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Anordnung zur Vermeidung von Reflexionsdämpfungen im Durchlaßbereich
eines Filters Es ist bekannt, daß bei Einschaltung von Vierpolen, wie z. B. Verstärkern,
in Leitungen dann Reflexionen auftreten, wenn der Eingangs- und Ausgangsscheinwiderstand
in Abhängigkeit von der Frequenz anders verläuft als der Wellenwiderstand der Leitung.
Um die störenden Reflexionen zu beseitigen, besteht ein bekanntes Mittel darin,
die Vierpole anzupassen. Zu diesem Zweck bildet man den Scheinwiderstand der Vierpole
durch Zuschaltung von Impedanzelementen so um, daß er wenigstens angenähert wie
der Wellenwiderstand der Leitung verläuft. Eine Anpassung wird dabei im gesamten
Nutzfrequenzgebiet vorgenommen. Dies führt mit einfachen Mitteln zum Erfolg, soweit
es sich um einfache Vierpole, z. B. Verstärker, handelt. Bei Filtern und anderen
Vierpolen, deren Eingangs- bzw. Ausgangsscheinwiderstand keinen einfachen Gesetzen
folgen, bereitet jedoch eine ausreichend gute Anpassung oft Schwierigkeiten und
ist nur bei größerem Aufwand erreichbar.
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Ein bekanntes Mittel zur Anpassung sind auch die sogenannten Endnetzwerke.
Als Endnetzwerke bezeichnet man Netzwerke, deren Scheinwiderstand auf der einen
Seite z. B. dem Wellenwiderstand der Leitung entspricht und auf der anderen Seite
möglichst reell und konstant ist. Beim Zusammenschalten von Leitungen versieht man
nun beide Leitungen mit einem Endnetzwerk und verbindet sie über einen Übertrager
mit hoher Induktivität und geeignetem Übersetzungsverhältnis.
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Beiderseits angepaßte Netzwerke kann man allgemein verwenden, um Reflexionen
zu vermeiden; z. B. kann man ein solches Netzwerk zwischen ein
Filter
und seinen Abschlußwiderstand schalten. Die Verwendung von beiderseits angepaßten
Netzwerken zur Vermeidung der Reflexion bedingt ebenfalls einen hohen Aufwand und
erhöht darüber hinaus im allgemeinen die Dämpfung beträchtlich, insbesondere bei
tiefen Frequenzen.
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Die Erfindung gibt die Möglichkeit, die Nachteile der bekannten Art
der Anpassung zu vermeiden. Gemäß der Erfindung wird zur Vermeidung von Reflexionsdämpfungen
im Durchlaßbereich eines Filters zwischen das Filter und seinen Abschlußwiderstand
ein entzerrendes Netzwerk geschaltet, welches nur für den Frequenzbereich, in dem
große Werte der Stoßdämpfungen liegen, eine richtige Anpassung ergibt. Das dann
zur Anpassung erforderliche Netzwerk wird sehr einfach und kann im einfachsten Fall
aus -einem parallel zum Verbraucher geschalteten komplexen Querwiderstand bestehen.
Durch ein derartiges Anpassungsnetzwerk kann man erreichen, daß die Dämpfung wenig
oder gar nicht vergrößert wird, insbesondere wenn der innere Widerstand der den
Filtereingang speisenden Spannungsquelle klein gegen den Wellenwiderstand des Filters
ist.
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Wenn man eine Spannungsquelle mit der EMK E und dem inneren Widerstand
Ri unmittelbar mit dem Verbraucherwiderstand iffi verbindet, wie es die Fig. z schematisch
zeigt, so wird das Verhältnis der Spannungen
Entspricht U dem Wellenwiderstand eines Kabels, so wird die Spannungsdämpfung
und läßt sich im allgemeinen ohne Schwierigkeiten entzerren.
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Schaltet man entsprechend der Fig.2 zwischen Generator und Verbraucher
einen Vierpol mit dem Wellenwiderstand 2 und dem Übertragungsmaß g, so wird das
Spannungsverhältnis
Im Durchlaßbereich des Vierpols ist g imaginär, also wird (9,1)1 9 = cos
a, Zin g = j - sin a, wobei a die Phasebedeutet. Deshalb wird
das Spannungsverhältnis und die Spannungsdämpfung eine periodische Funktion von
a. Über der Frequenz f aufgetragen ergibt die Dämpfung b dann eine
Kurve, die stark wellenförmig verläuft und daher schwer zu entzerren ist. Diese
Wellen treten hauptsächlich in dem Teil des zu übertragenden Bereiches auf, wo sich
die Phase mit der Frequenz besonders stark ändert. Um sie zu vermeiden, wird gemäß
der Erfindung ein entzerrendes Netzwerk eingeschaltet, das nur in dem betreffenden
Frequenzbereich wirksam ist.
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Das Netzwerk, das zur Entzerrung verwendet wird, kann in
T- oder n-Schaltung ausgeführt sein. Um günstige Werte für die Impedanzen
zu erhalten, aus denen es besteht, kann es zweckmäßig sein, gegebenenfalls den Wellenwiderstand
2 des Vierpols zu ändern oder auch einen Übertrager zwischen den Vierpol und das
Netzwerk einzuschalten. In vielen Fällen genügt es, das Netzwerk aus nur zwei Impedanzen
in Form eines Halbgliedes zu bauen. Im einfachsten Fall kann das Netzwerk durch
einen einzigen Querwiderstand gebildet sein, der parallel zum Verbraucherwiderstand
liegt. Man erhält dann den Vorteil,' daß die Spannungsdämpfung gar nicht oder nur
unwesentlich vergrößert wird. Bezeichnet man mit Rk den Eingangsscheinwiderstand
eines an das Filter angeschalteten Kabels und mit R, den Querwiderstand, so ist
der Abschlußwiderstand des Vierpols in diesem Fall
wenn man R, so bemessen hat, daß indem in Betracht kommenden Frequenzbereich der
Vierpol richtig mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen ist. Aus Gleichung (2) folgt
dann
Ist der Wellenwiderstand 2 konstant oder der innere Widerstand Ri der Spannungsquelle
sehr klein, so wird der Verlauf der Vierpoldämpfung durch das Anpassungsnetzwerk
überhaupt nicht beeinflußt, man erhält also eine monotone Dämpfungskurve, die gut
zu entzerren ist.
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Die Erfindung wurde beispielsweise angewendet bei einer Weichenschaltung,
wie sie schematisch die Fig. 3 zeigt. Der Tiefpaß der Weichenschaltung dient dazu,
einen niederfrequenten Rundfunkkanal oder auch einen niederfrequenten Sprechkanal
zu übertragen, und der Hochpaß zur Übertragung von Trägerfrequenzkanälen. Der Tiefpaß
soll von einer Spannungsquelle mit der EMK E und einem sehr kleinen Innenwiderstand
R; von z. B. 2 Ohm gespeist werden. Der Wellenwiderstand der Weichenschaltung sei
beispielsweise Z= z55 Ohm. Anden Ausgang der Weiche wurde nun ein Kabel unmittelbar
eingeschaltet, wie es die Fig. 3 bei a zeigt. Die Weiche wurde also unmittelbar
mit dem Scheinwiderstand des Kabels Rk belastet. Es ergab sich dabei die in der
Fig. 4 gezeigte Dämpfungskurve a, die erhebliche Schwankungen besonders oberhalb
von =ooo Hz zeigt, wo sich die Phasendrehung des Tiefpasses stark bemerkbar macht.
Schaltet man zwischen Tiefpaß und Kabel ein entzerrendes Netzwerk in Halbgliedform,
wie es beispielsweise unter b dargestellt ist, also bestehend aus einem Querwiderstand
von z. B. Zoo Ohm und einem aus der Parallelschaltung einer Induktivität von z.
B. 65 mH und eines Ohmschen Widerstandes von z. B. 433 Ohm bestehenden Längswiderstand,
so ergibt sich die Kurve b der Fig. 4. Diese verläuft ziemlich gleichförmig und
ist wesentlich leichter zu entzerren als die Kurve a. Nimmt man schließlich einen
einfachen Querwiderstand als Anpassungsnetzwerk, wie es in Fig. 3 unter c dargestellt
ist, so bleibt die Dämpfung, wie es die Kurve c der Fig. 4 zeigt, über einen weiten
Frequenzbereich nahezu konstant. Der
Querwiderstand nach Fig. 3
c besteht dabei aus einem Ohmschen Widerstand von zr2o Ohm, dem eine Induktivität
von ro,6 mH in Reihe mit einem Ohmschen Widerstand von 268 Ohm parallel geschaltet
war. Die in den Kurven b und c noch vorhandenen Schwankungen sind darauf zurückzuführen,
daß die benutzten Spulen und Widerstände nicht genau den Sollwerten entsprechen.
Es ist anzunehmen, daß bei Verwendung von genau den errechneten Sollwerten entsprechenden
Spulen und Widerständen ein vollkommen glatter Verlauf der Kurven b und c erreicht
wird.
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Aus den Pegelkurven ist ersichtlich, daß durch Verwendung eines entzerrenden
Netzwerkes, das nur für den Frequenzbereich wirksam ist, in dem große Werte der
Reflexionsdämpfung liegen, ein ausreichend verzerrungsfreier Dämpfungsverlauf des
Tiefpasses erreicht wird. Für den parallel dazu geschalteten Hochpaß der Weiche,
der auf der Eingangsseite angepaßt betrieben wird (Widerstand 155 Ohm), vergrößert
der reelle Leitwert des Netzwerkes die Dämpfung. Um dies zu vermeiden, kann man
zweckmäßig den reellen Leitwert fortlassen und statt dessen den Wellenwiderstand
gegebenenfalls durch Übertrager verändern. Das Netzwerk kann leicht so ergänzt werden,
daß es auch zum Anschluß an pupinisierte Kabel geeignet ist.