solche Leitungen zusammenzuschalten, ohne daß Reflexionen entstehen. Diese Reflexionen bewirken, abgesehen von Übertragungsverlusten, das Entstehen von Echoströmen und beeinflussen die Scheinwiderstände der beiden Leitungen an den entfernt liegenden Enden derart, daß in der Regel eine Nachbildung solcher zusammengesetzter Leitungen nicht möglich ist.The invention is of great importance, for. B. when interconnecting homogeneous and pupinize lines. These have wave resistances that vary widely Way depend on the frequency, and it is therefore not possible to use such lines to interconnect without causing reflections. Apart from transmission losses, these reflections cause the emergence of echo currents and influence the apparent resistances of the two lines at the distant ends in such a way that usually a replica of such combined lines is not possible.

Es sind bereits Schaltungen vorgeschlagen, die dazu dienen können, eine pupinisierte Leitung mit einem Übertragungssystem konstanten Wellenwiderstandes so zu verbinden, daß für beide Übertragungsrichtungen die Reflexionen praktisch vermieden werden, und zwar läßt sich das durch ein Endnetzwerk erreichen. Nach der Erfindung hat man nun die Möglichkeit, gleichfalls eine homogeneCircuits have already been proposed which can be used to create a pupinized line to be connected with a transmission system of constant wave impedance so that the reflections for both transmission directions can be practically avoided, and that can be achieved through an end network. After the invention you have now the possibility of equally homogeneous

Leitung mit einem Endnetzwerk auszurüsten, das die beiderseits reflexionsfreie Verbindung mit einem Übertragungssystem konstanten AViderstandes ermöglicht. Man kann daher nunmehr auch eine beliebige .homogene Leitung mit einer beliebigen pupinisierten Leitung beiderseits reflexionsfrei verbinden, indem man jede der beiden Leitungen mit dem entsprechenden Endnetzwerk ausrüstet, ίο das sozusagen den Wellenwiderstand der Leitungen reell und konstant macht.To equip the line with an end network that provides both sides with anechoic connection with a transmission system of constant A resistance. One can therefore now also any .homogeneous line with any pupinized line Connect both sides without reflections by connecting each of the two lines with equips the corresponding end network, ίο that, so to speak, the wave resistance of the Makes lines real and constant.

Claims

Patent claims:

i. Electrical network, characterized in that it consists of a series impedance from resistors and capacitors and a shunt impedance Resistances and self-inductions is constructed in such a way that it is for a given Frequency range on the one hand a practically constant and real one Characteristic impedance, on the other hand an A-characteristic impedance of a homogeneous one Line has practically the same wave resistance.

2. Network according to claim i, characterized characterized in that it consists of an excess simulation of the homogeneous line in series with a quadrupole whose 3c impedance seen from the side facing the excess simulation when loaded with an ohmic resistance and its impedance seen from the other side at Be 3i load with an ohmic resistance and two excess simulations are practically real and constant.

3. Network according to claim 2, characterized in that the quadrupole consists of a 4 < There is an impedance in the line and an impedance across the line.

4. Network according to claim 3, characterized in that the impedance im Lines made up of capacitances and resistances, the impedance across the line made up of inductivities and resistances is composed.

1 sheet of drawings