DE593386C

DE593386C - Arrangement for the amplification of signal currents with the help of magnetic modulators

Info

Publication number: DE593386C
Application number: DE1930593386D
Authority: DE
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1929-03-30
Filing date: 1930-03-30
Publication date: 1934-03-01

Description

Anordnung zur Verstärkung von Signalströmen mit Hilfe magnetischer Modulatoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Verstärken elektrischer Ströme mit Hilfe magnetischer Verstärker. Die magnetischen Verstärker weisen gegenüber dem Röhrenverstärker den Vorteil auf, daß sie keinerlei Wartung bedürfen und daß es nicht erforderlich ist, irgendwelche Teile zu ersetzen. Die Verstärkungseinrichtung enthält weder bewegliche Elemente noch solche, die sich im Laufe der Zeit abnutzen. Temperaturschwankungen, Druckschwankungen oder sonstige Witterungserscheinungen haben auf die Verstärkercharakteristik keinen Einfluß. Der mechanische Aufbau der Verstärker läßt sich derart stabil ausführen, das Schwierigkeiten beim Transport und bei der Montage nicht auftreten. Für die Lieferung .der zur Verstärkung erforderlichen Energie sind besondere örtliche Stromquellen nicht erforderlich. Die Energie kann vielmehr in Form von Wechselstrom über lange Leitungen zugeführt werden. Diese Eigenschaften machen den Erfindungsgegenstand besonders brauchbar für den Einbau in Unterseekabel.Arrangement for amplifying signal currents with the help of magnetic Modulators The invention relates to a circuit arrangement for amplifying electric currents with the help of magnetic amplifiers. The magnetic amplifier have the advantage over tube amplifiers that they do not require any maintenance and that it is not necessary to replace any parts. the Reinforcement device contains neither movable elements nor those that move wear out over time. Temperature fluctuations, pressure fluctuations or other Weather phenomena have no influence on the amplifier characteristics. Of the mechanical structure of the amplifier can be made so stable that difficulties do not occur during transport and assembly. For the delivery .the reinforcement special local power sources are not required. Rather, the energy can be supplied in the form of alternating current over long lines will. These properties make the subject matter of the invention particularly useful for installation in submarine cables.

Wie schon erwähnt, erfolgt die Verstärkung mit Hilfe magnetischer Modulatoren, und zwar wird die Verstärkungsenergie einer oberhalb des zu verstärkenden Frequenzbandes liegenden Trägerfrequenz entnommen. Gemäß der Erfindung werden der magnetische Modulator sowie die an diesen angeschlossenen Netzwerke derart bemessen, daß sie für die unteren Seitenbänder der Modulationsschwingungen einen kleinen und für die oberen Seitenbänder einen großen Scheinwiderstand aufweisen. Infolge dieser Bemessung bildet der magnetische Modulator einen negativen Widerstand für die zu verstärkenden Frequenzen, die unterhalb der Trägerfrequenz liegen. Die Größe des negativen Widerstandes hängt in erster Linie von der Amplitude der Trägerfrequenz ab. Außerdem wird sie von der Größe der an den Modulator angeschlossenen Impedanzen beeinflußt. Innerhalb des Modulators findet ein Energieaustausch .zwischen den miteinander modulierten Frequenzen statt, und zwar fließt Energie von der höheren (Träger-) Frequenz zu den niedrigen (modulierenden) Frequenzen. Soll gemäß der Erfindung die Dämpfung eines Übertragungssystems verhindert werden, so ist der magnetische Modulator in dieses System einzuschalten bzw. mit diesem System in geeigneter Weise zu kombinieren. Der negative Widerstand kommt auf Grund physikalischer Zusammenhänge zustande, die später näher erläutert werden.As already mentioned, the amplification takes place with the help of magnetic Modulators, namely the gain energy is one above that to be amplified Taken from the carrier frequency lying in the frequency band. According to the invention, the the magnetic modulator and the networks connected to it are dimensioned in such a way that that they have a small and for the lower sidebands of the modulation oscillations have a large impedance for the upper sidebands. As a result of this Sizing, the magnetic modulator creates a negative resistance for the too amplifying frequencies that are below the carrier frequency. The size of the negative resistance depends primarily on the amplitude of the carrier frequency away. It also depends on the size of the impedances connected to the modulator influenced. There is an exchange of energy within the modulator modulated frequencies instead, and energy flows from the higher (carrier) Frequency to low (modulating) frequencies. Should according to the invention Attenuation of a transmission system can be prevented, so is the magnetic modulator to be switched on in this system or to be combined with this system in a suitable manner. The negative resistance comes about due to physical relationships that will be explained in more detail later.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Abmessungen für die erforderlichen Schaltelemente so klein werden können, daß sich die Verstärkungseinrichtung ohne Schwierigkeit in ein Kabel einbauen läßt. Die für die Verstärkung erforderliche Schwingung, deren Frequenz höher sein muß als die des zu verstärkenden Frequenzbandes, kann bei einem Kabel, das beispielsweise ein Frequenzband von 3oo bis -,ooo Hz übertragen soll, als eine Schwingung kleinerer Periodenzahl über das Kabel zu den einzelnen Verstärkungspunkten geleitet werden: Durch in diesen Punkten aufzustellende Frequenzwandler wäre die niedrige Frequenz in die gewünschte höherfrequente Schwingung umzuwandeln.A particular advantage of the invention is that the dimensions for the required switching elements can be so small that the amplifying device can be built into a cable without difficulty. The one required for reinforcement Vibration, the frequency of which must be higher than that of the frequency band to be amplified, can with a cable that, for example, a frequency band from 3oo until -, ooo Hz is to be transmitted as an oscillation with a smaller number of periods over the Cables to be routed to the individual reinforcement points: Through in these points The frequency converter to be set up would be the low frequency into the desired higher frequency To convert vibration.

Durch geeignete Bemessung des magnetischen Modulators und der angeschlossenen Stromkreise ist es gemäß eines weiteren Gedankens der Erfindung möglich, die Größe des negativen Widerstandes für verschiedene Frequenzgebiete verschieden zu machen. Um die Frequenzverzerrung eines Kabels, das die höheren Frequenzen schlechter überträgt als die tiefen, auszugleichen, ist es erforderlich, den magnetischen Modulator so zu bemessen, daß er für die höheren Frequenzen einen größeren negativen Widerstand als für die tiefen Frequenzen hat. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Dämpfung für jedes andere beliebige Frequenzgebiet durch Einschalten eines negativen Widerstandes stärker zu vermindern als die Dämpfung anderer Frequenzgebiete.By suitably dimensioning the magnetic modulator and the connected Circuits it is possible according to a further idea of the invention, the size to make the negative resistance different for different frequency ranges. About the frequency distortion of a cable that transmits the higher frequencies worse than to balance the deep ones, it is necessary to use the magnetic modulator like that to be dimensioned so that it has a greater negative resistance for the higher frequencies than has for the low frequencies. It is of course also possible to use the damping for any other frequency range by switching on a negative resistor to be reduced more than the attenuation of other frequency ranges.

An Hand der Abb. i sollen die gemäß der Erfindung erforderlichen Zusammenhänge zwischen den einzelnen Frequenzbereichen näher erläutert werden. Die Abb. a und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens, und die Abb. q. und 5 dienen zur Erläuterung der physikalischen Grundlagen.On the basis of Fig. I, the relationships required according to the invention are intended between the individual frequency ranges are explained in more detail. Figs. A and 3 show an embodiment of the inventive concept, and Fig. Q. and 5 serve to explain the physical principles.

In Abb. i sind die Frequenzen auf der horizontalen Achse von links nach rechts aufgetragen. Mit q ist das zu übertragende Signalfrequenzband, beispielsweise ein Sprachband, bezeichnet. Der Bereich q' erfährt durch das Übertragungssystem eine starke Dämpfung und soll daher verstärkt werden. Dieser Bereich entspricht also den vorerwähnten modulierenden Frequenzen. Die Trägerfrequenz ist mit P bezeichnet und liefert die für den Verstärkungsvorgang erforderliche Energie. Der Frequenzbereich 2 p-q' bedeutet das untere Seitenband in bezug auf die doppelte Trägerfrequenz. Werden nun die Trägerfrequenz p und der Frequenzbereich q' einem magnetischen Modulator zugeführt, der gemäß der Erfindung so bemessen ist, daß er für das Frequenzband -p-q' einen kleinen und für das obere Seitenband 2 P+q' einen großen Scheinwiderstand besitzt, so stellt der Modulator einen negativen Widerstand für den Frequenzbereich q' dar. Dieselben Vorgänge würden sich naturgemäß auch für jeden beliebigen anderen Frequenzbereich abspielen, sofern nur die eingangs erwähnten Bemessungsbedingungen eingehalten werden.In Fig. I, the frequencies are on the horizontal axis from the left applied to the right. With q is the signal frequency band to be transmitted, for example a voice band, called. The area q 'is learned through the transmission system strong damping and should therefore be reinforced. This area corresponds to i.e. the aforementioned modulating frequencies. The carrier frequency is denoted by P. and supplies the energy required for the amplification process. The frequency range 2 p-q 'means the lower sideband with respect to twice the carrier frequency. Now the carrier frequency p and the frequency range q 'are a magnetic modulator fed, which is dimensioned according to the invention so that it is suitable for the frequency band -p-q 'a small and for the upper sideband 2 P + q' a large impedance possesses, the modulator provides a negative resistance for the frequency range q '. The same processes would naturally also apply to any other Play frequency range, provided that only the design conditions mentioned at the beginning be respected.

In dem in Abb. i angegebenen Beispiel ist die Trägerfrequenz höher als das zu verstärkende Frequenzgebiet gewählt worden. Für den Fall, daß die Erfindung für ein Unterseekabel benutzt werden soll, wird es sich jedoch mit Rücksicht auf die beim Kabel vorhandene stärkere Dämpfung der höheren Frequenzen empfehlen, die Verstärkungsenergie über das Kabel in Form einer unter dem zu verstärkenden Frequenzband liegenden Frequenz zu übertragen und beispielsweise eine Frequenz zu wählen. Durch in den Verstärkungspunkten aufgestellte Frequenzwandler ist die gewünschte Trägerfrequenz P durch Frequenzvervielfachung aus der übertragenen Frequenz zu erzeugen. Da die für den Einbau in ein Kabel brauchbaren Frequenzwandler normalerweise ein ganzzahliges Verhältnis zwischen der Eingangs- und Ausgangsfrequenz aufweisen, wird es sich empfehlen, die Verhältniszahl ya ganzzahlig zu wählen. Als Beispiel seien folgende Zahlen angeführt: = 25o Hz, Frequenzbereich q = 3oo bis 2ooo Hz, Frequenzbereich q' = i5oo bis 2ooo Hz und Trägerfrequenz P = 25oo Hz.In the example given in Fig. I, the carrier frequency has been selected to be higher than the frequency range to be amplified. In the event that the invention is to be used for a submarine cable, it will be advisable, in view of the greater attenuation of the higher frequencies present in the cable, to transmit the amplification energy via the cable in the form of a frequency below the frequency band to be amplified for example a frequency to choose. The desired carrier frequency P can be generated from the transmitted frequency by frequency multiplication by means of frequency converters set up in the reinforcement points. As the for installation in a cable usable frequency converters normally have an integer ratio between the input and output frequency, it is advisable to choose the ratio ya as an integer. The following numbers are given as an example: = 25o Hz, frequency range q = 3oo to 2ooo Hz, frequency range q '= i5oo to 2ooo Hz and carrier frequency P = 25oo Hz.

Die der Erfindung zugrunde liegenden physikalischen Erscheinungen seien im folgenden mit Bezugnahme auf die Abb. 4. und 5 erläutert. In Abb. ¢ bedeutet M den magnetischen Modulator, dem gleichzeitig die zu verstärkende Frequenz cvl (= q) und eine höhere Frequenz, die Trägerfrequenz u)2 (= P), zugeführt werden. Die entsprechenden Ströme sind mit il und i2 bezeichnet. Wird das parallel zum Modulator geschaltete Netzwerk 1N1 derart bemessen, daß seine Impedanz für das untere Seitenband o)2 - col einen niedrigen und für das obere Seitenband % -I- w1 einen hohen Wert annimmt, so stellt der Modulator für das Frequenzband c)1 gemäß der aufgestellten Behauptung einen negativen Widerstand dar.The physical phenomena on which the invention is based are explained below with reference to Figs. In Fig. ¢ means M the magnetic modulator, to which the frequency to be amplified cvl (= q) and a higher frequency, the carrier frequency u) 2 (= P), are supplied. The corresponding currents are denoted by il and i2. Will that be parallel to the modulator switched network 1N1 such that its impedance for the lower sideband o) 2 - col a low value and a high value for the upper sideband% -I- w1 assumes, the modulator for the frequency band c) 1 according to the established Assertion represents negative resistance.

Durch den Modulationsvorgang entstehen an dem Modulator (Wandler) Spannungen von der Frequenz a)2 + co, und co, - c)1. Da das Netzwerk N für das untere Seitenband einen geringen Widerstand aufweist, kann ein Strom i3 von der Frequenz c)2 - col das Netzwerk N durchfließen. Der Wandler wird also von Strömen drei verschiedener Frequenzen durchflossen. Die übrigen Frequenzen, die beim Modulationsvorgang entstehen, können sich wegen der Abstimmungen der einzelnen Kreise nicht ausbilden, da der äußere Kreis nur für das Frequenzband a)1 durchlässig ist, infolge entsprechender Abstimmungen bzw. Siebung das Netzwerk N nur das Band «o2 - col und der dritte Kreis nur die Frequenz «o, durchläßt, ist eine Überlagerung der drei Ströme il, i2 und i3 nur im Wandler möglich. Der Wandlerstrom wird somit Z - il + Z2 + Z3- i Durch geeignete Bemessung läßt sich erreichen, daß die Ströme il, i2 und i3 sinusförmig verlaufen. Die Phasenverschiebung der Ströme i2 bzw. i, gegen den Strom il werden mit 99, bzw. p3 bezeichnet.The modulation process produces voltages of the frequency a) 2 + co, and co, - c) 1 on the modulator (converter). Since the network N has a low resistance for the lower sideband, a current i3 of the frequency c) 2 - col can flow through the network N. Currents of three different frequencies flow through the converter. The other frequencies that arise during the modulation process cannot develop because of the tuning of the individual circles, since the outer circle is only permeable for the frequency band a) 1, and due to appropriate tuning or filtering, the network N only has the band «o2 - col and the third circuit only lets the frequency o, pass, a superposition of the three currents i1, i2 and i3 is only possible in the converter. The converter current is thus Z - il + Z2 + Z3- i. By suitable dimensioning it can be achieved that the currents il, i2 and i3 are sinusoidal. The phase shift of the currents i2 and i, with respect to the current il, are denoted by 99 and p3, respectively.

Voraussetzung für den Modulationsvorgang ist eine veränderliche" vom Strom abhängige Wandlerinduktivität. Normalerweise wird man den Arbeitspunkt auf der Wandlercharakteristik so wählen, daß sich seine Induktivität l", möglichst linear mit dem Strom ändert, also Zw=Lm-C-i. (2) wobei L", die bekannte konstante Induktivität beim Strom Null und C eine vom Wandlermaterial und Aufbau sowie vom Arbeitspunkt abhängige Konstante ist. Die durch den Modulationsvorgang hervorgerufene Klemmenspannung am Wandler wird. dann Entsprechend Gleichung (3) kann man sich den Wandler durch eine könstante Induktivität L". Die Summe der drei Leistungen muß Null sein, da im Wandler nur eine Umformung, aber keine Energieerzeugung stattfindet. Von Ohmschen Verlusten wurde abgesehen.The prerequisite for the modulation process is a variable "current dependent converter inductance. Normally, the operating point on the converter characteristic will be chosen so that its inductance l" changes as linearly as possible with the current, i.e. Zw = Lm-Ci. (2) where L ", the known constant inductance at zero current and C is a constant that depends on the converter material and structure as well as the operating point. The terminal voltage at the converter caused by the modulation process then becomes According to equation (3), the converter can be represented by a constant inductance L ". The sum of the three powers must be zero, since only a conversion takes place in the converter, but no energy generation. Ohmic losses were not included.

Eingangs wurde erwähnt, daß das Netzwerk N für den Frequenzbereich co, -c)1 einen kleinen Widerstand haben soll. Von der Art dieses Widerstandes hängt die Phasenverschiebung 99, des Stromes i3 gegen den Strom il ab. Ist das Netzwerk mit vorgeschaltetem Widerstand L", i. rein ohmisch, dann wird (p3 = cp2 -f-2. rein induktiv, dann wird 99, = 99, -f- #z, 3. rein käpazitiv, dann wird cp3 = cp2. Dementsprechend werden für diese drei Fälle die Leistungen N1, N2, 11T3: und eine Anzahl vom Strom abhängiger EMKe ersetzt denken. Dabei stellt L", # den Spannungsabfall über L", dar. Dieser Spannungsabfall ist als ein Verlust anzusehen und trägt nicht zur Energieübertragung bei. Für diese sind allein die elektromotorischen Kräfte entsprechend dem zweiten Glied von Gleichung (3) maßgebend. In diesen elektromotorischen Kräften sind eine große Anzahl verschiedener Kombinationsfrequenzen enthalten. Da jedoch der Wandler nur von Strömen der Frequenz col, co, und oi2 - c)1 durchflossen werden kann, kann der Energieaustausch zwischen den drei Kreisen auch nur durch elektromotorische Kräfte dieser Frequenzen stattfinden. Bezeichnet man die entsprechenden Klemmenspannungen mit P1, P2,, P3, so läßt sich ein Ersatzschaltbild für den Wandler entsprechend Abb. 5 aufstellen. Unter der Voraussetzung, daß das Verhältnis %: co, ganzzahlig ist, lassen sich die von den einzelnen Kreisen gelieferten positiven oder negativen Leistungen folgendermaßen berechnen: Es zeigt sich also, daß nur bei Ohmscher (oder wenigstens überwiegend Ohmscher) Belastung des Wandlers durch das Netzwerk N ein Energieaustausch zwischen den drei Kreisen stattfindet, und zwar derart, daß aus Kreis 2 Energie an Kreis i und 3 abgegeben wird. In diesem Fall ist der Wandler für Kreis z tatsächlich ein reiner Ohmscher negativer Widerstand, dessen Größe durch J2, die Amplitude der Schwingung mit der höheren Frequenz eingestellt werden kann und von der Größe der Wandlerimpedanz (C) abhängt.At the beginning it was mentioned that the network N should have a small resistance for the frequency range co, -c) 1. The phase shift 99 of the current i3 with respect to the current il depends on the type of resistance. If the network with an upstream resistor L ", i. Is purely ohmic, then (p3 = cp2 -f-2. Purely inductive, then 99, = 99, -f- #z, 3. purely capacitive, then cp3 = cp2.Accordingly, for these three cases the services N1, N2, 11T3 are: and think substituted for a number of current dependent EMFs. L ", # This voltage drop is to be regarded as a loss and does not contribute to the transfer of energy. For this only the electromotive forces according to the second term of equation (3) are decisive. These electromotive forces contain a large number of different combination frequencies However, since the converter can only be traversed by currents of the frequency col, co, and oi2 - c) 1, the energy exchange between the three circles can only take place through electromotive forces of these frequencies. The corresponding terminal voltages are denoted by P1, P2 ,, P3, an equivalent circuit diagram for the converter can be set up according to Fig. 5. Assuming that the ratio% : co, is an integer, the positive or negative power supplied by the individual circuits can be calculated as follows: It is shown so that only with ohmic (or at least predominantly ohmic) load d There is an exchange of energy between the three circles through the network N of the converter, namely in such a way that energy is given off from circle 2 to circle i and 3. In this case the transducer for circuit z is actually a pure ohmic negative resistance, the size of which can be set by J2, the amplitude of the oscillation with the higher frequency, and depends on the size of the transducer impedance (C).

Ist der zu verstärkende Frequenzbereich co, größer als eine Oktave, so werden die durch den Modulationsvorgang entstehenden Oberwellen innerhalb des Durchlässigkeitsbereiches des Kreises mit derFrequenz co, liegen, und es werden sich entsprechende nichtlineare Störströme ausbilden. Ist das zu verstärkende Frequenzband kleiner als eine Oktave, so treten die nichtlinearen Verzerrungen nicht störend in Erscheinung. In vielen Fällen, so z. B. für die Zwecke der Telegraphie und Trägerfrequenztelephonie, wird die Verstärkung eines Frequenz-Bandes von nur einer Oktave Breite ausreichen. Ist dies nicht der Fall, so ist eine Unterteilung des zu verstärkenden Frequenzbandes in einzelne Oktaven und die getrennte Verstärkung in je einem Modulator erforderlich. Liegen in dem Übertragungssystem mehrere Verstärker hintereinander, so können diese beispielsweise so ausgebildet werden, daß jeder Modulator eine andere Oktave des gesamten zu verstärkenden Frequenzbereiches verstärkt. Durch entsprechende Ausbildung der an die einzelnen Verstärker angeschlossenen Filter kann erreicht werden, daß die durch den betreffenden Modulator nicht zu verstärkenden Oktaven durch diesen Modulator nicht beeinflußt werden. Die beim Modulationsvorgang entstehenden nichtlinearen Verzerrungen können durch die Wahl geeigneter Eisensorten und durch geeignete Festlegung des Arbeitspunktes für diese Anwendungsfälle unterhalb der zulässigen Höchstgrenze gehalten werden.If the frequency range to be amplified is co, greater than an octave, in this way, the harmonics produced by the modulation process are within the Permeability range of the circle with the frequency co, and there will be corresponding non-linear interference currents develop. Is the frequency band to be amplified smaller than an octave, the non-linear distortion does not occur in a disturbing way in appearance. In many cases, e.g. B. for the purposes of telegraphy and carrier frequency telephony, amplification of a frequency band only one octave wide will be sufficient. is if this is not the case, the frequency band to be amplified is subdivided into individual octaves and the separate amplification in one modulator each is required. If there are several amplifiers one behind the other in the transmission system, they can for example, be designed so that each modulator has a different octave of the entire frequency range to be amplified. Through appropriate training the filter connected to the individual amplifier can be achieved that the octaves not to be amplified by the modulator in question Modulator are not affected. The non-linear ones that arise during the modulation process Distortion can be achieved through the choice of suitable types of iron and through appropriate definition the operating point for these applications is below the maximum permissible limit being held.

Die im Zusammenhang mit Abb. i erwähnte Anwendung einer Modulation höherer Ordnung ist mit Rücksicht auf die einfache Trennung der einzelnen Frequenzbereiche durch die Filter gewählt worden. Bei der Modulation höherer Ordnung liegen die zu trennenden Frequenzbereiche weiter auseinander.The use of a modulation mentioned in connection with Fig. I higher order is with regard to the simple separation of the individual frequency ranges has been chosen by the filter. In the case of the higher order modulation, these are too separating frequency ranges further apart.

Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß bei der Verstärkung gemäß der Erfindung eine besondere Demodulation nicht stattfindet. Die Verstärkung kommt dadurch zustande, daß der Modulator infolge der gewählten Abmessungen der einzelnen Schaltelemente für einen bestimmten Frequenzbereich als negativer Widerstand wirkt. In dieser Eigenschaft des Verstärkers gemäß der Erfindung ist gleichzeitig der grundsätzliche Unterschied gegenüber den bekannten magnetischen Verstärkern begründet. Diese sind sämtlich, sofern sie nicht nur Schaltungen zur Herbeiführung günstiger Arbeitsbedingungen für das verwendete Eisen darstellen, einfache Modulationsschaltungen, bei denen die verstärkte Niederfrequenz erst durch eine Demodulation gewonnen werden kann. Durch den Fortfall der Demodulation ist der Aufwand bei dem Verstärker gemäß der Erfindung naturgemäß geringer als bei den bekannten Schaltungen, so daß sich eine erhebliche Verbilligung der Verstärkereinrichtung herbeiführen läßt.From the foregoing it can be seen that the gain according to the invention a special demodulation does not take place. The reinforcement comes about that the modulator due to the selected dimensions of the individual switching elements for a certain frequency range as negative resistance works. In this property of the amplifier according to the invention is simultaneous the fundamental difference compared to the known magnetic amplifiers justified. These are all, provided they are not just induction circuits represent favorable working conditions for the iron used, simple modulation circuits, in which the amplified low frequency can only be obtained through demodulation can. Because demodulation is omitted, the complexity of the amplifier is correspondingly the invention is naturally less than in the known circuits, so that can bring about a considerable reduction in the price of the amplifier device.

-In Abb. 2 bedeutet L eine Leitung, die sich zwischen den beiden Stationen W und D er-' streckt. Von den in die Leitung eingefügten Verstärkern ist nur der eine mit V bezeichnete wiedergegeben. Die Verbindungsleitung L kann beispielsweise eine Freileitung, ein Freiluftkabel oder ein Unterseekabel darstellen. Die mit W bezeichnete Station enthält das Mikrophon io und das Telephon ii, die in geeigneter Weise über einen Ausgleichsübertrager mit der Leitung gekoppelt sind. Das Netzwerk i2 dient zur Nachbildung der an den Ausgleichsübertrager angeschlossenen Impedanzen und ist mit Rücksicht auf die gewünschte Rückkopplungsfreiheit zwischen den Kreisen io und ii mehr oder weniger genau deri nachzubildenden Impedanzen anzugleichen. Das Filter i3, das zwischen den Ausgleichsübertrager und die Leitung L geschaltet ist, läßt das zu übertragende Frequenzband q hindurch und verhindert das Übertreten von Frequenzen außerhalb dieses Bereiches in die Leitung.-In Fig. 2, L means a line extending between the two stations W and D extend. Of the amplifiers inserted in the line, only that is one labeled V is reproduced. The connecting line L can, for example represent an overhead line, an open air cable or an undersea cable. The ones with W designated station contains the microphone io and the telephone ii, which in suitable Way are coupled to the line via an equalizing transformer. The network i2 is used to simulate the impedances connected to the equalizing transformer and is with regard to the desired freedom from feedback between the circles io and ii more or less exactly to match the impedances to be simulated. The filter i3, which is connected between the equalizing transformer and the line L. is, lets the frequency band to be transmitted q through and prevents it from being trespassed of frequencies outside this range into the line.

Bei der Station W ist außerdem ein Generator 1q. aufgestellt, der eine Frequenz von Hz liefert.At station W there is also a generator 1q. set up, which has a frequency of Hz supplies.

Die von dem Generator 1q. ausgehenden Ströme werden über das Potentiometer 1g und einen Filterkreis 16 der Leitung L zugeführt. Der Filterkreis ist so bemessen, daß er nur die Frequenz hindurchläßt und alle übrigen Frequenzen, die beispielsweise als unerwünschte Oberwellen von dem Generator i¢ geliefert werden, stark dämpft und praktisch nicht durchläßt.The from the generator 1q. Outgoing currents are fed to line L via potentiometer 1g and a filter circuit 16. The filter circuit is dimensioned so that it only controls the frequency passes and all other frequencies, which are supplied, for example, as undesired harmonics by the generator i [,] strongly attenuates and practically does not let them pass.

Die über die Leitung fließenden Signalströme, beispielsweise die Sprechströme, gelangen an dem Verstärkerpunkt V durch das Filter 17 in den Ausgangskreis des magnetischen Modulators i8. Das Filter 17 läßt nur den zu verstärkenden Bereich der Sprachschwingungen hindurch, entsprechend Abb. i also das Frequenzband q'. Der Ausgangskreis des magnetischen Mgdulators 18 steht über den Frequenzwandler 2o und den Filterkreis i9 ebenfalls mit der Leitung L in Verbindung. Das Filter i9 gestattet nur der Frequenz den Durchtritt. In dem Frequenzwandler 2o wird diese Frequenz in die gewünschte Trägerfrequenz P umgewandelt. Die Trägerfrequenz P wird dem Eingangskreis des magnetischen Modulators 18 zugeführt, so daß in dem Ausgangskreis des Modulators eine Anzahl weiterer Frequenzen auftreten, die die Folge der Modulation der Trägerfrequenz P mit dem Frequenzband q' sind. Das Netzwerk 2i ist so bemessen, daß es für das Frequenzgebiet 2 P - q' eine niedrige Impedanz und für die Frequenz 2 P -{- q' eine hohe Impedanz aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, in die Leitung einen negativen Widerstand für das zu verstärkende Frequenzband q' einzufügen. Die Verstärkung bestimmter Frequenzbänder kann an beliebigen anderen Stellen der Leitung wiederholt werden.The signal currents flowing over the line, for example the speech currents, reach the amplifier point V through the filter 17 into the output circuit of the magnetic modulator i8. The filter 17 only allows the range of the speech oscillations to be amplified to pass through, i.e. the frequency band q 'in accordance with FIG. I. The output circuit of the magnetic modulator 18 is also connected to the line L via the frequency converter 2o and the filter circuit i9. The filter i9 only allows frequency the passage. This frequency is converted into the desired carrier frequency P in the frequency converter 2o. The carrier frequency P is fed to the input circuit of the magnetic modulator 18, so that a number of further frequencies occur in the output circuit of the modulator which are the result of the modulation of the carrier frequency P with the frequency band q '. The network 2i is dimensioned such that it has a low impedance for the frequency range 2 P - q 'and a high impedance for the frequency 2 P - {- q'. In this way it is possible to insert a negative resistance in the line for the frequency band q 'to be amplified. The amplification of certain frequency bands can be repeated at any other point on the line.

In den Abb. 2 und 3 ist die Leitung als Zweidrahtleitung dargestellt. Die Schaltung gemäß der Erfindung kann selbstverständlich auch bei einem Unterseekabel für den Fall angewendet werden, daß nur ein einziger Leiter vorhanden ist und die Erde als Rückleitung benutzt wird. Ebenso könnten besondere Schaltungszusätze für Duplexgegenverkehr angewendet werden, ohne die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung wesentlich zu beeinflussen. Das Filter ig wäre in diesem Falle zwischen die Kabelseele und den Kabelmantel zu schalten. Eine -weitere Möglichkeit, .die Trägerfrequenz dem Verstärkerkreis zuzuführen, besteht darin, daß das Filter ig ähnlich wie das Filter 17 in Abb. 2 in Reihe in das Kabel eingeschaltet wird. Die Station 0 ist der Einfachheit halber nicht in ihren Einzelheiten dargestellt, da sie denselben Aufbau zeigt wie die Station W. Es ist jedoch 'nicht notwendig, den Generator für die Frequenz auf der Station 0 ebenfalls anzuordnen. Dies wird sich nach den zu überbrückenden Längen und nach der Wahl der in die Leitung eingefügten Verstärker richten. Die Wirkung der Verstärkungseinrichtung ist bei von der Station 0 ausgehenden Signalströmen natürlich dieselbe wie bei den von der Station W ausgehenden.In Figs. 2 and 3 the line is shown as a two-wire line. The circuit according to the invention can of course also be applied to a submarine cable in the event that only a single conductor is present and the earth is used as the return line. Likewise, special circuit additions for duplex two-way traffic could be used without significantly influencing the circuit arrangement according to the invention. In this case, the filter ig would have to be connected between the cable core and the cable sheath. Another possibility of feeding the carrier frequency to the amplifier circuit is that the filter ig, similar to the filter 17 in Fig. 2, is connected in series into the cable. For the sake of simplicity, station 0 is not shown in detail, since it shows the same structure as station W. However, it is not necessary to arrange the generator for the frequency on station 0 as well. This will depend on the lengths to be bridged and the choice of amplifiers inserted in the line. The effect of the amplification device is of course the same for signal streams emanating from station 0 as it is for those emanating from station W.

Abb. 3 zeigt die in Abb. 2 mit V bezeichnete Einrichtung in ihren Einzelheiten. Das Filter ig besteht im einfachsten Falle aus einem Reihenschwingungskreis, der den Kondensator 31 und die Spule 32 enthält. Der Frequenzwandler besteht aus den beiden ringförmigen Kernen 33 und 34, um die zwei Spulengruppen 35, 36 und 37, 38 gewickelt sind. Durch die Anwendung von zwei Kernen wird ein ausbalanciertes System gebildet. Die Wicklungen 35 und 36 wirken als Eingangswicklungen, und die Wicklungen 37, 38 sind als Ausgangswicklungen über Filterkreise 39 und 4o an den Eingang des magnetischen Modulators 18 angeschlossen. Entweder das primäre Wicklungspaar 35, 36 oder das sekundäre Wicklungspaar 37, 38 sind in entgegengesetztem Sinn auf die Kerne 33 und 34 gewickelt. Auf diese Weise wird eine Differenzwirkung hervorgerufen und verhindert, daß die Schwingungen in der einen oder anderen Richtung zwischen der Primärseite und der Sekundärseite verlaufen können. . -Infolge der nichtlinearen Charakteristik der Kerne 33 und 34 entstehen, wenn die Frequenz den Primärwicklungen 35 und 36 zugeführt wird, in den Sekundärwicklungen 37 und 38 Oberwellen, unter denen sich auch die der gewünschten Trägerfrequenz P befindet. Durch die Anwendung eines ausbalancierten Systems wird verhindert, daß die in dem Sekundärkreis vorhandenen höheren Harmonischen auf den Primärkreis übertragen werden und umgekehrt eine Rückleitung von der Primärseite auf die Sekundärseite stattfinden kann. Der Schwingungskreis 4o ist so abgestimmt, daß die gewünschte Trägerfrequenz, in diesem Fall die zehnte Harmonische, besonders stark hervorgehoben wird und diese Frequenz dem Eingangskreis des magnetischen Modulators, der aus den beiden ringförmigen Kernen 41 und 42 aufgebaut ist, zugeführt wird. Der parallele Schwingungskreis 39 ist zu diesem Zweck auf die Frequenz 2 P - abgestimmt.Fig. 3 shows the device labeled V in Fig. 2 in detail. In the simplest case, the filter ig consists of a series oscillation circuit which contains the capacitor 31 and the coil 32. The frequency converter consists of the two ring-shaped cores 33 and 34, around which two coil groups 35, 36 and 37, 38 are wound. Using two cores creates a balanced system. The windings 35 and 36 act as input windings, and the windings 37, 38 are connected as output windings via filter circuits 39 and 40 to the input of the magnetic modulator 18. Either the primary pair of windings 35, 36 or the secondary pair of windings 37, 38 are wound onto the cores 33 and 34 in opposite directions. In this way, a differential effect is produced and prevents the vibrations from being able to run in one direction or the other between the primary side and the secondary side. . -As a result of the non-linear characteristics of the cores 33 and 34 arise when the frequency the primary windings 35 and 36 is supplied, in the secondary windings 37 and 38 harmonics, among which the desired carrier frequency P is also located. The use of a balanced system prevents the higher harmonics present in the secondary circuit from being transferred to the primary circuit and, conversely, a return from the primary side to the secondary side can take place. The oscillating circuit 4o is tuned so that the desired carrier frequency, in this case the tenth harmonic, is particularly emphasized and this frequency is fed to the input circuit of the magnetic modulator, which is made up of the two ring-shaped cores 41 and 42. For this purpose, the parallel oscillating circuit 39 is set to the frequency 2 P - Voted.

Der obere Teil q' des zu übertragenden Frequenzbandes wird durch das Filter 43 den Wicklungen 45 und 46 des magnetischen Modulators zugeführt. In dem magnetischen Modulatorfindet die Modulation der Trägerfrequenz p mit dem Frequenzband q' statt. Das zwischen den Ausgangswicklungen des magnetischen Modulators liegende Netzwerk 47 ist so bemessen, daß es für den Bereich 2 P - q' eine geringe Impedanz hat. Es empfiehlt sich, als Material für die Kerne des Frequenzbandes und des magnetischen Modulators ein magnetisches Material hoher Permeabilität und geringer magnetischer Verluste, wie es in den bekannten Nickel-Eisen-Legierungen zur Verfügung steht, zu verwenden. Die Verwendung solcher Materialien hat weiter den Vorteil, daß die Kerne und die Wicklungen nur einen geringen Raum einnehmen, wodurch die Verstärkereinrichtung für die Anwendung in Unterseekabeln besonders geeignet wird. Die übrigen in Abb. 3 dargestellten Induktivitäten werden ebenfalls vorteilhafterweise auf Kerne aus Nickel-Eisen-Legierungen gewickelt werden, um eine möglichst günstige Raumausnutzung zu erzielen. Die Kondensatoren, die nur eine verhältnismäßig kleine Kapazität zu haben brauchen, können durch geeignete Formgebung, beispielsweise dadurch, daß sie im Verhältnis zu ihrer Breite sehr lang gestaltet werden, bequem in dem Kabel untergebracht werden. Es ist auch möglich, die Kondensatoren nach Art der Wickelkondensatoren um das Kabel unterhalb der Bewehrung herumzuwickeln.The upper part q 'of the frequency band to be transmitted is determined by the Filter 43 fed to windings 45 and 46 of the magnetic modulator. By doing magnetic modulator finds the modulation of the carrier frequency p with the frequency band q 'instead. The one between the output windings of the magnetic modulator Network 47 is dimensioned so that there is a low impedance for the region 2 P - q ' Has. It is recommended as a material for the cores of the frequency band and the magnetic Modulator a magnetic material of high permeability and low magnetic Losses, as it is available in the well-known nickel-iron alloys, to use. The use of such materials has the further advantage that the Cores and the windings take up only a small amount of space, thereby reducing the amplification device is particularly suitable for use in submarine cables. The others in Fig. 3 shown inductances are also advantageously based on cores Nickel-iron alloys are wound to make the most efficient use of space to achieve. The capacitors, which only have a relatively small capacity too need can by suitable shaping, for example by the fact that they can be made very long in relation to their width, conveniently accommodated in the cable will. It is also possible to use the capacitors in the manner of wound capacitors around the cable underneath the armor.

Wie schon erwähnt, hängt der Verstärkungsgrad von der Impedanz, die das System für die verschiedenen Seitenbänder aufweist, und von der Amplitude der Trägerfrequenz ab. Für die Anwendung der Verstärkungseinrichtung in einem Kabel wird man den Frequenzgang des Netzwerkes 47 so einrichten, daß die höheren Frequenzen in dem Bereich q' mehr verstärkt werden als die niedrigen Frequenzen. Dies empfiehlt sich mit Rücksicht auf die mit der Frequenz zunehmenden Dämpfung bei einem Kabel oder ähnlichen Übertragungswegen. Durch geeignete Anpassung der Verstärkungseinrichtung an das Kabel läßt sich erreichen, daß sämtliche Frequenzen mit der gleichen Dämpfung übertragen werden.As already mentioned, the gain depends on the impedance that the system has for the different sidebands, and on the amplitude of the Carrier frequency. For the use of the reinforcement device in a cable one will set up the frequency response of the network 47 so that the higher frequencies in the region q 'are amplified more than the low frequencies. This recommends taking into account the attenuation that increases with the frequency of a cable or similar transmission routes. By suitable adaptation of the amplification device on the cable it can be achieved that all frequencies with the same attenuation be transmitted.

Wie schon ausgeführt, kann das Filter 43 so eingerichtet werden, daß es das ganze zu verstärkende Frequenzband hindurchläßt. Das Netzwerk 47 muß dann so bemessen werden, daß seine Impedanz für den Frequenzbereich 2 p - q den gewünschten Frequenzgang aufweist Die Abhängigkeit des Verstärkungsgrades von der Amplitude der Trägerfrequenz p gibt eine bequeme Möglichkeit der Verstärkungsregelung. In dem in Abb. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Verstärkungsgrad leicht mit Hilfe des Potentiometers 15 geregelt werden. Es wird zwar auf diese Weise nicht direkt die Amplitude der Trägerfrequenz p, sondern die der Frequenz geregelt, jedoch ist es selbstverständlich, daß die Amplitude der durch den Frequenzwandler erzeugten Trägerfrequenz P von der Amplitude der dem Frequenzwandler zugeführten Frequenz abhängt. Die Größe der Trägerfrequenz wird man nur so weit steigern, als es mit Rücksicht auf die Stabilität des Systems möglich ist. Unterhalb dieses Wertes kann durch Änderung der Amplitude der Trägerfrequenz innerhalb weiterer Grenzen jeder beliebige Verstärkungsgrad eingestellt werden.As already stated, the filter 43 can be set up in such a way that it passes the entire frequency band to be amplified. The network 47 must then be dimensioned in such a way that its impedance has the desired frequency response for the frequency range 2 p - q. The dependence of the gain on the amplitude of the carrier frequency p provides a convenient possibility of gain control. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the gain can easily be regulated with the aid of the potentiometer 15. In this way, it is true that the amplitude of the carrier frequency p is not directly, but that of the frequency regulated, but it goes without saying that the amplitude of the carrier frequency P generated by the frequency converter depends on the amplitude of the frequency supplied to the frequency converter depends. The size of the carrier frequency will only be increased as much as is possible with regard to the stability of the system. Below this value, any desired gain can be set by changing the amplitude of the carrier frequency within wider limits.

Die Verstärkereinrichtung gemäß der Erfindung ist nicht nur, wie in den Ausführungsbeispielen angegeben, auf Zwischenverstärker beschränkt, sondern kann ebensogut für Vorverstärker oder Endverstärker, d. h. also an jeder beliebigen Stelle zwischen einem Sender und einem Empfänger Verwendung finden. Ebenso ist es möglich, durch geeignete Bemessung der einzelnen Schaltelemente die Schaltungsanordnung .für die Verstärkung eines sehr breiten Frequenzbandes brauchbar zii machen.The amplifier device according to the invention is not only, as in FIG the embodiments indicated, limited to repeaters, but Can be used just as well for preamplifiers or power amplifiers, i. H. so at any Place between a transmitter and a receiver use. It is the same possible, by suitable dimensioning of the individual switching elements, the circuit arrangement . Make zii useful for amplifying a very wide frequency band.

Claims

PATENT CLAIM: i. Arrangement for amplifying signal currents with Using magnetic modulators and one above the frequency band to be amplified lying carrier frequency, characterized in that the magnetic modulator as well as the networks connected to these are dimensioned such that they are for the lower sidebands of the modulation oscillations a small one and for the upper ones Sidebands have a large impedance.

2. Circuit arrangement according to Claim i, characterized in that, in particular for cables, one below the to be amplified frequency band lying frequency over the transmission system of Amplifier device fed and through frequency converter in the desired carrier frequency is converted.

3. Circuit arrangement according to claim i, characterized in that that to change the gain, the amplitude of the carrier frequency or the the frequency fed to the frequency converter, for example by means of a potentiometer circuit will be changed. q ..

Circuit arrangement according to Claim i, characterized in that that the reinforcement device is built into a cable or a submarine cable.

5. Circuit arrangement according to claim i, characterized in that to achieve the best possible use of space as the core material is known per se magnetic alloys of high permeability can be used. f.

Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the capacitors are in the manner of a wound capacitor are wrapped in the harness.

7. Circuit arrangement according to claim i, characterized characterized in that the carrier frequency of both is connected to the transmission system Stations of the amplifier device is fed. B. circuit arrangement according to Claim i, characterized in that the switched on in the transmission system Side of the modulator filters are placed that cover only part of the system to be transmitted frequency band pass.