DE69028563T2 - Kompensationsvorrichtung für eine Übertragungsleitung eines Fernsehverteilungsnetzes - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kompensationsvorrichtung für eine Übertragungsleitung eines Fernsehverteilungsnetzes.
• Im Rahmen der Verteilungsnetze für Bild- und Tonsignale über Kabel oder allgemeiner gesagt einer Informationsübertragung mit großer Bandbreite ist es notwendig, die durch das Kabel eingeführten Verzerrungen zu korrigieren. Die Bild- und Tonsignale müssen über Entfernungen verteilt werden, die allgemein von einigen zehn Metern bis einige hundert Meter variieren, mit billigen Kabeln wie den für die Fernsprech- und Telematikübertragungen benutzten. Diese Kabel können mehrere Leiterpaare umfassen, die durch Metalischirme voneinander getrennt sind, und einen durchgehenden Leiter, der eine Verbindung gleichen Potentials zwischen den zu verbindenden Geräten zu realisieren erlaubt. Solche für die übertragung von Signalen bis zu 10 MHz benutzten Kabel erfordern den Einsatz von Kompensationsverfahren, die durch die niedrigen Kosten des zweiadrigen Kabels im Vergleich mit einem Koaxialkabel, das im selben Bereich benutzt werden kann, gerechtfertigt sind.
• Typischerweise verursacht die Verteilung von Bildsignalen über Entfernungen von 20 bis 600 Meter in einem Frequenzspektrum von 25 Hz bis 9 MHz Pegelunterschiede zwischen den tiefsten Frequenzen und den höchsten Frequenzen nach einem Gesetz des Amplituden- Frequenzganges entsprechend dem gewählten Kabel, die 30 dB erreichen und sogar überschreiten können. Insbesondere handelt es sich um eine Dämpfung als Funktion der Frequenz, die mit Widerstands- und Kapazitätszweipolen korrigiert werden kann, wenn eine Korrekturschaltung realisiert wird, deren Frequenzgang so genau wie möglich der Kehrwert des Frequenzganges des Kabels für eine gewisse Länge dieses Kabels ist. Die Korrekturvorrichtung ist zum Kombinieren mehrerer elementarer Korrekturen entsprechend mehreren Kabellängen vorgesehen, die so ausgewählt sind, daß sie durch Zuordnung ausreichende Korrekturen realisieren, wie beispielsweise die Kabellänge, die in einer die oben erwähnten Entfernungen abdeckenden Verbindung angetroffen wird.
• Im Bereich der Bildverbindung zwischen einer Fernsehkamera und einer Befehls- und Steuervorrichtung ist es bekannt, Bildverstärker mit RC-Netzwerken zu benutzen, die mit der Last oder dem Rückkopplungswiderstand verbunden sind. Diese Verstärker bilden die Glieder in einer Korrekturkette und können durch Einfügung bzw. Herausnahme so geschaltet werden, daß Korrekturen durch Kaskadenverbindung von Korrekturzellen realisiert werden, die beispielsweise für Entfernungen in einer geometrischen Abstufung gleich 2 hergestellt sind. Eine solche Realisierung mit drei Modulen für 50, 100 und 200 Meter erlaubt die Korrektur von Verbindungen von bis 350 Meter mit einer Restverzerrung entsprechend einer Verbindung von 25 Metern.
• Der Nachteil der bekannten Korrekturvorrichtung liegt in der Inbetriebnahme von mehreren Korrekturverstärkern, was den Preis erhöht und die Durchführbarkeit verringert.
• Aus dem Dokument DE-A-2 222 131 ist eine Dämpfungskompensationsschaltung als Funktion der Frequenz eines Antennenkabels bekannt, aber diese Schaltung arbeitet auf sehr hohen Frequenzen (UHF) und betrifft ein Koaxialkabel.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Korrekturvorrichtung für Kabel des oben erwähnten Typs, eine Vorrichtung, die keinen einzigen Verstärker erfordert, die einfach ist und kostengunstig.
• Die Korrekturvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist eine Kompensationsvorrichtung einer Übertragungsleitung eines Fernsehverteilungsnetzes, die in Kaskade mit dieser Leitung angeordnet ist und auf Frequenzen zwischen 25 Hz und 10 MHz arbeitet, wobei diese Vorrichtung an mindestens einem der Enden dieser Leitung Verstärkermittel, Reaktanzmittel zum Ausgleichen der Amplituden-Frequenzkennlinie der Leitung und Schaltmittel umfaßt, die Mittel zur Inbetriebnahme für eine vorbestimmte Kabellänge unter mehreren auswählen, mit einem einzigen Ausgangsstufenverstärker des Typs mit zwischen dem Kollektor und dem Emitter aufgeteilter Last, wobei die Emitterlast schaltbare Elemente umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sie an mindestens einem Ende des zu kompensierenden Kabels den einzigen Verstärker umfaßt, dessen Last einen schaltbaren reaktiven Teil umfaßt, der mindestens aus einem nichtgalvanischen Kondensator und aus einem Widerstand besteht, die zusammen eine Admittanz zur Kompensation der Amplituden-Frequenzverzerrung definieren.
• Nach einer weiteren Eigenschaft der Erfindung umfaßt die reaktive Last einen Widerstand parallel zu mindestens einer schaltbaren Zelle, um Korrekturen entsprechend mehrerer unterschiedlicher Kabellängen zu bewirken.
• Nach einer weiteren Eigenschaft der Erfindung wird eine Rückkopplungsschaltung an den Ausgang der Verstärkerschaltung angeschaltet, der mit der reaktiven Last verbunden ist.
• Die vorliegende Erfindung läßt sich besser durch Lesen der ausführlichen Beschreibung mehrerer Ausführungsformen verstehen, die als nichtbegrenzende Beispiele genommen werden und durch die beiliegende Zeichnung illustriert sind, in der:
• Figur 1 ein Blockschaltbild einer Korrekturvorrichtung des Standes der Technik ist;
• Figur 2 ein Blockschaltbild einer Korrekturvorrichtung nach der Erfindung ist;
• Figur 3 ein Diagramm eines Beispiels des Dämpfungsganges als Funktion der Frequenz eines zweiadrigen Kabels mit einer Länge von 100 Metern ist;
• Figur 4 ein Blockschaltbild einer Variante einer Korrekturvorrichtung nach der Erfindung ist;
• Figur 5 ein Diagramm ist, das die Eigenschaften einer erfindungsgemäßen Korrekturvorrichtung darstellt, die die Korrektur für Kabellängen von 0, 100, 200 und 300 Meter realisiert;
• Figur 6 ein Schaltschema eines Beispiels einer reaktiven Zelle ist, die in der erfindungsgemäßen Korrekturvorrichtung benutzt werden kann;
• Figuren 7 bis 9 Schaltschemas von erfindungsgemäßen Korrekturvorrichtungen sind.
• Die in Figur 1 schematisch dargestellte Korrekturvorrichtung umfaßt drei mit 1, 2 bzw. 3 bezeichnete Zellen, die in Kaskade angeordnet sind. Jede dieser Zellen umfaßt einen Verstärker mit seiner (jeweils mit 1a bis 1c und 2a bis 2c bezeichneten) Blindlast. Am Ausgang der Zellen 1 bis 3 angeordnete Inverter 4, 5 bzw. 6 erlauben die Auswahl entweder des Ausgangs der entsprechenden Zelle oder seines Eingangs (Überbrückung der Zelle). Die von diesen Zellen realisierten Korrekturen können Entfernungen D, 2D bzw. 4D entsprechen. In der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, nur einen einzigen Verstärker zur Realisierung derselben Art von Korrekturen zu benutzen.
• Die erfindungsgemäße Korrekturvorrichtung ist in vereinfachter Weise in Figur 2 dargestellt, die im wesentlichen eine einzige Verstärkerschaltung 7 umfaßt, deren Last zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Ausgangstransistors T aufgeteilt ist, nämlich einer ersten rein ohmschen Last 8 und einer zweiten Korrektur-Blindlast 9. Die Last 8 ist beispielsweise die des Kollektors und die Last 9 die des Emitters. Diese Last 9 ist ein reaktiver Zweipol, der zwischen einem Anschluß 9A und Erde geschaltet ist. Die in Figur 2 dargestellte Verstärkerschaltung ist von dem Typ mit unsymmetrischem Ausgang, aber der Eingang und/oder der Ausgang können natürlich vom symmetrischen Typ sein. Zwischen dem Emitter des Ausgangstransistors T und einem Eingang der Schaltung 7 ist eine Rückkopplungsverbindung 7A vorgesehen, damit die Eingangsspannung VE der Ausgangsspannung VS so getreu wie möglich folgen kann. Diese Verbindung 7A kann einen ohmschen Widerstand umfassen.
• Y sei die Admittanz der Last 9, RL der Wert des Widerstandes 8, i der Strom durch die beiden Lasten (es wird angenommen, daß der Basisstrom in bezug auf die Emitter- und Kollektor-Ströme vernachlässigbar ist), und V&sub0; die Spannung an den Anschlüssen des Widerstandes 8. Man erhält dann:
• Wenn eine solche Korrekturvorrichtung an den Eingang eines Kabels des vorerwähnten Typs angeschlossen wird (Kabel an den Kollektor von T angeschlossen), wird eine mit dem Wert von Y verbundene Kompensation zwischen dem Eingang der Verstärkervorrichtung und dem Ausgang des Kabels realisiert. Auch ist es möglich, die Korrekturvorrichtung der Erfindung mit dem Ausgang des Kabels zu verbinden und eine Kompensation zwischen dem Eingang des Kabels und dem Ausgang des Verstärkers zu realisieren, oder auch eine solche Korrekturvorrichtung mit jedem Ende des Kabels zu verbinden.
• Im vorliegenden Beispiel umfaßt die Last 9 einen Widerstand RA parallel zu zwei reaktiven Zellen 2A und 2B, die einzeln bei den Schaltern 10 bzw. 11 in Betrieb genommen werden können. Wenn man schätzt, daß, wenn die beiden Zellen 2A, 2B gleichzeitig in Betrieb genommen werden, die derart realisierte Kompensation nicht ausreicht, kann man wie unten in der Figur 2 dargestellt eine dritte reaktive Schaltung parallel zu den zwei ersten schalten, indem man zwei zusätzliche Schalter 12, 13 benutzt, wobei diese dritte reaktive Zelle beispielsweise einen Widerstand R9 in Reihe mit einem Kondensator C9 umfaßt. Diese Schalter 10 und 12 werden durch einen einmaligen Befehl betätigt und dieser ist derselbe für die Schalter 11 und 13.
• Um keine zusätzlichen Schalter einzusetzen, wird vorteilhafterweise der Zweipol 14 der Figur 4 benutzt. Dieser zwischen einen Anschluß 14A und Erde geschaltete Zweipol 14 umfaßt drei Zellen 2a, 2b und 2c und einen Widerstand R14, der direkt zwischen den Anschluß 14A und Erde geschaltet ist. Der Anschluß 14A des Zweipols 14 ist mit einem Anschluß eines Schalters und einem Anschluß der Zelle 2b verbunden. Der andere Anschluß des Schalters 15 ist mit einem Anschluß der Zellen 2a und 2c verbunden. Der andere Anschluß der Zelle 2a ist direkt mit Erde verbunden, während der andere Anschluß der Zellen 2b und 2c über einen gemeinsamen Schalter 16 mit Erde verbunden ist.
• In dem Diagramm der Figur 3 ist die Dämpfung A in Dezibel als Funktion der übertragungsfrequenz für eine Kabellänge LA von 100 Metern dargestellt. Mit dieser experimentellen Kurve kann eine Admittanz YA definiert werden, die für die Kompensation der Amplituden-Frequenzverzerrung geeignet ist. Theoretisch ist diese Dämpfung proportional zur Entfernung (L) und der Quadratwurzel der Frequenz (f) und kann folgende Form annehmen:
• A (f,L) = 1-K L f (K ist eine Konstante)
• In Figur 6 ist ein Beispiel einer Zelle mit Widerständen und Kondensatoren dargestellt, mit der die Admittanz YA synthetisiert werden kann. Diese Zelle 17 umfaßt drei Parallelzweige. Diese Zweige umfassen jeweils: einen Widerstand R&sub0;, einen Widerstand R&sub1; in Reihe mit einem Kondensator C&sub1; und einen Widerstand R&sub2; in Reihe mit einem Kondejisator C&sub2;. Das über das Kabel übertragene und mit Hilfe einer solchen Zelle korrigierte Spektrum von Frequenzen ist in drei Zonen eingeteilt, die jeweils mit einem dieser drei Zweige behandelt werden: der Widerstand R&sub0; wird als Funktion der Gleichkomponente und der sehr niedrigen Frequenzen bestimmt; der Zweig R&sub1;-C&sub1; wird für die niedrigen Frequenzen bestimmt und der Zweig R&sub2;-C&sub2; wird für die hohen Frequenzen bestimmt.
• Wenn man die Kabellänge LB als das Doppelte der Länge LA wählt und dann auf dieselbe Weise für die Synthese eine Admittanz YB mit einer solchen Zelle wie der der Figur 6 fortfährt, findet man, daß unter denselben Frequenzbedingungen die Widerstandswerte halbiert und die Kapazitäten der Kondensatoren verdoppelt sind. Nach Realisation der Synthese der Admittanzen YA und YB können diese gleichzeitig in die Schaltung eingesetzt werden, um eine resultierende Admittanz YR=YA+YB zu erhalten, die für eine Kabellänge L=LA+LB geeignet ist.
• Es ist ersichtlich, daß mit einem einzigen Verstärker, zwei RC-Zellen und zwei Schaltern, die vier Schaltzustände entsprechend den Längen von beispielsweise 0, 100, 200 und 300 Metern bereitstellen, eine vierfache Wahl von Kabellängen zur Verfügung steht. Diese Möglichkeiten können mit einer RC- Hilfszelle parallel zu den anderen beiden, die für eine Kabellänge von 400 Metern nach einer geometrischen Abstufung von 100, 200, 400... berechnet ist, erweitert werden
• Figur 5 zeigt die Eigenschaften einer Kompensationsvorrichtung mit vier Stellungen, die zum Kompensieren von Kabellängen von 0, 100, 200 und 300 Metern, nämlich einem Veränderungsschritt von 100 Metern, benutzt werden kann. Die Achse der Abszissen entspricht der Korrektur für ein Kabel mit Länge Null. Die drei Kurven A, B, C stellen die Dämpfungen als Funktion der Frequenz für eine Korrekturzelle für 100 Meter Kabel, eine Korrekturzelle für 200 Meter Kabel bzw. diese beiden Zellen parallel geschaltet dar.
• Nach demselben Prinzip kann eine Korrekturvorrichtung vorgesehen sein, die mit dem anderen Kabelende verbunden ist, aber für einen Variationsschritt von 25 Metern vorgesehen ist, womit Kompensation für Kabellängen von 0, 25, 50 und 75 Metern geliefert wird. Natürlich kann, wie schon oben angegeben, eine Zellenschaltkompensationsvorrichtung wie die oben beschnebene an jedem Kabelende angeschaltet werden, eine für einen Variationsschritt von 100 m und die andere für einen Schritt von 25 m. Damit kann ein Kompensationsbereich von 0 bis 387,5 m mit einem Fehlerschritt von 12,5 m abgedeckt werden.
• Die in Figuren 2 und 4 dargestellte Kompensationsvorrichtung ist eine Schaltung mit unsymmetrischem Ausgang. Um Abstrahlung von einem Zweidrahtkabel zu vermeiden, ist es zu bevorzugen, eine symmetrische Erregung der zwei Leiter jedes Paars zu realisieren. In der Figur 7 ist das Schema einer Kompensationsvorrichtung 18 dargestellt, die eine solche symmetrische Erregung realisiert. Diese Vorrichtung 18 umfaßt einen Differenzverstärker mit Eingang 19, dessen Eingangstransistor das über das Kabel zu ubertragende Bildsignal an seiner Basis (Anschluß E) aufnimmt und mit seinem jeweiligen Ausgang einen Schaltungsverstärker 20, 21 mit Gegenkopplung CR1 bzw. CR2 ansteuert. Die Kollektoren der Ausgangstransistoren T&sub1;, T&sub2; der Schaltungen 20 und 21 sind mit ohmschen Widerständen RL1 und RL2 belastet und jeweils mit einem der Adern des Kabels (Anschlüsse B1 und B2) verbunden. Die Emitter von T1 und T2 sind jeweils mit einem Anschluß eines Kompensationszweipols 22 verbunden. Der Zweipol 22 kann, wie in Figur 7 dargestellt, drei parallel geschaltete Zweige umfassen. Der erste Zweig umfaßt zwei Emitterwiderstände von T1 und T2 (RE1 und RE2 in Reihe in diesem Zweig), und die anderen beiden umfassen jeweils eine reaktive Zelle Ra, Rb in Reihe mit einem Schalter C1, C2. Diese reaktiven Zellen können daher getrennt oder parallel geschaltet werden.
• In Figur 8 ist das Schema einer Verstärkervorrichtung mit Gleichtaktunterdrückung 23 für zweiadriges Kabel dargestellt. Diese Vorrichtung umfaßt einen Eingangs-Differenzverstärker 24, dessen Eingangsanschlüsse E1, E2 mit dem Ausgang des Kabels verbunden sind. Dem Verstärker 24 ist ein Verstärkertransistor 25 mit einer ohmschen Kollektorlast Rco und einer reaktiven Emitterlast (Zweipol 26 wie der Zweipol 22, doch mit einem einzigen Emitterwiderstand RE) nachgeschaltet. Der Transistorkollektor 25 ist vorteilhafterweise mit einem Impedanzanpassungstransistor 27 in Kollektorschaltung verbunden.
• In Figur 9 ist das vereinfachte Schema einer vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Korrekturvorrichtung dargestellt. Diese Vorrichtung umfaßt eine Verstärkerschaltung 28 mit Gegenkopplungsschleife 28A. Der Emitter des Ausgangstransistors T3 ist mit einem reaktiven Zweipol 29 verbunden, und sein Kollektor ist mit einem anderen reaktiven Zweipol 30 verbunden.
• Der Zweipol 29 umfaßt einen Widerstand 31 parallel zu zwei Zellen 32, 33, die einzeln durch ent sprechende Schalter 34, 35 geschaltet werden können und die beispielsweise wie die Zelle 17 der Figur 6 aufgebaut sein können.
• Der Zweipol 30 umfaßt einen Lastwiderstand 36 in Reihe mit einer Korrekturzelle 37. Diese Zelle 37 umfaßt drei parallel geschaltete Zweige, die jeweils folgendes umfassen: einen Schalter 38, einen Widerstand 39 und einen Widerstand 40 in Reihe mit einer Induktivität 41.
• Mit der Zelle 37 kann ein Korrekturschritt ent sprechend beispielsweise der kleinsten zu korrigierenden Kabellängengröße dem vom Zweipol herrührenden Korrekturschritt hinzugefügt werden. Wenn die Schalter 34, 35 und 38 offen sind, korrigiert die Zelle 37 dann eine Kabellänge L. Einschalten der Zelle 32 korrigiert eine Kabellänge 2L und das der Zelle 33 korrigiert eine Kabellänge 4L.
• Natürlich kann eine Zelle wie die Zelle 37 in Reihe mit dem Widerstand 8 oder in Reihe mit dem Widerstand RL1 und dem Widerstand RL2 eingefügt werden. Auch ist es selbstverständlich, daß der Zweipol 29 durch den Zweipol 9 der Figur 2 oder durch den Zweipol der Figur 4 ersetzt werden kann.

Claims (9)

1. Kompensationsvorrichtung für eine Übertragungsleitung eines Fernsehverteilungsnetzes, die in Kaskade mit dieser Leitung angeordnet ist und auf Frequenzen zwischen 25 Hz und 10 MHz betrieben wird, wobei diese Vorrichtung an mindestens einem Ende dieser Leitung Verstärkermittel, Reaktanzmittel zum Ausgleichen der Amplituden-Frequenzkennlinie der Leitung und Schaltermittel umfaßt, die für eine vorbestimmte Kabellänge unter mehreren in Betrieb zu nehmende Mittel auswählen, die einen einzigen Verstärker (7, 18, 28) der Ausgangsstufe (T, T1, T3) des Typs mit zwischen dem Kollektor und dem Emitter aufgeteilter Last umfassen, wobei die Emitterlast schaltbare Elemente umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sie an mindestens einem Ende des zu kompensierenden Kabels den einzigen Verstärker (7, 18; 28) umfaßt, dessen Last einen schaltbaren reaktiven Teil (9, 14, 22, 17, 26, 37, 29) umfaßt, der aus mindestens einem nichtgalvanischen Kondensator und aus einem Widerstand besteht, die zusammen eine Admittanz (YA) zur Kompensation der Amplituden-Frequenzverzerrung definieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einzige Verstärker eine nichtreaktive Gegenkopplung (7A, CR1, CR2, 28A) umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindlast einen Widerstand (RA, R14, RE1, RE2, RE, 31) parallel zu mindestens einer schaltbaren Zelle (2A, 2B, R9, C9 oder 2a, 2b, 2c oder Ra, Rb oder Rco, Rd oder 32, 33) umfaßt, um Korrekturen entsprechend mehreren unterschiedlichen Kabellängen zu bewirken.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bei schrittweiser Einführung der Reaktanzmittel erhaltenen Korrekturen Leitungslängen von Null oder in geometrischer Abstufung entsprechen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle (17) drei parallel geschaltete Zweige umfaßt, wobei jeder dieser Zweige in einem eigenen Frequenzbereich wirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Zweige einen Widerstand (R&sub0;) und jeder der beiden anderen einen Widerstand (R&sub1;, R&sub2;) in Reihe mit einem Kondensator (C&sub1;, C&sub2;) umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein zweiadriges Kabel, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsvorrichtung (18) am Eingang des Kabels angeordnet ist und einen Eingangs-Differenzverstärker (19) umfaßt, dessen einer Ausgang die Ausgangsstufe (T1) ansteuert und dessen anderer Ausgang eine andere Ausgangsstufe (T2) ansteuert, wobei eine schaltbare Blindlast (22) zwischen den Emittern der Ausgangstransistoren dieser Stufen geschaltet ist, wobei jede der Adern des zweiadrigen Kabels mit dem Kollektor des Transistors der entsprechenden Ausgangsstufe verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorlast (30) reaktive Elemente (41) umfaßt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein zweiadriges Kabel, dadurch gekenzeichnet, daß die Kompensationsschaltung (24) am Ausgang des Kabels angeordnet ist und einen Eingangs-Differenzverstärker umfaßt, dessen jeweiliger Eingang (E1, E2) mit einer Ader des Kabels verbunden ist und dessen Ausgang mit der Ausgangsstufe (25) verbunden ist.