DE565905C

DE565905C - Elektrisches Netzwerk, insbesondere zum Ausgleich der linearen Verzerrungen bei Fernsprechleitungen

Info

Publication number: DE565905C
Application number: DET38637D
Authority: DE
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1931-03-12
Filing date: 1931-04-02
Publication date: 1932-12-07
Also published as: US1930759A; GB397551A; FR733173A

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Netzwerk, das insbesondere zum Einschalten in Fernsprechleitungen o. dgl. bestimmt ist, um Ungleichheiten der Dämpfung oder der Fortpflanzungsgeschwindigkeit verschiedener Frequenzen der Sprechschwingungen auszugleichen. Besonders bei pupinisierten Leitungen ist die Dämpfung der höheren Frequenzen bedeutend größer als die der niedrigeren. Diese Eigenschaft der Leitung bildet die Hauptursache der Verzerrung der Sprechschwingungen. Eine weitere Ursache der Verzerrung ist insbesondere bei dieser Leitungsart darin zu suchen, daß verschiedene Frequenzen mit verschiedener Geschwindigkeit, d. h. mit verschiedener Phasenverschiebung, über die Leitung sich fortpflanzen, weil die höheren Frequenzen eine kleinere Fortpflanzungsgeschwindigkeit haben als die niedrigeren. Es ist nun bereits bekannt, die erwähnten Verzerrungsursachen ganz oder teilweise dadurch zu beseitigen, daß man in die Leitung, beispielsweise an der Empfänger-, seite, ein oder mehrere elektrische Netzwerke einschaltet, die in bezug auf Dämpfung und Fortpflanzungsgeschwindigkeit entgegengesetzte Eigenschaften als die Leitung besitzen.

Es ist auch bekannt, elektrische Schwingungen verschiedener Frequenz von einem Leitungsabschnitt zum anderen mit Hilfe eines z.B. als Filter wirkenden Netzwerkes zu übertragen, in welchem die Übertragung teilweise auf induktivem Wege erfolgt und welches einen aus Reihen- und Ouerimpedanzen zusammengesetzten Vierpol enthält. Durch diesen Vierpol müssen die Schwingungen je nach ihrer Frequenz zu einem größeren oder kleineren Teil hindurchgehen.

Nach der Erfindung läßt sich ein Netzwerk der letzterwähnten Art in einfacher Weise als sehr wirksames Entzerrungsnetz ausbilden, und zwar in der Weise, daß es die beiden Leitungsabschnitte o. dgl. mittels eines an sich bekannten Vierpols und eines Übertragers derart koppelt, daß in Reihe mit der Primärspule des Übertragers der Eingang des Vierpols, in Reihe mit der Sekundärspule des Übertragers der Ausgang des Vierpols liegt und die Primär- und Sekundärspule des Übertragers durch einen Kondensator mitein-

ander verbunden sind. Eine symmetrische Anordnung eines Netzes kann man dadurch erhalten, daß die beiden Wicklungen des Übertragers je in zwei gleiche Hälften aufgeteilt werden und der Eingang bzw. Ausgang des Vierpols zwischen die beiden Hälften je einer Wicklung geschaltet wird. Die höchsten Frequenzen laufen unmittelbar durch den Brückenkondensator bzw. die Brückenkondensatoren, die bei diesen Frequenzen Kurzschlüsse darstellen, während die Spulen als große Widerstände wirken. Die höchsten Frequenzen passieren also das Netzwerk ohne zusätzliche Dämpfung. Für die niedrigsten Frequenzen wirken die Brückenkondensatoren dagegen als Unterbrechungen. Diese Freruenzen laufen daher durch den Vierpol oder die Kunstdämpfung, die derart ausgewählt sein soll, daß ihre Dämpfung dem Unterschied zwischen den Leitungsdämpfungen der höchsten und niedrigsten Frequenzen entspricht. Die zwischen diesen Grenzfrequenzen liegenden Frequenzen laufen teils über die Brückenkondensatoren, werden teils induktiv zwischen den gekoppelten Spulen übertragen und gehen teils durch den Vierpol oder die Kunstdämpfung hindurch; sie erhalten hierbei eine um so größere Zusatzdämpfung, je niedriger sie sind. Das Resultat besteht darin, daß alle Frequenzen eine Gesamtdämpfung erhalten, die im wesentlichen gleich der Leitungsdämpfung der höchsten Frequenzen ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an einzelnen Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. ι eine in bezug auf die Leitungszweige unsymmetrische Ausführung eines dämpfungsentzerrenden Netzwerkes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein entsprechendes Netzwerk in symmetrischer Ausführung,

Fig. 3 ein zur Phasenentzerrung dienendes symmetrisches Netzwerk gemäß der Erfindung,

Fig. 4 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Dämpfung von der Frequenz in einem Netzwerk nach Fig. 2 erkennen läßt.
Das Netzwerk ist mit je einem Paar Eingangsklemmen 1, 2 und Ausgangsklemmen 3, 4 versehen und wird mit dem einen Klemmenpaar, beispielsweise mit 1, 2, an eine ankommende Leitung oder einen ankommenden Leitungsabschnitt und mit dem anderen Klemmenpaar beispielsweise an eine Empfangsvorrichtung angeschlossen. Das Netzwerk wird also mit den Klemmen 1 und 3 in den einen Leitungszweig und mit den Klemmen 2 und 4 in den anderen Leitungszweig eingeschaltet. Der Vierpol oder die Kunstdämpfung A ist mit einer Eingangsklemme a und der entsprechenden Ausgangsklemme c in den die Netzklemmen 1, 3 enthaltenden Leitungszweig eingeschaltet. Auf jeder Seite des Vierpols A sind zwischen den Klemmen 1 und 3, also in Reihe mit dem gleichen Leitungszweig, zwei miteinander induktiv gekoppelte Spulen L₁, L₂ eingeschaltet, deren nicht mit dem Vierpol verbundene Klemmen durch einen Kondensator C überbrückt werden. Die nicht mit dem Übertrager verbundenen Klemmen des Vierpols, also die andere Eingangsklemme b und die entsprechende Ausgangsklemme d, sind direkt mit den kurzgeschlossenen Klemmen 2, 4 verbunden.

Es ist im allgemeinen erwünscht, daß der Scheinwiderstand des Netzwerkes im wesentlichen frequenzunabhängig ist. Die Bedingung hierfür wird hier folgend für ein dämpfungsentzerrendes Netzwerk nach Fig. 1 abgeleitet, in welchem der Vierpol^ beispielsweise in einer aus Reihen- und Querwiderständen zusammengesetzten Kunstdämpfung besteht. Vorausgesetzt wird hierbei, daß die Kopplung zwischen den Spulen L₁, L₂, wie es im allgemeinen der Fall sein sollte, fest ist. Der Scheinwiderstand des Netzwerkes, welcher an den beiden Klemmenpaaren 1, 2 und 3, 4 offenbar gleich ist, wenn die Spulen L₁ und L₂ gleich sind und der Vierpol A symmetrisch im Verhältnis zu den Klemmenpaaren ist, kann bekanntlich durch die Formel

ausgedrückt werden, worin Z_h und Z_t die Kurzschluß- bzw. Leerlaufcharakteristiken darstellen, die in einfacher Weise berechnet werden können. Zu diesem Zweck sei angenommen, daß an jedem der Klemmenpaare i, 2 bzw. 3, 4 in Fig. ι eine Spannung V₁ loo bzw. V₂ aufgedrückt ist, welche auf jeder Seite in der Richtung nach oben als positiv gerechnet werden. Die hierdurch entstehende Stromverteilung im Netzwerk kann man sich durch Superposition von zwei Spannungs- und Stromzuständen entstanden denken. Wenn also die Eingangs- und Ausgangsströme mit I₁ und I₂ bezeichnet werden, kann man nämlich

V=V-I-V I= -1-7 4- i V₁ = V₀-V I_l=:—ll₀ + i

setzen. In dem Ausdruck I₁ und I₂ stellen AI₀ und —4I₀ den Stromzustand dar, der durch die Spannungen V₀ erzeugt wird, während die Strömet den durch die Spannungen + ν erzeugten Stromzustand bezeichnen.

Wenn L₁ = L₂ = L ist und man mit R₁ die Impedanz zwischen einerseits den kurzgeschlossenen Klemmen a, c und andererseits .120 den kurzgeschlossenen Klemmen b, d und mit R₂ die Impedanz zwischen den Klemmen a, c

bezeichnet, gilt für den einen der superponierten Zustände

V₀ = I₀(JmL +R₁) (i)

und für den anderen Zustand

2Ό — l-

i + jioC · R₂ '

Wenn die Klemmen i, 2 kurzgeschlossen werden, erhält man

F₂ = 2 F₀ = 2I₀[JmL+ R₁),

T -it

i ₂ —- -^i₀

also

₇ __ü_

^k L

15 I₂ R₂ + 4(JO)L + R₁) .(1+JmC- R₂) '

Bei Leerlauf zwischen den Klemmen i, 2 hat man

I₂ = iI₀ + i = I₀,

^{l) +} ₄'~iq also

(3)

F₂

7 — Ü ₌ ²²S + 4 (/<»£ + -R₁) · (i + /ω C Jg₂) J₂ 4(1+ jo)C'R₂)

(4)

Aus (3) und (4) erhält man

1 +

](x>L

Damit Z frequenzunabhängig wird, wird gefordert, daß

-^ = R₁-R,,

also

wird.

= Vr^rT=V p

Für sehr hohe Frequenzen, die nicht durch den Vierpol laufen, wird der Scheinwiderstand des Netzwerkes nur von den Größen L und C bestimmt. Für die niedrigsten Frequenzen dagegen, die durch den Vierpol laufen, wird dieser von den Impedanzen R₁ und R₂ des Vierpols bestimmt, der nach dem bereits Ausgeführten unter allen Umständen frequenzunabhängig ist.

Fig. 2 zeigt eine symmetrische Ausführung des erfindungsgemäßen Netzwerkes und unterscheidet sich dadurch von der Anordnung nach Fig. 1, daß die Klemmen b, d des Vierpols, anstatt kurzgeschlossen und direkt mit dem die Netzwerkklemmen 2, 4 enthaltenden Leitungszweig verbunden zu sein, in diesen Zweig in der gleichen Weise wie die Klemmen a, c des Vierpols in dem anderen Zweig eingeschaltet sind. An die Klemmen b, d sind in Reihe mit dem Leitungszweig zwei miteinander gekoppelte Spulen L₃, L₄ angeschaltet, und die nicht mit den Vierpolklemmen b und d verbundenen Klemmen dieser Spulen sind durch einen Kondensator C überbrückt. Die vier Spulen L₁ bis L₄ sind vorzugsweise auf einen gemeinsamen Kern aufgewickelt und bilden also zusammen einen Transformator, dessen Wicklungsmitten sowohl auf der Primär- als auf der Sekundärseite an den Vierpol angeschlossen sind. Der Vierpol ist in diesem Fall aus einer aus Reihen und Querwiderständen zusammengesetzten Kunstdämpfung aufgebaut, deren Dämpfungswert mittels einer geeigneten Handhabe regelbar ist. Durch das Zusammenfassen sämtlicher Ohmscher Widerstände des Netzwerkes in einer einzigen regelbaren Kunstdämpfung wird eine besonders bequeme Einstellung des Netzwerkes bei verschiedenem Bedarf an Zusatzdämpfung möglich. Vorzugsweise sind sowohl die Kondensatoren C untereinander als auch die Spulen L₁ bis L₄ untereinander gleich.

Fig. 3 zeigt gleichfalls ein symmetrisches Netzwerk, das sich von dem Netzwerk nach Fig. 2 nur darin unterscheidet, daß der Vierpol nicht in einer Kunstdämpfung, sondern in einer als Verzögerungsanordnung wirkenden Kunstleitung KL besteht, die aus Reiheninduktanzen und Ouerkondensatoren zusammengesetzt ist. Dieses Netzwerk ist zur Phasenentzerrung in einer pupinisierten Leitung o. dgl. bestimmt. Die niedrigsten Frequenzen laufen durch die Kunstleitung KL hindurch und erleiden dort eine Phasenver-

Schiebung, die dem Unterschied der Phasenverschiebung auf der Leitung zwischen den höchsten Frequenzen und den niedrigsten entspricht, während die höchsten Frequenzen unmittelbar durch die Brückenkondensatoren C fließen und die Zwischenfrequenzen einesteils über diese Kondensatoren und anderenteils durch die Kunstleitung laufen, wobei sie eine um so größere Phasenverzögerung erleiden, ίο je niedriger sie sind.

