DE933930C - Filter fuer Schmalband-Telegrafiesysteme mit Frequenzmodulation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Filter zum Senden und Empfangen frequenzmodulierter Telegrafiezeichen in Schmalbandsystemen, z. B. Wechselstromtelegrafiesystemen.

Die bei der Wechselstromtelegrafie mit amplitudenmoduliertem Träger benutzten Kanalfilter sind so dimensioniert, daß ihre Dämpfungskurve so weit wie möglich derjenigen des sogenannten idealen Filters entspricht. Unter einem idealen Filter wird ein solches verstanden, das innerhalb des Durchlaßbereiches eine konstante, möglichst geringe Durchlaßdämpfung aufweist und bei dem die Flanken der Dämpfungskurve möglichst steil sind.

Überträgt man frequenzmodulierte Telegrafiezeichen über derartige WT-Filter, so erhält man unbefriedigende Ergebnisse. Um nämlich die Vorteile der Frequenzmodulation voll zur Geltung zu bringen, wird man den Frequenzhub so groß wie möglich wählen; denn das Verhältnis von Frequenzhub zur höchsten Telegrafierfrequenz ist ein Maß für den Gewinn an Störabstand. Außerdem können die Anforderungen an die Frequenzgenauigkeit der verwendeten Bauelemente um so kleiner gehalten werden, je größer der Frequenzhub ist.

Beachtet man aber, daß bei einem frequenzmodulierten Träger die Hauptenergie in den Seitenbändern liegt, so erkennt man, daß durch ein zu nahes Heranrücken der Hubfrequenzen an die Filterflanken das Übersprechen zwischen zwei benachbarten Kanälen unzulässig große Werte annimmt. Dies kann nur durch Verwendung von

Filtern mit entsprechend großer Flankensteilheit der Dämpfungskurve verhindert werden. Durch das Heranrücken der Hubfrequenzen an die Filterflanken — und dies wird bei Schmalbandsystemen immer notwendig sein, wenn man bei hinreichend großem Frequenzhub mit geringstmöglicher Bandbreite auskommen will — wird aber der Nulldurchgang der Telegrafiezeichen nach der Demodulation immer flacher. Dies kommt daher, daß ίο bei konstanter Kanalbreite mit größer werdendem Frequenzhub von dem Spektrum der Sendefunktion ein immer größer werdender Anteil in die Filterflanken fällt, also bedämpft wird. Ein flacher Nulldurchgang der Telegrafiezeichen auf der Empfangsseite hat aber zwangläufig, und zwar schon bei nur geringen Frequenzabwanderungen der beteiligten Bauelemente, große Telegrafieverzerrungen zur Folge und muß daher, um eine zu große Frequenzabhängigkeit des Systems zu ao verhindern, unter allen Umständen vermieden werden. Insbesondere die Frequenzabwanderungen des Senders und des Empfangsdiskriminators führen bei dem obenerwähnten flachen Nulldurchgang zu großen Verzerrungen.

Auch erhält man mit den üblichen WT-Filtern eine starke Welligkeit der Empfangsfunktion. Die dadurch entstehenden Nachteile sind weiter unten beschrieben.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Filter für frequenzmodulierte Schmalbandsysteme zu schaffen, bei dessen Verwendung die Empfangsfunktion eine geringe Welligkeit besitzt und im Nulldurchgang ausreichend steil verläuft und das einen möglichst steilen Dämpfungsanstieg im Sperrbereich aufweist. Das Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung eines Filters mit durchhängendem, kettenlinienförmigem Verlauf der Dämpfungskurve mit dem Frequenzhub entsprechend ausreichend steilem Verlauf der Flanken der Dämpfungskurve und mit im Durchlaßbereich weitgehend linearem Phasenverlauf.

Die Erfindung wird nachfolgend näher beschrieben und an Hand der Zeichnung erläutert. Fig. ι zeigt den Dämpfungs- und Phasenverlauf eines dreiwertigen Filters für Wechselstromtelegrafie mit amplitudenmoduliertem Träger; in Fig. 2 ist die Empfangsfunktion eines mit einem Frequenzhub von Af = ± 50 Hz über das Filter der Fig. 1 übertragenen Telegrafiestromschritts aufgezeichnet;

Fig. 3 zeigt die Dämpfungs- und Phasenkurve eines Filters gemäß der Erfindung und

Fig. 4 die Empfangsfunktion, die bei Übertragung eines Telegrafiestromschritts mit einem Frequenzhub von Af= ±37,5 Hz über das Filter der Fig. 3 entsteht.

Die Erfindung betrifft Schmalbandsysteme, worunter man Nachrichtenübertragungssysteme mit verhältnismäßig geringem Abstand der Trägerfrequenzen, z. B. von 120 Hz, versteht. Solche Systeme werden beispielsweise zur Wechselstromtelegrafie verwendet. Bei mit Amplitudenmodulation arbeitenden WT-Systemen verwendet man üblicherweise Filter mit einem Phasen- und Dämpfungsverlauf, wie er beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist. In Fig. 1 sind als Abszisse die Frequenz f und als Ordinaten die Dämpfung a in Neper (N) und die Phase b in Grad (°) aufgetragen. Der Dämpfungsverlauf wird durch die Kurve a, der Phasenverlauf durch die Kurve b dargestellt. Überträgt man über ein solches Filter frequenzmodulierte Telegrafiezeichen, so erhält man bei einem Frequenzhub von Af = ±50 Hz für einen ursprünglich rechteckigen Stromschritt die in Fig. 2 dargestellte Empfangsfunktion. In Fig. 2 ist über ωί die auf ΔΩ = 2π·Δή bezogene Empfangsfunktion S2 aufgezeichnet. Auffallend an dieser sind einmal die flachen Nulldurchgänge I und zum anderen die starke Oberwelligkeit. Auch wenn man, wie üblich, mit dem Frequenzhub auf einen Wert von etwa Af = ±30 bis ± 40 Hz zurückgeht, bleiben diese typischen Merkmale der Empfangsfunktion erhalten, wenn auch in etwas abgeschwächter Form. Der flache Nulldurchgang führt zu unangenehmen Telegrafieverzerrungen, sobald eines der frequenzbestimmenden Glieder auf der Sende- bzw. Empfangsseite von seinem S oll-Wert abweicht oder auf Trägerfrequenzsystemen die Frequenz der entsprechenden Träger nicht genau eingehalten werden kann. Die starke Oberwelligkeit der Empfangsfunktion dagegen führt zu einer erhöhten Störanfälligkeit des Systems. Eine Störung überlagert sich nämlich der Empfangsfunktion und zwingt das Empfangsrelais dort zu einem nicht gewollten Umschlag, wo die gestörte Empfangsfunktion die Nullinie überschreitet. Diese beiden Nachteile bringen das Wesen der Frequenzmodulation, nämlich erhöhte Sicherheit in der Telegrafieübertragung zu bieten, nur wenig zur Geltung und können den Erfolg eines solchen Systems überhaupt in Frage stellen. Während man bisher bei der Bemessung der Filter den Verlauf der Dämpfungskurve als den entscheidenden Faktor betrachtete und eine mögliehst gute Annäherung an das ideale Filter angestrebt wurde, liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß bei Filtern für mit Frequenzmodulation arbeitende Wechselstromtelegrafie drei Forderungen zu erfüllen sind, und zwar müssen diese Filter eine ausreichende Steilheit der Flanken der Dämpfungskurve, eine möglichst weitgehende Linearität des Phasenverlaufs in Verbindung mit einem kettenlinienförmigen Dämpfungsverlauf aufweisen. Diese Forderungen sind durch ein minimal-phasendrehendes Netzwerk zu erfüllen.

Das Erfordernis der ausreichenden Steilheit der Flanken der Dämpfungskurve würde durch das ideale Filter oder durch ein Filter mit einer Dämpfungskurve gemäß Kurve α der Fig. 1 erfüllt werden. Das zweite und dritte Erfordernis, nämlich eine möglichst weitgehende Linearität des Phasenverlaufs und die geforderte Dämpfungskurve, wird durch keines dieser Filter erfüllt. Man könnte nun daran denken, den Phasenverlauf z. B. durch

geeignete All-Pässe zu linearisieren. Man erhält dadurch zwar eine gewisse Verbesserung der Empfangsfunktion im Sinne der Aufgabenstellung, jedoch ist eine Linearisierung des Phasenverlaufs, wie er in diesem Fall notwendig wäre, mit einem verhältnismäßig großen Aufwand verbunden, der durch den nur teilweisen Erfolg nicht gerechtfertigt erscheint.

In Fig. 3 ist über der Frequenz / der Dämpfungsverlauf durch Kurve c sowie der Phasenverlauf durch Kurve d eines erfindungsgemäßen Filters aufgezeichnet. Die Dämpfungskurve zeigt einen stark durchhängenden, kettenlinienförmigen Verlauf mit ausreichend steilem Dämpfungsanstieg.

Der Phasenverlauf ist bei diesem Filter innerhalb des Ubertragungsbereichs völlig linear. Unter Ubertragungsbereich soll dabei das Gebiet beiderseits der Frequenz fo verstanden werden, das etwa bis zu der Frequenz reicht, die einen Dämpfungswert von etwa 2 N aufweist. Die Anforderungen an die Linearität des Phasenverlaufs sind sehr hoch, denn bereits Abweichungen von nur wenigen Grad bewirken eine merkliche Verflachung des Nulldurchgangs der Empfangsfunktion. DasDurchhängen der Dämpfungskurve kann, falls erforderlich, durch Verschieben der Pole des Filters in gewissen Grenzen variiert werden, ohne daß sich an der geforderten Linearität der Phasenkurve wesentliches ändert.

Die Ausbildung eines Filters mit den in Fig. 3 angegebenen Eigenschaften kann dem Fachmann überlassen bleiben. Da die in Fig. 3 dargestellten Filtereigenschaften von der Übertragungsfunktion in den komplexen Zahlenebenen abgeleitet wurden und dabei von realisierbaren Voraussetzungen ausgegangen wurde, so lassen sich mit einem minimal phasendrehenden Netzwerk die gestellten Forderungen erfüllen. Mit einem erfindungsgemäßen Filter lassen sich optimale Einschwingvorgänge bei Schmalbandsystemen mit Frequenzmodulation erzielen.

In Fig. 4 ist über ωί die auf ΑΩ bezogene Empfangsfunktion S2 eines mit einem Frequenzhub von Af — ± 37,5 Hz über ein erfindungsgemäßes Filter gemäß der Fig. 3 übertragenen Stromschrittes eines Fernschreibzeichens aufgezeichnet. Man erkennt, daß diese Empfangsfunktion weitgehend der als Idealfall zu bezeichnenden trapezförmigen Kurve angenähert ist. Der Nulldurchgang an den Punkten II verläuft weitgehend linear und ist verhältnismäßig steil. Die Welligkeit ist, wenn man sie mit der der Fig. 2 vergleicht, äußerst gering.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf TeIegrafiesysteme. Sie kann für alle Nachrichtensysteme verwendet werden, bei denen gleiche oder ähnliche Verhältnisse auftreten, z. B. bei Fernmeß-, Fernwirk- und ähnlichen Systemen.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Filter für S chmalband-Telegrafiesysterne mit Frequenzmodulation, gekennzeichnet durch einen durchhängenden, kettenlinienförmigen Verlauf der Dämpfungskurve mit dem Frequenzhub entsprechend ausreichend steilem Verlauf der Flanken der Dämpfungskurve und mit im Durchlaßbereich weitgehend linearem Phasenverlauf.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu seinem Aufbau ein minimal phasendrehendes Netzwerk verwendet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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