DE574746C

DE574746C - Nachbildungsverfahren fuer pupinisierte Leitungen

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Publication number: DE574746C
Application number: DET37573D
Authority: DE
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1929-07-05
Filing date: 1929-09-18
Publication date: 1933-04-20
Also published as: FR698299A

Description

Die Erfindung betrifft ein Nachbildungsverfahren beim Anschluß pupinisierter Leitungen an Zwischenverstärker. Bei solchen Verfahren wurde bisher die Leitungsnachbildung der Leitung derart angepaßt, daß die Scheinwiderstände der Leitungsnachbildung und der Leitung untereinander im wesentlichen für alle Frequenzen gleich werden. Hierbei wird entweder als Leitungsnachbildung

ίο eine Impedanz gewählt," deren: Scheinwiderstand im wesentlichen in derselben Weise von der Frequenz abhängig ist wie die Charakteristik der Leitung, oder es wird auch die Leitungscharakteristik durch Hinzufügung einer passenden Leitungsverlängerung in eine im wesentlichen von der Frequenz unabhängige Impedanz umgewandelt und als Leitungsnachbildung ein Ohmscher Widerstand verwendet.

Durch die Erfindung wird das betreffende Problem in grundsätzlich anderer Weise gelöst, und zwar wird es hierdurch möglich, die Nachbildung für verschiedene Frequenzen genauer zu gestalten, als es bei den bisher be-

S5 kannten Anordnungen möglich war. Nach der Erfindung braucht der Scheinwiderstand der Leitungsnachbildung nicht der Leitungscharakteristik gleichgemacht zu werden. Statt dessen wird die Brücke, in welcher zwei der vier Brückenarme durch die Leitung und die Leitungsnachbildung gebildet sind, derart ausgeführt, daß das gegenseitige Verhältnis der Impedanzen der beiden anderen Brückenarme mit der Frequenz im wesentlichen in derselben Weise wie das Verhältnis zwischen den Scheinwiderständen der Leitung und der Leitungsnachbildung veränderlich ist. Als Leitungsnachbildung wird zweckmäßig ein rein Ohmscher Widerstand gewählt. Vorzugsweise wird in der Schaltung in an sich bekannter Weise ein Differentialtransformator verwendet, dessen sekundäreWicklungshälften in je einem das Scheinwiderstandsverhältnis zwischen Leitung und Leitungsnachbildung herstellenden Brückenarm liegen, während den beiden gleichen Wicklungshälften passend bemessene, untereinander verschiedene kapazitive bzw. induktive Impedanzen angeschlossen sind.

Die Erfindung soll an Hand der beiliegenden Zeichnungen, die schematisch verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, näher beschrieben werden.

Abb. ι bis 4- zeigen verschiedene Schaltungen, bei denen die beiden einander angepaßten Zweige im Verhältnis zur Leitung und zur Leitungsnachbildung unsymmetrisch angeordnet sind.

Abb. 5 zeigt eine der Abb. 4 entsprechende Schaltung, bei der die Brücke im Verhältnis zur Leitung symmetrisch angeordnet ist.

Abb. 6 veranschaulicht schematisch die praktische Verwendung bei einem Schnur- ; ' verstärker.

Bei der Anordnung nach Abb. ι sind zwei einander benachbarte Brückenarme die Leitung ι bzw. die aus einem Ohmschen Widerstand bestehende Leitungsnachbildung. Die beiden anderen Arme in der Brücke sind zwei zwischen den freien Klemmen 2, 2' der Leitung und der Leitungsnachbildung reihengeschaltete gleich große Induktanzen L₁, L₂, die mit je einem Nebenschlußkondensator C₁ bzw. C₂ versehen sind. Der Anodenstromkreis des Verstärkers für die eine Sprechrichtung ist an die Klemmen 2, 2' zu beiden Seiten der Induktanzen L₁, L₂ angeschlossen. Zwischen den Klemmen 3, 3', die mit dem Mittelpunkt zwischen den Induktanzen L₁, L₂ bzw. mit dem entgegenstehenden Leitungszweig verbunden sind, ist der Gitterkreis des anderen Verstärkers angeschlossen. Unter Umständen können die Anschlüsse der beiden Verstärker in umgekehrter Weise angeordnet werden. Es läßt sich theoretisch nachweisen, daß man durch passende Bemessung der Kondensatoren C₁, C₂ im Verhältnis zueinander sowie im Verhältnis zu den Induktanzen L₁, L₂ und zur Grenzfrequenz der Leitung ein Verhältnis zwischen den durch L₁, C₁ bzw. L₂, C₂ gebildeten Zweigen in der Brücke erzielen kann, welches für verschiedene Frequenzen mit guter Annäherung gleich dem Verhältnis zwischen dem Ohmschen Widerstand R und dem Scheinwiderstand der Leitung wird.

