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Schaltungsanordnung zur Phasen und Dämpfungsentzerrung von elektrischen
Übertragungssystemen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Phasen-
und Dämpfungsentzerrung von elektrischen Übertragungssystemen, insbesondere von
Fernsehübertragungssystemen. Gemäß der Erfindung liegt bei einer derartigen Anordnung
im -Übertragungssystem ein Netzwerk, das ein oder mehrere als Zweipole geschaltete
Laufzeitglieder enthält, die für alle zu übertragenden Frequenzen im wesentlichen
gleiche Laufzeit und Dämpfung besitzen und deren Laufzeiten und Abschlußwiderstände
so bemessen sind, daß die Verzerrungen im übertragungssystemirrwesentlichen aufgehoben
sind.
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Es sind bereits Übertragungsnetzwerke bekannt, bei denen Vierpole
mit Laufzeiteigenschaften verwendet sind; jedoch werden bei diesen Anordnungen die
Vierpole von dem Signal nur in einer Richtung durchlaufen, während bei der Erfindung
die Laufzeitglieder als Zweipol geschaltet, also nur mit den Eingangsklemmen an
das Netzwerk angeschlossen sind, so daß das Signal an den Ausgangsklemmen refiektieit
und nach einer bestimmten Zeit, der doppelten Laufzeit, am Eingang nochmals mit
einer Amplitude und einem Vorzeichen erscheint, die vom Abschlußwiderstand abhängig
sind.
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Die Verwendung von derartigen als Zweipole geschalteten Vierpolen
ist auf dem Gebiete der Echosperren bereits bekannt. Dort dienen zwei in eine Brücke
geschaltete Vierpole dazu, ein bestimmtes Frequenzband zu sperren oder durchzulassen,
je nachdem, ob der eine der Vierpole kurzgeschlossen oder offen ist, während der
andere.stets kurzgeschlossen bleibt. Diese Anordnung dient jedoch nicht zur Phasen-
und Dämpfungsentzerrung eines übertragungssystems.
L m das Prinzip
der Erfindung zu verdeutlichen, werden zunächst an Hand der Abb. i die Verhältnisse
bei einem Laufzeitglied in Gestalt einer künstlichen Leitung dargestellt, welche
an ihrem Eingang durch einen Olimsehen Widerstand TU von der Größe, des \Vellemwiderstandes
der Leitung und am Ende durch eine zunächst beliebige Impedanz 7 geschlossen sei.
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Für diesen Fall stellt sich die Eingangsimpedanz als eine zeitabhängige
Impedanz 7_ (t )
dar von der Form:
wo L- die Spannung und I der Strom an den Eingangsklemmen,
der Reflexionsfaktor, TI' der ohinisch angenommene Wellenwiderstand und 7 der Abschlußwiderstand
ist. p = joj stellt die komplexe Frequenz dar, während -r die Laufzeit der
Spule ist. Aus dieser Operatorfunktion ist zu ersehen, daß bei Speisung eines solchen
Zweipols mit einem Einheitsstoß des Stromes eine Spannungskurve an den Eingangsklemmen
entsteht, welche den in Abb. i a gekennzeichneten Verlauf hat. Angenommen ist, daß
der Einheitsstoß im Zeitpunkt t" eingeschaltet wird und die Spule eine Laufzeit
z besitzt. Während einer Zeitdauer von 2 z verhält sich der Eingangswiderstand wie
die Parallelschaltung des Widerstandes IL' mit dem Wellenwiderstand, der auch den
Wert Ti- besitzt. Der Strom I erzeugt also eine Spannung
Zur Geit t -!- 2 r kommt der an der Impedanz Z re-Ilektierte Stromstoß
zu den Eingangsklemmen zurück, was man auch als eine sprunghafte Änderung des Widerstandes
auffassen kann, da nun noch die durch den Vierpol mit dein Wellenwiderstand il'
auf die Eingangskleininen transformierte- AbscliltißiinpedanzZhinzukoinmt. Der Strom
T erzeugt nunmehr eine Spannung
Es ist auch die inverse Schaltung brauchbar, d. 1i. es -kann anstatt der Parallelschaltung
von Spule und Widerstand Ti'' eine Reihenschaltung gemäß Abb. 3 verwendet werden;
deren Eingangsleitwert Y (1) sich errechnet zu
Eine Reihenschaltung von Anordnungen gemäß Al)-1). i ist einer Parallelschaltung
von Anordnungen gemäß Abb.3 gleichwertig, wenn Spannungen durch Ströme und Ströme
durch Spannungen ersetzt werden. Hierauf weiter einzugehen, erübrigt sich, weil
die Theorie der inversen Schaltungen in der Nachrichtentechnik allgemein bekannt
ist. Es se lediglich bemerkt, daß die Inversion einer Lei tung mit dem Wellenwiderstand
f'1 wiedej eine Leitung mit dem Wellen-,viderstand 1i . ergibt, ,wobei TLT'1 # lT',
= R= ist, und R das In versionspotential darstellt.
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Bei der Erfindung werden nun derartig( Parallel- oder Reihenschaltungen
von Spulei zur Entzerrung, z. B. zur Kompensation voi Störungen im Fernsehbilde,
benutzt. Es se zu ihrer Erklärung daher angenommen. dal ein vom Sender ausgesandter
Einheitsstop 1111 Empfänger etwa mit der verzerrten Form der Kurve u der Abb. 2
eintrifft. Eine solche des Empfangssignals kann beispielsweise sehr leicht entstehen
infolge von Reflexionen all Gegenständen, welche sich in der Niihe (1e Empfangsortes
befinden. Um die Entzerrungsmöglichkeit zu erläutern, wird zunächst die Empfangskurve
in der dargestellten Weise durch eine Treppenkurve- angenähert, wobei mit (z", c,1,
a= usw. die Höhen der einzelnen Stilfeil, welche zu den Zeiten 2 zh 2 z_ usw. auftreten,
bezeichnet sind. Die Schaltung. welche die Entzerrung des Fernsehsignals bewerkstelligen
soll, bezieht sich nun nicht mehr auf die ursprüngliche Empfangskurve, sondern auf
diese idealisierte Treppenkurve, deren Stufen durch die -Mittel der Erfindung beseitigt
werden sollen. Ist dieses geschehen, so bleibt eine Restkurve übrig, deren L'ngleichiniißigkeit
lediglich von der Genauigkeit abli:ingt, mit der die tatsächliche Empfangskurve
durch <li@ Treppenfunktion angenähert wurde. Zur Entzerrung von einem Empfangszeichen,
wie beispielsweise in Abb. 2 dargestellt, wird nun ein gemäß der Erfindung bemessenes
Netzwerk von einigen künstlichen Leitungen bu rei tgestellt. Man lzann finit einer
Reiliensclialtung von Anordnungen nach Abb. i oder finit einer Parallelschaltung
von Anordnungen nach Abb. 2 arbeiten.
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In der Abb. d. ist zunächst eine cinfaclie Schaltung angegeben, «-elche
die Eigenschaft besitzt, bei richtiger Einstellung ein Signal nach Abb. -2 (Treppenlzurve)
in einen Einheitstoß zurückzutransformieren. Dir _-n>>rdniir:,` besteht aus einer
Reihenschaltung von zwei künstlichen Leitungen der in Abh. i dargestellten Art,
welche Laufzeiten r, und r.; atifweiseii und welche an ihren Endete offen sind.
1:i Reihe mit diesen Anordnungen lieht dur Widerstand O, der, wie unten gezeigt
werden wird, mit Vorteil einen negativen Wert aufweist. Parallel zum Ganzen liegt
ein Widerstand R, an dessen ILleminen A und R das in Abb.2 dargestellte verzerrte
Signal, (las (Sie Foren einer Treppenkurve von Stroni:tiil3en besitzt, zugeführt
wird. Die Abnahme des entzerrten Signals, also im Beispiel du: g(:-wünschten Einheitsstoßes,
geschieht an deii
Klemmen P und 0, welche parallel zum Widerstand
O liegen.
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Es läßt sich rechnerisch zeigen, daß eine Schaltung nach Abb. ¢ bei
richtiger- Dimensionierung idieEigenschaft besitzt, die Treppenkurve nach Abib.
2 wieder in einen lediglich noch mit einem konstanten Faktor behafteten Einheitsstoß
zu überführen. Dies ist auch ohne weiteres einzusehen, wenn man die Treppenkurve
nach Abb.2 als die Aufeinanderfolge dreier primärer Einheitsstöße mit den Amplituden
a., a1, g2 zu den Zeiten o, :2 z1 und 2z2 auffaßt. Gibt man der ersten Spule in
Abb. .I die Laufzeit-c,-und einen geeigneten Wellenwiderstand W1, so kommt der reflektierte
Stoß gerade zur gleichen Zeit wie der primäre Stoß dl .mit der Amplitude al an,
kompensiert diesen also. Das gleiche geschieht für den zweiten primären Stoß a2
durch die Spule IT2, z2. Die zu erfüllende Bedingung lautet:
Diese Gleichung kann .in sehr verschiedener Weise erfüllt werden. .Zum Zwecke der
Deinonstration und der Einfachheit halber sei angenommen, daß
ist. Die Bedingung (3) lautet dann:
d. h. die Spulen müssen Wellenwiderstände Gl'1, W2, . , . besitzen, welche den Sprüngen
uh a.> .... proportional sind, die durch sie kompensiert werden sollen. Statt
der Benutzung von Wellenwiderständen verschiedener Größe ist es auch möglich, Wellenwiderstände
gleicher Größe zu benutzen, wobei parallel zum Spuleneingang dieser Wellenwiderstand
als Potentiometer eingeschaltet ist, von dem nur eine den Größen a1, a2 entsprechende
Teilspannung abgegriffen wird.
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Bis jetzt wurde nur die Entzerrung eines Signals besprochen, das aus
Sprüngen in positiver Richtung besteht. Jedoch ist auch die Entzerrung von Sprüngen
in negativer Richtung möglich, nur ist dazu erforderlich, daß die Spulen an ihrem
freien Ende kurzgeschlossen sind. In diesem Falle lautet die Impedanz an den Eingangsklemmen
der Abb. r
wie aus der ersten Gleichung der Beschreibung sofort ersichtlich ist. Es bedarf
weiter keiner Erläuterung, claß die Vorzeichenumkehr sich fortsetzt -Lind die Endbedingung
nun lautet:
so daß auch für negative Sprünge a1 und a.= Kompensation erreicht werden kann. Durch
ein negatives R ließe sich hier der gleiche Effekt erreichen.
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In Abb. 5 ist die zu Abb. .I inverse Schaltung gezeichnet, an deren
Eingangsklemmen Ai, El das zu entzerrende Signal zugeführt wird.
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Künstliche Leitungen, wie die beschriebenen, lassen sich nicht nur
zur Entzerrung von verzerrten Signalen verwenden, sondern es ist durch ihre Benutzung
auch möglich, ein gegebenes Signal in bestimmter gewünschter Weise zu verzerren.
Sind die beabsichtigten Verzerrungen relativ gering, so kann ein negativer Widerstand
auf jeden Fall entbehrt werden, wie auch in den Schaltungen gemäß .,#bb.4 und 5
ein negativer Widerstand nur dann erforderlich ist, wenn die Verzerrungen ein gewisses
Maß überschreiten.
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Die Abb. 6 zeigt eine einfache Anordnung zur Entzerrung eines gegebenen
Signals. Durch die Pentode P wird eine Reihenschaltung von gemäß der Erfindung bemessenen
Spulen und ein Ohmscher Widerstand Ra gespeist. Durch Regelung der Abgriffe der
einzelnen Wellenwiderstandsabschlüsse TT'1, 1V2, W3 ist es möglich, einen auf das
Gitter G gegebenen Einheitsstoß innerhalb gewisser Grenzen beliebig zu verzerren.
Diese Anordnung kann auch zur Entzerrung benutzt werden, soweit keine große Entzerrung
nötig ist.
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Unter _Umständen ist es bei Anordnungen wie den beschriebenen nötig,
von dem am Eingang der Spule liegenden Wellenwiderstandswert abzuweichen. In diesem
Falle entsteht im allgemeinen ein mehrfaches Hinundherlaufen der Wellen auf der
Spule und damit als Resultat eine gedämpft periodische Schwinguaigserscheinung.
Eine solche Abweichung hat Vorteile in solchen Fällen, in denen es sich darum handelt,
periodische Abklingerscheinungen zu kompensieren bzw. zu erzeugen: Des weiteren
ist es vielfach erforderlich, Ausschwingvorgänge zu kompensieren bzw. zu« erzeugen,
welche einen Charakter haben, der von der Treppenform (Abb. 2) urlieblich abweicht.
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In solchen Fällen ist es gut, die Spulen an ihren Anfängen oder an
ihren Enden derart zu belasten, däß die entstehenden Reflexionen mit den erwünschten
Erscheinungen bereits behaftet sind. So ist beispielsweise bekannt, daß Leitungen,
welche an ihren Enden durch Kapazitäten oder Selbstinduktionen abgeschlossen sind,
eine besondere Form der rei
`lektierten Wellen aufweisen. Diese
kann zur Verbesserung der Kompensation mit herangezogen werden.
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Ist die Kurve eines ankommenden und zu entzerrenden Signals verhältnismäßig
stark abgerundet, so wird man die künstlichen Leitungen, welche diese Kurve in einen
Einheitsstoß umzuformen haben, mit einer Schaltung belasten, die eine reflektierte
Welle mit runder Stirn gibt. Solche Schaltungen sind an sich bekannt und mittels
Operatorenrechnung leicht zu finden. Es sei jedoch noch darauf hingewiesen, daß
durch künstlich erzeugte Verluste auf der Spule die Erscheinung ohne Mehraufwand
erzielt werden kann. Unter Umständen sind daher Spulen, welche aus Widerstandsdraht
gewickelt sind oder welche auf einem schlechten Dielektrikum aufgewickelt sind,
besonders zu empfehlen, da hier solche Verluste auftreten, die die Kurvenform beeinflussen.
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In der Praxis eignen sich das beschriebene Verfahren sowie insbesondere
auch die angegebenen Schaltungen vorzugsweise zur Säuberung eines durch fibertragungsfehler
gestörten Fernsehbildes. Treten z. B. bei der Übertragung Echos auf, so bildet sich
auf dem Fernsehbild eine Kante in einer bestimmten Entfernung von ihrer wirklichen
Abbildung ein zweites Mal ab. Das ganze Fernsehbild wird also doppelt auftreten.
Um diese durch das Echo hervorgerufene Störung zu vermeiden. kann man die Erfindung
mit Vorteil anwenden.
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Es ist nämlich nur notwendig, eine dem Abstand der zweiten Kante von
der fIauptkante entsprechende Laufzeitspule in der angegebenenWeise in den Übertragungsweg
einzuschalten und den Absehlußwidersta:nd derselben in geeigneter Weise zu wählen,
um diese Kante, «-elche ja nichts anderes als eine Verzerrung des Einheitsstoßes
in der eingangs erw-älinten Art ist, zum Verschwinden zu bringen. Durch einen geeignet
zusammengestellten Satz von Spulen verschiedener Laufzeit mit regelharen Abschlußwiderständen
oder Ein- !, gangswiderständen, wie dies beispielshalber in der Abb. 6 gezeigt ist,
können also alle Bildverzerrungen, die auf dein Übertragungswege i in das zu empfangende
Bild hineinkommen, I kompensiert werden.
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Es können aber auch an einem saubeien Bild Verzerrungen vorgenommen
werden, welche gerade die auf dem folgenden L'bertragungsweg auftretenden Verzerrungen
kompensieren, so daß am Ende des übertragungsivegesein unverzerrtes Bild eintrifft.
Ein solches , Verfahren eignet sich vorzugsweise zur Übertragung von Fernsehbildern
mittels Kabeln. Weitere Anwendungsgebiete der Erfindung sind die Schnelltelegraphie
und die Bilchelegraphie. Überall da, wo es gilt, eine durch Echos, Reflexionen oder
Übertragungsungenauigkeiten entstandene Verzerrung zu kompensieren, sind durch die
Erfindung dein Fachmann einfache Mittel an die Hand gegeben.