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Elektrische Weiche mit konstantem, Eingangswiderstand, die als eine
Reihen- hzw. Parallelschaltung von Teilfiltern mit einer negativen Reaktanz aufgefaßt
werden kann Es sind elektrische Weichen mit konstantem Eingangswiderstaizd bekannt,
die aus einer Reihen- oder Parallelschaltung von Teilvierpolen bestehen, wobei diese
Teilvierpole je-
doch keine -Filter im eigentlichen Sinne sind, sondern Gebilde,
die den sonst an Filter gestellten Anforderungen für sich allein noch nicht entsprechen.
In den bisher bekannten Ausführungsformen solcher elektrischer Weichen mit konstantem
Eingangswiderstand `waren diese Teilvierpole stets eingliedrig oder, anders ausgedrückt,
eine reine Partialbruchschaltung. Diese Anordnungen bringen bei der Realisierung
die Schwierigkeit mit sich, daß insbesondere bei Weichen höherer Klassen die einzelnen
Teilvierpole so bemessen sein müssen, daß sie eine größere Anzahl von Dämpfungspolen
erzeugen. Eine solche Schaltung ist schwierig herzustellen, und vor allen Dingen
läßt sich bei ihr ein falscher Verlauf der Dämpfungskurve schwer berichtigen. Außerdem
machen sich die Verluste der Einzelelemente unter Umständen sehr unangenehm bemerkbar,
indem sie eine hohe Dämpfung im Sperrbereich verhindern Aus diesem Grunde ist man
bei den einfachen Filtern schon seit längerer Zeit dazu übergegangen, diese nicht
als einzelne Glieder her zustellen, sondern als mehrgliedrige Ketten. Es waren aber
keine Ketten bekannt, die sich in der beschriebenen Weise zu einer Weiche mit konstantem
Eingangswiderstand zusammenschalten ließen.
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. Eine bekannte Realisierungsmethode für elektrische Weichen in reiner
Partialbrucb schaltung beruht auf der Erkenntnis, daß sich eine solche Weiche mit
konstantem Eingangswiderstand als eine Reihen- bzw. Parallelschaltung zweier Teilfilter
mit einer negativen Reaktanz auffassen läßt. Die Teilfilter werden
dabei
so ausgebildet, daß beim Zusammen schalten der Teilfilter die Realisierung der erforderlichen
negativen Reaktanz durch Weglassen bestimmter Glieder möglich ist.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf solche elektrische Weichen mit
konstantem Eingangswiderstand, die aus einer Reihen- bzw. Parallelschaltung zweier
Teilfilter mit einer negativen Reaktanz aufgefaßt werden können, die beim Zusammenschalten
der Teilfilter durch Weglassen der im Eingang der Weiche erscheinenden, die Widerstands-
bzw. Leitwertspole verursachenden Reaktanzen realisiert wird. Erfindungsgemäß werden
bei einer derartigen Weiche die Weichenv ielpole aus Kettenleitern mit zwei oder
mehr Gliedern abgeleitet, und zwar durch Partialbruchzerlegung der einzelnen Glieder
derart, daß die die Widerstands- bzw. Leitwertspole erzeugenden und wegzulassenden
Reaktanzen vor dem ersten Ouer- bzw. Längsglied erscheinen.
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Im folgenden wird an Handeines Beispieles die Realisierung einer Weiche
gemäß der Erfindung beschrieben. In der Abb. i sind die beiden erzeugenden Funktionen
,u und v einer Weiche der Klasse ¢ symbolisch dargestellt. Die einzelnen Symbole
bedeuten: x einen Pol, o eine Nullstelle, N' einen Verzweigungspunkt mit dem Wert
oo, 11 eine doppelte i-Stelle, D die bezogene Frequenz. Außerdem bedeuten a, ß die
Polfrequenzen des Wellenwiderstandes
und a, b die .Polfrequenzen des Wellenwiderstandes
Die Matrix für Weichen gerader Klasse ist
Diese Matrix, als Leerlaufwiderstandsmatrix aufgefaßt, stellt die primärseitige
Reihenschaltung der beiden Teilfilter F1 und F= dar mit den zugehörigen Matrizen
und der negativen Reaktanz
Das erste Teilfilter F1 hat /t als Dämpfungsfunktion,
als Wellenwiderstand, das zweite Teilfilter F. v' als Dämpfungsfunktion und
als Wellenwiderstand.
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Bei den bisher bekannten Weichen dieser Art wurden nun diese Teilfilter
durch reine Partialbruchschaltungen realisiert. Es erweist sich dann die negative
Reaktanz tatsächlich als abzugsfähig.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung %vird nun das Prinzip der Kettenschaltung
verwendet, bei dem die Dämpfungsfunktion eines Filters in mehrere Teildämpfungsfunktionen
geteilt wird, von denen jede nur einen Teil der insgesamt vorhandenen Dämpfungs
pole liefert, dann die Kettenglieder mit.diesen Dämpfungsfunktionen und dem gegebenen
Wellenwiderstand realisiert und schließlich in Kette geschaltet werden.
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Beispielsweise teilt man bei der Realisierung des Teilfilters F1 die
Dämpfungsfunktion ti. in die beiden Teildätnpfungsfunktionenß, und ,u2, von denen
jede eine der beiden i-Stellen von ,u aufweist. Diese Teildämpfungsfunktionen sind
in Abb. z symbolisch dargestellt. Es werden nun Filter dieser Teildämpfungsfunktionen
mit dem Wellenwiderstand
realisiert. Eine für die Zwecke der Erfindung brauchbare Schaltung eines solchen
Kettengliedes mit der Dämpfungsfunktion ; cl ist in Abb. 3 dargestellt.
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Die im linken Eingangslängszweig vorhandenen Schwingungskreise a und
r) - sie seien im folgenden Streureaktanzen oder Streukreise genannt, da sie nicht
im gegenseitigen Leerlaufwiderstand des Vierpols enthalten sind - rufen die Wellenwiderstandspole
hervor. Zur Bestimmung ihrer Größe setzt man zweckmäßig die Residuenmatrix, d. h.
die Matrix des Teilfilters an den Wellen.widerstandspolen, an denen
wird, an utlrl erhält
Bei der in Abb. 3 gegebenen Realisierung, in welcher die Streureaktanzen nur im
Eingan.gslängszweig erscheinen, gelten nun folgende Beziehungen: Das Übersetzungsverhältnis
des im Querzweig liegenden Übertragers, der entweder ein idealer Übertrager sein
kann oder, da
parallel zu ihm eine Induktivität liegt, in bekannter
Weise durch einen Übertrager mit Leerlaufstrom und fester Kopplung ersetzt werden
kann, ist
wobei -9 als Verhältnis der sekundären zu den primären Windungszahlen definiert
ist.
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Die Streureaktanz ergibt sich, wenn der überall vorkommende Faktor
der Einfachheit halber weggelassen wird, als
Entsprechende Beziehungen gelten für das Kettenglied mit der Dämpfungsfunktion j12.
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-Tun wird, wie in Abb. q. dargestellt, das Glied G1 mit ,u1 als Dämpfungsfunktion
an die letzte Stelle der Kette gesetzt und dann die im mittleren Längszweig auftretende
Streureaktanz ,ui.. in die Reaktanz mit gleicher Resonanzfrequenz des Querzweiges
des vorgeschalteten Gliedes G= miteinbezogen. Es ergibt sich dann die in Ahb. 5
dargestellte Schaltung. Dabei folgt für die Reaktanz im Querzweig des Gliedes G2
und für das Übersetzungsverhältnis des Übertragers in demselben Querzweig
und damit wiederum
Dieser Ausdruck ist aber nichts weiter als denn es gilt ja
521x CDtg fc =521x CDtg ,cii + 9Cr CDig,u2 . Daraus ergibt sich dann aber auch.,
daß die ausschließlich im Eingangslängszweig der Kette befindlichen Streuschwingungskreise
die gleiche Größe (gleiches Residutun) wie die entsprechenden Kreise der negativen
Reaktanz haben, da ja letztere durch
gegeben und also tatsächlich abziehbar ist.
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In analoger Weise verfährt man mit dem 2. Teilfilter F.. Die dort
erscheinenden Streukreise ergeben zusammen mit denen des r. Teilfilters F, die gesamte
negative Recktanz, und somit kommt man zur realisierenden Schaltung der Abb. 6.
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Das hier erläuterte Aufbauprinzip für eine Weiche der Klasse 4., deren
Teilvierpole aus j e zwei Kettengliedern bestehen, läßt aber nun auch das allgemeine
Aufbauprinzip bei tt Kettengliedern erkennen Die Dämpfungsfunktion ,u werde in
n Dämpfun,gsfunktionenAei. ..,uz geteilt. Aus dem Bisherigen ,ergibt sich,
daß die beiden letzten Glieder (mit den Dämpfungsfunktionen ,ui und @c2) zusammen
in ihrem Eingan.gslängszweig die Streureaktanz
aufweisen. Infolgedessen erhält man beim Vorschalten des 3. Kettengliedes in seinem
Eingangsläng@zweig - Streureaktanzen, die unter Weglassung des Faktors
gegeben sind durch
So fährt man fort und erhält schließlich bei ia Gliedern für die im Eingangslängszweig
auftretende Streureaktanz
Es ist aber nun ohne weiteres ersichtlich, daß
ist, womit also wiederum die Größe der negativen Recktanz erreicht wird, diese also
.abzugsfähig ist.
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Hiermit ist bewiesen, daß die Größe der negativen Recktanz immer gerade
erreicht wird, wenn man alle Streureaktanzen in den Eingangslängszweig der Kette
verlegt. Wird dies nicht gemacht, so läßt sich leicht zeigen, daß an der Resonanzstelle
des Streukreises (also an einem Pol des Njrellenwiderstandes) der Eingangswiderstand
des Teilfilters und damit natürlich auch der Eingangswiderstand der Weiche einen
Pol hat, mithin also die Schaltung unbrauchbar ist.
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In ganz analoger Weise läßt sich nun das Kettenaufbäuprinzip für Weichen
ungerader
und damit auch gebrochener Klassen ableiten. such hier
kommt es darauf an, alle Streureaktanzen, welche die Pole der Eingangswellenwiderstän:de
hervorrufen, ausschließlich in den Eingangslängszweig der Kette zu bringen, die
dann wiederum die abzuziehende negative Reaktanz darstellen. Während aber bei den
Weichen gerader Klassen, d. h. also bei symmetrischen Teilfiltern, die Reihenfolge
der Kettenglieder beliebig ist, ergibt sich hier, nachdem es sich um antimetrische
Teilfilter handelt, daß das Glied, welches den bei der Randfrequenz auftretenden
Dämpfungspol (sog. Umkehrglied) bewirkt, an die letzte Stelle der Kette gesetzt
werden muß, also unmittelbar an die Ausgänge der Weiche. Als Beispiel sei in Abb.
; die Kettenscllaltung einer Weiche der Klasse 3 angegeben.