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Elektrische Weiche mit konstantem Eingangswiderstand zum Trennen .
' verschiedener Frequenzbereiche Die Erfindung betrifft eine elektrische Weiche,
die dazu bestimmt ist, in Fernsprechleitungen oder andere Signalübertragungsleitungen
eingeschaltet oder an solche Leitungen zum Trennen verschiedener Frequenzbereiche
angeschlossen zu werden. Sie ist besonders für die Übertragung mehrerer Signale
mit verschiedenen Frequenzen über die gleiche Leitung geeignet.
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Die Weiche nach der Erfindung hat konstanten Eingangswiderstand und
ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Filter mit demselben Durchlaßbereich mit je
einem Klenunenpaar in zwei benachbarte Zweige einer das Netzwerk bildenden Brücke
eingeschaltet sind, wobei das Produkt der Filtercharakteristiken an den genannten
Klemmenpaaren im wesentlichen konstant und gleich dem Produkt der Impedänzen der
an die anderen Klemmenpaare der Filter angeschlossenen Apparate (Sender, Empfänger)
ist, und daß die Brücke, deren Diagonalen je ein Netzklemmenpaar enthalten, für
Frequenzen innerhalb des Durchlaßbereiches der Filter im wesentlichen abgeglichen,
aber für andere Frequenzen nicht abgeglichen ist, so daß Schwingungen, die dem einen
Netzklemmenpaar zugeführt werden, je nachdem ihre Frequenzen außerhalb oder innerhalb
des Durchlaßbereiches der Filter liegen, am anderen Netzklemmenpaar entnommen oder
in den an die Filter unmittelbar oder über Leitungen angeschlossenen Apparaten ausgenutzt
werden.
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Es sind gewisse brückenähnliche Netzwerke bekannt, in welchen die
Eingangs- oder Ausgangsklemmen je eines von zwei für dasselbe Durchlaßgebiet ausgebildeten
Filtern in zwei einander gegenüberstehenden Zweigen (Diagonalen) und zwei andere
Klemmenpaare (Haupt-Idemmenpaare) des Netzes in zwei benachbarten Brückenzweigen
eingeschaltet sind. Das Netzwerk nach der Erfindung unterscheidet sich von diesen
bekannten Netzwerken dadurch, daß umgekehrt die Filterklemmenpaare in benachbarten
Brückenzweigen und die Hauptklemmenpaare in je einem von zwei einander gegenüberstehenden
Zweigen (Diagonalen) liegen. Bei dieser Ausführung des Netzes werden alle Frequenzen
innerhalb des Durchlaßgebietes der Filter, die dem einen Hauptklemmenpaar des Gesamtnetzes
zugeführt werden, den beiden Filtern in Parallelschaltung zugeführt. Hieraus ergeben
sich für verschiedene Anwendungsgebiete besondereVorteile. Beispielsweise können
die
beiden Filter als Unterfrequenzfilter ausgeführt werden, wodurch. es möglich wird,
niederfrequente -Ströme, z. B. Telegraphenströme, durch die beiden Filter abzuzapfen.
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Die Erfindung sei an Hand der schematischen Ausführungsbeispiele der
Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: Fig. x - ein prinzipielles Netzwerk nach
der Erfindung mit einem Differentialübertrager und zwei Filtern, -Fig. 2 eine Ausführungsform,
bei welcher die Außenklemmen der Filter parallel geschaltet sind, Fig. 3 eine ähnliche
Schaltungsanordnung, bei welcher die Außenklemmen der Filterüber Übertrager in Reihe
geschaltet sind, Fig. q. eine Kaskadenschaltung dreier Netzwerke nach Fig. i, Fig.
5 eine ähnliche Kaskadenschaltung zweier Netzwerke nach Fig. i mit einander zugekehrten
Differentialübertragern, Fig. 6 die gleiche Anordnung wie gemäß Fig. 5, mit dem
Unterschied, daß die Differentialübertrager in eine Differentialdrossel umgewandelt
sind, Fig.7 eine ähnliche Zusammenschaltung zweier Netzwerke nach Fig.2 und 3 mittels
Differentialdrossel, Fig. 8 eine Zusammenschaltung zweier Netzwerke nach Fig. i
in der Weise, daß in den Netzwerken enthaltene Filter an ihren Außenklemmen unmittelbar
miteinander verbunden sind, Fig. 9 eine ähnliche Anordnung für Simultanbetrieb mit
Fernsprechübertragung und Unterlagerungstelegraphie auf derselben Leitung, Fig.
io eine Zusammenschaltung zweier Anordnungen nach Fig. 9 und Fig. zi eine Zusammenschaltung
zweier Anordnungen nach Fig. =o.
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Das in Fig. i dargestellte Netzwerk ist aus einem Differentialübertrager
T und zwei für das gleiche Durchlaßgebiet bemessenen Filtern F, F' zusammengesetzt.
Der Differentialübertrager und die Filter sind in, der Weise iusammengeschaltet,
daß sie eine Brücke bilden; in welcher der Differentialübertrager zwei benachbarte
Zweige bildet, während die beiden übrigen Zweige durch zwei Filter gebildet werden.
Die Ein- und Ausgangsklemmen i, 2 bzw. 3, q. des Netzwerkes liegen hierbei in den
beiden Diagonalen der Brücke. Die Klemmenpaare, mit welchen die Filter F, F' an
die Brücke angeschlossen sind, werden innere Klemmenpaare genannt im Gegensatz zu
den der Brücke abgekehrten äußeren Klemmenpaaren, Nach der Erfindung sollen die
beiden Filter derart bemessen sein, daß das geometrische Mittel zwischen den Charakteristiken
an den inneren Klemmenpaaren der Filter bei allen Frequenzen im wesentlichen konstant
ist. Die Charakteristik des Netzwerkes an den Eingangsklemmen _, 2 wird hierbei
gleich dem halben geometrischen Mittel zwischen den Charakteristiken der Filter,
und die Charakteristik an den Ausgangsklemmen 3, q. wird gleich dem erwähnten geometrischen
Mittel multipliziert mit 2 ,u2, worin ,u das Übersetzungsverhältnis im Differentialübertrager
gegen die Ausgangsklemmen 3, q. bezeichnet. In Fig. i wird angenommen, daß das Netzwerk
zwischen zwei Teilstrecken 1.1, 12 der Leitungsverbindung eingeschaltet ist. Die
zwischen den Außenklemmen 7, 8 bzw. 5, 6 der Filter F, F' liegenden Abschlußwiderstände
A, A'
können beispielsweise durch Sender bzw. Empfänger für dasselbe Frequenzband
gebildet sein. Ein Signal innerhalb des Frequenzbandes der Filter, das von dem Leitungsabschnitt
h hereinkommt, verteilt sich gleichmäßig auf jedes der Filter F, F' und kann im
Empfänger A' empfangen werden. Die Ströme in den an die Eingangsklemme i angeschlossenen
Wicklungen des Differentialübertragers heben- hierbei einander auf, so daß der resultierende
Strom in der zwischen die Ausgangsklemmen des Netzes eingeschalteten Zweitwicklung
gleich Null wird. Wenn dagegen ein Signal von dem Leitungsabschnitt h mit Frequenzen
außerhalb des Frequenzgebietes der Filter einkommt, bildet das eine Filter an dem
entsprechenden Klemmenpaar eine sehr hohe Impedanz für diese Frequenzen, weil das
Filter diese nicht durchläßt und das geometrische Mittel zwischen den Charakteristiken
für alle Frequenzen konstant sein. soll. Die Differenz zwischen den Strömen in den
beiden Erstwicklungshälften des Differentialübertragers wird daher verhältnismäßig
groß, und das Signal wird nach den Ausgangsklemmen 3, q. des Netzes übertragen.
Sind beispielsweise für das erwähnte Frequenzgebiet außerhalb des Frequenzbandes
der Filter die Charakteristiken an den inneren Klemmenpaaren Null bzw. unendlich
hoch, so ist nur die untere Hälfte der Erstwicklung des Differentialübertragers
wirksam. Werden Signale von A gesandt, so verteilt sich die Energie auf die beiden
Leitungsabschnitte 11, und 1, gleichmäßig. Wenn die normale Signalrichtung nach
dem Abschnitt 12 hin verläuft, kann angenommen werden, daß Anordnungen, z. B. Verstärker,
in den Abschnitt h eingeschaltet sind, die nur in der Richtung h nach
12 wirksam sind. Die von A ausgesandten Signale, die nach dem Abschnitt h
hin laufen, werden daher nicht wirksam.
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Um die ganze Energie, die an den Eingangsklemmen i, 2 hereinkommt,
in einem einzigen Empfänger aufnehmen zu können, oder um zu ermöglichen, daß die
Energie, die von einem Sender ausgesandt wird, nur nach einer Richtung hinausgeht,
können die äußeren Klemmenpaare der Filter nach Fig. 2 bzw. Fig. 3 parallel oder
in Reihe geschaltet werden. Die Reihen-
Schaltung ist in diesem
Falle über zwei Überträger T3 bzw. T'3 vorgenommen. Die von einer an die Klemmen
i, 2 angeschlossenen Leitung l einkommende Schwingungsenergie mit Frequenzen innerhalb
des Frequenzbandes der Filter verteilt sich dann auf die beiden Filter gleichmäßig
und wirkt im. Empfänger Ap bzw. AS zusammen. Die Energie außerhalb des Frequenzbandes
der Filter, die von der Leitung l h6reinkommt, geht dagegen über den Differentialübertrager
T nach dem Widerstand R, der ein Empfänger für die erwähnten, Frequenzen sein kann.
Die entsprechenden Verhältnisse gelten beim Senden von Ap, AS bzw. R. Von
A, oder A,s ausgesandte Signale gehen durch die beiden Filter und werden
im Differentialübertrager in einem solchen Phasenverhältnis zusammengeführt, daß
die Summe der Ströme in den beiden Erstwicklungshälften des Übertragers gleich Null
wird, so daß keine Energie auf die Zweitwicklung und die Ausgangsklemmen 3, q. übertragen
wird, sonderä die ganze Energie, zur Leitung l hinausgeht. Von R ausgesandte Signale
außerhalb des Frequenzbandes der Filter gehen in Überein-Stimmung mit der Anordnung
nach Fig. i direkt zur Leitung 1. Die in Fig. 2 und 3 dargestellten Anordnungen
können also zum Empfang von Signalen innerhalb zweier verschiedener Frequenzgebiete
oder zum Senden innerhalb eines Frequenzgebietes und zum Empfangen innerhalb eines
andern verwendet werden.
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In Pig. q. sind drei verschiedene Netzwerke I, II, III nach Fig. i
in Kaskadenschaltung schematisch dargestellt, die für je - ein bestimmtes Frequenzgebiet
dimensioniert sind. Da die Charakteristik sowohl an den Eingangs- als an den Ausgangsklemmen
jedes Netzwerkes für alle Frequenzen konstant bleibt, kann eine solche Kaskadenschaltung
verschiedener Netzwerke vorgenommen werden, ohne daß Reflexionen bei den Anschlußpunkten
zu befürchten sind. An die Filteraußenklemmen der Netzwerke I, II, III sind Sender
A, B, C und Empfänger A',
B', C' angeschlossen. Das Netz I ist mit
seinen Eingangsklemmen an eine Leitung 1 und das Netz III ist mit seinen Ausgangsklemmen
an einen Abschlußwiderstand R angeschlossen. Von der Leitung L einkommende Signale
verteilen sich in bezug auf die Frequenz auf je eines der drei Netze und beeinflussen
die Empfänger A', B', C'. Die Frequenzen, die keinem der Frequenzgebiete
der Netzwerke angehören, sehen direkt durch alle drei Differentialübertrager nach
dem Widerstand R. Von der Energie, die von A, B, C ausgesandt wird, geht
die Hälfte zur Leitung 1 hinaus, während die andere Hälfte im Abschlußwiderstand
R vernichtet wird.
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In Fig. g ist eine Kaskadenschaltung zweier Netzwerke nach Fig. i
gezeigt, in welcher jedoch die Differentialübertrager TI, Tij der Netze einander
zugekehrt sind. Die Ausgangsklemmen des Netzes I sind also mit den Ausgangsklemmen
des Netzes II verbunden. Wie bereits im Zusammenhang mit. Fig. i erwähnt wurde,
soll das Übersetzungsverhältnis im Differentialübertrager eines solchen Netzes 2
: i gegen die Ausgangsklemmen betragen, um die gleiche Charakteristik an den Eingangs-
und Ausgangsklemmen zu erhalten. Wenn die beiden Differentialübertrager TI, T1,
so bemessen werden, tritt also eine Abwättsumformung in TI ein und hierauf eine
entsprechende Aufwärtsumformung in TII, gerechnet vom Netz I zum Netz II. Die beiden
Uberttager wirken demnach zusammen nur als eine Drosselspule und können auch, wie
in Fig. 6, durch eine solche Spule S ersetzt werden. Hierdurch wird die Anordnung
äußerst einfach. Eine derartige Schaltung kann beispielsweise bei Hochfrequenztelephoniebe=
trieb auf gewöhulichen Fernsprechleitungen und besonders in einem sögenannten Einkanalsystem
zur Verwendung kommen, bei welchem ein zusätzlicher Telephoniekanal dadurch erzielt
wird, daß oberhalb des gewöhnlichen Fernsprechfrequenzgebietes ein besonderer Hochfrequenzkanal
angeordnet wird, der aus einem Frequenzband für jede Sprechrichtung besteht. Das
eine Netz wird hierbei zum Empfang und das andere zum Senden verwendet. Wenn A ein
Sender und B ein Empfänger ist, sind A'
und B' gewöhnliche Abschlußwiderstände.
Hierbei geht indessen sowohl beim Senden wie beim Empfang die Hälfte der Energie
verloren. Um dies zu vermeiden, kann eine Anordnung nach Fig.7 Verwendung finden.
Diese ist in Übereinstimmung mit Fig. 6 aus zwei Netzen nach Fig. 2 und 3 zusammengesetzt.
Bei dieser Anordnung geht die ganze beispielsweise von Ap ausgesandte Energie zur
Leitung 1, und die ganze von der Leitung 1 einkommende Energie innerhalb
des Frequenzgebietes des Netzes Il kann bei A,s empfangen werden.
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Erfindungsgemäß können zwei Netze nach Fig. i auch in anderer Weise
zusammengeschaltet werden. In Fig.8 ist eine Netzzusammensetzung gezeigt, bei welcher
die äußeren Klemmenpäare des einen Netzes derart paarweise mit den entsprechenden
Klemmenpaaren des anderen Netzes verbunden sind, daß in den Anschlußpunkten die
Filter einander richtig abschließen. Da jedes der Filter FI, F'i, F", F'" in Fig.
8 aus einem halben Glied derselben Bandfiltertype gleicher Bemessung besteht, bilden
nach der Zusammenschaltung F, und F" bzw. F'I und F'" je ein aus einem ganzen Filterglied
bestehendes Filter. Bei dem in Fig.8 gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen die
Filter aus einer Bandfiltertypej in welcher ein halbes Glied aus einem in Nebenschluß
liegenden Parallelresonanzkreis und einem in
Reihe eingeschalteten
Reihenresonanzkreis besteht. Der Parallelresonanzkreis ist aus einer Spule 2 L2
und einem Kondensator
und der Reihenresonanzkreis aus einer Spule
und einem Kondensator 2 C$ aufgebaut. Bei der Zusammenschaltung der Halbglieder
können unmittelbar parallel oder in Reihe liegende Schaltelemente in bekannter Weise
zusammengefaßt werden. Dies ist indessen in der Zeichnung nicht dargestellt. Von
den Frequenzen, die von einer an die Eingangsklemmen i1 und 2, des Netzes I angeschlossenen
Leitung l einkommen, laufen die Frequenzen, welche innerhalb des Frequenzgebietes
der Bandfilter liegen, mit gleicher Energieverteilung durch die Filter F" FII und
F'" F'II und wirken in dem Differentialübertrager TI, des Netzes II derart zusammen,
daß die ganze Energie in. einen an die Klemme iII und 2,1 des Netzes II angeschlossenen
Apparat RI1 eingeht. Frequenzen außerhalb des Frequenzbandes, die von der Leitung
l hereinkommen, gehen direkt durch den Differentialübertrager TI zu einem an dessen
Zweitwicklung angeschlossenen Apparat RI. Daß dies der Fall ist, geht aus folgendem
hervor: Für Frequenzen unterhalb des Bandes bedeutet der Reihenkondensator 2 C2
im Filter F1 einen sehr großen Widerstand, während andererseits die Querspule 2
L2 im Filter F', einen sehr kleinen Widerstand darstellt, so da.ß also nur die obere
Hälfte der Erstwicklung des Differentialübertragers TI wirksam wird und die Spannung
auf die Zweitwicklung überträgt. Für Frequenzen oberhalb des Bandes der Filter gelten
entsprechende Verhältnisse, da in diesem Falle die Reihenspule
im Filter F, eine hohe Impedanz und der Kondensator
im Filter F', eine niedrige Impedanz darstellen. Für das Senden in entgegengesetzter
Richtung, d. h. für Frequenzen innerhalb des Bandes von RI1 und für Frequenzen außerhalb
des Bandes von RI, gelten entsprechende Verhältnisse.
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In Fig.9 ist ein praktisches Beispiel einer Schaltung nach Fig. 8
schematisch dargestellt. Die Anordnung zeigt den Anschluß eines Fernsprechers G
und eines Telegraphenapparates H an die gleiche Leitung l für Simultanbetrieb mit
gewöhnlicher Telephonie und Unterlagerungstelegraphie. Die gemeinsamen Filter, deren
jedes einen Querkondensator C undswei Reihenspulen L enthält, bilden jedes für sich
ein Halbglied eines Tiefpaßfilters, das nur Frequenzen uriiterhalb einer gewissen
Grenzfrequenz, z. B. 8o Hz, durchläßt. Der Telegraphenapparat H arbeitet also mit
Frequenzen unterhalb 8o Hz auf der Leitung d, ohne den Fernsprecher G zu stören,
und dieser seinerseits arbeitet innerhalb des gewöhnlichen Frequenzgebietes über
8o Hz, ohne auf den Telegraphenapparat einzuwirken. Wenn von dem letzteren Frequenzen
über 8o Hz ausgesandt werden, können diese die Filter nicht durchlaufen, sondern
werden im Widerstand R vernichtet.
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Um Mehrfachtelegraphie oder -telephonie zu ermöglichen, kann an Stelle
des Fernsprechers G in Fig. 9 noch eine ähnliche Netzzusammensetzung eingeschaltet
werden. Hierbei entsteht eine Schaltung nach Fig. =o. Bei dieser Anordnung können
drei Empfangs- oder Sendeapparate HI, HII und GI, eingeschaltet werden; jedes Gebilde
hat hierbei dieselbe Wirkung wie die in Fig.9 dargestellten. Die Verbindung zwischen
der Leitung l und HI geschieht über die Filter Fr, F'1 innerhalb des Bandes dieser
Filter, während die Verbindung der Leitung l mit HI, über die Filter F11, F'Ii innerhalb
des Frequenzbandes dieser Filter geschieht. Die Verbindung zwischen l und
GI, geschieht innerhalb des noch frei gebliebenen Freqüenzgebietes. Die beiden
Differentialübertrager TI und TI, können in Übereinstimmung mit Fig. 5 so zusammengeschaltet
werden, daß sie zusammen als eine Differentialdrosselspule wirken und durch eine
solche ersetzt werden können.
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In Fig. =i ist eine Schaltung gezeigt, die aus zwei Anordnungen nach
Fig. =o zusammengesetzt ist, in welchen die Differentialübertrager durch Differentialdrosseln
SI bzw. SI1 ersetzt sind. SI entspricht also TI und TI, in Fig. =o und SII den entsprechenden
Differentialübertragern in einer ähnlichen Anordnung. Bei der Anordnung nach Fig.
=i können fünf verschiedene Apparate HI, HII, HIII, Hiv und E auf der gleichen Leitung
l innerhalb je eines Frequenzgebietes arbeiten, ohne einander zu stören.