Es läßt sich ferner nachweisen, daß zwischen den Induktanzen L₁, L₂ eine mit Abzapfung 5 in der Mitte versehene Induktanz 6, 6' in der in Abb. 2 dargestellten Weise symmetrisch angeschaltet werden kann, ohne daß dadurch irgendeine Änderung der Wirkungsweise der Schaltung eintritt, vorausgesetzt, daß die beiden Wicklungshälften 6, 6' dieser Induktanz fest miteinander gekoppelt sind.

Abb. 3 zeigt eine weitere Entwicklung, bei welcher die beiden Induktanzen L₁, L₂ durch eine zwischen der Abzapfung in der Mitte der Induktanz 6, 6' und dem Verbindungspunkt der Kondensatoren C₁, C₂ eingeschaltete Impedanz L ersetzt sind. Es kann nachgewiesen werden, daß auch diese Schaltung bei passender Wahl der Induktanz L den vorhergehenden Schaltungen gleichwertig ist.

Bei der Schaltung nach Abb. 4 ist der Anodenkreis des einen Verstärkers nicht direkt an die Brücke angeschlossen, sondern durch Vermittlung eines Differentialtransformators T₁ dessen Sekundärwicklung durch die Induktanz 6, 6' der Abb. 2 und 3 gegeben ist. Im übrigen ist die Anordnung dieselbe wie in Abb. 3.

Wenn man in der Schaltung nach Abb. 3 die .beiden Induktanzen L₁ und L₂ untereinander gleich und gleich 2 L macht, so sind die Impedanzen zwischen den Klemmen 2', 3 bzw. 3, 2 gleich

JC02L

ι — ω² 2L C₂ '

Wenn Z die Impedanz der Leitung 1—1 ist, so gilt als Bedingung für den Ausgleich der Brücke, daß

ι — ω² 2L C₂ ι — ω² 2LC₁ ' .

(2)

Diese Gleichung gilt auch für die Anordnung nach Abb. 2, vorausgesetzt, daß die beiden gleichen Spulen 6 und 6' fest miteinander gekoppelt sind. Um dies zu beweisen, seien zunächst die folgenden zusätzlichen Bezeichnungen eingeführt:

I = Gesamtstrom zwischen den Punk-

ten 2' und 2,

/' = Zweigstrom durch L₂, I" = Zweigstrom durch L₂, K =R\Z.

Damit Gleichgewicht in der Brücke besteht, d. h. damit zwischen den Punkten 3, 3' kein Spannungsunterschied herrscht, muß

I" jtoM

sein. M bedeutet hier die Gegeninduktivität zwischen den Spulen 6, 6' und wegen der festen Kopplung auch' die' Induktanz jeder _1Oo dieser Spulen. Aus dieser Gleichung ergibt

(3)

Der Spannungsabfall zwischen den Punkten 2', 3 ist

Es ist dann

I = [1—CO-C₁ (2L-I-M)]I''-O)²C₁MI"'. (4).

In ähnlicher Weise ergibt sich .für den Spannungsabfall zwischen den Punkten 3, 2

I" · j ω (2 L -+M)-I-I' j ω M = {I—I") —!—- und hieraus

[1—C

M)]J"-ß)²C₂Mf. (5)

Eliminiert man nun den Gesamtstrom I zwischen den Gleichungen (4) und (5), so folgt

Γ _ ι — ω² [C₂ (2 X + M)-C₁M] I" ~ ι — co²[C₁ (ζ L + M)-C₂M]

-■ (6)

Schließlich erhält man durch Eliminierung von /'//" zwischen den Gleichungen (3) und (6) 10

ι — ω² C₂2L R

ι — co² C₁ 2L Z '

also wieder die Gleichung (2).

Daß diese Gleichung auch für die Schaltung nach Abb. 3 gültig ist, läßt sich durch eine einfache Überlegung nachweisen, die aber hier zu weit führen würde. Die Grundgleichung (2) soll also für sämtliche Ausführungsformen der Erfindung erfüllt werden. Für eine pupinisierte Leitung ist der Scheinwiderstand der Leitung

Z =

Hierbei ist I die Selbstinduktion der Leitung pro Längeneinheit, c die Kapazität der Leitung pro Längeneinheit, co₀ die Grenzfrequenz.

Die Bedingung für die Nachbildung einer solchen Leitung kann also geschrieben werden

22

ι — co²2LCj 111

• 1-CO²ZLC₀ -''-·

(7)

Damit diese Gleichung bei niedrigen Frequenzen gültig ist, muß

sein, eine Bedingung, die unschwer erfüllt werden kann. Wird dieser Wert in Gleichung (7) eingesetzt, so folgt

I —ft)²2l,C₁ _

ι — ß)²2£C₂

J/'-fe)"

(8)

Wie aus dieser Gleichung hervorgeht, muß C₂ > C₁ sein. Die Gleichung (8) läßt sich natürlich nur für Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz co₀ erfüllen. Für Frequenzen in der Nähe der Grenzfrequenz ω₀ wird die rechte Seite der Gleichung groß, und für die Erfüllung der Gleichung ist es erforderlich, daß 2 ω² · LC₂ sich dem Wert 1 nähert. Quadriert man die Gleichung (8) und entwickelt den umgekehrten Wert der linken Seite nach Potenzen von ω² 2 L C₁, so erhält man schließlich, wenn man höhere Potenzen als die zweite vernachlässigt,

i—₄<y².L (C₂-C₁) + 4-CO⁴L²- (C| —4C₁ C₂ + ₃C?)

^C₂(C₂- 3 C₁)+48 St-^r- (9)

Für eine angenäherte Befriedigung der Gleichung (8) müssen also die folgenden Bedingungen erfüllt sein:

a) 40,²L(C₂-C₁) = ^ "0

oder

b) Cl-4C₁C₃

~° 4L(C₂-C₁)' '2T 3 Cj = O oder C₂= < , v·¹,

c) C₂ — 3 C₁ = ο oder C₂ = + 3 C₁,

d) 48co⁸L*C|.Cf = o.

Die letzte Bedingung ist von selbst angenähert erfüllt, weil das betreffende Glied verschwindend klein ist. Wenn man nach b

wählt, so erhält man schließlich

C₁:

8 L co*
3

8 L COn

(10) Bei dieser Bemessung wird

"I.

/ω\² , ω Υ

c— — + o,io5 · — \ω₀ [ω₀)

Diese Gleichung stellt für ω < co₀ eine sehr gute Annäherung zur Gleichung (8) dar, da

der Fehler nur in der achten Potenz von —

enthalten ist.

Diese Werte gelten, wie erwähnt, für eine pupinisierte Leitung, deren Scheinwiderstand mit der Frequenz steigt. Bei einer pupinisierten Leitung mit fallender Charakteristik ist umgekehrt C₁ größer als C₂ zu wählen. Die Bedingung (8) kann aber auch, obwohl mit 1x5 weniger guter Annäherung in anderer Weise als durch die angegebene Bemessung der Kondensatoren C₁, C₂ erfüllt werden. Beispielsweise kann der Kondensator C₁ bei einer pupinisierten Leitung mit steigender Charakteristik gänzlich fortgelassen werden. Natürlich erhält dann C₂ einen ganz anderen

Wert als den angegebenen. Zur Vermeidung von Reflexionen am Verstärker soll die Eingangsimpedanz von der Leitung ausgerechnet gleich dem Scheinwiderstand Z der'.pupinisierten Leitung sein. Dies kann angenähert durch passende Bemessung der Selbstinduktion L erzielt werden. Man hat also dadurch die Möglichkeit, "die Nachbildungsvorrich-. tung derart zu bemessen, daß die Eingangsimpedanz derselben die Leitungscharakteristik bei den verschiedenen Frequenzen nachbildet, wodurch Verzerrung durch Reflexionen sowie auch störende Echoerscheinungen vermieden werden. In dieser Hinsicht ergibt die Anordnung nach der Erfindung einen bedeutenden Vorteil gegenüber den bekannten Nachbildungsverfahren.

Abb. 5 unterscheidet sich von Abb. 4 nur dadurch, daß der Differentialtransformator so nebst den dazu angeschlossenen Impedanzen im Verhältnis zur Leitung symmetrisch angeordnet ist. Der Differentialtransformator ist in zwei Teile unterteilt, die in je einen der Leitungszweige eingeschaltet sind, von denen jeder aus zwei Wicklungshälften mit je einem Nebenschlußkondensator besteht. Die Induktanz L ist ebenfalls in zwei Teile L/2 unterteilt, welche an je einen .der Leitungszweige angeschlossen sind. Unter im übrigen gleichen Umständen wird jeder der Nebenschlußkondensatoren doppelt so groß und jede der Induktanzen halb so groß wie in Abb. 4.

Abb. 6 veranschaulicht eine Verwendung der Erfindung bei einem Schnurverstärker eines Ferhsprechurnschalters. Jede "-der·'abv Umschalter ankommenden Leitungen 1, von denen nur eine in der Zeichnung dargestellt ist, ist nebst der zugehörigen Leitungsnachbildung R und den Zusatzimpedanzen C₁, C₂, L an verschiedene Kontaktfederh 7 einer: Klinke im Umschalter angeschlossen. Die Verbindung zwischen verschiedenen zusammenzuschaltenden Leitungen wird durch einen Schnurverstärker vermittelt, dessen beide Seiten mit je einer der Leitungen durch eine Schnur 8 mit zugehörigem Stöpsel 9 verbunden werden können. Der Stöpsel ist in der Zeichnung nur schematisch dargestellt, auch ist nur die eine Seite des Schnurverstärkers gezeigt. Die verschiedenen Kontakte des Stöpsels sind an je eine der Klemmen 2, 2', 3, 3', 5 angeschlossen, die den ähnlich bezeichneten Klemmen in Abb. 4 entsprechen. Die Anodenseite im Verstärker für die eine Sprechrichtung kann ebenso wie vorher an die Primärwicklung des Differentialtransformators T angeschlossen sein, während die ■ Gitterseite des Verstärkers für die andere Sprechrichtung mit den Klemmen "3, 3' verbunden ist.

Claims

Patentansprüche: i. Nachbildungsverfahren für pupinisierte Leitungen, welche mit einer halben Spulenfeldlänge oder mit einer halben Spule anfangen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand Z₀ in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch einen Ohmschen Widerstand oder einen Ohmschen Widerstand in Serie mit einer Kapazität, nachgebildet wird und die durch den Faktor

JMS)"

bedingte Frequenzabhängigkeit des Leitungsscheinwiderstandes für die Nachbildung durch eine Brücke erzielt wird, von welcher zwei Brückenarme die Leitung und die Nachbildung "enthalten und das Verhältnis der Scheinwiderstände der beiden anderen Brückenarme im wesentlichen in der durch die genannten Faktoren gegebenen Weise veränderlich ist.
2. Nachbildungsverfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsnachbildung aus einem Ohmschen Widerstand besteht.
3. Nachbildungsverfahren nach Anspruch ι oder 2 mit Differentialtransformator, dessen beide sekundären Wicklungshälften je in einem der beiden der Leitung bzw. der Leitungsnachbildung zugehörigen Zweige der Brücke liegen, dadurch gekennzeichnet, daß an die beiden Wicklungshälften ungleiche , Impedanzen . angeschlossen sind.
4.- Nachbildüngsverfahren nach An-Spruch 3, dadurch gekennzeichnet, 'daß jeder der Wicklungshälften ein Kondensator (C₁ bzw.- C₂) parallel geschaltet ist, von welchen der der Leitung am nächsten liegende (C₂) größer ist als der andere (C₁), wenn die Leitung eine steigende Charakteristik besitzt, während das Verhältnis der Kondensatoren für eine" Leitung mit fallender Charakteristik umgekehrt ist.
5. Nachbildüngsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzapfung in der Mitte des Transformators mit dem Verbindungspunkt zwischen den Nebenschlußkondensatoren (C₁, C₂) durch eine Induktanz (L) verbunden ist.
6. Nachbildungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktanz (L) so bemessen ist, daß die 'Eingangsimpedanz der Anordnung von der Leitung aus gesehen im wesentlichen -..'■ gleich der Leitungscharakteristik ist.
7· Nachbildungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Leitungsnachbildung dienende Widerstand gleich R = 1/ — ist.
8. Nachbildungsverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß

C₁= ^X

C_n=-

8Ιω; 3

-■coo

g. Nachbildungsverfahren nach Anspruch ι oder folgenden in einem Schnurverstärker eines Fernsprechumschalters, dadurch gekennzeichnet, daß jede der am Fernsprechumschalter ankommenden zu verbindenden Leitungen nebst zugehöriger Leitungsnachbildung (R) und Zusatzimpedanzen (C₁, C₂, L) an die Kontaktfeder einer Klinke im Umschalter angeschlossen sind, während der Differentialtransformator (T) im Schnurverstärker enthalten ist, der beim Zusammenschalten zweier Leitungen an die entsprechenden Klinken angeschlossen wird.

Hierzu I Blatt Zeichnungen