Der Vierpol, beispielsweise A in Fig. i, kann eventuell auch durch Vereinigung einer Kunstdämpfung mit einer dämpfungsfreien verzögernden Kunstleitung gebildet sein. In Fig. 4 sind einige Dämpfungskurven für ein Netzwerk nach Fig. 2 gezeigt. Die Dämpfung b des Netzwerkes ist als Funktion der Frequenz bei verschiedenen Größen der Kunstdämpfung aufgetragen. Die Kurve I entspricht 0,25 Neper bei der Kunstdämpfung;

die Kurve II entspricht 0,20 Neper bei der Kunstdämpfung;

die Kurve III entspricht 0,15 Neper bei der Kunstdämpfung;

die Kurve IV entspricht 0,10 Neper bei der Kunstdämpfung.

Man kann sich auch vorstellen, daß der Vierpol durch eine sogenannte negative Dämpfung, d. h. durch einen Verstärker, gebildet ist. Eine derartige Anordnung kann z. B. dann zweckmäßig sein, wenn man über eine mit Verstärkern versehene Fernsprechleitung Hochfrequenzsignale senden will, ohne daß diese die niederfrequenten Ferngespräche stören oder in irgendeiner anderen Weise auf die Verstärker einwirken. Jeder Verstärker wird hierbei entsprechend dem Vierpol A in einem Netzwerk nach der Erfindung angeordnet. Bei zweckmäßiger Dimensionierung des Netzwerkes laufen die niedrigen Frequenzen innerhalb des Sprechfrequenzgebietes wie gewöhnlich durch die Verstärker, während die höheren, über dem Sprechfrequenzgebiet liegenden Frequenzen an den Verstärkern vorbeilaufen.

Claims

Patentansprüche:

i. Elektrisches Netzwerk, insbesondere zum Ausgleich der linearen Verzerrungen bei Fernsprechleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk zwei Leitungsabschnitte mittels eines an sich bekannten, aus Reihen- und Querimpedanzen zusammengesetzten Vierpols und eines Übertragers derart koppelt, daß in Reihe mit der Primärspule (L₁) des Übertragers der Eingang des Vierpols (a, b), in Reihe mit der Sekundärspule (L₂) des Übertragers der Ausgang des Vierpols (c, d) liegt und die Primär- und Sekundärspule des Übertragers durch einen Kondensator miteinander verbunden sind.
2. Elektrisches Netzwerk nach An-Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmen (b, d) des Vierpols untereinander kurzgeschlossen und unmittelbar an den entsprechenden Leitungszweig angeschlossen sind (Fig. 1).
3. Elektrisches Netzwerk nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsklemmen des Vierpols gleich wie die entsprechenden Ausgangsklemmen über je ein Spulenpaar (L₁, L₂ bzw. L₃, L₄) in gleicher Weise an je einer Eingangsklemme und entsprechender Ausgangsklemme des Netzwerkes, d. h. an je einem Leitungszweig symmetrisch angeschlossen sind (Fig. 2).
4. Elektrisches Netzwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in je einem Leitungszweig eingeschalteten Spulenpaare (L₁, L₂ bzw. L₃, L₄) auf einem gemeinsamen Eisenkern aufgewik-· kelt sind.
5. Elektrisches Netzwerk nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Vierpol in einer aus Reihen und Ouerwiderständen zusammengesetzten Kunstdämpfung (KD) besteht, die zweckmäßig regelbar ist, beispielsweise durch Veränderung der Gliederzahl.
6. Elektrisches Netzwerk nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Vierpol in einer zweckmäßig aus Reiheninduktanzen und Ouerkondensatoren zusammengesetzten phasenentzerrenden Kunstleitung (/CL) besteht.
7. Elektrisches Netzwerk nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Vierpol in der Vereinigung einer Kunstdämpfung mit einer dämpfungsfreien phasenentzerrenden Kunstleitung besteht.
8. Elektrisches Netzwerk nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Vierpol in einer negativen Dämpfung,

d. h. einem Verstärker o. dgl., besteht.

Hierzu r Blatt Zeichnungen