DE678554C - Netzwerk, insbesondere fuer Traegerfrequenzsysteme, in Form eines Kreuzgliedes oder einer diesem aequivalenten Schaltung, insbesondere ueberbrueckten T-Schaltung, mit zwei die UEbertragungseigenschaften bestimmenden Impedanzzweigen, konstantem und reelem Eingangswellenwiderstand bei allen Frequenzen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
19. JULI 1939

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21g GRUPPE

153641

International Standard Electric Corporation in London

reellem Eingangswellenwiderstand bei allen Frequenzen

Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. November 1935 ab Patenterteilung bekanntgemacht am 22. Juni 1939

ist in Anspruch genommen

In Trägerfrequenzsystemen tritt häufig das Problem auf, Signalströme in eine Reihe von Einzelfrequenzbändern zu trennen. Um nun die Reflexionsverluste herabzusetzen, sollen die für diesen Zweck verwendeten selektiven Netzwerke einen Wellenwiderstand haben, welcher 'den angeschlossenen Belastungsimpedanzen angepaßt ist. In Systemen dieser Art sind letztere meist konstante Widerstände, weshalb es wünschenswert ist, daß der Wellenwiderstand der verwendeten Filter bei allen Frequenzen konstant und reell ist.

Netzwerke mit konstantem und reellem Eingangswellenwiderstand sind zur Trennung von Signalströmen in Form von überbrückten T-Schaltungen mit zwei zueinander inversen Impedanzzweigen bereits bekanntgeworden. Mit diesen bekannten Netzwerken gelingt jedoch nur eine Trennung zweier Kanäle, so daß sich bei der Trennung einer Mehrzahl von Kanälen eine komplizierte Kaskadenschaltung notwendig macht. Durch diese Kaskadenschaltung von mehreren Netzwerken ergibt sich als weiterer Nachteil eine Summierung der Verzerrungen und der Grunddämpfung der Teilnetzwerke.

Das bei allen Frequenzen konstanten und reellen Eingangs wellenwiderstand aufweisende Netzwerk gemäß der Erfindung in Form eines Kreuzgliedes oder einer diesem äquiva-1 en ten Schaltung, insbesondere überbrückten T-Söhaltung, mit zwei die Übertragungseigenschäften bestimmenden Impedanzzweigen vermeidet diese Nachteile. Es ist insbesondere für Trägerfrequenzsysteme geeignet und ist gekennzeichnet durch die Einschaltung mehrerer in Weichenform zusammengeschalteter Einzelfilter in die die Übertragungseigenschaften bestimmenden Zweige, wobei die in verschiedenen Zweigen liegenden Filter zueinander invers sind. Die Binzelnlter können dabei aus jeder Zahl von Kettengliedern bestehen. Bei richtiger Wahl der Teilfilter kann jede gewünschte Zahl von Kanälen durch Vergrößerung der Zahl der Teilnetzwerke erzielt werden, ohne daß die Nachteile der bekannten Anordnung auftreten.

Zur Erreichung der gewünschten Filtereigenschaften ist die bekannte Reihenschaltung von Zweipolen in den Impedanzzweig von Brückenfiltern nicht geeignet. Es ist vielmehr hierzu erforderlich, in den Impedanz-

zweigen in Weichenf orm zusammengeschaltete Einzelfilter vorzusehen, die in den verschiedenen Zweigen zueinander invers sind.

Die Einzelfilter können zum Teil durch Nachbildungen ersetzt sein, die energieverzehrende Elemente enthalten oder nur reine Blkidwiderstände umfassen. Es können in jedem der die Übertragungseigenschaften bestimmenden Impedanzzweige zu deren Korrektur außer einem oder mehreren Teilnetzwerken mit Blindwiderständen noch energieverzehrende Netzwerke eingeschaltet sein. Die energieverzehrenden Elemente oder Netzwerke können dabei durch Zweipole gebildet sein. Eine Scheinwiderstandsumbildung durch parallel geschaltete Zweipole vorzunehmen, wird dabei als an sich bekannt vorausgesetzt.

Durch Ausbildung der Teilnetzwerke können Pole der Dämpfung in der Dämpfungskurve des Gesamtnetzwerkes erreicht werden. Zur Erzielung eines steileren Dämpfungsanstieges von Einzelnetzwerken ist an sich die Kombination einer ansteigenden Charakteristik mit einer ein Maximum aufweisenden Kurve bereits bekannt. Bei einer bekannten Anordnung erfolgt die Versteilerung dadurch, daß hinter einem Bandfilter eine Brückenanordnung angeordnet ist, die auf eine auf einer Flanke der Dämpfungskurve des Bandfilters liegende Frequenz abgestimmt ist. In dieser bekannten Schaltung sind aber nur Mittel angegeben, um einem Einzelnetzwerk eine bestimmte Charakteristik zu geben, wobei sich außerdem noch fein beträchtlicher Aufwand ergibt.

Bei dem erfindungsgemäßen Netzwerk kann eine große Mannigfaltigkeit von Dämpfungscharakteristiken für die verschiedenen Kanäle erzielt werden, und die Dämpfung an den Kreuzungspunkten zwischen benachbarten Kanälen kann jeden gewünschten Betrag erreichen. In gewissen Fällen ist es wünschenswert, die Dämpfung eines einzigen Kanals zu vergrößern durch Hinzufügung von Hilfsfiltern, welche nur in diesen Kanälen wirksam sind. In besonderen Ausgestaltungsformen der überbrückten T-Schältungsnetzwerke ist kein sogenannter idealer Transformator erforderlich. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird gezeigt, wie man Filter bauen kann, welche eine Dämpfungscharakteristik haben, die einen konstanten hohen Wert bei allen Frequenzen außerhalb des Übertragungsbandes gewährleistet.

