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Publication number: DEM0016657MA
Authority: DE

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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 13. Dezember 1952 Bekaniitgemacht am 23. August 1Θ56

DEUTSCHES PATENTAMT

In Fernmeldeanlagen werden zur Kompensation der Leitungsdämpfung im allgemeinen Vierpolverstärker benutzt, die entweder in Zweidrahtleitungen paarweise zusammen mit Gabelschaltungen verwendet werden, wobei jeder Übertragungsrichtung ein Verstärker zugeordnet ist und die Rückkopplung des einen Verstärkers auf den anderen mit Hilfe der Gabelschaltungen unterbunden wird, oder es wird für jede Übertragungsrichtung eine mit Verstärkern ausgerüstete Zweidrahtleitung zur Verfügung gestellt, Beide Zweidrahtleitungen sind dann an. den Endpunkten des Übertragungsweges über Gabelschaltungen zusammengefaßt, die auch hier die gegenseitige Beeinflussung der beiden Zweidrahtverbindungen verhindern. Abgesehen davon, daß die sogenannten Vierdrahtleitungen den doppelten Leitungsauf wand erfordern, ist es ein Nachteil beider Übertragungsanordnungen, daß die Gabelschaltungen künstlicher Leitungsnachbildungen bedürfen, die naturgemäß nie so genau hergestellt werden können, wie es wünschenswert wäre.

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Um die Nachteile dieser Übertragungsanordnungen, zu vermeiden, wurden Einrichtungen entwickelt, die zur Entdämpfung der Leitungen dienen und Gabelschaltungen entbehrlich machen. Sie sind besonders in den V. St. von Amerika als »Negative-Impedance Repeater« oder »Negative-Impedance Converter« bekannt. Ein derartiger Repeater oder Converter ist nichts anderes als ein in Serie mit der Leitung oder auch parallel zu ihr geschalteter

ίο Zweipol, der eine negative Impedanz darstellt und damit eine Entdämpfung bewirkt. Er enthält im wesentlichen einen Verstärker mit Rückkopplung über ein phasendrehendes Netzwerk. Das Prinzip der Einschaltung dieser negativen Impedanzen ist in den Abb. 1 a und 1 b dargestellt. Eine Ader der Zwei drahtverbindung oder auch beide — unter Verwendung eines entsprechenden Übertragers mit zwei Eingangswicklungen — sind in den Eingang des Verstärkers eingeschleift. Eingehende Darlegungen: dieser Schaltungen finden sich z. B. in den Aufsätzen von J. L. Merrill jr. in den amerikanischen Zeitschriften »Electrical Engineering«, Januar 1951, S. 49 ff., und »Bell System Technical Journal«, Januar 1951, S. 88 ff. Die Schaltungen von J. L. Merrill jr. sind außerdem in der deutschen Patentschrift 857 649 beschrieben.

Die Einschaltung von negativen Widerständen einfacher Art zur Leitungsentdämpfung im Zuge von Fernmeldeleitungen ist auch in der deutschen Patentschrift 669 643 beschrieben. Die deutsche Patentschrift 704 390 beschreibt eine Anordnung zur Benutzung einer Elektronenröhre als negativen Widerstand. Die Schaltung ist hauptsächlich als Schwingungserzeuger gedacht. Soll sie als Verstärker dienen, was bei der Anwendung zur Dämpfungsverminderung notwendig wäre, so muß sie als Vierpol geschaltet werden. Eine »Verstärkerschaltung ohne Leitungsnachbildung« nach dem österreichischen Patent 108772 ist ebenfalls eine Vier-

polschaltung. Sie mächt von einer als negativer Widerstand geschalteten Elektronenröhre Gebrauch. Um das Verstehen der Erfindung zu erleichtern, seien unter Berücksichtigung des Standes der Technik zunächst die Begriffe »negativer Widerstand« und »negative Steilheit« näher erläutert. Unter einem »negativen Widerstand« wird ein elektrischer Zweipol verstanden, in dem eine Zunahme der angelegten Spannung eine Abnahme des durch ihn fließenden Stromes verursacht. Als Zweipole mit derartigen Eigenschaften werden häufig Entladungsstrecken zwischen zwei Elektroden einer Hochvakuumröhre verwendet, wobei die negative Charakteristik durch besondere Wahl der Betriebsbedingungen der beiden 'Elektroden und einer oder mehrerer Hilfselektröden erreicht wird. Der Begriff »negative Steilheit« ist gekennzeichnet z.B.

durch die Abnahme* des eine Entladungsstrecke durchfließenden Stromes bei Zunahme des Potentials einer durch negative; Vorspannung gegenüber der Kathode der Entladungsstrecke stromlosen Steüer- ·■' elektrode! ■,.'""

