DE522488C

DE522488C - Transmission system with phase and damping equalization

Info

Publication number: DE522488C
Application number: DEST40896D
Authority: DE
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1924-06-26
Filing date: 1926-04-22
Publication date: 1931-04-13

Description

Übertragungssystem mit Phasen- und Dämpfungsentzerrung Die Erfindung bezieht sich auf den Dämpfungs- und Phasenausgleich von Obertragungssystemen. Man hat bisher getrennte Mittel verwendet, um die Dämpfungsverzerrung und die Einschwingvorgänge zu beseitigen oder herabzusetzen. Für den Dämpfungsausgleich sind teils die Verstärker in besonderer Weise ausgebildet worden, teils hat man _'Zetzwerke zum Übertragungssystem zugeschaltet, die frequenzabhängige Dämpfung haben, aber die Phasenwinkel nicht in richtiger Weise veränderten. Um die Phasenwinkel so zu beeinflussen, daß die Einschwingvorgänge abgekürzt werden, hat man daher besondere Netzwerke vorgesehen, und zwar vorzugsweise Schaltungen, die praktisch konstanten und reellen Wellenwiderstand haben, aber eine im wesentlichen von der Frequenz unabhängige geringe Dämpfung. Solche Netzwerke, die nur aus Blindwiderständen bestanden, sind als Kreuzglieder oder Brükkenglieder bezeichnet worden.Transmission system with phase and attenuation equalization The invention relates to the attenuation and phase compensation of transmission systems. Man has previously used separate means to address the damping distortion and the transients to eliminate or belittle. The amplifiers are partly responsible for the attenuation compensation Trained in a special way, in some cases there are networks for the transmission system switched on, which have frequency-dependent damping, but not the phase angle changed in the right way. To influence the phase angle so that the Transient processes are shortened, so special networks have been provided, and preferably circuits that have practically constant and real characteristic impedance but have a low attenuation that is essentially independent of the frequency. Such networks, which consisted only of reactances, are as cross members or bridge members have been designated.

Bei all diesen Schaltungen, die die Phasen-und Dämpfungsentzerrung mit getrennten Mitteln bewirken, liegt der Nachteil vor, daß die Dämpfungsentzerrer für sich Phasenänderungen hervorbringen und daß andererseits die Phasenentzerrungsmittel, z. B. infolge des praktisch nicht zu vernachlässigenden Einflusses der Zeitkonstanten der Blindwiderstandselemente, eine oft recht beträchtliche frequenzabhängige Dämpfung haben. Diese Verzerrungen bleiben also nach Einschaltung der beiden getrennten Entzerrungsmittel übrig, oder sie müssen durch weitere Entzerrungsmaßnahinen beseitigt werden. Jedenfalls können die Entzerrungsmittel nicht unabhängig voneinander bestimmt «-erden. Die gegenseitige Berücksichtigung der zusätzlichen Verzerrungen ist in vielen Fällen schwer durchführbar, besonders, wenn es sich um die Verbesserung von Systemen handelt, die starke Verzerrungen haben.In all of these circuits, the phase and attenuation equalization effect by separate means, there is the disadvantage that the attenuation equalizer produce phase changes for themselves and that, on the other hand, the phase equalization means z. B. due to the practically not negligible influence of the time constants the reactance elements, an often quite considerable frequency-dependent attenuation to have. These distortions remain after the two separate equalization means are switched on left over, or they have to be eliminated by further equalization measures. In any case the means of equalization cannot be determined independently of one another. the mutual consideration of the additional distortions is in many cases difficult to do, especially when it comes to improving systems, that have strong distortions.

Nach der Erfindung wird dieser Nachteil vermieden durch Kettenleiterglieder, die gleichzeitig einen von der Frequenz abhängigen Dämpfungs- und Phasenverlauf haben und die Dämpfungs- und .Phasenwinkel im Übertragungssystem richtig ergänzen, und die dabei auch konstante und reelle Scheinwiderstände oder Wellenwiderstände haben.According to the invention, this disadvantage is avoided by chain ladder links, which at the same time have a frequency-dependent attenuation and phase curve and correctly complement the attenuation and phase angles in the transmission system, and the constant and real apparent resistances or wave resistances to have.

Einige für diesen Zweck verwendbare Netzwerke sind des besseren Verständnisses wegen in den Abb. Z bis q. dargestellt. Diese Schaltungen sind als reine Dämpfungsentzerrer bekannt, können aber nach der Erfindung so bemessen werden, daß sie außer der Dämpfung gleichzeitig auch die Phasen berichtigen. Sie enthalten im Reihen- und *Tl\Tebenschlußteil zueinander widerstandsreziproke Impedanzen und in einem dieser Teile oder in beiden des weiteren Ohmsche Widerstände, die Vielfache oder Bruchteile eines bestimmten Widerstandswertes sind. Glieder mit konstanteni und reellem Widerstand, die gleichzeitig Ohmsche Widerstände und Blindwiderstände enthalten, können nach der Erfindung ausgenutzt werden, um sowohl die Dämpfungs- als auch die Phasenergänzung eines Übertragungssystems zu bewirken, die man früher durch verschiedene Mittel herstellen mu ßte.Some networks that can be used for this purpose are of better understanding because in Figs. Z to q. shown. These circuits are intended as pure attenuation equalizers known, but can be dimensioned according to the invention in such a way that, in addition to the damping correct the phases at the same time. They contain in the series and * Tl \ Tebendeteil mutual resistance-reciprocal impedances and in one of these parts or in both furthermore ohmic resistances which are multiples or fractions of a certain value Resistance values are. Terms with constant i and real resistance, which contain ohmic resistances and reactances at the same time, can after of the invention can be exploited to both the attenuation and the phase completion of a transmission system to effect which one used to be through various means had to produce.

In den Zweigen der Kettenleiterglieder liegen Impedanzen z, über deren Aufbau keine bestimmten Annahmen gemacht werden und weitere Impedanzen z., die dazu widerstandsreziprok oder invers sind. Das besagt, daß das Produkt ihrer Scheinwiderstände nicht von der Frequenz abhängt, sondern eine konstante reelle Größe R2 ist. Es besteht also die Gleichung: zii # z_1= R°. (1) R ist von der Dimension eines Widerstandes und wird als Inversionspotenz oder als Potenz der Reziprozität bezeichnet. Es kann leicht gezeigt `-erden, daß der Wellenwiderstand der Schaltungen nach einer der Abb. i bis 4 bei allen Frequenzen gleich R ist. N imint man z. B. den Wellenwiderstand als unbekannte Größe an und nennt ihn Z, so haben ,vir für Abb. J die Leitwertgleichung Die Gleichung hat eine von z;, und -"" unabhängige Lösung, nämlich Z == R. Dieser Beweis kann ähnlich für die übrigen Glieder geführt werden. Bei den unsymmetrischen Schaltungen nach Abb. i und 2 ist dies aber nur für den Wellenwiderstand von links nach rechts der Fall. Die vier Schaltungen heißen in leicht verständlicher Weise der Reihe nach: Voll-Reihen-, Voll-\Tebenschluß-, Mitte-Reihen- und Mitte-I\Tebenschluß-»konstant R«-Schaltung.In the branches of the ladder links there are impedances z, about the structure of which no specific assumptions are made, and further impedances z. Which are reciprocal or inverse of the resistance. This means that the product of their impedance does not depend on the frequency, but is a constant real quantity R2. So there is the equation: zii # z_1 = R °. (1) R has the dimension of a resistance and is referred to as the power of inversion or the power of reciprocity. It can easily be shown that the characteristic impedance of the circuits according to one of Figs. 1 to 4 is equal to R at all frequencies. N imint z. B. assume the wave resistance as an unknown quantity and call it Z, so have, vir for Fig. J the conductance equation The equation has a solution that is independent of z ;, and - "", namely Z == R. This proof can be carried out similarly for the other terms. In the asymmetrical circuits according to Fig. I and 2, this is only the case for the characteristic impedance from left to right. The four circuits are named one after the other in an easily understandable way: full-series, full-line, middle-series and middle-line "constant R" circuit.

Die Fortpflanzungsgrößen dieser Kettenleiter hängen von der Form von z, oder gemäß Gleichung (i) von der Form von 2.i ab. Es kann leicht auf bekannte Weise gezeigt werden, daß für die Abb. i bis 4 das Stromverhältnis für einen Abschnitt der als aus unendlich vielen Gliedern bestehend gedachten Schaltung als Funktion der Fortpflanzungsgröße I' gegeben ist durch woraus folgt. Also hängen die Fortpflanzungsgröße (' und das Scheinwiderstandsverhältnis voneinander ab. ach der Erfindung werden diese Kettenleiterglieder vorteilhaft dazu verwendet, die Dämpfungen und Phasenverschiebungen eines Cbertragungssystems gleichzeitig so zu ergänzen> daß die Komponenten des Empfangsstromes am Ende des gesamten Systems nahezu dieselben Phasenbeziehungen und Stroinstärkeverhältnisse haben wie beim gesendeten Strom. Zum gleichen Zweck kann man die bekannten Kettenleiter in Form einer Wheatestoneschen Brücke verwenden, die ebenfalls konstanten Eingangswiderstand haben, wenn die aneinandergrenzenden Z-,veige widerstandsreziprok sind. Ein solches Übertragungssystem ist schematisch in Abb. 5 dargestellt.The propagation quantities of these chain conductors depend on the shape of z, or according to equation (i) on the shape of 2.i. It can easily be shown in a known manner that for Figs. I to 4 the current ratio for a section of the circuit imagined as consisting of an infinite number of elements is given as a function of the propagation quantity I ' from what follows. So the propagation quantity ('and the impedance ratio from each other. According to the invention, these ladder links are advantageously used to supplement the attenuations and phase shifts of a transmission system at the same time in such a way that the components of the received current at the end of the entire system have almost the same phase relationships and current strength ratios as in the transmitted current. For the same purpose, one can use the well-known chain ladder in the form of a Wheatestone bridge, which also has constant input resistance if the adjacent Z, veige are resistance reciprocal. Such a transmission system is shown schematically in Fig. 5.

Die Leitung L' verbindet den Sender T mit dem Empfänger R' über den Kettenleiter P, dessen Eingangswiderstand R ist und dessen innere Struktur zunächst nicht näher bestimmt ist. R gleicht dem Widerstand des Empfängers R', der praktisch keine Reaktanzen enthalten möge. Die Leitung L' verzögert die Stromkomponenten verschiedener Frequenz um verschiedene Beträge und dämpft sie auch in verschiedenem Maße, und die Anordnung P ist am Einpfangsende eingeschaltet, um die Gesamtverzerrung der Leitung aufzuheben, so daß die Form der empfangenen Welle dieselbe ist wie die der gesendeten.The line L ' connects the transmitter T with the receiver R' via the ladder P, the input resistance of which is R and the internal structure of which is not initially determined. R equals the resistance of the receiver R ', which should contain practically no reactances. The line L 'delays the current components of different frequencies by different amounts and also attenuates them to different degrees, and the arrangement P is switched on at the receiving end to cancel the overall distortion of the line so that the shape of the received wave is the same as that of the transmitted one.

Die Leitung L' möge beispielsweise ein Telegraphenseekabel von der Länge von 1700 Seemeilen sein, .dessen Konstanten folgende sind: Widerstand r - 2,74 Ohm/sm, Induktivität L -- o,ooi Henry/sm, Kapazität C - 0,296 Mikrofarad/sm. Weiter sei angenommen, daß R = ist und daß die Entzerrung für den Bereich von, o bis 25 Hertz geschehen soll.The line L 'may, for example, be a telegraph cable 1700 nautical miles long, the constants of which are the following: resistance r - 2.74 ohms / sm, inductance L - o, ooi Henry / sm, capacitance C - 0.296 microfarads / sm . It is also assumed that R = and that the equalization is to take place for the range from .0 to 25 Hertz.

In Abb. 6 bedeuten die Ordinaten die Dämpfung im logarithmischen Maß und die Phasenwinkel im Bogenmaß. Die Kurve a gibt im logarithmischen Maß den absoluten Betrag des Verhältnisses der Spannung am Sende- und Empfangsende des i7oo sm langen Kabels als Funktion der Frequenz. Hierbei ist das Kabel durch die Anordnung P mit dem Schein-,v ider stand R abgeschlossen. Die Kurve b gibt die entsprechende Phasenverzögerung im Bogenmaß als Funktion der Frequenz. An Stelle der charakteristischen Größen a und b werden im Idealfall gewünscht: Für die Dämpfung eine waagerechte gerade Linie a' und für die Phasenwinkel eine gerade Linie wie b', d. h. die Dämpfung soll konstant sein über den gewünschten Frequenzbereich und der Phasenwinkel linear abhängig von der Frequenz, was damit gleichwertig ist, daß die zeitliche Ver- Schiebung der verschiedenen Frequenzen zueinander verschwindet. Die idealen Kennlinien a.' und b' können nun für die Spannung am Empfänger R' durch Einschaltung eines Kettenleiters erreicht werden mit den Keimlinien A"' und B".In Fig. 6, the ordinates mean the attenuation in logarithmic measure and the phase angles in radians. Curve a gives in a logarithmic measure the absolute value of the ratio of the voltage at the transmitting and receiving end of the i7oo sm long cable as a function of the frequency. Here, the cable is terminated by the arrangement P with the dummy, v ider stand R. Curve b gives the corresponding phase delay in radians as a function of frequency. In the ideal case, instead of the characteristic quantities a and b, the following are desired: A horizontal straight line a 'for the damping and a straight line like b' for the phase angle, i.e. the damping should be constant over the desired frequency range and the phase angle should be linearly dependent on the Frequency, which is equivalent to the fact that the time shift between the different frequencies disappears. The ideal characteristics a. ' and b ' can now be achieved for the voltage at the receiver R' by switching on a chain conductor with the germ lines A "'and B".

Das Setzwerk P hat einen Eingangsscheinwiderstand R, wenn es durch den Empfänger R' abgeschlossen wird, dessen Scheinwiderstand ebenfalls R ist. Es kann praktischer sein, die insgesamt gewünschten Phasenwinkel und den Dämpfungsverlauf durch eine Anzahl von Gliedern herzustellen, statt durch ein -Netzwerk aus einem einzigen Glied: im Falle mehrere Glieder vorhanden sind, ist es nicht notwendig, aber manchmal erwünscht, daß sie gleich sind, aber wesentlich ist, daß -zwischen ihnen keine störenden Reflexionswirkungen entstehen.The network P has an input impedance R when it is through the receiver R 'is terminated, the impedance of which is also R. It can be more practical, the overall desired phase angle and the attenuation curve by a number of links instead of a network of one single link: if there are several links, it is not necessary to but sometimes it is desirable that they are the same, but what is essential is that -between no disturbing reflective effects arise for them.

Durch die obenstehende Gleichung (3) ist eine Beziehung zwischen der Impedanz %1 und der gewünschten Fortpflanzungsgröße I' hergestellt. Dadurch ist das Entzerrungsproblem zurückgeführt auf die vergleichsweise einfachere Aufgabe, die Stelle und Größe der Impedanzelemente in z1 zu bestimmen, die in dem gewünschten Frequenzbereich ungefähr die vorgeschriebene Impedanzkennlinie haben, die sich vermöge Gleichung (3) auf dem gewünschten Verlauf von (' ableiten wird.By the above equation (3), there is a relationship between the Impedance% 1 and the desired propagation quantity I 'established. This is the equalization problem traced back to the comparatively simpler task, to determine the location and size of the impedance elements in z1, those in the desired Frequency range have approximately the prescribed impedance characteristic that can be Equation (3) is derived on the desired course of ('.

Bildet man also das =Netzwerk P der AM. 5 aus einer Anzahl von Gliedern nach irgendeiner der Abb. i bis q. mit einem willkürlich gew-älilten Wert R, im vorliegenden Falle R = 1 L"-(" so ist man sicher, daß das Netzwerk den Scheinwiderstand R bei allen Frequenzen haben wird, vorausgesetzt, daß es in geeigneter Weise auf der Ausgangsseite durch eine Vorrichtung oder einen Empfänger vom Widerstand R abgeschlossen ist, wie das in Abb. ; für einen Kettenleiter aus mehreren Gliedern s, s' . . . s" gezeigt ist. Die Spannung an den Eingangsklemmen des Netzwerkes P ist dann unabhängig von den Übertragungseigenschaften des Netzwerkes und ist dieselbe, als wenn der Empfänger ohne die Zwischenschaltung von P am Ende der Leitung angeschlossen würde. Uni die gewünschte Spannung am Empfänger zu erhalten, braucht man nur die besondere Beschaffenheit von z" und damit von z., zu bestiminen, und die Anzahl der Glieder, so daß die Dämpfungs- und Phasenkennlinien des Netzwerkes den Kurven Al; und BP' von Abb. 6 entsprechen.So if the = network P of the AM is formed. 5 of a number of terms according to any one of Figs. I to q. with an arbitrarily chosen value R, in the present case R = 1 L "- (" so one is certain that the network will have the impedance R at all frequencies, provided that it is suitably provided on the output side by a device or a receiver is terminated by the resistor R, as shown in Fig.; for a chain conductor made up of several links s, s'. is the same as if the receiver were connected to the end of the line without the interposition of P. To obtain the desired voltage at the receiver, one only needs to determine the special nature of z "and thus of z., and the number of Members so that the attenuation and phase characteristics of the network correspond to the curves A1; and BP 'of Fig. 6.

Ein Ausführungsbeispiel mit zwei Gliedern nach Abb. 2 ist in Abb. 8 im einzelnen dargestellt. Die Impedanz zll besteht aus einem Ohmschen Widerstand loh, zu dem parallel eine Reihenschaltung aus dem Ohmschen Widerstand R11, der Induktiv ität L, 1 und der Kapazität C11 liegt. Als geeignete Werte für die Widerstands- und Reaktanzelemente der -IM. 8 sind die folgenden gefunden worden: R - 58,1 Ohm, R,_ - 858o Ohm, Rll = 9,4 Ohm, L l, = 1,99 Henry, C" = 2o,2 Mikrofarad, R,; = 0,39 Ohm, R21 ==358 Ohm, I_,, - o,0685 Henry, C=, - 59o Mikrofarad. Die Impedanz z_1 ist nach Aufbau und Be. inessung widerstandsreziprok zu z" gemäß Gleichung (i).An embodiment with two members according to Fig. 2 is shown in Fig. 8 in detail. The impedance z11 consists of an ohmic resistance loh, to which a series circuit of the ohmic resistance R11, the inductance L, 1 and the capacitance C11 is connected in parallel. As suitable values for the resistance and reactance elements of the -IM. 8 the following have been found: R - 58.1 ohms, R, _ - 858o ohms, Rll = 9.4 ohms, L 1, = 1.99 Henry, C "= 2o, 2 microfarads, R ,; = 0 , 39 ohms, R21 == 358 ohms, I_ ,, - o, 0685 Henry, C =, - 59o microfarads. The impedance z_1 is the reciprocal of resistance to z "according to equation (i) according to the structure and measurement.

Das N etzwerlr aus den beiden Gliedern links in Abb. 8 gibt allein und in Verbindung mit der Leitung L' die Dämpfungs- und Phasenkennlinien An, BP bzw. AS, B, von Abb. 6.The network consisting of the two links on the left in Fig. 8 is the only one and in connection with the line L 'the attenuation and phase characteristics An, BP or AS, B, from Fig. 6.

Die Kurve AS zeigt eine nahezu gleichmäßige Dämpfung für Leitung und Netzwerk zusammen über den ganzen Frequenzbereich von o bis 25 Hertz. Über 25 Hertz geht die Kennlinie rasch aufwärts, zeigt also größere Dämpfungen für höhere Frequenzen, was natürlich nicht unerwünscht ist, wenn nur der Bereich unter 25 Hertz benutzt werden soll. Die Phasenkennlinie B, entspricht nahezu einer geraden Linie für fast die ganze Strecke von; o Abis z 5 Hertz, d. h. der Anstieg der Phasenwinkelkurve mit der Frequenz ist im «e-. sentlichen konstant, und demnach wird jede Wellenform, deren wesentliche Komponenten innerhalb des Bereiches o bis 2 5 Hertz liegen, in nahezu der gleichen zeitlichen Beziehung der Komponenten empfangen werden. Es bleibt das beschriebene Netzwerk noch mit dem Verstärker m2 zu ergänzen. Soll »t die gewünschte Verstärkung für ein Glied des Netzwerkes sein, so ist die gesamte Verstärkung 331", weil man zwei solcher Glieder hat.The curve AS shows an almost uniform attenuation for the line and network together over the entire frequency range from 0 to 25 Hertz. Above 25 Hertz, the characteristic curve goes up rapidly, showing greater attenuation for higher frequencies, which of course is not undesirable if only the range below 25 Hertz is to be used. The phase characteristic curve B corresponds almost to a straight line for almost the entire distance from; o Abis z 5 Hertz, ie the increase in the phase angle curve with frequency is in «e-. essentially constant, and accordingly any waveform whose essential components are within the range of 0 to 2 5 Hertz will be received with almost the same temporal relationship of the components. It remains to supplement the network described with the amplifier m2. If "t is the desired gain for one link in the network, the total gain is 331", because there are two such links.

Abb. 9 zeigt die Ankunftskurve i für die Leitung L' und Ankunftkurve 2 für die Zusammenschaltung der Leitung und des Netzwerkes in Abhängigkeit von der Zeit (sec). Die Verbesserung durch das Netzwerk ist erkennbar.Fig. 9 shows the arrival curve i for the line L 'and the arrival curve 2 for the interconnection of the line and the network depending on the Time (sec). The improvement through the network can be seen.

Anstatt einen besonderen Verstärker zu verwenden, wie es in Abb. 8 dargestellt ist, können die Glieder so aufgebaut werden, daß die Verstärkung innerhalb jedes Abschnittes erzielt wird. Dies ist in Abb. io gezeigt. Die Gleichung für die Fortpflanzungsgröße in irgendeinem Kettenleiter von konstantem R, wie sie in Abb. i bis d. dargestellt sind, ist oben als Gleichung (3) angeführt worden.Instead of using a special amplifier as shown in Fig. 8 is shown, the links can be constructed so that the gain is within each section is achieved. This is shown in fig. The equation for the Propagation quantity in any chain ladder of constant R, as shown in Fig. i to d. is shown above as equation (3).

Nun nehme man ein Netzwerk von gleichem Bau wie in Abb. 3 an, mit dem Unterschied, daß es um den Faktor 31t verstärkt. Für dieses Netzwerk gilt die Gleichung worin Unter Benutzung der Abb. :2 und 8 und der Werte für Abb.8 folgen die Konstruktion und die Einzelheiten der Abb. io ohne weiteres. Das Element, das mit (-1'Z) bezeichnet ist, ist ein negativer Widerstand und kann einen oder mehrere Röhrenverstärker enthalten.Now assume a network of the same structure as in Fig. 3, with the difference that it is reinforced by a factor of 31t. The equation applies to this network wherein Using Fig.: 2 and 8 and the values for Fig. 8, the construction and details of Fig. 10 follow without further ado. The element labeled (-1'Z) is a negative resistance and may contain one or more tube amplifiers.

Claims

PATENT PRINCIPLES: i. Transmission system with phase and attenuation equalization, characterized in that a chain conductor is connected to the long-distance line for phase and attenuation equalization, which has constant, real impedance and a frequency-dependent attenuation, which also contains reciprocal impedances in the series and shunt part and in which the Series and N shunt parts (both or one of them) have ohmic resistances.

2. Transmission system according to claim i, characterized in that the wave resistance of the chain conductor is almost the same as that of the receiver and the communication line.

3. Transmission system according to claim i or 2, characterized in that amplifier on the branch of the equalizing network are distributed.