Die Erfindung soll durch die folgende eingehende Beschreibung an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden.

Eine Häuptform des erfindungsgemäßen Netzwerkes wird bildlich durch das symmetrische Kreuzglied nach Fig. 1 dargestellt. Dieses enthält ein Paar gleicher Längsimpe- i danzzweige Z₀ und ein Paar Diagonalimpedanzen Zj, die zwischen die Eingangsklemmen i, 2 und die Ausgangsklemmen 3, 4 geschaltet sind. Die eine Längsimpedanz Z₀ ist gezeichnet, während die andere, zwischen den Klemmen 2 und 4 liegende, durch eine punktierte Linie angedeutet ist. Das gleiche gilt für die zwischen den Klemmen 2 und 3 liegende Querimpedanz. Eine EMK £ ist in Serie mit einer Belastungsimpedanz Z₅ über die Eingangsklemmen geschaltet, und die Impedanz Z₇. stellt die an die Ausgangsklemmen angeschaltete Belastung dar. Die Impedanzen Z_s und Z_r können beispielsweise Teile von Übertragungsleitungen oder andere Belastungen passender Impedanz sein.

Der Längsimpedanzzweig Z_a enthält eine Reihe von Teilnetzwerken F₁, F₂ ■.. F,ⁿ, die untereinander in Serie geschaltet sind. Der Diagonalzweig enthält die gleiche Zahl Teilnetzwerke F₁, F₂'... F_n' untereinander parallel geschaltet. Die Teilnetzwerke, die den Längsimpedanzzweig bilden, können, falls gewünscht, auch parallel geschaltet werden, wobei dann die entsprechenden Teilfilter des Diagonalzweiges in Serie geschaltet werden, oder aber der Längsimpedanzzweig kann aus einer Reihe von Teilnetzwerken gebildet werden, die teils in Serie, teils parallel geschaltet sind, während die des Diagonalzweiges widerstandsreziprok und invers geschaltet sein müssen. Jedes Teilnetzwerk kann z. B. ein Vierpolwellenfilter sein, welches eine Reihe von Gliedern .enthält, die alle von demselben Typus oder verschiedenen Typen sein können. Das andere Ende jedes dieser Teilnetzwerke ist abgeschlossen durch einen Widerstand, der dem Wellenwiderstand des Netzwerks bestmöglichst angepaßt sein soll.

Die Teilfilter P₁ und F₁' sind so bemessen, daß das Produkt der Impedanz Z₁, gesehen in Richtung der Eingangsklemmen von F₁, mal Z₁', der Impedanz von F₁, gesehen in Richtung der Eingangsklemmen, bei allen Frequenzen konstant ist. Dies wird erreicht, indem man das Filter F₁ Widerstands reziprok zu F₁ macht. Jedes der anderen Teilnetzwerke des Z_a-Zweiges entspricht einem widerstandsreziproken im Zj-Zweig. Hieraus folgt, daß das Produkt der Impedanz des Längszweiges mit der Impedanz des Querzweiges bei allen Frequenzen konstant sein wind, und daher wird auch der Wellenwiderstand K des Kreuzgliedes an den Klemmen i, 2 und 3, 4, der durch die Gleichung

gegeben ist, bei allen Frequenzen konstant sein sowohl innerhalb wie außerhalb des Übertragungsbandes des Gesamtnetzwerkes.

Die Fortpflanzungskonstante P des Netzwerkes nach Fig. ι wird

Eine Betrachtung .dieser Gleichung zeigt, daß in den Bereichen, wo Z₀ und Z₆ dasselbe Vorzeichen haben, der tarih reell wird und daher ίο die Energie gedämpft wird und dort, wo Z_a und Z₆ rein imaginär, aber von entgegenge-

p setztem Vorzeichen sind, tarih — imaginär

wird und somit die Energie in diesem Bereich ungedämpft durchtritt.

Wenn jedes der Teilnetzwerke des Längszweiges und· jedes entsprechende widerstandsreziproke des Diagonalzweiges ein Wellenfilter mit einem oder mehreren Übertragungsbändern ist, wird das Gesamtnetzwerk ein oder mehr entsprechende Dämpfungsbänder haben, da die Impedanz jedes Teilnetzwerkes rein ohmisch im Übertragungsband und die Impedanzen der Zweige Z_a und Z₆ wirklich reine Wirkwiderstände desselben Vorzeichens

sind, und so wird tanh — reell. Andererseits

sind die ImpedanzenZ₀undZ₆ im Dämpfungsbereich der Teilnetzwerke nur Blindwider- stände von entgegengesetztem Vorzeichen, so daß das Gesamtnetzwerk die in diesem Bereich liegenden Frequenzen ungehindert durchläßt. Zusammenfassend kann man sagen, das Kreuzgliednetzwerk der Fig. 1 wird sein Ubertragungsband dort haben, wo die Teilnetzwerke Dämpfungsbänder haben, und die Dämpfungsbereiche des Gesamtnetzwerkes werden dort sein, wo die Übertragungsbänder der Teilnetzstrecke liegen.

Da der Wellenwiderstand des Netzwerkes bei allen Frequenzen konstant und reell ist, sowohl an den Klemmen 1, 2 wie an den Klemmen 3, 4, muß eine energieverzehrende Belastung vorhanden sein, um 'die eintreffende Energie bei allen Frequenzen zu absorbieren. In den Übertragungsbändern des Gesatntnetzwerkes wird die von der Quelle £ gelieferte Energie im Belastungswiderstand Z_r verbraucht. In den Dämpfungsbereichen des Gesamtnetzwerkes, welche den Übertragungsbereichen der Teilfilter entsprechen, wird die Energie in den Abschluß widerständen R₁., .R_n bzw. R₁'... R_n' verbraucht. Es werden sich daher Übertragungsbänder zwischen den Eingangsklemmen 1, 2 und den Abschluß widerständen der Teilnetzwerke ergeben und ebenso umgekehrt Übertragungsbänder von den Ausgangsklemmen zu denselben Belastungewiderständen. Wie weiter unten ausführlich erklärt werden soll, wird die Ausgangsenergie von diesen verschiedenen Teilnetzwerken miteinander kombiniert und auf diese Weise eine Reihe von Übertragungskanälen geschaffen, deren Wellenwiderstände bei allen Frequenzen konstant und reell sind.