Dem Erfindungsgegenständ liegt die Aufgabe zugrunde, die Dämpfung von Fernmeldeleitungen, mit einfacheren Mitteln, als es bei den. bekannten, Anordnungen der Fall ist, zu vermindern. Dies wird mit Hilfe einer Röhrenschaltung erreicht, die als negativer Leitwert parallel an die zu entdämpfende Leitung derart geschaltet wird, daß der Ausgangskreis dieser Röhrenschaltung mit ihrem Eingangskreis verbunden ist. Bei dieser Schaltung wird erfindungsgemäß eine Elektronenröhre mit einer Stromcharakteristik negativer Steilheit verwendet, deren erste Elektrode gegenüber der Kathode positiv und deren damit gekoppelte zweite Elektrodenegativ vorgespannt ist, so, daß eine Mitkopplung und damit eine Verstärkung der Spannung in der Fernmeldeleitung auftritt. Bei einer solchen. Röhre, ζ. B. einer Raumladegitterröhre, ist bekanntlich keine Phasenwende notwendig, um eine Rückkopplung von der Elektrode, deren Strom einer negativen Steilheit folgt, zum Steuergitter herzustellen. Es können also z. B. Steuergitter und Raumladegitter direkt gekoppelt werden. Der Widerstand im Kreis der stromführenden Elektrode, erlaubt durch geeignete Dimensionierung eine Spanniungsrückkopplung 85' ohne die Gefahr einer Selbsterregung. An Hand der Abb. 2 soll eine kurze Rechnung die Wirkungsweise eines derartigen Verstärkers erläutern. Es sei vorausgesetzt, daß durch die eingezeichneten, Spannungsquellen das Raumladegitter und die Anode gegenüber der Kathode ein positives Potential erhalten, während das Steuergitter eine gegenüber der Kathode negative Vorspannung erhält.

Da in der Zuleitung zur Anode kein weiteres Schaltelement angeordnet ist und die Spannungsquelle einen möglichst kleinen Innenwiderstand besitzen soll, wird das Potential der Anode nahezu unabhängig vom Anodenstrom und praktisch konstant sein. Der Raumladegitterstrom erzeugt in dem von ihm durchflossenen Widerstand R einen, Span,-nungsabfall, so daß das Potential des Raumladegitters gegenüber der Kathode der EMK der angeschalteten Betriebsspannungsquelle, abzüglich diesem Spannungsabfall, entspricht. Das Potential des Steuergitters ist gegenüber dem des Raumladegitters noch um die EMK der zweiten, Spannungsquelle vermindert, deren Betrag SO' groß sein möge, daß das resultierende Potential des Steuergitters gegenüber der Kathode negativ ist. Ein Elektronenstrom zum Steuergitter wird dadurch verhindert. In der nachfolgenden rechnerischen, Darstellung bedeutet dl^Q die Änderung des Raumladegitterstromes, dE die Änderung der Eingangs - EMK, ferner R_iRG den inneren Widerstand der Strecke Raumladegitter—Kathode, 5"^₀ die Steilheit des Raumladegitterstromes, bezogen auf die .Steuergitterspannung. Der Augenblicks wert einer in Reihe mit dem Raumladegitterwiderstand R an die Röhre gelegten EMK bewirke eine Spannungsänderung dE am Raumladegitter, womit — bei Fehlen des Raumladegitterwiderstandes — eine Vergrößerung des

Raumladegitterstromes um

dE

RiRG

verbunden wäre.

Wegen der Anwesenheit des Raumladegitterwiderstandes und wegen des vom anwachsenden Raumladegitterstrom verursachten Spannungsabfalles

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verbleibt eine resultierende Vergrößerung des Raumladegitterstromes

dE R-dlse

digs = -β 5 ·

^Kise Kise

Der Raumladegitterstrom wird aber außerdem von den Potentialänderungen des Steuergitters, die wegen der galvanischen Kopplung der beiden. Elektroden denjenigen des Raumladegitters entsprechen, ίο beeinflußt. Infolge der also ebenfalls am Steuergitter wirksamen gesamten Spannungsänderung dE — R- dl ng vermindert sich der Raumladegitterstrom wegen der negativen Steilheitsbeziehung um

_{RG Q})

Die gesamte Änderung des Raumladegitterstromes, die von den Potentialänderungen beider Elektroden herrührt, wird also

dI_R0 =

dE—

_Ra -

^R- dl

se)

Durch Separieren der Unbekannten erhält man

\ J TT /_ O ΤΊ \

dlse —

j_Re)

Rise

-(i — S_Re ·

und die von der Änderung des Raumladegitterstromes herrührende Änderung des Spannungsabfalls

R-dl se =

dE · R · (1 — Srq · Rise)

+ R · (ϊ —

Rise)

dE · Rise

Rise + ·Κ·(ΐ — Sag · Rise) Ri

iRO

R-

· Rise)

Diese Spannungsänderung ist also, wegen

SRG ' RiRG ^ *>

größer als die ursprünglich angelegte Spannungsänderung. Das bedeutet, daß an den, Eingangsklemmen des Verstärkers eine verstärkte Spannung auftritt. Wie Überlegung und Rechnung ergeben, kann das Ausmaß der Spannungsabfalländerung und damit der Verstärkung durch Variation der Größe des Widerstandes R beeinflußt werden. Die Einschaltung einer derartigen Anordnung zwischen den beiden Einzelleitern einer Doppelleitung, entsprechend Abb. 3, ermöglicht daher eine stabile Entdämpfung unabhängig davon, an welchem Leitungsende ein Sender angeschaltet ist. Der eingeschaltete Verstärker wirkt sozusagen als negative Ableitung.

Dies bedeutet, daß mit einer Ableitung also eine EMK verbunden ist, die den ursprünglich zum Empfängerende der Leitung fließenden Strom unterstützt, während sie dem vom Senderende her fließenden Strom entgegenwirkt. Die dem jeweiligen Empfänger zugeführte Leistung wird damit erhöht, was einer Verminderung der Dämpfung gleichkommt. Da die Phasenlage des Raumladegitterstromes vom Phasenwinkel der in seinem Stromkreis liegenden komplexen Schaltelemente und von der Phasenlage der an den verschiedenen Röhrenelektroden liegenden Spannungen abhängt, ergeben sich durch Einschaltung phasendrehender Schaltelemente in die beiden Stromkreise der Röhre Möglichkeiten zur Beeinflussung der Phasenlage des Raumladegitterstromes. Es lassen sich also- durch die Einschaltung von geeigneten Netzwerken, in die Stromkreise der positiv vorgespannten, Elektroden Ausmaß, Phasenlage und Frequenzgang der Dämpfungsverminderung beeinflussen. Die dazu dienenden Schaltungsmöglichkeiten sind in den Abb. 4a, 4b und 4c dargestellt. Darin sind die komplexen, phasendrehenden Widerstände mit 9Ϊ und der komplexe Belastungswiderstand, der gleichzeitig auch

Claims

PATENTANSPRÜCHE: Da der Einfluß der Potentialändßrungeni am Steuergitter überwiegt, d. h. da S^q · RiRG > 1, wird die Änderung des Spannungsabfalls negativ. Der Spannungsabfall wird also kleiner, und die gesamte Spannungsänderung dU setzt sich zusammen aus der Differenz der ursprünglich angelegten, Spannungsänderung dE und der Änderung des Spannungsabfalls. Generatorwiderstand ist, mit 3ϊα bezeichnet. Selbstverständlich können auch Kombinationen zweier oder sämtlicher dieser Schaltungsarten benutzt werden. Gegenkopplungen zur zusätzlichen Stabilisierung gegenüber alterungsbedingten Änderungen der Röhrendaten, sind ebenfalls anwendbar und würden bei einer Raumladegitterröhre z. B. vom Anodenkreis her zum Steuergitter geführt werden. Die Anschaltung der beschriebenen Anordnung an die Einzelleiter einer Übertragungsleitung kann auf verschiedene Arten erfolgen. Am zweckmäßigsten ist aber die Zwischenschaltung eines Übertragers. Falls auf die Erdsymmetrieverhältnisse der Einzelleiter Rücksicht genommen, werden, muß, können zwei der beschriebenen Entdämpfüngsanordnungen oder Dämpfungsverminderer in Gegentaktschaltung betrieben, werden.

1. Schaltungsanordnung zur Entdämpfung einer Fernmeldeleitung, bei der eine Röhrenschaltung als negativer Leitwert parallel an die zu entdämpfende Leitung derart geschaltet wird, daß der Ausgangskreis der Röhrenschaltung mit deren Eingangskreis verbunden, ist, dadurch, gekennzeichnet, daß die Röhrenschaltung eine Elektronenröhre mit einer Stromcharakteristik negativer Steilheit aufweist, deren erste Elektrode gegenüber der Kathode positiv und deren damit gekoppelte zweite Elektrode negativ vorgespannt ist, derart, daß eine Mitkopplung und' damit eine Verstärkung der Spannung in der Fernmeldeleitung auftritt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung von Ausmaß, Phasenlage und Frequenzgang der Dämpfungsverminderung in den Stromkreis mit negativer Steilheit der Stromcharakteristik und/oder in den oder die Stromkreise weiterer,

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positiv vorgespannter Elektroden mit positiver Steilheit der Stromcharakteristik zusätzliche O'hmsche Widerstände, Reaktanzen und deren Kombinationen eingeschaltet sind und daß solche zusätzliche Schaltelemente im Kreis der Elektrode mit negativer Steilheit der Stromcharakteristik auch zwischen diese Elektrode und das Steuergitter eingeschaltet sind, während die übrigen Schaltelemente dieses Kreises zwischen Steuergitter und Kathode liegen.

3. Schaltungsanordnung in Fernmeldeanlagen ohne Beeinflussung der Erdsymmetrie der beiden Einzelleiter, dadurch gekennzeichnet, daß, zwei Röhrenschaltungen nach Anspruch i, und 2 in an sich bekannter Weise zu einer Gegentaktschaltung vereinigt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 669 643, 704 390, 707215,857649;

österreichische Patentschrift Nr. 108772; französische Patentschrift Nr. 611 996;

»Bell System Technical Journal«, 1931, S. 485 bis 513.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen