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Anordnung zur Verstärkung und zur Frequenz- und Phasenentzerrung von
über eine Leitung übertragenen elektrischen Schwingungen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Anordnung zur Verstärkung elektrischer Schwingungen eines Frequenzbandes,
bei der gleichzeitig eine Korrektur von Verzerrungen der Phase und Frequenz innerhalb
des Bandes vorgenommen werden soll. Zu diesem Zweck werden die Schwingungen in bekannter
Weise vom Ausgang eines Verstärkers in negativer Phase zum Eingang desselben rückgekoppelt.
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Es sind bereits Anordnungen bekanntgeworden, bei denen zur Entzerrung
der Dämpfung einer Leitung in diese Leitung ein Netzwerk eingeschaltet wird, dessen
Übertragungscharakteristik der derLeitung entgegengesetzt ist. Es ist weiterhin
schon vorgeschlagen worden, einen derartigen Ausgleich hei Verstärkeranördnungen
durchzuführen, die mit einer negativen Rückkopplung arbeiten, wobei dann ein Netzwerk,
das eine der Leitung entsprechende Charakteristik aufweist, in diesen Rückkopplungsweg
eingeschaltet ist.
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Die Spannung L', die dem Eingang eines solchen Verstärkers aufgedrückt
wird, kann als aus zwei Spannungen zusammengesetzt gedacht werden. Mit hl wird die
Spannung bezeichnet, die verstärkt werden soll, während I'. die Spannung angibt,
die am Ausgang des ,rerstärlcers zur Rückführung benutzt wird. Die Spannung l' wird
am Ausgang des Verstärkers gleich @,V, und die zurückgeführte Spannung ist gleich
yßV, aus der sich die Größen ,u. und l ergeben, die beide komplexe Größen darstellen
und sowohl die Größe als auch die Phase umfassen.
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Es kann gezeigt werden. daß die Spannung am Ausgang des Verstärkers
mit Rückkopplung gleich ist. Ist izf erheblich größer als
i, so nähert sich der Wert der Ausgangsspannung dem
d. h. die,' Ausgangsspannung ist annähernd unabhängig von ,u und hängt nur von dem
Grad der Rückkopplung vom Ausgangskreis auf den Eingangskreis ab.
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Aus der obengenannten Gleichung ergibt sich, daß die Verstärkung des
Verstärkers gleich dem negativen reziproken Wert der Amplituden- und Phasenänderung
ist, die durch ein beispielsweise in den Rückkopplungsweg eingeschaltetes Netzwerk
erzeugt wird. Die Herstellung derartiger Netzwerke bereitet jedoch Schwierigkeiten,
da sie genau der Charakteristik der Leitung nachgebildet werden müssen.
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Gemäß der Erfindung wird die Schwierigkeit bei der Herstellung solcher
Netzwerke dadurch vermieden, daß als Rückkopplungsweg ein Teil einer natürlichen
Leitung Verwendung findet, der in der Übertragungsrichtung halb so lang ist wie
der zwischen zwei Verstärkerabschnitten liegende Leitungsabschnitt. Es ist dann
lediglich zur Einleitung der Rückkopplung eine besondere
Brückenanordnung
einfacher Bauart am Verstärker erforderlich. Für diese Zwecke kann vorzugsweise
ein innerhalb des Kabels liegendes nicht benütztes Aderpaar Verwendung finden. Da
die gesamte Länge des R t. kopplungsweges gleich der Länge der zu e zerrenden Leitung
ist, so werden auch' alle, auf das Kabel einwirkenden Temperaturbe-`-einflussungen
sich in gleicher Weise auf denf Rückkopplungsweg auswirken, so daß sie dadurch ausgeglichen
werden. Es ist lediglich darauf zu achten, daß die Länge des Rückkopplungsweges
so gewählt wird, daß keine vollständige Phasendrehung von 36o° zwischen zwei zu
übertragenden Frequenzen auftritt. Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders
in den Fällen günstig, in denen neue Kabel; bei denen genügend Reserveadern zur
Verfügung stehen, zur Anwendung kommen. Es kann mit einem geringstmöglichen Aufwand
eine einwandfreie Korrektur von Phasen- und Frequenzverzerrungen bewirkt werden.
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Der Abstand der zu verwendenden Verstärker ist dabei lediglich bedingt
durch die obenerwähnte Forderung, daß die Phasenverschiebung zwischen zwei Frequenzen
nicht mehr als 36o° betragen darf. Diese Forderung ist -aber bei den üblichen Verstärkerabständen,
wenn mit einem nicht zu breiten Frequenzband gearbeitet wird, ohne weiteres erfüllbar.
Die in solchen Fällen auftretenden Laufzeitunterschiede können ohne weiteres mit
in Kauf genommen werden, da sie in jedem Falle nur Bruchteile einer Schwingung beim
Einsetzen der jeweiligen Frequenz betragen und die Dauer jeder einzelnen Frequenz
innerhalb der Sprache sich über eine Vielzahl von Schwingungen erstreckt, wenn diese
Frequenz überhaupt am Ende der Leitung noch gehört werden soll. Im übrigen treten
auch bei den die Leitung nachbildenden Netzwerken dieselben Forderungen auf, da
diese Netzwerke die gleichen Wirkungen wie die erfindungsgemäß verwendete Leitung
ausüben sollen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung wird an Hand der Abb. i bis 3 näher
erläutert. Die Abb: i und 3 zeigen Stromkreise, bei denen Verstärker in einer Kabelleitung
vorgesehen sind und die Rückkopplung über die beiden Adern eines benachbarten Aderpaares
durchgeführt wird. Bei der Anordnung der Abb. 2 wird für entgegengesetzt arbeitende
Verstärker ein gemeinsamer Rückkopplungsweg verwendet.
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In der Abb. i ist eine Übertragungsleitung gezeichnet, die beispielsweise
einen Teil eines Kabel-Trägerfrequenz-Telephoniesystems bilden kann. Wie oben erwähnt,
soll ein Ausgleich von Verzerrungen der Phase und Frequenz innerhalb eines Frequenzbandes
vorgenommen werden. Es ist jedoch auch möglich, innerhalb dieses bestimmten Frequenzbereiches
mehrere Frequenzbänder vorzu-.sehen, wenn dabei die Forderung erfüllt ist, laB in
keinem Fall die Phasenverschiebung ,>,zwischen zwei beliebigen Frequenzen der einzelnen
Frequenzbänder 360° oder annähernd: 36o° beträgt. Das Kabel selber besitzt eine
große Zahl von Aderpaaren. Es sind drei Verstärkerstationen A, B und C vorgesehen,
auf denen Verstärker angeordnet sind. Die Verstärker i und 3 sollen als Hauptverstärker,
der Verstärker :2 als Hilfsverstärker, der im Notfalle fortgelassen werden kann,
arbeiten.
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Der Ausgang des Verstärkers z ist über eine Doppelleitung mit der
Station B verbunden. Im Eingangskreis dieser Station liegt eine Brückenanordnung
LV4, von der ein Teil der Energie abgenommen wird und dem Eingang des Verstärkers
i über ein zweites Aderpaar zugeführt wird. Die Zuführung selbst erfolgt Tiber eine
zweite Brückenanordnung W, Der geschlossene Rückkopplungsstromkreis des Verstärkers
i umfaßt also in der Übertragungsrichtung die Verstärkerteile des Verstärkers i
und den Teil der Leitung, der die Stationen A und B verbindet, und den Rückkopplungsweg
über ein zweites Aderpaar; das diese beiden Stationen verbindet: Die Station B liegt
auf halbem Wege zwischen den Stationen A und C, so daß der Rückkopplungskreis die
Gesamtlänge entsprechend der Entfernung der Stationen A und C umfäßt. Wenn der Verstärker
i so eingerichtet ist, daß yß erheblich größer als i wird, so ergibt sich für die
Verstärkung ein Wert, der im, wesentlichen dem negativen reziproken Wert der Änderung
der übertragenen: Energie entspricht, die auf der Leitung zwischen den Stationen
A und C entsteht. Derartige Änderungen in der Übertragung, die durch Dämpfung, Phasenänderung
und Änderungen der Temperatur oder ähnliche Störungen sich ergeben, werden selbsttätig
ausgeglichen. Die Wellen kommen auf der Station C ohne Verzerrung an (ausgenommen
eine Phasenänderung von i8o°).
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Abb. 2 zeigt eine V erstärkeranordnung mit den Verstärkern i und 2,
die in entgegengesetzten Richtung arbeiten. Die beiden Übertragungsrichtungen sind
durch die üblichen Ausgleichsübertrager 73 und 76 an den entgegengesetzten Seiten
der Verstärker voneinander getrennt. Der Rückkopplungsstromkreis für den Verstärker
i ist mit dem Ausgang des Verstärkers i über den Ausgleichsübertrage> 76 verbunden
und verläuft über ein Aderpaar 5 zu einem Punkte B, der auf halbem Wege zwischen
der gezeigten Verstärkerstation und der nächsten Überträgungsstation
liegt.
An dieser Stelle ist das Aderpaar 5 mit einem anderen Aderpaar 5« verbunden, über
das der Rückkopplungsstromkreis zum Ausgleichsübertrager 75 und. damit zum Eingang
des Verstärkers i verläuft. Der gleiche Rückkopplungsstromkreis wird auch für den
Verstärker 2 benutzt, mit dessen Ausgang er über den Ausgleichsübertrager ; 5 und
mit dessen Eingang er über den Transformator 76 verbunden ist. Der Rückkopplungsstromkreis
für die Verstärker i und 2 dient gleichzeitig auch als Nachbildung für jede der
Leitungen 4., über die die Verstärker i und 2 arbeiten.
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Abb. 3 zeigt eine Abänderung der Abb. i, bei der der Rückkopplungsstromkreis
b an der Station B mit dem Ausgang des Verstärkers 2 verbunden ist. Es ist klar,
daß diese Anordnung gleich ist einer Anordnung, bei der die Verstärkerteile i und
2, beide auf der StationA oder beide auf der StationB, angeordnet sind.
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Die Phasendrehung soll für den Rückkopplungsweg so gewählt werden,
daß die Stabilitätsbedingungen dadurch nicht gefährdet werden, d. h. die Phasendrehung
der übertragenen Schwingungen über diesen soll für keine Frequenz, für die ,uß gleich
oder größer als i ist, den Wert o bzw. 36o° oder ein Vielfaches davon annehmen.
Im günstigsten Fall soll die Phasendrehung i8o° betragen. Diese Bedingungen können
dadurch aufrechterhalten «erden, daß der -Abstand zwischen aufeinanderfolgenden
Verstärkern, wie eingangs erwähnt, in bestimmten Grenzen, die im allgemeinen den
üblichen Verstärkerabständen entsprechen, bei passender Wahl der Frequenzbandbreite
gewählt wird. Es ist ferner auch möglich, noch einfache Netzwerkanordnungeli vorzusehen,
falls für die eine oder andere Frequenz eine besondere Phasenänderung notwendig
ist.
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Wenn in der Beschreibung besonders auf Brückenanordnungen hingewiesen
wurde, bei denen die einzelnen Brückenzweige in gleichem Verhältnis zueinander stehen,
so ist es auch möglich, mit anderen Brückenanordnungen zu arbeiten, und es sind
Fälle denkbar, bei denen eine in anderer Weise abgeglichene Brücke Vorteile mit
sich bringt.
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Die vorstehend beschriebenen Schaltungen stellen lediglich Ausführungsbeispiele
dar, jedoch ist der allgemeine Erfindungsgedanke auf diese Ausführung nicht beschränkt.
i. Anordnung zur Verstärkung Lind zur Frequenz- und Phasenentzerrung von