Eine zweite Form der Erfindung stellt die überbrückte T-Schaltung nach Fig. 2 dar, welche ein elektrisches Äquivalent zu dem in Fig. ι gezeigten Kreuzglied ist. Das Netzwerk nach Fiig. 2 enthält einen Überbrückungszweig, der aus den an einem Ende in Serie geschalteten Teilfiltern F₁.. .F_n besteht, und einen Ouerzweig, der die parallel geschalteten widerstandsreziproken Filter F₁ ... F_n enthält. Der Brückenzweig kann selbstverständlieh auch aus parallel. geschalteten und der Querzweigaus in Serie geschalteten Teilfiltern bestehen. Die beiden Impedanzzweige sind vermittels eines sogenannten idealen Transformators T_a gekoppelt, der drei Wicklungen großer Selbstinduktion und fester Kopplung enthält. Der Primärteil umfaßt zwei gleiche Wicklungen W₁ und W₁, die so hinterei nandergeschaltet sind, daß die Gegenindüktivität M₁ zwischen ihnen gleich der Selbstinduktion jeder einzelnen ist. Der Sekundärteil enthält die dritte Wicklung W_%, deren Induktivität

gleich — (W₁ + W₁) ist und die mit der Primärwicklung durch die Gegeninduktivität - ]/pF₂ + — [W₁+ W₁') gekoppelt ist. Der

Transformator bat ein Widerstandsverhältnis zwischen Primär- und Sekundärseite von 4 :1. Es ist bereits bekannt, daß ein überbrücktes T-Netzwerk elektrisch äquivalent einem Kreuzglied ist, und daher wird die überbrückte T-Schaltung nach Fig. 2 dieselben Übertragungs- und Dämpfungskanäle wie das Kreuzglied nach Fig. 1 haben.

Die Teilfilter im Überbrückungszweig der T-Schaltung sind bestimmt auf Grund eines Wellenwiiderstandes, der gleich der Hälfte desjenigen der entsprechenden Filter im Längszweig eines Kreuzgliedes ist, und -daher wird die Impedanz des Brückenzweiges gleich

— Z₁₁. Auch der Querzweig der T-Schaltung

enthält Teilfilter, deren Wellenwiderstand gleich der Hälfte desjenigen der entsprechenden Netzwerke im Diagonal zweig eines Kreuzgliedes ist, deshalb wird auch die Gesamtimpedanz des Ouerzweiges der überbrückten

T-Schaltung gleich—Z₆. Die Teilnetzwerke F des Überbrückungszweiiges sind dann entsprechend mit den Widerständen -R₁.. .-R_n und

2 * 2 "

die entsprechenden widerstandsreziproken Filter F' des Ouerzweiges durch die Widerstände

— R₁ ... — R_n' abgeschlossen.

In Fig. 3 ist eine abgeänderte Form der überbrückten T-Schaltung der Fig. 2 gezeigt, bei der der Kopplungstransformator T_a durch η Kopplungstransformatoren T₁.. .T_n ersetzt ist, wobei jeder mit einem entsprechenden Teilfilter verbunden ist. Diese Kopplungstransformatoren sind ebenfalls sogenannte ideale der oben beschriebenen Art und haben ein Impedanzverhältnis von ι : I. DiePrimärwicklungen sind hintereinandergeschaltet, wobei "je ein Teilfilter daran angeschlossen ist; die Sekundärwicklungen sind ebenfalls in Serie geschaltet. Die Teilfilter haben dabei ■ einen Wellenwiderstand, der gleich dem in dem entsprechenden Zweig des Netzwerks nach Fig. 2 ist, und sind durch die gleichen Widerstände abgeschlossen. Der Ouerzweig in Fig. 3 ist identisch mit dem von Fig. 2. Wenn die Teilnetzwerke F₁ .. ..F_n Eingangsimpedanzen haben, welche Parallelinduktivitäten enthalten, können die idealen Transformatoren durch Transformatoren mit endlich begrenzten Wicklungsinduktivitäten ersetzt werden.

Wenn die Teilfilter des Überbrückungszweiges von Fig. 2 z. B. Bandpaßfilter sind und die entsprechenden Netzwerke des Querzweiges von inversem Aufbau dieselben Frequenzbänder durchlassen wie die entsprechenden Filter des Überbrückungszweiges, kann die Ausgangs energie der verschiedenen Teilfilter in der in Fig. 4 gezeigten Weise kombiniert werden, um eine Reihe von getrennten Übertragungskanälen zu erhalten. Wenn K' der Wellenwiderstand jedes der Teilfilter -F₁... F_n ist und K" der Wellenwiderstand der Teilfilter F₁... F_n ist, so müssen diese der nachfolgenden Gleichung genügen

K¹K" =

K²

wobei K den Wellenwiderstand- des Gesamtnetzwerkes an den Klemmen 1 und 2 darstellt. Wenn beispielsweise alle Teilfilter den gleichen Wellenwiderstand haben, wird

K'—K" — —

5ο Auf alle Fälle werden die Abschlußwiderstände der Teilfilter untereinander gleich" und

gleich — in Form einer Gleichung

R₁ __ R₂ _ R_n _ R₁' _ R_n' 2 ~~ 2 2 2 2

Die Abschlußimpedanz ^- des Teilfilters P₁

kann nun mit der Abschlußimpedanz -^- des Teilfilters F₁, wie in Fig. 4 gezeigt, zusammengeschaltet werden, um einen Bandpaßkanal zwischen den Klemmen 1, 2 und 5, 6' zu bilden, was unten an Hand eines Beispiels erläutert wird. Die Klemmen 5' und 6 sind da- bei direkt miteinander verbunden. Die Ausgänge der anderen Teilfilter können in gleicher Weise kombiniert werden, um weitere Übertragungskanäle zu bilden, wobei die Zahl der möglichen Kanäle der Zahl der Teilnetzwerkpaare entspricht.

In dem in Fig. 4 gezeigten Netzwerk ist der Wellenwiderstand, gesehen in Richtung der Ausgangsklemmen der verschiedenen Kanäle, nicht konstant und reell bei allen Frequenzen, sondern wird dies erst durch eine Konstruktion nach Fig. 5. Dieses Netzwerk erfordert die Hinzufügung eines idealen Dreiwicklungstransformators pro Kanal mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1. Die beiden Ausgangswiderstände R₁ und R₁ sind in Serie über die Sekundärseiten der Transformatoren T₁ usw. geschaltet. Eine Ausgangsklemme des Teilfilters F₁ ist mit dem Mittelpunkt der eben erwähnten Widerstände verbunden, die andere mit dem Mittelpunkt der unterteilten Sekundärwicklung des Transformators T₁. In Fiig. 5 hat der ideale Transformator Tj ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 1, ■ und die Teilfilter F₁.. .F_n haben einen Wellenwiderstand K' = 2 K. Bei dieser Konstruktion hat das Netzwerk an jedem Klemmenpaar einen konstanten und reellen Wellenwiderstand bei allen Frequenzen.

Einige der Teilnetzwerke von Fig. 4 können auch durch Zweipolimpedanzen ersetzt werfen, die ihrerseits energieverzehrende Elemente enthalten können oder aber nur reine Blindwiderstände umfassen. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird beispielsweise der Überbrückungszweig aus einem Teilfilter F₁ und den beiden Zweipolen N₁ und N_s, die untereinander parallel geschaltet sind, gebildet. Der Querzweig besteht aus den inversen in Serie geschalteten Netzwerken F₁', JV₁' und 2V₂'. Diese Hilfszweipole können der Erhöhungdes Dämpfungsanstieges in den verschiedenen Kanälen bei den Überschneidungsfrequenzen dienen, was später näher erläutert wird.

Eine Reihe von speziellen Ausgestaltungsarten .der Erfindung wird nun an Hand der folgenden Figuren beschrieben. Ein Beispiel in Kreuzgliedform ist in Fig. 7 gezeigt, bei der jeder Längsimpedanzzweig aus zwei in Serie geschalteten Teilfiltern F₁ und F₂ und jeder Diagonalzweig aus den parallel geschalteten widerstandsreziiproken Schaltungen F₁' und F₂' besteht. Mehr als zwei Teilfilter können pro Impedanzzweig verwendet werden und jedes Teilfilter aus einer beliebigen Zahl

leicher oder verschiedener Glieder aufgebaut sein.

In Fig. 7 sind alle Teilfilter Hochpässe mit der Grenzfrequenz f_c. Das Gesamtnetzwerk wind daher an den Klemmen i, 2 und 3, 4 einen konstanten und reellen Wellenwiderstand bei allen Frequenzen haben und zwischen eben diesen Klemmen einen Tiefpaßübertragungskanal, der alle Frequenzen zwischen Null und f_c durchläßt. Die Dämpfung in diesem Kanal wird von dem Abgleich zwisehen den Impedanzen der Zweige Z_a und Z^ abhängen. Gemäß der Erfindung werden die Teilfilter so bemessen, daß die Impedanzen Z_a und Z_b innerhalb des Durchlaßbereichs der Teilfilter gleichgemacht werden. Wenn eine genügende Zahl von Teilfiltern verwendet wird und jedes Teilfilter aus einer unendlichen Zahl von Gliedern besteht, wird die Gleichheit exakt sein und als Ergebnis die Dämpfung des Gesamtnetzwerkes im gesamten Dämpfungsbereich unendlich sein.

Selbst wenn jeder Impedanzzweig nur aus zwei eingliedrigen Teilfiltern besteht, wie in Fig. 7 gezeigt, kann die Bedingung der Gleichheit noch verhältnismäßig weit angenähert werden und eine hohe Dämpfung erzielt werden. In Fig. 7 ist das Teilfilter F₁ ein Kettenglied der konstanten Α-Type, ein Hochpaßfilter mit Abschluß durch ein halbes Längsglied an jedem Ende. Die bestimmenden Parameter dieses Filters sind die Grenzfrequenz f_c und der Wellenwiderstand K', der

gleich — ist, wenn K der Wellenwiderstand

des Gesamtnetzwerkes ist. Das Teilfilter enthält zwei gleiche Serien Kapazitäten C₁ und eine dazwischenliegende Ouerinduktivität L₁. Das widerstandsreziproke Filter F₁' im Diagonalzweig ist ein Kettenglied der konstanten /j-Type, abgeschlossen durch ein halbes Ouerglied, ein .Hochpaßfilter mit zwei Ouerinduktivitäten L₂ und einer dazwischenliegenden Längskapazität C₂. Die kennzeichnenden Parameter dieses Filters sind die Grenzfrequenz f_c

ti '2

und der Wellenwiderstand K" = -p? = 2 K.

Das Teilfilter F₂ ist ein durch ein halbes Längsglied abgeschlossenes Glied der »-Type, bei dan diemaximaleDämpfungbei einer Frequenz dicht unter der Grenzfrequenz auftritt.-Jeder Längszweig des Filters enthält eine Parallelschaltung einer Induktivität L₃ und einer Kapazität C₃, der Querzweig eine Induktivität L₄. Das Teilfilter F₂', welches widerstandsreziproken Aufbau hat, ist ein durch ein halbes Querglied abgeschlossenes Glied der m-Type, dessen Wellenwiderstand gleich 2 /< ist. Jeder Querzweig besteht aus einer Hintereinanderschaltung einer Kapazität C₅ und einer Induktivität L₅, der dazwischenliegende Längszweig besteht aus der Kapazität C₄.
Wenn jedes Teilfilter eine unendliche Zahl

von Gliedern hat, werden die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn das Filter F₁ vom konstanten /fe-Typus ist (« = 1) und die abgeleitete »-Type des Filters F₂ ein m hat, etwa gleich 0,332. Falls die Zahl der Glieder verringert wird, muß auch der Wert dieser m verringert werden. . Dies erfolgt durch Verringerung .des m bei dem Filter F₁, d. h. indem dieses Filter als abgeleitete «-Type ausgebildet wird, bei der m kleiner als 1 ist, oder durch Kleinermachen von m bei dem Filter F₂ oder durch Verkleinern der m beider Filter.

Wenn das Filter F₁ des Längszweiges mit

7? TC

einem Widerstand — = — abgeschlossen ist,

wird es einen Eingangswiderstand haben, der eine Ohmsche Komponente des Typus 'der Kurve ι von Fig. 8 hat, die bei Null bei der

Frequenz f_c beginnt und sich bis zum Wert —■

bei der Frequenz 00 erhebt. In demselben Bereich wird das Filter F₂ eine Ohmsche Komponente R₂ haben, Kurve 2 von Fig. 8, welche ebenfalls bei der Grenzfrequenz bei Null beginnt, sich dann aber zu einem Maximum er-

hebt und bei der Frequenz 00 auf den Wert —

sinkt. Die Summe der Kurven 1 und 2 zeigt Kurve 3, die sehr rasch hinter der Grenzfrequenz den Wert K erreicht, von dem sie nur noch unbedeutend zwischen dieser Frequenz und 00 abweicht. Die Kurve schneidet die 2£-Linie bei den Frequenzen ^₁ und /₂. Die Impedanz des Zweiges Z₆ wird gleich K an diesen Stellen, deshalb werden an diesen Stellen wie bei der Frequenz 00 Pole der Dämpfung auftreten, wie dies an einer typischen Därnpfungschara'kteristik in Fig. 9 gezeigt ist. Zwischen diesen Dämpfungspolen wird die Dämpfungskurve sich auf einem konstanten hohen Wert halten, da die Impedanzen der Zweige Z_a und Z_b nur unwesentlich voneinander während des ganzen Frequenzgebietes abweichen.

Eine spezielle Ausgestaltung des Netzwerks nach Fig. 5 ist in Fig. 10 gezeigt, die ein Bandfilter mit drei voneinander getrennten Kanälen darstellt. Der Überbrückungszweig enthält drei Teilfilter -F₁ bis F₃ an einer Seite in Serie geschaltet. Der Querzweig enthält die parallel geschalteten inversen Filter F₁'bis F₃'. Die Filter F₁ bis F₃ sind unsymmetrisch, durch ein halbes Querglied abgeschlossen, haben konstantes k und sind Bandpaßfilter mit einem Wellenwiderstand 2 K und haben ihre Übertragungsbänder nach Wunsch getrennt. Die Teilfilter haben die Dämpfungscharakteristik, wie sie beispielsweise in den Kurven 4, 5 und 6 der Fig. 11 gezeigt sind. An den Überschneidungspunikten /₃ und /₄ kann die

Dämpfung jeden gewünschten Betrag erreichen entweder durch saubere Trennung der einzelnen Kanäle oder durch Vermehrung der Zahl der Glieder in jedem Teilfilter. Die Hauptübertragungswege in dem Mehrband-Mehrkanalbandfilter konstanten Widerstandes nach Fig. io«Siind in Fig. 12 schematisch angedeutet. Die den Klemmen 1 und 2 aufgedrückte Energie wird über die Übertragungskanäle der einzelnen Filter den angeschalteten Belastungen zugeführt, z. B. den Klemmen 5, 6; 7, 8 und 9, 10, wie in dem Diagramm durch die Linien A₁ B und C angedeutet. Die Übertragungs eigenschaften dieser Kanäle werden bestimmt durch die Fortpflanzungskonstenten der Teilfilter und sind von dem Typus der Kurven von Fig. 11 unwesentlich beeinflußt durch die Gegenwart der anderen Teilfilter. Energie, die den Klemmen 1 und 2 aufgedrückt ist und zwischen die oder außerhalb der Kanäle fällt, wird in der an die Klemmen 3 und 4 angeschalteten Belastung verzehrt, und· daher wird zwischen diesen beiden Klemmenpaaren eine Mehrkanalbandpaßebarakteristik erzielt, bei· der die übertragenen Bänder den Dämpfungsbereichen der Teilfilter entsprechen. Andererseits wird, wenn den Klemmen 3, 4 Energie aufgedrückt wird, der Teil, der in die Übertragungsbänder der Teilfilter fällt, ungehindert zu den angeschlossenen Belastungen an den Klemmen 5', 6'; 7', 8' und 9', 10' übertragen, wie 'dies durch die punktierten Linien A', B', C' angedeutet ist, während die Ener¹ gie, die zwischen die oder außerhalb der Bänder fällt, zu der an die Klemmen 1 und 2 angeschlossenen Belastung geführt wird. Es wird sich auch ein Übertragungsweg zwischen den Klemmen 5, 6 und den Klemmen 5', 6' finden, und zwar für die Frequenzen, die durch das Filter F₁ durchgelassen werden, wie in Fig. 12 durch den Bogen A" angedeutet. Die gleichen Verbindungswege werden sich für die Durchläßfrequenzen der Teilfilter F₂ und F₃ ergeben, angedeutet durch die Bo genB" und C". Wenn jede der angeschlossenen Belastungen ein Widerstand vom Werte K ist, wind der Wellenwiderstand an jedem Klemmenpaar bei allen Frequenzen konstant und reell sein.

Das Netzwerk nach Fig. 10 ist vorzugsweise geeignet für den Gebrauch in Übertragungssystemen, um die Trägerfrequenzen in ihren einzelnen Kanälen zu trennen. Die Leitung, die alle Frequenzen überträgt, kann beispielsweise an die Klemmen 1 und 2 angeschlossen sein und drei Teilkanäle ah die Klemmen^, 6; 7, 8 und 9, 10. Widerstände, deren Wert gleich K ist, sind entsprechend an den anderen Klemmenpaaren angeschaltet. Die Übertragungskanäle A, B und C der Fig. 12 werden also dann zur Trennung der eintreffenden Frequenzen· benutzt.

Die Dämpfung im Kanal A kann durch Hinzufügung eines Hilfsfilters F₁" zwischen die Klemmen s und 6 und die in Fig. 13 durch R₁ dargestellte angeschlossene Belastung vergrößert werden. · Das Hilfsfilter ist nur in diesem einen Kanal A wirksam, und mit seiner Hilfe kann die Dämpfung in diesem Kanal jeden beliebigen Wert annehmen. Wenn das Filter F₁" einen rein Ohtnschen Charakter hat, d.h. einen WellenwiderstandK hat, der bei allen Frequenzen konstant und reell ist, werden die Eigenschaften des Hauptnetzwerkes nicht dadurch gestört. Ähnliche HilfsfilterF₂" und F₃" können entsprechend in die Kanäle B und C, wie in der Figur angedeutet, eingeführt werden.

Wenn es nicht erforderlich ist, daß alle diese Kanäle einen konstanten Wellenwiderstand haben, kann das Netzwerk nach Fig. 10 in die in Fig. 14 gezeigte Form abgewandelt werden, bei der die Widerstände R₁, R₂ und R₃ ausgeschieden sind und die Dreiwicklungstransformatoren T₁'.. .X₃' durch Zweivvicklungstransformatoren X₁" bis X₃" vom Übersetzungsverhältnis 1 ersetzt sind. Das Netzwerk 'hat die in Fig. 12 durch die Linien A, B, C und A', B', C angedeuteten Übertragungswege. Der Wellenwiderstand an den Klemmen 1 und 2 ist konstant und reell bei allen Frequenzen, aber an den Klemmenpaaren S, 6'; 7, 8' und 9, 10' wird er ähnlich dem der entsprechenden Teilfilter F₁, F₂ und F₃ sein, aber innerhalb des Übertragungsbandes konstanter. Das Netzwerk der Fig. 14 ist von dem Typus der Fig. 4. In Fig. 14 hat der ideale Transformator X₀ ein Widerstandsverhältnis von 4: i, und die Teilfilter F₁ bis F₅ sind von einem Wellenwiderstand

Eine Ausgestaltungsform der überbrückten T-Sehaltung nach Fig. 3 ist-in Fig. 15 gezeigt und enthält drei Teilfilter F₁ bis F₃ im. Überbrückungszweig und entsprechende widerstandsreziproke Filter F₁' bis F₃' im Querzweig, wobei die Kopplung durch die Transformatoren T₁ bis T₃ erfolgt. Die Teilfilter sind »o beispielsweise von dem bei Fig. 14 beschriebenen Typus. Die Primärwicklung des Übertragers T₁ bildet gleichzeitig die Eingangsquerinduktivität des Teilfilters F₁. Der Übertrager hat ein Übersetzungsverhältnis von

:1, seine Sekundärinduktivität ist also, feste Kopplung vorausgesetzt, gleich der der Primärseite. Die Transformatoren T₂ und T₃ sind ähnlich- gebildet, und folglich ist kein Transformator des Idealtyps für dieses Netzwerk erforderlich. Die Primärwicklung des AusgangstransformatorsT/ bildet gleichzeitig

die Abschlußquerinduktivität des Teilfilters F₁, Dieser Übertrager hat ein Übersetzungsverhältnis von ι : 4 und eine unterteilte Sekundärwicklung mit Mittelanzapfung. Die Übertrager T₂' und T₃' sind entsprechend gebaut. Das Netzwerk hat dieselben Übertragungswege, wie in Fig. 12 gezeigt ist, und an jedem Klemmenpaar einen bei allen Frequenzen.'konstanten und reellen Wellenwiderstand.

Wenn es nicht erforderlich ist, daß der Wellenwiderstand aller Kanäle bei allen Frequenzen konstant und reell ist, kann das Netzwerk der Fig. 15 in die Form der Fig. 16 umgewandelt werden. Bei dieser sind Öde Dreiwicklungstransformatoren T₁' bis T₃' durch die Zweiwicklungstransformatoren T₁" bis T₃" mit dem Übersetzungsverhältnis 1 : 1 ersetzt. Dieses Netzwerk bat dann einen konstanten Wellenwiderstand an den Klemmen 1 und 2, aber an den Klemmen S, 6'; 7, 8' und 9, 10' wird er dem eines Bandfilters der konstanten fc-Type gleichen, nur im Übertragungsband gleichmäßiger sein.

Eine Ausgestaltungsform des Netzwerks der Fig. 6 ist in Fig. 17 gezeigt. Der Überbrückunigszweig enthält eine energieverzehrenide Zweipolhilfsimpedanz N und ein Vierpolteilfilter, das dazu parallel liegt. Der Ouerzweig enthält in Serienschaltung die widerstandsreziproken Schaltungen. Das Teilfilter F ist ein eingliedriges Hochpaßfilter der abgeleiteten m-Type mit einem halben Ouerglied auf jeder Seite abgeschlossen. Jeder Ouerzweig enthält eine Induktivität L_b, der dazwischenliegende Serienzweig eine Parallelschaltung der Induktivität L₁₁ und der Kapazität C₀. Das Filter hat den Wellenwiderstand K'. Die Grenzfrequenz f_c und der Dämpfungspol, der bei der Frequenz /_ä auftritt, sind wie erforderlich gewählt. Das Filter P' ist ein Hochpaß inverser Bauart mit dem Wellenwiderstand K", wobei K" der Bedingung

genügen muß, wenn K der Wellenwiderstand an den Klemmen 1 und 2 ist. K' wird vor-

zugsweise gleich — gewählt oder größer oder 2

kleiner als dieses. Wenn K' bestimmt ist, wird K" in der angegebenen Weise gefunden.

Das Hilfsnetzwerk N in dem Überbrük-

kungszweig besteht aus der Induktivität L_n, der Kapazität Cn und dem Ohmschen Widerstand R_n, die sämtlich in Serie und parallel zu dem Filter F geschaltet sind. Die Resonanzfrequenz von Lf/ und C_n liegt dicht bei der Grenzfrequenz f_c des Filters F. Das widerstandsreziproke Hilfsnetzwerk N' enthält die entsprechenden Impedanzen L_n', C_n' und R_n untereinander parallel und in Serie mit dem Filter F' geschaltet. Die Werte N' ergeben sich aus den Werten N durch die Beziehung

L_n'

-7;—

L_n

K 4

In Fig. 17 ist der Brückenzweig mit dem Querzweig mittels des Transformators T₄ mit unterteilter Primärwicklung und einem Übersetzungsverhältnis von 4 : ι zwischen Primär- und Sekundärseite gekoppelt. Die Sekundärwicklung ist die Induktivität L₆, die gleichzeitig die Eingangsinduktivität des Teilfilters F bildet, so daß der Übertrager T₄ eine endliche Induktivität haben kann.

Wenn das Teilfilter F' einen Wellenwider-

stand-—· hat, dann wird die Ohmsche Kompo-

2

nente r₃ imübertragungsbereich, wie diepunktierte Kurve 7 der Fig. 18 zeigt, bei Null beginnend, bei der Grenzfrequenz f_c sich zum

Werte — bei der Frequenz 00 erheben. Wenn

2

die Hilf snetz werke iV und A^' weggelassen sind, wird das Gesamtnetzwerk einen Tiefpaß zwischen den Klemmen 1, 2 und 3, 4 bilden, wie durch Kurve 8 in Fig. 19 angedeutet, die von der Impedanzanpassung im Brücken- und im Ouerzweig abhängt und sich bis zum Wert 00 bei der Frequenz 00 erhebt. Zwischen den Klemmen 1, 2 und 5, 6 ist das Netzwerk ein Hochpaß, wie in Kurve 9 der Fig. 19 angedeutet, mit einem Dämpfungspol bei der Fre^ quenz /₅ und einem weiteren bei der Frequenz Null. Die beiden Kurven überschneiden sich bei der Frequenz f_x, wo die Dämpfung A₁ näherungsweise drei Dezibel ist. Der Überschneidungspunkt f_x liegt etwa bei der Grenzfrequenz /,,.

Durch die Hinzufügung der Hilfsnetzwerke kann die Dämpfung am Überschneidungspunkt auf jeden beliebigen Wert gesteigert werden und im Tiefpaßkanal beliebige Dämpfungspole eingeführt werden. Wenn beispielsweise L_n und C_n' des Netzwerks 2V' so gewählt sind, daß die Parallelschaltung bei einer Frequenz /₀ entzerrend wirkt, die wenig höher als die Grenzfrequenz f_c liegt, wird die Ohmsche Komponente r₄ des Netzwerks JV' eine Form zeigen, die durch die Kurve 10 der Fig. 18 angedeutet ist und sich zum Werte R_n in der Nähe der Frequenz f_e erhebt. Die Summe von r_s und r_t, die stark ausgezogene Kurve 11,

schneidet die ·—Linie bei den Frequenzen f₇

und /₈. Der Tiefpaßkanal hat an den entsprechenden Stellen Pole der Dämpfung, vgl. Kurve 12 (Fig. 19). Die Dämpfungskurve des Hochpaßkanals 13 wird nur wenig beeinflußt. Der Schnittpunkt der Kurven liegt nun bei

Claims (6)

1. der Frequenz f_x'. Die Dämpfung ist von A₁ auf A₂ gewachsen. Auf diese Weise wird die Dämpfung im Tiefpaßkanal' verschärft oberhalb der Grenze und die Dämpfung des Überschneidungspunktes auf einen geforderten Betrag gebracht.

   Fig. 20 zeigt ein Netzwerk in überbrückter T-Schaltung, bei dem der Brückenzweig ein volles Glied der m-Type, ein Hochpaßfilter F_a

   ίο mit einem halben Längsglied abgeschlossen, darstellt, während der Querzweig aus dem widerstandsreziproken Filter F_a' besteht. Die w-Typen können dabei längs und quer abgeleitet sein. Die Filter F_a und F_a' sind beide

   15. Hochpässe mit einer wählbaren Grenzfrequenz. Das Filter F_a ist mit dem Filter F_a' mittels des Übertragers T_a gekoppelt, der eine Idealtype vom Übersetzungsverhältnis 4 : 1 mit in zwei Hälften unterteilter Primärwicklung ist.

   Die Ausgänge von F_a und F_a' sind zwecks Bildung eines Hochpasses zwischen den Klemmen i, 2 und 5,6 in Serie geschaltet. Ein Tiefpaß besteht zwischen den Klemmen r, 2 und 3, 4. Das Netzwerk hat einen konstanten und reellen Wellenwiderstand an den Klemmen ι und 2, nicht dagegen an den Klemmen 3, 4 und 5, 6. Der erste Impedanzzweig des Teilfilters F_a enthält eine Induktivität L₆ und eine Kapazität C₆. Diese kann in zwei gleiche Teile unterteilt werden, wie in Fig. 21 gezeigt. Das Filter ist dann teils symmetrisch, teils unsymmetrisch, mit anderen Worten, es enthält ein symmetrisches Halbglied und ein un-'. symmetrisches Halbglied.

   Bemerkenswert ist, daß die Sekundärwicklung des Transformators T₀ über die drei Induktivitäten -L₆, L₇ und ^L₆ geschaltet ist.

   Der Übertrager T_a kann jedoch auch ausgeschieden werden, wie dies in Fig. 22 gezeigt ist. Die Induktivität L₇ wird zu diesem Zweck in zwei gleiche Teile unterteilt, je mit der Induktivität " — L₇ und-der Gegeninduktivität

   M₃ = ■— L₇. In gleicher Weise werden die Induktivitäten -L₆ und -L₆ durch die Gegeninduktivität Af₄ — —L₆ gekoppelt. Das Netzwerk nach Fig. 22 hat dieselben Übertragungseigenschaften wie die Netzwerke nach Fig. 20 und 21, nur daß die verwendeten Übertrager nur Wicklungen endlicher Induktivität benötigen.

   PatektanSprüche:

   i. Netzwerk, insbesondere für Trägerfrequenzsysteme, in Form eines Kreuzgliedes oder einer diesem äquivalenten Schaltung, insbesondere überbrückten T-Schaltung, mit zwei die Übertragungseigenschaften bestimmenden Impedanzzweigen, konstantem und reellem Einganigswellenwiderstand bei allen Frequenzen, gekennzeichnet durch die Einschaltung mehrerer in Weichenform zusammengeschalteter Einzelfilter in die die Übertragungseigenschaften bestimmenden Zweige, wobei die in verschiedenen Zweigen liegenden Filter zueinander invers sind.
2. 2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter zum Teil durch Nachbildungen ersetzt sind, welche energieverzehrende Elemente enthalten oder nur reine Blindwiderstände umfassen.
3. 3. Netzwerk nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eines oder mehrere der Teilnetzwerke eines Impedanzzweiges aus «-Typen bestehen.
4. 4. Netzwerk nach Anspruch 1 und folgenden, insbesondere in Form einer überbrückten T-Schaltung, gekennzeichnet durch induktive Ankopplung des Überbrückungszweiiges mittels eines Dreiwicklungstnansforrnators. ·
5. 5. Netzwerk nach Anspruch 1 bis 3, insbesondere in Form einer überbrückten T-Schaltung, gekennzeichnet durch Ver-Wendung mehrerer, insbesondere nicht idealer Transformatoren zur Ankopplung des Überbrückungsgi iedes an deren Primärwicklungen, wobei die Primärwicklungen in Serie zwischen eine Eingangsklemme und den Mittelpunkt des entsprechenden Impedanzweges geschaltet sind, während die Sekundärwicklungen in Serie zwischen diesen Mittelpunkt und der zugehörigen Ausgangsklemme liegen.
6. 6. Netzwerk nach Anspruch 1 und folgenden, insbesondere in Form einer überbrückten T-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Teilnetz-werke des Brückenzweiges mit den Ausgangen der entsprechenden Teilnetzwerke des Querzweiges zur Erzielung je eines besonderen Übertragungskanals kombiniert sind.

   7. Netzwerk nach Anspruch 6, insbeson- no dere in Form einer überbrückten T-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Ausganges jedes der Teilnetzwerke des Brückenzweiges mit dem des entsprechenden im Querzweig mittels »15 eines Transformators mit drei Wicklungen erfolgt.

   8. Netzwerk nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der die Übertragungseigenschaften bestimmenden Impedanzzweige zu deren Korrektur außer einem oder mehreren

   Teilnetzwerken mit Blindwiderständen noch energieverzehrende Netzwerke eingeschaltet sind.

   9. Netzwerk nach Anspruch 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die energieverzehremden Elemente oder Netzwerke so dimensioniert sind, daß die Dämpfung an den Überschneidungspunkten benachbarter Kanäle vergrößert und dadurch ein Dämpfungspol erzeugt wird oder der Dämpfungsanstieg in der Nähe der Grenzfrequenz versteuert wird.

   10. Netzwerk nach Anspruch 2, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die energieverzehrenden Elemente oder Netzwerke Zweipole sind.

   11. Netzwerk nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl im Längs- wie im Querzweig mehrere Teilfilter mit denselben Frequenzbereichen vorgesehen sind.

   12. Netzwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungen der der Kopplung der Ausgänge der Teilnetzwerke des Brücken- und des Quer- as zweiges dienenden Transformatoren als induktives Querelement der entsprechenden Teilnetzwerke verwendet sind.

   13. Netzwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Ausgänge der Teilnetzwerke mittels nicht idealer Zweiwicklungstransformatoren erfolgt.

   14. Netzwerk nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnetzwerke einen teilweise oder völlig symmetrischen Aufbau haben, vorzugsweise Halbglieder des Kettenleitertyps mit symmetrischem Eingang sind.

   15. Netzwerk mach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Impedanzzweige beiderseits des Mittelpunktes zwei gleiche Induktivitäten mit dem gegenseitigen Kopplungsfaktor eins liegen, denen jeweils Glieder mit weiteren Induktivitäten folgen, die ebenfalls mit dem gegenseitigen Kopplungsfaktor eins gekoppelt sind.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen