DE1110236B

DE1110236B - Zweirichtungs-Zwischenverstaerker

Info

Publication number: DE1110236B
Application number: DEW22316A
Authority: DE
Inventors: Theodore Lincoln Maione
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1956-12-28
Filing date: 1957-11-29
Publication date: 1961-07-06
Also published as: GB830304A; US2875283A; FR1187889A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl. 21a² 41/01

INTERNATIONALE KL.

H03f;H04m

W22316Vma/21a²

ANMELDETAG: 29. NOVEMBER 1957

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 6. JULI 1961

Die Erfindung bezieht sich auf Zwischenverstärker für Zweiweg-Nachrichtenübertragungsanlagen und insbesondere auf äquivalente Vierdrahtübertrager mit verbesserten Impedanz-Anpassungskennlinien und niedrigeren theoretischen Verlusten.

Es ist in Trägerfrequenz-Signalübertragungsanlagen oft erwünscht, Signale in beiden Richtungen über ein einziges Adernpaar zu übertragen. Ein solches System wird als äquivalentes Vierdrahtübertragungssystem bezeichnet, weil eine zweiseitige Übertragung, für welche normalerweise vier getrennte Drähte erforderlich sind, mit nur zwei Drähten bewerkstelligt wird. Die Verwendung von äquivalenten Vierdrahtsystemen ist insbesondere in langen Übertragungssystemen wünschenswert, in welchen die Anlage verhältnismäßig unzugänglich ist, wie z. B. in einem Unterwasserkabelsystem. Da ein äquivalentes Vierdrahtsystem eine Zweiweg-Nachrichtenübertragung mit der halben Kabelmenge eines üblichen Vierdrahtsystems ermöglicht, ist auch die Wahrscheinlichkeit der durch Kabelfehler bzw. schadhafte Kabel verursachten Nachrichtenverluste nur halb so groß. Aus demselben Grunde ist es auch wünschenswerter, nur einen Einrichtungsverstärker in einem Zwischenverstärker für beide Übertragungsrichtungen vorzusehen, um auf diese Weise die den größeren Anlagen anhaftenden Fehler- oder Störungsmöglichkeiten zu verhindern. Weiterhin, wenn die Wachstumsrate eines solchen Systems niedrig ist, können weitere Stromkreise oder Schaltungen in wirtschaftlichster Weise mit einem äquivalenten Vierdrahtsystem hinzugefügt werden.

Ein üblicherweise für äquivalente Vierdrahtsysteme benutzter Zwischenverstärker ist ein sogenannter Zwischenverstärker vom Typ 21, welcher in seiner einfachsten Form Hochpaß- und Tiefpaßfilter enthält, welche zwischen das eingangsseitige Ende des Einrichtungsverstärkers und der betreffenden Zweidrahtleitung eingeschaltet sind, sowie ähnliche Hochpaß- und Tiefpaßfilter, welche zwischen das ausgangsseitige Ende des Verstärkers der entsprechenden gegenüberliegenden Zweidrahtleitung eingeschaltet sind. In einem ein solches Übertragungssystem verwendenden System werden verschiedene Frequenzbänder für die beiden Übertragungsrichtungen benutzt, die sich in einer Richtung fortbewegenden Trägerfrequenzsignale mit Hilfe des Hochpaßfilters durch den Einrichtungsverstärker hindurchgeleitet, während diejenigen Signale, welche sich in der entgegengesetzten Richtung fortbewegen, über die Tiefpaßfilter geleitet werden.

Leider enthalten jedoch Zwischenverstärker vom Zweirichtungs-Zwischenverstärker

Anmelder:

Western Electric Company Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. K. Boehmert und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte, Bremen 1, Feldstr. 24

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 28. Dezember 1956

Theodore Lincoln Maione, Shrewsbury, N.J. (V.St.A.),

ist als Erfinder genannt worden

Typ 21, wie sie oben beschrieben worden sind, ein Paar Eigenrückkopplungswege außerhalb des Einrichtungsverstärkers. Jeder dieser Rückkopplungswege enthält ein Hochpaß- und ein Tiefpaß-Richtungsfilter, welche in Reihe zwischen die Eingangs- und Ausgangsseiten des Verstärkers geschaltet sind. In einem langen Übertragungssystem erfordern diese RückkopplungswegeverhältnismäßigschwierigeTrennschärfebedingungen der Filter. Vor allen Dingen müssen die Filter eine genügende Dämpfung außerhalb ihres eigenen Durchlaßbereiches aufweisen, um einen genügenden Abstand bzw. einen hinreichenden Abstand vom Pfeifpunkt zu gewährleisten. Da durch die Rückkopplung der Verstärkungsgrad des Verstärkers verändert werden kann, ist es zusätzlich bedeutungsvoll, daß die Filterdämpfung außerhalb der Durchlaßbereiche hoch genug ist, um die Abweichungen oder Fehlabgleichungen des gesamten Systems innerhalb vertretbarer Grenzen zu halten. Diese zweite Bedingung ist besonders streng in langen Unterwasserkabelsystemen, weil dort nicht nur die Anzahl der Zwischenverstärker verhältnismäßig groß ist, sondern weil dort auch wenig Möglichkeiten bestehen, um ihre Fehlabgleichungen in regelmäßigen Abständen auszugleichen oder zu entzerren. Da Filter mit einer hohen Flankensteilheit meist ziemlich umfangreich oder groß werden und in verschiedener Hinsicht weniger zuverlässig sind als die ein-

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fächeren Art von Filtern, wäre ein verhältnismäßig einfacher Weg zur Verringerung derartiger Anforderungen an die Trennschärfe, ohne gleichzeitig die Arbeitsweise des Übertragers zu verschlechtern, von großem Vorteil.

Bisher ist es gewöhnlich versucht worden, das Problem durch die Verwendung von Gabelschaltungen an den Verbindungs- oder Übergangspunkten zwischen den Richtungsfiltern und den Zweidrahtleitungen zu lösen. Die auf diese Weise erzielte Symmetrie dient der Reduzierung der Filtertrennschärfebedingungen auf ein annehmbares Maß. Gleichzeitig ergibt sich jedoch eine zusätzliche linear verlaufende Dämpfung von ungefähr 3 Dezibel pro benutzter Gabelschaltung, wodurch die zur Verfügung stehende Verstärkung für verzerrungsmindernde Rückkopplung des Verstärkers reduziert wird und der erforderliche Verstärkerabstand in einem langen System verringert wird sowie die Fehlanpassungsprobleme noch erschwert werden. Hinzu kommt, daß die Verwendung von Gabelschaltungen einen nachteiligen Einfluß auf die Impedanzanpassung zwischen dem Übertrager und den Zweidraht-Übertragungsleitungen ausübt, mit welchen er verbunden ist. Auf diese Weise nähert sich an jedem Ende des Zwischenverstärkers die Impedanz eines Filters im Durchlaßbereich einem reinen Wirkwiderstand, und die Impedanz des anderen Filters außerhalb seines Durchlaßbereiches nähert sich einem reinen Blindwiderstand. Die Impedanz der Gabelschaltung kann daher nicht für die Anpassung eines Kabels verwendet werden, das selbst eine Impedanz hat, die sich bei Trägerfrequenzen einem reinen Widerstand nähert.

Die Anpassungsschwierigkeiten sind bis zu einem gewissen Grade überwunden worden durch die Verwendung von gegenseitig inversen Filtern mit gleichen Durchlaßbereichen in den Zweigen der Gabelschaltung. Die inversen Filter haben eine solche Beziehung zueinander, daß bei irgendeiner Frequenz die Impedanz des einen der Filter im wesentlichen gleich der entgegengesetzten Impedanz des anderen Filters bei der gleichen Frequenz ist und daß beide Filter den gleichen Wirkwiderstand innerhalb ihres gemeinsamen Durchlaßbereiches haben. Aufbaumäßig sind inverse oder duale Filter solche Filter, in denen jedem Kondensator im Serienzweig des einen Filters eine Querzweig-Drosselspule im anderen Filter entspricht; jede Serienzweig-Drosselspule des einen Filters ist durch eine Querzweigkapazität im anderen Filter ersetzt; jeder Serienzweigkombination, bestehend aus einer Drosselspule und einer Kapazität in Reihe in einem Filter, entspricht einer Querzweigkombination, bestehend aus einer Kapazität (Kondensator) und einer parallel geschalteten Drosselspule im anderen Filter usw. Obwohl diese Anordnung die Impedanzanpassungskennlinien des Übertragers im Hinblick auf die Übertragungsleitungen verbessert hat, ergibt sie doch eine Verbindung innerhalb des Zwischenverstärkers, durch die die Impedanzanpassung des Verstärkers schwieriger wird und durch die weiterhin die Dämpfung über der Gabelschaltung beibehalten wird.

Es ist deshalb ein Hauptziel der Erfindung, die Filtertrennschärfebedingungen in einem äquivalenten Vierdrahtzwischenverstärker zu reduzieren und gleichzeitig die Impedanzanpassungskennlinien bezüglich des Einrichtungsverstärkers zu verbessern.

Weiter soll durch die Erfindung die Impedanzanpassung zwischen einem Zwischenverstärker und den Zweidrahtleitungen, mit denen er über Gabelschaltungen verbunden ist, verbessert werden, ohne daß dabei die erschwerenden Dämpfungsverluste auftreten, die normalerweise bei der Benutzung von Gabelschaltungen zu beobachten sind.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, wenigstens teilweise die unerwünschten, um den Verstärker herumführenden Rückkopplungsschleifen zu kompensieren, ohne dadurch den Filteraufbau zusätzlich kompliziert zu machen.

Um diese Ziele zu erreichen, geht man von einem sogenannten Achtpol-Bobis-Filter aus. Diese bekannte Schaltung, welche schematisch in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist, enthält im allgemeinen zwei Gabelschaltungen, von denen jede zwei Paare gegenseitig konjugierter Ubertragungswege aufweist, wobei zwischen die betreffenden Einzelwege eines dieser Paare in jeder dieser Gabelschaltungen zwei Filter mit dem gleichen Durchlaßbereich eingeschaltet sind, jedoch mit zueinander inversen oder dualen Kennlinien außerhalb des gemeinsamen Durchlaßbereiches. Die übrigen vier Übertragungswege oder Durchlässe stellen die äußeren Anschlußklemmen dieses Achtpolnetzwerkes dar. Im Zusammenhang mit Mikrowellenfrequenzen wurde diese Schaltung auch bereits als Gabelfrequenzabzweigschaltung bezeichnet. Bei Mikrowellenfrequenzen sind die Filter aufbaumäßig gleich, aber eines von ihnen ist um eine Viertelwellenlänge weiter von einer der Gabelschaltungen entfernt als das andere. Bei niedrigeren Frequenzen sind diese Filter von der oben beschriebenen inversen oder dualen Art. Die Eigenschaften dieses Netzwerkes sind derart, daß ein an irgendeinen der Durchlässe angelegtes Signal einem zweiten Durchlaß zugeführt wird, wenn es innerhalb des Durchlaßbereiches der Filter liegt, und im anderen Falle einem dritten Durchlaß zugeführt wird, wenn es sich nicht innerhalb des Durchlaßbereiches der Filter befindet. Weiterhin stellt jeder der Durchlässe einen festen Widerstand gegenüber allen Frequenzen dar, vorausgesetzt, daß die übrigen Durchlässe selbst ordnungsgemäß durch Widerstände abgeschlossen sind. Die genaue Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung wird in der folgenden Beschreibung ausführlicher beschrieben werden.

Das Kennzeichnende der Erfindung wird bei einem Zweirichtungs-Zwischenverstärker in Zweidraht-Trägerfrequenz-Übertragungssystemen, bei welchen zwei verschiedene Frequenzbänder für die beiden Übertragungsrichtungen benutzt werden, mit einem Einrichtungsbreitbandverstärker und aus zwei Gabelschaltungen und einem Dualfilterpaar bestehenden Inversweichen, welche je vier Anschlußpaare besitzen, von denen das erste zum vierten sowie das zweite zum dritten die Frequenzen innerhalb des Filterbereiches und das erste zum zweiten sowie das dritte zum vierten Klemmenpaar die Frequenzen außerhalb des Filterbereiches durchleiten, darin gesehen, daß die zweiten bzw. dritten Klemmenpaare einer ersten Inversweiche mit den zweiten bzw. dritten Klemmenpaaren einer zweiten Inversweiche verbunden sind, daß der eine Leitungsanschluß an die ersten Klemmenpaare der ersten Inversweiche, der andere Leitungsanschluß an die vierten Klemmenpaare der zweiten Inversweiche geführt ist und daß der Verstärkereingang an die ersten Klemmenpaare der zweiten Inversweiche und sein Ausgang an den vierten Klemmenpaaren der ersten Inversweiche liegt.

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Bei einer solchen Anordnung wird ein von einer ren Filteranordnungen, welche wiederum zuverläs-Übertragungsleitung an den Zwischenverstärker her- siger sind als kompliziertere Schaltungen, weil sie angeführtes Signal, welches sich innerhalb des Durch- weniger Teile enthalten, welche die Ursache von laßbereiches der Filter befindet, durch den Ver- Störungen sein können. In der gleichen Weise ist stärker in der gleichen Richtung hindurchgeleitet 5 auch die Möglichkeit oder die Wahrscheinlichkeit wie ein Signal außerhalb des Durchlaßbereiches der von Fehlabgleichungen auf Grund von Veränderun-Filter, welches von der anderen Übertragungsleitung gen der Teile oder Elemente durch Temperaturher angeliefert worden ist. Der Einrichtungsverstärker Schwankungen und Alterung verringert. Hinzu muß dabei als Breitbandverstärker ausgebildet sein, kommt, daß die Konstruktionsbedingungen für den damit in ihm sowohl die Frequenzen innerhalb als io Verstärker weniger streng gehalten sind, weil er auch außerhalb des Filterbereiches eine hinreichende zwischen konstante Wirkwiderstandsabschlüsse geVerstärkung erfahren können. schaltet ist. Schließlich bewirkt die Vermeidung

Man erkennt, daß alle Durchlässe der beiden Netz- einer Dämpfung bei der Erfindung eine Aufrechtwerke wirkwiderstandsmäßig abgeschlossen sind erhaltung der vollen Verstärkerleistung, um sowohl oder zumindest leicht abgeschlossen werden können. 15 eine verzerrungsvermindernde Gegenkopplung inner-Dies geschieht entweder durch die entsprechenden halb jedes Zwischenverstärkers als auch den größt-Durchlässe des anderen Netzwerkes oder durch den möglichen Verstärkerabstand zu erzielen.
Einrichtungsverstärker oder durch die Übertragungs- Diese und andere Ziele und Merkmale sowie das leitungen selbst. Aus diesem Grunde können samt- Wesen der Erfindung und ihre verschiedenen Vorliche Filter gleiche Durchlaßbereiche aufweisen, und 20 teile werden besser verständlich durch die erläuternder Verstärker sowie die Übertragungsleitungen den Ausführungsbeispiele der Erfindung, die an können außerdem so aufgebaut werden, daß sie die Hand der Figuren dargestellt und in der folgenden gleichen Wirkwiderstands-Eingangs- und -Ausgangs- ausführlichen Beschreibung beschrieben sind. In der impedanzen haben. Die Bedingungen bezüglich der Zeichnung zeigt

Filtertrennschärfen, der Impedanzanpassungskenn- 25 Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Vierlinien der Einzelteile sowie der Gegenkopplungs- Durchlasses oder Achtpol-Frequenzabzweignetzkreise können deshalb verbessert werden, ohne daß Werkes mit konstantem Wirkwiderstand,
sich eine Verminderung der Verstärkung ergibt. Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Zwi-

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Er- schenverstärkers gemäß den Grundsätzen der Erfin-

findung sind an Stelle der inversen Filterpaare anti- 30 dung, aus welcher ersichtlich ist, in welcher Weise

metrische Filterpaare geschaltet. Eine solche Aus- zwei Netzwerke von der in Fig. 1 gezeigten Art mit-

bildung vereinfacht die Filterkonstruktion. einander verbunden sind,

Bei einem Zweirichtungs-Zwischenverstärker der Fig. 3 A und 3 B zueinander inverse oder duale

genannten Art kann es außerdem zweckmäßig sein, Filterschaltungen, wie sie in Ausführungsformen der

daß zwei der Dualfilterpaare das eine Frequenzband, 35 Erfindung verwendet werden,

zwei andere Dualfilterpaare das andere Frequenzband Fig. 4 eine graphische und qualitative Darstellung

übertragen und daß dabei je eines der inversen der Art und Weise, in welcher die Impedanzen der

Filternetzwerke zwischen dem Verstärker und jeder in Fig. 3 A und 3 B gezeigten Filterschaltungen sich

der Ausgangsklemmen angeschlossen ist. Eine vor- mit der Frequenz verändern,

teilhafte Anordnung kann außerdem dadurch ge- 40 Fig. 5 einen vollständigen äquivalenten Vierdrahtschaffen werden, daß die beiden Filterpaare zwischen Zwischenverstärker vom Typ 21, in welchem die Verbindungsleitungen eingeschaltet sind, welche je- erfindungsgemäßen Grundsätze verkörpert sind,
weils die Primärwicklung des einen Übertragers mit Fig. 6 einen vereinfachten Zwischenverstärker, der Sekundärwicklung des anderen Übertragers ver- welcher die Prinzipien oder Grundsätze der Erfinbinden, daß der Einrichtungsbreitbandverstärker 45 dung verkörpert,

zwischen die Mittelanzapfungen der Sekundärwick- Fig. 7 eine Alternativlösung oder -ausführung gelungen beider Übertrager geschaltet ist und daß der maß der Erfindung, in welchem vier konstante Wirk-Verstärkerausgang bzw. -eingang des Zwischenver- Widerstandsnetzwerke gemäß Fig. 1 benutzt sind, um stärkers mit den Mittelanzapfungen der Primär- eine weitere Verbesserung der Filtertrennschärfewicklungen beider Übertrager verbunden ist (Fig. 6). 50 bedingungen des Übertragers zu bewirken, und

Die Erfindung bietet hinsichtlich der Filtertrenn- Fig. 8 ein antimetrisches Filter, geeignet zur Verschärfe, Impedanzanpassung u. dgl. alle Vorteile, Wendung an Stelle des in Fig. 3 A und 3 B gezeigten welche sich aus der Verwendung von Gabelschaltun- inversen Filters.

gen ergeben, um die Richtungsfilter in einem 21er- Eine grundsätzliche Gabelabzweigschaltung ist in Zwischenverstärker zu unterstützen, ohne seine Nach- 55 Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt. Die allgemeine teile in Kauf nehmen zu müssen. Jedes Abzweignetz- Wirkungsweise einer solchen Schaltung besteht darin, werk der beschriebenen Art bewirkt eine Symmetrie- Signalkomponenten innerhalb eines bestimmten, ausrung ähnlich derjenigen, die durch die bekannten gewählten Frequenzbandes von den Signalkompo-Gabelschaltungen bewirkt wird, und gestattet somit, nenten außerhalb dieses Frequenzbandes zu trennen, leichtere Anforderungen an die Filtertrennschärfe 60 Die Abzweigschaltung enthält ein Paar Gabelschalzu stellen. Gleichzeitig führt jedes Netzwerk jedoch tungen 10 und 11, von denen jede zwei Paare konjuseine gesamte Ausgangsleistung dem Einrichtungs- gierter Zweige I, II und P, S besitzt. Die Gabelschalverstärker zu und verhindert dadurch die Entstehung tung 10 ist mit den Zweigen P und 5 mit den Überder Dämpfung, wie sie durch bestimmte Anordnun- tragungsleitungen 14 bzw. 15 verbunden, die ihrergen in der bekannten Technik verursacht wird. Die 65 seits mit einem Ende der Filter 12 und 13 verbunden leichteren Anforderungen an die Trennschärfe der sind. Die Filter 12 und 13 sind derartig ausgeführt, Filter, welche durch die Erfindung ermöglicht wer- daß sie gleiche Durchlaßbereiche haben und alle Freden, gestatten die Verwendung von etwas einfache- quenzen sperren, die nicht innerhalb des gemein-

samen Durchlaßbereiches liegen. Weiterhin sind die durch die Filter 12 und 13 bewirkten Reflexionen einander entgegengesetzt, d. h., sie sind gegeneinander im wesentlichen um 180° phasenverschoben. Die Gabelschaltung 11 ist mit den Armen P' und S' mit den Übertragungsleitungen 16 bzw. 17 verbunden, die ihrerseits mit dem anderen Ende der Filter 12 und 13 verbunden sind.

Die Gabelschaltungen 10 und 11 können für einen Betrieb mit niedrigen Frequenzen ausgeführt sein und enthalten in diesem Falle Ausgleichsübertrager oder Gabelübertrager oder können für Mikrowellenfrequenzen ausgeführt sein, in welchem Falle sie aus einem sogenannten Wellenleiterverbindungsglied oder einem Wellenleiterkoaxial oder auch aus anderen ringförmigen Ubertragungsleitungen bestehen können. Ganz gleich, welche Form von Gabelschaltung auch immer verwendet wird, sie sollte auf alle Fälle immer vier Zweige (Abzweigungen) enthalten, die zu zwei Paaren angeordnet sind, wovon jeder Zweig eines Paares mit dem anderen Arm desselben Paares konjugiert ist. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird in dieser Beschreibung eine Bezeichnung verwendet, nach welcher das erste Klemmenpaar von Zweigen mit I bzw. II bezeichnet wird und die Arme des zweiten Paares mit P bzw. 5. Die den Gabelschaltungen innewohnenden Eigenschaften sind an sich bekannt, wonach die der Gabelschaltung von oder über irgendeinen Zweig des ersten Paares zugeführte Wellenenergie am jeweils anderen Zweig des gleichen Paares keine Energie austreten lassen wird, während sich jedoch die zu- oder eingeführte Energie gleichmäßig auf das andere Paar von Zweigen der Gabelschaltung verteilt. Weiterhin werden die die Hälften der Energie in jedem der zweiten Paare von Zweigen darstellenden Signale phasengleich sein, falls die Energie durch einen Zweig des Klemmenpaares I des ersten Paares zugeführt oder eingespeist wird, oder aber um 180° phasenverschoben, wenn sie über den anderen Zweig des Klemmenpaares II des ersten Paares eingespeist wird. Umgekehrt, wenn gleiche Wellenenergien in gleicher Phasenlage den Gabelschaltungen über die beiden Zweige P und S des zweiten Paares zugeführt werden, so vereinigen sie sich in dem Zweig des Klemmenpaares I des ersten Paares, und keine Wellenenergie wird an den Zweig des Klemmenpaares II übertragen. Wenn gleiche Wellenenergien, welche jedoch um 180° phasenverschoben sind, über die beiden Zweige P und S des zweiten Paares der Gabelschaltung zugeführt werden, so vereinigen sie sich im Zweig II des ersten Klemmenpaares, und keine Wellenenergie wird an den Zweig des Klemmenpaares I übertragen. In Anwendung auf die Schaltungsanordnung der Fig. 1 bedeutet dies, daß die in den Zweig des Klemmenpaares I der Gabelschaltung 10 über die Übertragungsleitung R eingespeiste Wellenenergie sich bei allen Frequenzen gleichmäßig zwischen den Übertragungsleitungen 14 und 15 aufteilt. Dabei sind die beiden, die Gabelzweige P und S verlassenden Energieanteile zueinander phasengleich.

Wenn ein Signal mit Frequenzkomponenten innerhalb des Durchlaßbereiches der Filter 13 und 12 an die Übertragungsleitung R angelegt wird, so verteilt sich dieses Signal gleichmäßig auf die Zweige P und S. Die Komponenten des Signals wandern entlang der Leitungen 14 und 15 zu den Filtern 12 und 13. An den Filtern werden die sich innerhalb des Durchlaßbereiches der Filter befindenden Frequenzkomponenten zu den Übertragungsleitungen 16 bzw. 17 hindurchgelassen. Jedoch werden die sich außerhalb des Durchlaßbereiches der Filter 12 und 13 befindenden Frequenzkomponenten entlang der Leitungen 14 und 15 reflektiert und über die Zweige P und S an der Gabelschaltung 10 zurückgesandt. Die in diesen beiden Zweigen auftretenden reflektierten Signale sind dann um 180° phasenverschoben gegenüber der Phasenlage, die sie ursprünglich beim ersten Verlassen der Gabelschaltung 10 besaßen. Es ist eine der Eigenschaften der Filter 12 und 13, diese zueinander konjugierten Reflexionen zu bewirken. Aus den der Gabelschaltung innewohnenden Eigenschäften ist es ersichtlich, daß die reflektierten Wellen nicht in der Eingangs-Übertragungsleitung R erscheinen, sondern daß sie sich im Zweig am Klemmenpaar II der Gabelschaltung 10 vereinigen und in der Übertragungsleitung Q erscheinen.

Die Energiehälften des Signals mit den Frequenzkomponenten, welche innerhalb des Durchlaßbereiches der Filter 12 und 13 liegen, werden frei durch sie nach den Übertragungsleitungen 16 bzw. 17 hindurchgelassen und danach zu der zweiten Gabelschaltung 11. Diese beiden Energiekomponenten kommen an der Gabelschaltung 11 über die Zweige P' und S' an, und zwar ohne eine Veränderung ihrer relativen Phasenbeziehungen, da die Filter 12 und 13 gleiche Durchlaßbereichskennlinien aufweisen. Sie vereinigen sich in der Gabelschaltung 11 und verlassen sie über den Zweig am Klemmenpaar IV, mit welchem die Übertragungsleitung R' verbunden ist. In ähnlicher Weise, wenn ein Signal, welches eine Vielzahl von Frequenzkomponenten enthält, über die Übertragungsleitung Q an den Zweig des Klemmenpaares II der Gabelschaltung 10 angelegt wird, werden die innerhalb des Durchlaßbereiches der Filter 12 und 13 liegenden Komponenten zur Gabelschaltung 11 durchgelassen, vereinigen sich im Zweig am dritten Klemmenpaar III und erscheinen in der Leitung Q', während Frequenzkomponenten außerhalb des Durchlaßbereiches der Filter 12 und 13 reflektiert werden, sich im Zweig des Klemmenpaares I der Gabelschaltung 10 vereinigen und in der Leitung R erscheinen.

Da das schematische Schaltbild des Frequenzabzweignetzwerkes symmetrisch ist, können die allgemeinen Eigenschaften der Schaltungsanordnung kurz zusammengefaßt werden im Hinblick auf die oben beschriebene Wirkungsweise. Deshalb sei angenommen, daß jede der mit den vier Zweigen R, Q, R' und Q' der Schaltungsanordnung verbundenen Leitungen in einem Wellenwiderstand abgeschlossen sind, von dem Netzwerk aus betrachtet. Unter diesen Umständen kann dieser Wellenwiderstand so angesehen werden, daß er dem Netzwerk zugewandt ist, wenn man das von irgendeiner der Leitungen aus betrachtet. Wenn ein Signal mit Frequenzkomponenten außerhalb des Durchlaßbereiches der Filter und mit Frequenzkomponenten innerhalb des Durchlaßbereiches der Filter an das Abzweignetzwerk über irgendeine Leitung oder irgendwelche Leitungen angelegt wird, so wird die Leitung/? wirksam mit der Leitung R' verbunden und die Leitung Q mit der Leitung Q, und zwar für die innerhalb des Durchlaßbereiches der Filter liegenden Frequenzkomponenten. Die Leitung R wird wirksam mit der Leitung Q und die Leitung R' wird wirksam mit der

Leitung Q' verbunden, und zwar für alle außerhalb sollte jedoch bedenken, daß diese »Kanäle« eine des Durchlaßbereiches der Filter liegenden Frequenz- große Gruppe von tatsächlichen Nachrichtenüberkomponenten. Die Leitung R wird immer symme- tragungskanälen enthalten können, welche in der irisch von oder konjugiert zu der Leitung Q' sein Lage sind, z. B. Hunderte von Ferngesprächen in und die Leitung R' zu der Leitung Q. 5 jeder Richtung zu übertragen.

Viele Ausführungsarten von sowohl nieder- Der Zwischenverstärker enthält zwei Gabel-Frefrequenten Abzweignetzwerken als auch hoch- quenzabzweignetzwerke 18 und 19. Die Netzwerke frequenten Mikrowellenelementen sind möglich und 18 und 19 sind identisch mit dem in Fig. 1 gezeigten können mit den erforderlichen Eigenschaften ver- Netzwerk. Das Netzwerk 18 enthält zwei Gabelschalsehen werden. Zum Beispiel im Falle der Nieder- i° tungen 20 und 21, von denen jede zwei Paare von frequenz können die Gabelschaltungen Anpassungs- zueinander konjugierten Zweigen A, B und P, S entÜbertrager bekannter Art enthalten, z. B. einen Über- hält. Dabei enthält die Gabelschaltung 20 die trager mit einer in der Mitte angezapften Primär- Zweiget, B und P, S, während die Gabelschaltung wicklung, und die Filter können von der inversen 21 die Zweige A', B' und P', S' enthält. Eingeschaltet Art sein, wie sie im folgenden ausführlicher be- 15 zwischen je ein Paar von Zweigen der Gabelschalschrieben werden. Bei hohen Frequenzen innerhalb tung 20 bzw. 21, d. h. zwischen den Zweigen P und P' des Mikrowellenbereiches kann die Gabelschaltung sowie zwischen den Zweigen S und 5". liegen die Wellenleiter-Kopplungseinrichtungen in Form eines Filter 24 und 27. Filter 27 hat genau den gleichen T-Gliedes enthalten, und die Filter können konstruk- Durchlaßbereich wie das Filter 24 mit der Frequenz f_v tionsmäßig gleiche Kombinationen von Stäben, 20 bewirkt jedoch eine Reflexion außerhalb dieses Schrauben und Blenden sein, wobei ein Filter von Durchlaßbereiches, welche gegenüber der durch das den Gabelkopplungseinrichtungen um eine Viertel- Filter 24 außerhalb seines Durchlaßbereiches bewellenlänge der reflektierten Frequenzkomponenten wirkten Reflexion konjugiert ist. In ähnlicher Weise weiter entfernt ist als das andere. enthält das Netzwerk 19 zwei Gabelschaltungen 22 In jedem der zu beschreibenden folgenden Aus- 25 und 23, von denen jeweils zwei Zweige zueinander führungsbeispiele ist eine Mehrzahl von solchen inverse oder duale Filter 25 und 26 aufweisen. Die Gabelabzweignetzwerken in verschiedenen Darstel- Abzweignetzwerke 18 und 19 besitzen alle diejenigen lungen kombiniert, um die Ziele der Erfindung zu Eigenschaften, wie sie im Zusammenhang mit dem erreichen. Insbesondere werden sie benutzt, um die in Fig. 1 gezeigten Abzweignetzwerk beschrieben Signale bei verschiedenen Frequenzen zu trennen 3° worden sind, und sind untereinander bzw. miteinan- oder abzuzweigen und davon jedes dann in einer der durch ihre gemeinsamen Übertragungsleitungen Q verschiedenen Übertragungsrichtung in einem Träger- und Q' verbunden, wie bei 32 und 37 dargestellt. Die wellen-Übertragungssystem zu verwenden. Diese Übertragungsleitung R des Netzwerkes 18 bildet die Verzweigung ist erforderlich, um Signale, welche linke Eingangs- und Ausgangsklemme 41, während aus entgegengesetzten Richtungen kommen, in 35 die Übertragungsleitung R' des Abzweignetzwerkes gleicher Richtung durch einen einseitig wirkenden 19 die rechte Eingangs- und Ausgangsklemme 42 Verstärker zu leiten. bildet. Ein einseitig wirkender Verstärker 40 ist Es sei daher Fig. 2 betrachtet, in welcher ein mittels der Übertragungsleitung R des Abzweignetz-Zwischenverstärker dargestellt ist, welcher für ein Werkes 19, wie bei 38 gezeigt, zwischen die Abzweig-Zweiweg-Übertragungssystem mit zwei frequenz- 4° netzwerke 18 und 19 und der Übertragungsleitung R' mäßig getrennten Kanälen geeignet ist; ein Kanal für des Abzweignetzwerkes 18, wie bei 39 gezeigt, einjede Übertragungsrichtung. Die Mittenfrequenz eines geschaltet. Der Verstärker 40 verstärkt nur die durch Kanals hat einen Frequenzabstand vom anderen die Übertragungsleitung R des Abzweignetzwerkes 19 Kanal von wenigstens der Bandbreite eines jeden der gelieferten und in Richtung der Übertragungs-Kanäle. In vielen Fällen wird es wünschenswert sein, 45 leitung R' des Abzweignetzwerkes 18 übertragenen einen Trennbereich zwischen diesen Kanälen vorzu- Signale. Als Verstärker 40 kann ein an sich besehen, wodurch der Frequenzabstand zwischen den kannter Verstärker benutzt werden, vorzugsweise je-Mittenfrequenzen etwas größer sein wird als die doch ein gegengekoppelter Verstärker, welcher eine Bandbreite jedes Kanals. Das zu verstärkende und hohe Stabilität der Verstärkung gewährleistet, in jeder Richtung zu übertragende nachrichten- 50 Die genaue Wirkungsweise des in Fig. 2 gezeigten beinhaltende Signal enthält ein Band von Signal- Zwischenverstärkers wird besser verständlich, wenn Seitenbändern, die durch die Modulation eines man die Wege des Signals durch den Zwischenver-Trägersignals (mit einer Frequenz von annähernd der stärker verfolgt. Zu diesem Zwecke ist die von rechts Mittelbandfrequenz des Kanals) mit dem Nach- nach links laufende Signalenergie mit Z₁ bezeichnet richtensignal mit Hilfe irgendeiner der bekannten 55 und die von links nach rechts laufende Signalenergie Modulationsverfahren erzeugt werden. Die den Nach- mit f_s. Das Signal /_t liegt innerhalb des Durchlaßrichteninhalt aufweisenden Signale können entspre- bereiches der Filter 24, 25, 26 und 27, während das chend der verwendeten Modulationsart entweder die Signal /₂ außerhalb dieses gemeinsamen Durchlaß-Trägerfrequenz enthalten oder nicht. In jedem Falle bereiches liegt.

wird man am besten in der folgenden Diskussion die 60 Das Signal Z₁ gelangt an die Gabelschaltung 23

den Nachrichteninhalt enthaltenden Signale für jede über die Übertragungsleitung R' und teilt sich gleich-

Richtung mit der Frequenz der Bandmittenfrequenz mäßig auf die Leitungen 35 und 36 auf. Dabei sind

oder mit der Trägerfrequenz bezeichnen. Das heißt, die Teilsignale phasengleich. Diese gleichen Teile ge-

das Signal, welches von W nach E übertragen wird langen zu den Filtern 26 und 25 und werden dort oder von links nach rechts, kann als Signalkompo- 65 hindurchgelassen, weil sie sich innerhalb deren Durch-

nente j._z bezeichnet werden, und das von E nach W laßbereiche befinden. Über die Leitungen 30 und 31

oder von rechts nach links übertragene Signal kann gelangen diese gleichen Signalteile an die Gabel-

als Signalkomponente f₁ bezeichnet werden. Man schaltung 22 und vereinigen sich in der Übertragungs-

leitung R, weil sie phasengleich, sind. Dort werden sie dem Verstärker 40 zugeführt, wo sie ausreichend verstärkt werden, um an den nächsten Zwischenverstärker weitergegeben zu werden, ohne irgendwelche übermäßige Verzerrung des Nachrichteninhaltes. Sie gelangen sodann auf die Übertragungsleitung 39 und an die Gabelschaltung 21, wo die verstärkten Signale sich wiederum zu gleichen Teilen auf die Leitungen 33 und 34 aufteilen. Die verstärkten Teilsignale gelangen durch die Filter 24 und 27 auf die Leitungen 28 und 29. Sie werden der Gabelschaltung 20 zugeführt, wo sie sich auf der Übertragungsleitung 41 vereinigen und über den linken Teil der Übertragungsleitung des Übertragungssystems weitergegeben werden. Es ist leicht ersichtlich, daß unverstärkte Signale, welche am rechten Ende des Zwischenverstärkers ankommen, verstärkt werden, den Zwischenverstärker nach links hin durchlaufen und danach an den nächstfolgenden Zwischenverstärker weitergegeben werden.

Signale, welche in der anderen Richtung kufen, also von links nach rechts, und durch /₂ dargestellt sind, werden über die Übertragungsleitung 41 der Gabelschaltung 20 zugeführt. Diese Signale teilen sich in gleich große phasengleiche Teile auf die Leitungen 28 und 29 auf und gelangen zu den Filtern 24 und 27. Da diese Signale nicht innerhalb der Durchlaßbereiche dieser Filter liegen, werden sie reflektiert, und dabei erfolgt entsprechend der Art der verwendeten Filter eine Reflexion unter gegenseitiger Phasenverschiebung von 180°. Daher vereinigen sich diese Signale, wenn sie wieder an der Gabelschaltung 20 ankommen, in der Übertragungsleitung 32 und nicht in der Leitung 41. In der Gabelschaltung 22 teilen sie sich wieder auf die Leitungen 30 und 31 auf, werden durch die Filter 25 und 26 reflektiert und werden in der Leitung 38 wiedervereinigt. Diese Signale werden im Verstärker 40 verstärkt und der Gabelschaltung 21 zugeführt. Das so verstärkte Signal teilt sich in zwei gleichen Teilen auf die Leitung 33 und 34 auf, wird durch die Filter 24 und 27 reflektiert und in der Leitung 37 wiedervereinigt. In der Gabelschaltung 23 wird die Aufteilung des Signals auf die Leitungen 35 und 36 bewirkt, wo es durch die Filter 25 und 26 wieder reflektiert wird und sich auf der Leitung 42 wiedervereinigt und sodann an den nächstfolgenden Zwischenverstärker in östlicher Richtung weitergegeben wird.

Daraus ist ersichtlich, daß Signale mit hohem und niedrigem Pegel bei der gleichen Frequenzlage nicht an der gleichen Stelle im Zwischenverstärker auftreten. Weiterhin ist jede der vier Klemmen des Frequenzabzweignetzwerkes bei allen Frequenzen durch konstante Wirkwiderstände abgeschlossen. Die Klemmen R des Netzwerkes 18 und R' des Netzwerkes 19 sind mit Übertragungsleitungen verbunden, welche bei Trägerfrequenzen normalerweise Wirkwiderstände darstellen. Die Klemmen Q und Q' der beiden Netzwerke sind miteinander verbunden. Die Klemmen R des Netzwerkes 19 sowie die Klemme R' des Netzwerkes 18 sind mit dem einseitig wirkenden Verstärker verbunden, welcher leicht so ausgeführt werden kann, daß er Eingangs- und Ausgangsimpedanzen aufweist, die konstante Wirkwiderstände sind. Mit dieser Anordnung sind alle Filter symmetriert, und die Filtertrennschärfebedingungen werden dadurch herabgesetzt. Alle Verbindungen werden zwischen konstanten Wirkwiderständen hergestellt, welche so ausgeführt sein können, daß sie für alle Frequenzen gleiche Wirkwiderstände darstellen. Weiterhin tritt über der Gabelschaltung keine Dämpfung auf, und zwar an keiner Gabelschaltung, so daß die gesamte Leistung des Verstärkers für die verzerrungsmindernde Rückkopplung innerhalb des Zwischenverstärkers verwandt werden kann, sowie um die Ausgangsleistung des Übertragers auf den höchsten Pegel zu bringen. Ein Paar inverser oder

ίο dualer Tiefpaß-Filterschaltungen, die sich als Filter 24, 25, 26 und 27 in der Zwischenverstärkerschaltung gemäß Fig. 2 für Niederfrequenzbetrieb eignen, sind in den Fig. 3 A bzw. 3 B dargestellt. Wie ersichtlich, entspricht jede Längsinduktivität der Zweige in dem in Fig. 3 A gezeigten Filter einer Querkapazität der Zweige des in Fig. 3 B gezeigten inversen Filters, wogegen jede Querzweigkombination von Induktivität und Kapazität im Längszweig des in Fig. 3 A gezeigten Filters einer Kombination von Induktivität im Längszweig und Kapazität im Querzweig des in Fig. 3 B gezeigten dazu dualen Filters entspricht. Beide Filter haben im wesentlichen die gleiche Grenzfrequenz f_c. Obwohl inverse Tiefpaßfilter dargestellt sind, ist es klar, daß gerade so gut inverse Hochpaß- oder Bandpaßfilter genauso leicht hergestellt werden könnten.

Der Verlauf der Impedanz über der Frequenz für die inversen Tiefpaßfilter der Fig. 3 A und 3 B ist in Fig. 4 dargestellt, wobei die obere Kurve Z₃ die durch das Filter der Fig. 3 A dargestellte Impedanz und die untere Kurve Z₄ die durch das Filter in Fig. 3 B dargestellte Impedanz darstellt. Beide Filter stellen eine Impedanz dar, die ein ohmscher Widerstand ist (ausgezogene Linie), für deren Durchlaßbereiche (bei Frequenzen unterhalb j_c) sowie einen Bündwiderstand oder eine Reaktanz (gestrichelte Linie) in ihren Sperrbereichen (Frequenzen oberhalb f_c). Die Filter sind so ausgeführt, daß die durch ein Filter Z₃ dargestellte Impedanz im wesentlichen

gleich R²ZZ₄^ ist, wobei Z₄ die bei der gleichen Frequenz durch das andere Filter dargestellte Impedanz ist, und R ist der Widerstand bei der Bandmitte, wie er durch beide Filter innerhalb ihres gemeinsamen Durchlaßbereiches dargestellt wird.

In Fig. 5 ist ein ausführlicheres Beispiel der Erfindung für Niederfrequenz dargestellt. Der Zwischenverstärker der Fig. 5 enthält vier Gabelübertrager 50, 51, 52 und 53 mit einer überbrückten T-Verbindung, d. h., jeder Ausgleichsübertrager besteht aus einem Übertrager mit zwei Wicklungen, wovon die Primärwicklung symmetrisch unterteilt ist. Die Mittenanzapfung der Primärwicklung stellt einen Zweig des Ausgleichsübertragers dar, die äußeren beiden Klemmen der Primärwicklung stellen zwei weitere Klemmen oder Gabeln und die Sekundärwicklung stellt die vierte Klemme der Gabelschaltung dar. Die beiden äußeren Anschlüsse der Primärwicklung stellen ein konjugiertes Zweigpaar dar, während die Mittenanzapfung und die Sekundärwicklung das andere konjugierte Zweigpaar darstellen. Filter 54 und Inversfilter 57 sind zwischen die Ausgleichs- oder Gabelübertrager 50 und 52 in der gleichen Weise eingeschaltet wie die Filter 24 und 27 zwischen die Gabelschaltungen 20 und 21 in Fig. 2, d. h. zwischen je einen Zweig des konjugierten Zweigpaares jedes Gabel- oder Ausgleichsübertragers. In ähnlicher Weise sind das Filter 55 und das inverse Filter 56 zwischen zwei Zweige des Gabel- oder Ausgleichs-

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Übertragers 51 und des Gabel- oder Ausgleichsübertragers 53 eingeschaltet. Ein Verstärker 58 liegt zwischen dem Ausgleichsübertrager 51 und dem Ausgleichsübertrager 52. Die Filter 54 und 55 sowie die inversen Filter 56 und 57 können zum Beispiel von der in den Fig. 3 A bzw. 3 B gezeigten Art sein oder können auch zueinander inverse oder duale Hochpässe oder zueinander inverse Bandpässe sein.

Die in Fig. 5 gezeigte Zwischenverstärkerschaltung arbeitet in jeder Hinsicht in der gleichen Weise, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben. Das heißt, ein in den Zwischenverstärker von links her eingespeistes Signal wird im Ausgleichsübertrager 50 geteilt, wobei die resultierenden Hälften an die Filter 54 und 57 gelangen. Wenn diese Komponenten nicht innerhalb des Durchlaßbereiches dieser Filter liegen, werden sie zum Ausgleichsübertrager 50 hin reflektiert, wo sie sich in dessen rechter Wicklung vereinigen und an den Gabel- oder Ausgleichsübertrager

51 gelangen. Hier wiederholt sich sodann derselbe Vorgang, wobei sich die reflektierten Komponenten in der rechten Wicklung kombinieren und dem Verstärker 58 zugeführt werden. Im Verstärker 58 wird dieses Signal sodann verstärkt und dem Gabel- oder Ausgleichsübertrager 52 zugeführt. Das Signal teilt sich dann im Gabelübertrager 52 auf, und eine Hälfte dieses Signals geht an das Filter 54, während die andere Hälfte dem inversen Filter 57 zugeführt wird. Die verstärkten Signalanteile werden von diesen Filtern reflektiert und an den Ausgleichsübertrager

52 zurückgesandt, wo sie sich in der rechten Wicklung vereinigen und an den Ausgleichsübertrager 53 gelangen. Hier werden sie wiederum aufgeteilt, vom Filter 55 und dem inversen Filter 56 reflektiert und in der rechten Wicklung des Ausgleichsübertragers

53 wiedervereinigt, um danach durch das rechte Ende des Zwischenverstärkers ausgesandt zu werden.

Fig. 6 zeigt eine Zwischenverstärkerschaltung, in der die Prinzipien der Erfindung ausgeführt sind und die alle Vorteile aufweist, die im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 5 bereits beschrieben wurden und welche weiterhin in einer günstigeren, vereinfachten Weise aufgebaut ist. Dieser in Fig. 6 gezeigte Zwischenverstärker enthält zwei Transformatoren T₁ und T₂, von denen jeder eine gleiche Primär- und Sekundärwicklung besitzt. Jede dieser Wicklungen enthält eine symmetrische Mittenanzapfung, an die die äußeren Anschlüsse gelegt werden. Es ist ersichtlich, daß jeder der Transformatoren T₁ und T₂ in Wirklichkeit ein Paar von Ausgleichsübertragern, z. B. wie die Ausgleichsübertrager 50 und 51 in Fig. 5, enthält. An Stelle eines Leiters, welcher die beiden Ausgleichsübertrager verbindet, sind sie durch die Gegeninduktivität innerhalb des Transformatorenkerns gekoppelt. Da in diesem Falle keine äußeren Anschlüsse erforderlich sind, um diese Zweige der Ausgleichsübertrager zu verbinden, arbeitet diese Transformatorenkopplung in genau derselben wirksamen Weise wie die direkte Kopplung, wie sie in Fig. 5 verwendet ist, und gestattet weiterhin die Verwendung einer viel einfacheren Struktur zur Ausführung der Teilungs- und (Wieder-) Vereinigungsvorgänge." Die Primärwicklung 60 des Transformators T₁ ist mit ihrer Mittenanzapfung mit der linken Klemme des Zwischenverstärkers verbunden. Die beiden äußeren Anschlußklemmen der Primärwicklung 60 sind mit dem Tiefpaßfilter 66 bzw. mit dem inversen Tiefpaßfilter 67 verbunden. Bei der Sekundärwicklung des Transformators T₁ ist die Mittenanzapfung mit dem einseitig wirkenden Verstärker 68 verbunden, und die äußeren Anschlußklemmen sind mit dem Tiefpaßfilter 65 bzw. mit dem inversen Tiefpaßfilter 64 verbunden. Der Transformator T₂ besitzt eine Primärwicklung 62, deren Mittenanzapfung mit der rechten Klemme des Zwischenverstärkers verbunden ist. Die äußeren Anschlußklemmen der Wicklung 62 sind jeweils mit dem anderen Ende des FiI-ters 65 bzw. des dualen Filters 64 verbunden. Die Sekundärwicklung 63 des Transformators T₂ ist mittelseitig mit dem Ausgang des Verstärkers 68 verbunden, und die äußeren Anschlüsse der Wicklung 63 sind jeweils mit dem Filter 66 bzw. mit dem dualen Filter 67 verbunden. Die Wirkungsweise des in Fig. 6 dargestellten Zwischenverstärkers wird besser verständlich an Hand einer Erläuterung des Weges, den die Signale durch den Zwischenverstärker zurücklegen.

Ein am Zwischenverstärker von links ankommendes Hochfrequenzsignal wird in der Primärwicklung 60 des Transformators T₁ gleichmäßig zwischen die beiden Hälften der Wicklungen aufgeteilt. Da diese Signale von entgegengesetzter Polarität sind, sind ihre Felder geneigt, sich gegenseitig aufzuheben, so daß sich im Kern des Transformators T₁ kein Nutzfeld ausbildet. Die Komponenten werden jedoch dem Filter 66 und dem dualen Filter 67 zugeführt. Da diese Hochfrequenzkomponenten nicht innerhalb des Durchlaßbereiches der Filter liegen, werden sie von diesen gegeneinander, um 180° phasenverschoben, reflektiert. Nachdem sie wieder zur Primärwicklung 60 zurückgekehrt sind, erzeugen diese Signalteile keine entgegengesetzten Felder mehr und dienen somit der Ausbildung eines Nutzfeldes im Kern des Transformators T₁ und werden an die Sekundärwicklung 61 weitergeleitet. Das Signal teilt sich wieder in der Wicklung 61 auf die beiden Wicklungshälften auf, und die resultierenden Signalteile ge- langen an das Filter 65 und das inverse Filter 64. Hier werden sie wieder mit einer Phasenverschiebung von 180° reflektiert und in die Wicklung 61 zurückgesandt. Da die Signale nunmehr erneut einander entgegengesetzt sind, wird im Kern des Transformators T₁ kein Feld ausgebildet, die Signalteile vereinigen sich aber an der Mittenanzapfung und werden an den Verstärker 68 weitergeleitet. Nachdem sie durch den Verstärker 68 verstärkt worden sind, werden die Signale der Sekundärwicklung 63 des Transformators T₂ zugeführt. Das Signal teilt sich wieder, wird mit einer Phasenumkehr vom Filter 66 sowie vom inversen Filter 67 reflektiert, wird an den Transformator T₂ zurückgesandt und an die Primärwicklung 62 weitergeleitet. Das Signal teilt sich wieder auf, wird in der oben beschriebenen Weise reflektiert und vereinigt sich wieder an der Mittenanzapfung, um über das rechte Ende des Zwischenverstärkers übertragen oder ausgesandt zu werden. In ähnlicher Weise werden die an der rechten Anschluß- oder Eingangsklemme des Zwischenverstärkers ankommenden Niederfrequenzsignale in der Primärwicklung 62 des Transformators T₂ aufgeteilt, durch die Filter 64 und 65 ohne Phasenumkehr hindurchgelassen, vereinigen sich wieder in der Sekundärwicklung 61 des Transformators T₁ und werden danach dem Verstärker 68 zugeführt. Nach der Verstärkung in diesem Verstärker 68 wird das Signal in der Sekundärwicklung 63 des Transforma-

tors Γ., aufgeteilt, wandert durch die Filter 66 und 67, vereinigt sich in der Primärwicklung 60 des Transformators T₁ und verläßt den Zwischenverstärker über die linke Ausgangsklemme.

Es ist ersichtlich, daß die in Fig. 6 gezeigte Anordnung eine konstante Wirkimpedanz für alle Filter, für den einseitig wirkenden Verstärker und auch für die mit dem Zwischenverstärker verbundenen Übertragungsleitungsabschnitte darstellt. Weiterhin treten keine Signale mit hohem und niedrigem Pegel im gleichen Äusgleichsübertragerkern auf; eine 3-Dezibel-Dämpfung erscheint in keiner der Gabelschaltungen; und die Filtertrennschärfebedingungen sind weniger streng auf Grund der Symmetrie innerhalb der Schaltung.

Bei einer genaueren Betrachtung sieht man, daß um den Verstärker 68 in Fig. 6 zwei streuende Rückkopplungsschleifen herumführen; die eine über die Filter 66 und 67 und den Transformator T₁ und die andere über die Filter 64 und 65 und den Transformator T_?. Diese Rückkopplungswege sind jedoch gleich oder identisch und können dazu benutzt werden, um einander aufzuheben, und zwar durch die Einführung einer Phasenumkehr um 180° zwischen ihnen.

Hierzu ist die Sekundärwicklung 61 des Transformators T₁ in entgegengesetztem Sinne wie die Primärwicklung 60 gewickelt, wogegen die Sekundärwicklung 63 des Transformators T., im gleichen Sinne wie die Primärwicklung 62 gewickelt ist. Es kann gezeigt werden, daß eine Übertragung in diesen Rückkopplungsschleifen zwei verschiedene Effekte hervorruft, und zwar erstens der Unterschied zwischen den Übertragungen eines Filters und seines dualen Filters und zweitens der Unterschied zwischen den Reflexionskoeffizienten des Filters und seines dualen Filters. Bei niedrigen Frequenzen wird die Schleifendämpfung nur durch Symmetrie erreicht, da alle Filter in diesem Band (Bereich) durchlässig sind. Dies bedingt die Gleichheit der Filter und die Größe der Umkehrdämpfung innerhalb ihres Durchlaßbereiches. Bei hohen Frequenzen wird jedoch die Schleifendämpfung nur durch den Unterschied zwischen den Sperrdämpfungen des Filters und seines dualen Filters erzielt. Da die Filter eher so ausgeführt werden können, daß sie eine mäßige Dämpfung in ihren Sperrbereichen verursachen, sind die Gleichartigkeitsbedingungen für hohe Frequenzen etwas geringer. Die Tatsache, daß die Schleifendämpfung bei niedrigen Frequenzen nur durch einen Ausgleich oder durch Symmetrie erzielbar ist, ist ein ernster Nachteil, dessen Überwindung schwierig sein kann. Eine andere Ausbildung, in welcher die Filtertrennschärfe zur Erzielung der Schleifendämpfung bei allen Frequenzen benutzt wird, ist in Fig. 7 angegeben.

Fig. 7 zeigt einen Zwischenverstärker gemäß den Prinzipien der Erfindung mit sowohl Hochpaß- als auch Tiefpaßfiltern in jeder Rückkopplungsschleife. Dieser Übertrager enthält vier Frequenzabzweignetzwerke 100, 101, 102, 103 von der gleichen Art, wie sie in Fig. 1 schematisch dargestellt sind. Jedes dieser Netzwerke enthält zwei Gabel- oder Ausgleichsübertrager und zwei zueinander inverse Filter. Beispielsweise das Abzweignetzwerk 100 enthält den Ausgleichsübertrager 71 und den Ausgleichsübertrager 72, von denen jeweils zwei Zweige durch das Hochpaßfilter 76 bzw. das inverse Hochpaßfilter 77 getrennt sind. Das Abzweignetzwerk 100 ist mit dem Abzweignetzwerk 102 durch die Leitung 93 verbunden. Das Netzwerk 100 ist auch mit dem Netzwerk 101 gekoppelt, und zwar über den Transformator Γ.,. In ähnlicher Weise ist auch das Netzwerk 103 mit dem Netzwerk 101 durch die Leitung 94 verbunden und an das Netzwerk 102 über den Transformator T₄ gekoppelt. Die Netzwerke 100 und 103 enthalten zueinander inverse oder duale Hochpaßfilter 76, 77 und 88, 89. Die Abzweignetzwerke 101 und 102 enthalten

ίο zueinander duale Tiefpaßfilter 78, 79 und 86, 87. Ein einseitig wirkender Verstärker 90 ist zwischen die Sekundärwicklung des Ausgleichsübertragers 72 im Netzwerk JOO und der Sekundärwicklung des Ausgleichsübertragers 83 im Netzwerk 103 eingeschaltet.

*5 Die Sekundärwicklungen des Ausgleichsübertragers 73 im Netzwerk 101 und die Sekundärwicklung des Ausgleichsübertragers 82 im Netzwerk 102 sind durch die Widerstände 75 bzw. 85 abgeschlossen. In ähnlicher Weise ist die Mittenanzapfung des Ausgleichs-Übertragers 71 durch einen Widerstand 74 und die Mittenanzapfung des Ausgleichsübertragers 81 durch einen Widerstand 84 abgeschlossen. Das linke Ende des Zwischenverstärkers ist mit der Mittenanzapfung des Ausgleichsübertragers 70 im Netzwerk 101 verbunden, und das rechte Ende des Zwischenverstärkers ist mit der Mittenanzapfung des Ausgleichsübertragers 80 im Netzwerk 102 verbunden. Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist wie folgt:
Die Hochfrequenzsignale, welche an der linken Eingangsklemme W ankommen, werden in dem Ausgleichsübertrager 70 aufgeteilt, durch die Filter 78 und 79 mit verschiedener Phasenlage reflektiert und an den Ausgleichsübertrager 71 weitergeleitet. Hier werden sie wiederum geteilt und durch die Hochpaßfilter 76 und 77 zum Ausgleichsübertrager 72 hindurchgelassen. Sie werden an die Sekundärwicklung des Ausgleichsübertragers 72 weitergeleitet und danach dem Verstärker 90 zugeführt. Das verstärkte Signal wird dem Ausgleichsübertrager 83 zugeführt.

teilt sich in zwei gleiche Teile auf, die durch die Filter 88 und 89 hindurchgelassen werden, und vereinigen sich wieder in dem Ausgleichsübertrager 81. Das Signal wird dann dem Ausgleichsübertrager 80 zugeführt, wird wiederum aufgeteilt, und die sich ergebenden Signalteile werden durch die Filter 86 und 87 mit verschiedener Phasenlage reflektiert. Die reflektierten Signalteile vereinigen sich wieder in dem Ausgleichsübertrager 80 und verlassen den Zwischenverstärker durch die bzw. über den rechten Leitungsanschluß E.

In gleicher Weise werden die vom rechten Leitungsanschluß E ankommenden Signale geteilt, weitergeleitet oder durch verschiedene Filter hindurchgelassen und durch andere Filter wiederum reflektiert, vereinigen sich wieder, um verstärkt zu werden, und verlassen den Zwischenverstärker über den linken Leitungsanschluß W. Die vier Widerstände 74, 75, 84 und 85, von denen einer in jedem Abzweignetzwerk angeordnet ist, können so eingestellt werden, um kleine Diskrepanzen in den Übertragungskenngrößen der Netzwerke auszusymmetrieren.

Obwohl die in Fig. 7 dargestellte Zwischenverstärkerschaltung größer und umfangreicher als die anderen, bisher aufgeführten und beschriebenen Anordnungen ist, so bietet sie doch den zusätzlichen Vorteil, daß sie sowohl ein Paar Hochpaßfilter als auch ein Paar Tiefpaßfilter in jeder der Rückkopplungssehleifen enthält. Die Schleifendämpfung für die Hochfrequenz- und die Niederfrequenzkompo-

nenten kann deshalb groß gemacht werden, indem man einfach die Filter so ausführt, daß sie in ihren betreffenden Sperrbereichen eine geringe Dämpfung aufweisen. Diese Bedingungen sind jedoch wesentlich leichter in einem abgeglichenen System zu erfüllen, als daß man sich allein auf die Schleifendämpfung verläßt.

Eine weitere Möglichkeit zur Vereinfachung der Filterkonstruktion für Übertrager von der oben beschriebenen Art besteht in der Verwendung von anti- ίο metrischen Filtern von der Art wie das in Fig. 8 gezeigte. Ein antimetrisches Filter ist ein Filter mit Eingangs- und Ausgangsimpedanzen, welche entgegengesetzt oder invers miteinander in Beziehung stehen. In Fig. 8 bedeutet dies, daß die Eingangsimpedanz Z₁ gleich einer Konstanten R² geteilt durch die Ausgangsimpedanz Z₂ ist. Man sieht, daß dies die gleiche Beziehung ist, wie sie zwischen den Eingangsimpedanzen von zueinander inversen Filtern besteht. Antimetrische Filter von der in Fig. 8 gezeigten Art können deshalb in den Zwischenverstärkern, wie sie in den Fig. 2, 5, 6 und 7 dargestellt sind, Verwendung finden, indem man lediglich das entgegengesetzte Ende des Filters gegen die Gabelschaltung bzw. den Ausgleichsübertrager richtet, um seine entgegengesetzte oder inverse Kenngröße oder Charakteristik zu erhalten. Da alle der aufgeführten Filter die übereinstimmend gleichen Ausführungsformen betreffen, können ihre Übertragungskenngrößen derartig sein, daß sie einen hohen Grad von Gleichartigkeit aufweisen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Zweirichtungs-Zwischenverstärker in Zweidraht-Trägerfrequenz-Übertragungssystemen, bei welchen zwei verschiedene Frequenzbänder für die beiden Übertragungsrichtungen benutzt werden, mit einem Einrichtungsbreitbandverstärker und aus zwei Gabelschaltungen und einem Dualfilterpaar bestehenden Inversweichen, welche je vier Anschlußpaare besitzen, von denen das erste zum vierten sowie das zweite zum dritten die Frequenzen innerhalb des Filterbereiches und das erste zum zweiten sowie das dritte zum vierten Klemmenpaar die Frequenzen außerhalb des Filterbereiches durchleiten, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweiten bzw. dritten Klemmenpaare (Q, Q') einer ersten Inversweiche (18) mit den zweiten bzw. dritten Klemmenpaaren (Q, Q') einer zweiten Inversweiche (19) verbunden sind, daß der eine Leitungsanschluß (W) an die ersten Klemmenpaare (R) der ersten Inversweiche (18), der andere Leitungsanschluß (E) an die vierten Klemmenpaare (R') der zweiten Inversweiche (19) geführt ist und daß der Verstärkereingang an die ersten Klemmenpaare (R) der zweiten Inversweiche (19) und sein Ausgang an den vierten Klemmenpaaren (R') der ersten Inversweiche (18) liegt.

2. Zweirichtungs-Zwischenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der inversen Filterpaare antimetrische Filterpaare (Fig. 8) geschaltet sind.

3. Zweirichtungs-Zwischenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der DualfUterpaare (76, 77; 88, 89) das eine Frequenzband, zwei andere Dualfilterpaare (78, 79; 86, 87) das andere Frequenzband übertragen und daß je eines der inversen Filternetzwerke (100, 101, 102, 103) zwischen dem Einrichtungsbreitbandverstärker (90) und jeder der Ausgangsklemmen (W, E) angeschlossen ist (Fig. 7).

4. Zweirichtungs-Zwischenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Filterpaare (66, 67; 64, 65) zwischen Verbindungsleitungen eingeschaltet sind, welche jeweils die Primärwicklung (60, 62) des einen Übertragers (T₁, T₂) mit der Sekundärwicklung (63, 61) des anderen Übertragers (T₂, T₁) verbinden, daß der Einrichtungsbreitbandverstärker (68) zwischen die Mittelanzapfungen der Sekundärwicklungen (61, 63) beider Übertrager (T₁, T₂) geschaltet ist und daß der Verstärkerausgang bzw. -eingang (W, E) des Zwischenverstärkers mit den Mittelanzapfungen der Primärwicklungen (60, 62) beider Übertrager (T₁, T₂) verbunden ist (Fig. 6).

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 673 336;

Laurent: »Vierpoltheorie und Frequenztransformation«, 1956, S. 184 bis 186;

Neu: »Eine Frequenzweiche für Mikrowellen«, 1952, S. 8 bis 10.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen