DE2262237A1

DE2262237A1 - Schaltungsanordnung fuer die kombinierte sprachfrequenzuebertragung und gleichstromsignalisierung

Info

Publication number: DE2262237A1
Application number: DE2262237A
Authority: DE
Inventors: Russell William Collins
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1971-12-27
Filing date: 1972-12-20
Publication date: 1973-07-12
Also published as: FR2167103A5; JPS538442B2; NL7217546A; SE376136B; IT976152B; JPS4874709A; US3731234A; BE793240A; AU5039772A; DE2262237C3; DE2262237B2; GB1360364A; CA951445A; AU471232B2

Description

\VES-U'.J!Ä IJLICC* >. jU-:.· CÜMPAKV Collins, R.W. -

2282237

Incorporate.¹,

New York, N. Y.. 10007 USA

Schaltungsanordnung für die kombinierte Sprachfrequenzübertragung und GIeichstromsignalisierung

Die Erfindung betrifft einen Koppler zum longitudinalen Symmetrieren von sprachfrequenten Signalen, die auf seine ersten und zweiten Eingangsanschlüsse gegeben werden, damit er an seinen ersten und zweiten Ausgangsanschlüssen symmetrierte sprachfrequente Signale abgibt.

Der Bedarf für Schaltungen, die Endeinrichtungen und symmetrierte Kabeleinrichtungen miteinander koppeln, ist seit langem bekannt. Dieser Bedarf ist dann von größter Bedeutung, wenn die Endeinrichtung, z. B. eine private Teilnehmereinrichtung, andernfalls den normalen Betrieb dieser Einrichtungen gefährden würde. In Fällen, in denen die Endeinrichtung sowohl sprachfrequente Signale (300-3000 Hz) als auch Gleichstrom signale und Signale mit niedrigen Frequenzen (weniger als 20 Hz) sendet, muß die Kopplerschaltung diese Signale in geeigneter Weise beeinflussen,

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damit sie über die symmetrierte Kabcleinrichtung übertragen werden kann. Dies muß sogar dann geschehen, wenn die Endeinrjchlunf.¹; eine geerdete oder unsymmetrische Quelle ist.

Um außerdem eine befriedigende Signalübertragung zu erhalten, muß der Koppler auch die Verbindung der Endstelleneinrichtung mit den symmetrierten Kabeleinrichtungen unterstützen, z. B. in dem er nur eine minimale Anzahl von Eingangs- und Ausgangsanschlußverbindungen erfordert. Die derzeitigen Koppleranforderungen gestatten nur zweidrähtige Eingangs- und Ausgangsverbindungen.

Es sind bereits Koppler schaltungen angegeben worden, welche den Anforderungen hinsichtlich der Symmetrierung von sprachfrequenten Signalen und der zweidrähtigen Eingangs- und Ausgangsverbindungen genügen sowie galvanische Durchschaltungsverbindungen für die überlagerte Gleichstromsignalisierung vorsehen. Solche Koppler besitzen jedoch keine annehmbare E infügungsdämpfung.

Dieses Problem wird durch den erfindungsgemäßen Koppler dadurch gelöst, daß ein Transformator erste und zweite Primärwicklungen und erste und zweite Sekundärwicklungen aufweist,

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wobei die ersten Primär- und Sekundärwicklungen gegensinnig in Reihe an den ersten Eingang und den ersten Ausgang angeschlossen sind, iinß die zweiten Primal*- und Sekunda'rwicldunr gen ebenfalls gegensinnig in Reihe an den zweiten Eingang und an den zweiten Ausgang geschaltet sind; und daß ein Induktivitätsnetzwerk erste und zweite in Reihe geschaltete Spulen aufweist, die gegensinnig auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sind, wobei sich die erste Spule in Serie zwischen den ersten Primär- un d Sekundärwicklungen befindet und die zweite Spule in Serie zwischen die zweiten Primär- und Sekundärwicklungen geschaltet ist.

Hierzu verbindet die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise die Endeinrichtung mit symmetrierten Kabeleinrichtungen, ohne eine wesentliche Einfügungsdämpfung einzuführen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie die Endeinrichtungsquellensignale in geeigneter Weise für die Übertragung über die symmetrierten Kabeleinrichtungen beeinflußt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, eine symmetrierte Sprachbandübertragung unabhängig vom Grad der Unsymmetrie der Endeinrichtung sowie eine überlagerte Gleich-

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strom- und Niederfrequenzsignalisierung zuzulassen.

Es ist ein Aspekt dieser Erfindung, die Verbindung der Endeinrichtung mit den symmetrierten Kabeleinrichtungen zu erleichtern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung symmetriert ein Koppler Sprachbandsignale in Längsrichtung, die von einer geerdeten Quelle für die Übertragung auf einem symmetrierten Kabelpaar abgeleitet sind, und erweist zugleich galvanische Direktverbindungen zwischen der Quelle und dem Kabelpaar für die überlagerten Gleichstrom- und Niederfrequenzsignalisierung auf. Der Koppler enthält im wesentlichen einen Transformator mit aufgeteilten Primär- und Sekundärwicklungen, wobei die zugeordneten Wicklungsabschnitte entlang der T- und R-Leitung entgegengesetzt in Serie geschaltet sind; er enthält ein Induktionsnetzwerk mit zwei entgegengesetzt in Serie gekoppelten Spulen auf einem gemeinsamen Kern, wobei jede Spule die zugeordneten Primär- und Sekundärwicklungsabschnitte in Serie schaltet, die auf den T- und R-Leitungen angeordnet sind, sowie ein Kapazitätsnetzwerk mit zwei Kondensatoren, deren gemeinsamer Verbindungspunkt geerdet ist und die in Serie zwischen die aufgeteilten Sekundärwicklungen gelegt sind.

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Gemäß einer speziellen Ausbildung der Erfindung hat der Transformator ein Übersetzungsverhältnis von 1, während seine Wicklungen auf Permalqy-Kern gewickelt sind, um einen großen Wert für die Niederf requenzinduktanz-zu erzielen und dabei die Niederfrequenzgruppenlaufzeitverzerrung zu verbessern.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie die Verbindung von Endeüiriehtung mit den symmetrierten Kabeleinrichtungen erleichtert.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Verwendung eines Permalloy-Kerns eine verbesserte Niederfrequenz-Gruppenlaufzeitverzerrung bewirkt und außerdem nur relativ wenig Platz beansprucht.

Eine weitere Eigenschaft der Erfindung besteht darin, daß sie sprachfrequente Signale in Längsrichtung symmetriert, und zwar unabhängig vom Grad der Unsymmetrie der Endeinrichtung und daß sie gleichzeitig eine galvanische Direktverbindung für die überlagerte Gleichstrom- und Niederfrequenzsignalisierung aufweist, während sie nur zwei Eingangs- und Ausgangsanschlußverbindungen erfordert.

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Eine andere Eigenschaft der Erfindung besteht darin, daß sie eine wesentlich verbesserte longitudinale Symmetrierung und Einfiigungsdämpfung besitzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Fig. IA zeigt eine herkömmliche Übertragungsanordnung, in der die Endeinrichtung über einen Koppler mit zugeordneten Kabeleinrichtungen verbunden ist, während

Fig. IB zum Definieren der Schleifen und der longitudinal en Signale dient.

F ig. 2 zeigt einen ersten bereits bekannten Koppler.

Fig. 3A bzw. 3B zeigen einen zweiten bereits bekannten Koppler sowie die zugehörige Ersatzschaltung für Sprachfrequenzen.

Fig. 4A bzw. 4B zeigen einen Koppler gemäß der vorliegenden Erfindung sowie die zugehörige idealisierte Ersatzschaltung für Sprachfrequenzen, während die

Fig. 4C bzw. 4D die Verwendung dieses Kopplers für

die gerichtete Schleifengleichstrom- und Nieder-

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frequenzsignalisierung bzw. für die doppel gerichtete longitudinal^ Gleichstrom- und Niederfrequenzsignalisierung zeigen.

In der Fig, IA ist eine herkömmliche Übertragungseinrichtung gezeigt, in der der Koppler 20 als Zwischeneinrichtung zwischen der Endstelle (TE) 10 und der Telefongesellschaftseinrichtung vorgesehen ist, während der Koppler 20' als Zwiseheneinrichtung zwischen der Endstelle (TE) 10'und derselben Einrichtung 30 dienst. Weiterhin verbinden die Leitungen 41 und 42 die Endeinrichtung 10 mit dem Koppler 20, während das symmetrierte Kabelpaar 51-52 den Koppler 20 mit der Einrichtung 30 verbindet. Auf entsprechende Weise verbinden die Leitungen 41' und 42' die Endeinrichtung 10' mit dem Koppler 20,' während das symmetrierte Paar 51' - 52' den Koppler 20' mit der Einrichtung 30 verbindet. In üblicher Weise sind die Leitungen 41 und 41' und die Leitungen 51 und 51' als T-Leitungen (tip-conductors) bezeichnet, während die Leitungen 42 und 42'und die Leitungen 52 und 52' als R-Leitungen (ring-conductors) bezeichnet sind.

Koppler wie die Koppler 20 und 20' schützen die Einrichtung der Telefongesellschaft und die Endeinrichtung, auch private Einrichtung, vor äußeren schädlichen Einflüssen, und sie lassen

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verschiedene Arbeitsweisen der Ende^:nrvchtung zu. Die Kopplerschutzschaltung bewirkt einen Blitzschutz, e^:ne Dämpfungsregehmg etc. Eine snche Schutzschaltung ist nicht Gegenstand dieser Erfindung und wrd deshalb nicht weiter diskutiert. Außerdem enthüH dor Koppler Mittel zum Umwandeln der Quell.ensignale der Endeinrichtung in eine Form, die mit den Übertragungserfordernissen der symmetrierten Kabeleinrichtung kompatibel ist. Die Notwendigkeit, longitudinal, sprachfrequente Signalkomponenten, die über symmetrierte Kabeleinrichtungen übertragen werden sollen, zu unterdrücken, ist bereits bek annt.

In bestimmten Fällen muß der Koppler die sprachfrequenten Signale, die von der geerdeten Endeinrichtung kommen, symmetrieren, während er gleichzeitig eine geeignete Einfügungsdämpfung, Gruppenlaufzeitverzerrung und Impulsverzerrung aufweisen muß. Eine weitere wichtige Anforderung an den Koppler besteht darin, daß er für die Gleichstrom- und Niederfrequenzsignalisierung geeignet ist. Neben diesen übertragungstechnischen Bedingungen muß der Koppler auch noch die Verbindung der Endeinrichtung mit den symmetrierten Kabeleinrichtungen erleichtern, z.B. in dem er ein Minimum an Eingangs- und Ausgangsanschlüssen erfordert. Beispiels-

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weise erfordern die derzeitigen Normen zweidrähtige Eingangs- und AusgangsanschlüsseJ Es wird erwartet, daß auch in Zukunft symmetrierte Kabelpaare zum Verbinden der Endeinrichtung mit der Anlage der -Telefongesellschaft verwendet werden und dadurch der derzeitige Bedarf für Koppler der hier beschriebenen Art zunimmt.

Betrachtet man nun die Fig. IB, so kann man die Schleifenspannung folgendermaßen definieren:

V = V - V il)

Schleife TR ^K '

während die Längsspannung definiert ist als:

V +V

V = ——— (2)

längs 2 ^K '

wobei V bzw. V die Spannungen der Leitungen 51 bzw. 52 zu

J- XV

Erde sind. Sie Signalübertragung in Kabelpaar 51-52 soll dann vollkommen symmetriert sein, wenn

V_T = - V_R ί Q, · - (3)

in diesem Fall ist - -

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Schleife = ^2VT ⁽⁴⁾

V₁.. - 0 (5)

längs

Ähnlich soll die Signalübertragung im Kabelpaar 51-52vollkommen longitudinal sein, wenn

dann ist

V_T = V_R / 0 (6)

Schleife = ° <⁷⁾

^Vlängs = ^VT ·

Hieraus ist ersichtlich, daß ein auf dem Kabelpaar 51-52 erscheinendes Signal dann ein symmetriertes Sprachbandsi«naI ist, wenn es einen Frequenzbereich von 300 bis 3000 Hz aufweist und wenn es den Spannuugsbezichungen genügt, die durch

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die Gleichung (3) ausgedrückt werden. In der allgemein unsymmetrierten Form, von der die Gl. (6) einen speziellen Fall darstellt, ist übrigens V-. _n ... ^ 0 und V_n.. φ 0. Diese

Schleife längs

tritt z. B, dann an den Eingangsanschlüssen des Kopplers auf, wenn die Leitung 42 geerdet ist, d.h., ist beispielsweise

^VT

V_R -■= 0, so istV_Sch]eife= V_T und V_längs = — . Dieser

zweite Spezialfall wird noch im Zusammenhang mit den Fig. 3B und 4B diskutiert.

Axis den Gl. (3) und (G) ist erkennbar, daß V gleichen und

oC 111 GlIC ,

entgegengesetzten Stromfluß in den Leitungen 51 und 52 verursachen will, während V₁.. gleichen Stromfluß in gleicher Richtung entlang den Leitungen 51 und 52 bewirkt.

Da das Kabelpaar 51-52!physikalisch so ausgelegt ist, daß es symmetrisch ist und dabei die Übertragung von longitudinal symmetrierten Sprachbandsignalen gestattet, müssen alle ursprünglich nicht symmetrierten Sprachbandsignale, die z. B. von der Endeinrichtung 10 kommen, durch den Koppler 20 in den symmetrischen Zustand umgeformt werden. Es ist jedoch festzuhalten, daß bei den Einrichtungen in der Praxis die longitudinalen Sprachbandkomponenten niemals ganz unterdrücld; werden; mit anderen Worten ist V₁.. innerhalb des Kabel-

langs

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pares niemals ganz Null. Da die longitudinale Symmetrierung so gemessen wird, daß sie auf die relativen Werte von V. ...

ι längs

auf der Eingangssoite des Kopplers und V ,..

° ο längs

auf der Aus

gangsseile des Kopplers bezogen ist, muß das Verhältnis i längs

V längs
ο

ein Maximum werden.

Ein bereits bekannter Koppler, der Sprachbandsignale in Längsrichtung symmetriert und der gleichzeitig für die Gleichstrom- und Niederfrequenzsignalisierung geeignet ist, ist in der Fig. gezeigt. Der Koppler 80 enthält im wesentlichen einen Transformator 81 und ein geerdetes Kapazitätsnetzwerk 82. In dieser Anordnung werden die unsymmetrischen sprachfrequenten Signale über die Leitungen 41A und 42A auf ein erstes Paar Kopplereingänge gegeben, während die Gleichstrom- und Niederfrequenzsignale über die Leitungen 41B und 42B auf ein zweites Paar Eingangsanschlüsse gegeben werden. Die Leitungen 41A und 42A sind mit der Primärwicklung des Transformators verbunden, während die Leitungen 41B und 42B mit dessen Sekundärwicklungen verbunden sind. Die svmmetrierten sprachfrequenten Signale sowie die Gleichstrom- und Niederfrequenzsignale erscheinen an den Ausgangsanschlüssen des Kopplers, die mit dem symmetrierten Paar. 51-52 verbunden sind. Die Arbeitsweise des Kopplers 80 ist bekannt, so daß hierauf an dieser Stelle nicht

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mehr eingegangen wird. Es ist leicht zu erkennen, daß der bekannte Koppler 80 vier Eingangsanschlußverbindungen benötigt und deshalb nicht der gegenwärtigen Koppler-Zwischenverb indungs-Norm genügt.

Ein bereits bekannter Koppler, der die spracMrequenten Signale in Längsrichtung symmetriert und der gleichzeitig eine metalliscge Leitungsverbindung zwischen zwei Eingangs- und Ausgangsanschlüssen für überlagter Gleichstrom- und Niederfrequenzsignalisierung aufweist, ist in Fig. 3A gezeigt. Der Koppler 60 enthält im wesentlichen einen Transformator 61 mit aufgeteilten Wicklungen und ein geerdetes Kapazitätsnetzwerk 65. Der Transformator 61 besitzt eine aufgeteilte Primärwicklung, die aus den Wicklungsabschnitten 62A und 62B besteht, eine aufgeteilte Sekundärwicklung, die aus den Wicklungs ab schnitten 63A und 63B besteht sowie ein Kern 64. Die Primärwicklungsabschnitte 62A und 62B sind auf dem Kern 64, sich gegenseitig unterstützend, in Serie ' geschaltet. Desgleichen sind die Abschnitte 63A und 63B der Sekundärwicklung, sich gegenseitig unterstützend, in Serie geschaltet. Das Kapazitätsnetzwerk 65 enthält den Kondensator 65A, der den gemeinsamen Anschlußpunkt der Abschnitte 62A und 63A mit Erde 53 verbindet, sowie einen Kondensator 65B, der auf entsprechende Weise den gemeinsamen Anschlußpunkt der Ab-

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schnitte 62B und 63B mit Erde verbindet. Außerdem sind die Leitungen 41 und 42 mit den beiden Eingangsanschlüssen des Kopplcrs verbunden, welche durch die äußeren Enden der Abschnitte 62A und 62B dargestellt werden, während das syniT m.etrierte Paar 51-52 mit den beiden Ausgangsanschlüssen des Kopplers verbunden ist, die durch die äußeren Enden der Abschnitte 63A und 63B dargestellt werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3B wird nun gezeigt, wenn der Koppler 60 symmelrierte sprachfrequente Signale an seinen beiden Ausgangsanschlüssen abgibt, sein Einfügungsdämpfungsverhiüten inadäwuat ist. Die Einfügungsdämpfung bezieht sich selbstverständlich auf die Dämpfung der Signale, die sich durch das bloße Hinzufügen des Kopplers als Zwischenglied zwischen die Endeinrichtung und die Einrichtung der Telefongesellschaft ergibt. In Fig. 3B, die ein idealisiertes Ersatzschaltbild des Kopplers 60 für das Sprachfrequenzband darstellt, wurde angenommen, daß die geerdeten Kondensatoren 65A und 65B im Sprachband im wesentlichen als Kurzsehlußverbindungen zu sehen sind, daß sich der Transformator 61 ideal verhält und daß der innere Widerstand der Quelle 66 vernachlässigbar ist. Der Transformator 61 gilt als ideal, wenn er ein Übersetzungsverhältnis von 1 hat und wenn seine Wicklungen einen vernachläßig-

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baren stationären Widerstand bilden. In der Fig. stellt die Impedanz, die eine Seite der Quelle 66 mit Erde 53 verbindet, den Grad der Symmetrierung der Quelle dar. Mit anderen Worten: wenn Z - 0 ist, so wird die zugeordnete Seite der Quelle 66 geerdc?t und macht dadurch die Quellee 66 unsymmetrisch. Man erkennt, daß die Quelle 66 mit den zwei Eingangsanschlüssen des Kopplers verbunden ist.

Unter Anwendung bekannter Rechennaethoden erhält man folgende Schleifengleieiiungen für die dargestellte Ersatzschaltung:

E = I₁ (Ls+Z(s)) + I₂(Ls-Z(S)) (9)

0 - I₁(Ls-Z(S)) + I₂(LsH-Z(S)), (10)

worin E die Quellenspannung ist, i und i die Schleifenströme sind, L die Induktivität der Windungsabschnitte darstellt und j3 der verallgemeinerte Frequenzparameter ist. Eine ideale induktive Kopplung wird angenommen, wobei die Gegeninduktivitäten auch gleich L gemacht werden. Die Determinante D der Gleichungen (9) und (10) ist somit:

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D =

Ls + Z(S) Ls - Z(s) Ls - Z(s) Ls + Z(s)

- (Ls + Z(s))² - (Ls - Z(S))

4LsZ(S)

(11)

(12) (13)

Nimmt man die Gl. (13), so werden die Ausdrücke für i und i :

1 Ct

E Ls - Z(S) O Ls + Z(S)

(14)

E (Ls + Z(S)) 4 Ls Z(s)

(15)

Ls	+ Z(S)	E
Ls	- Z(s)	O
	D
-E	(Ls -

Z(S))

4Ls Z(s)

(16)

(17)

Verwendet man die Gl. (15) und (17) und nimmt wieder an, daß eine Gegenkopplung besteht, so ist die Ausgangsspannung V, des offenen Kreises am synimetrierten Paar 51-52:

^vo=^vt - ^vr = ^Ls

= 2Ls (I₁ + i₂),

(18)

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2LsE
4LsZ(S)

17 . .

{(Ls + Z(S)) - (Ls-Z(S))J; . · (19)

= E. (20)

Es ist somit ersichtlich, daß die Ausgangs spannung V_n des offenen Kreises theoretisch gleich der Quellenspannung E ist. Die Gleichung (15) gibt indessen an, daß dann, wenn die Impedanz Z zur Erde auf einer Seite des Generators 66 gegen Null geht, der Schleifenstrom i theoretisch gegen unendlich strebt. Da die Transformatorwicklungen und die Quelle in Wirklichkeit einen bestimmten endlichen Widerstand darstellen, wird der Strom i nicht unendlich, aber er erreicht einen sehr großen Wert. Dies bewirkt natürlich eine übermäßige Versehwendung von nützlicher Energie in den Transformatorwicklungen und in den inneren Generatorwiderständen. Deshalb ergeben diese sehr großen Werte der Schleifenströme, selbst wenn V_ im wesentlichen über das Gesprächsband symmetriert ist - z. B. V_n, = -V_n φ 0, wenn die Quelle 66 geerdet wird - merkliche

I rl

Spannungsabfälle über die inneren Widerstände. Dies ergibt wiederum eine nicht tragbare Einfügungsdämpfung. Wenn beispielsweise der Koppler 60 zwischen einer Quelle von 600 Ohm und einer Last von 600 Ohm liegt, hat die longitudinale Symmetrierung bei 1000 Hz einen Überschuß von 20 db, aber der

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Einfügungsverlust bei 1000 Hz beträgt ungefähr 25 db, was im allgemeinen nicht mehr akzeptabel ist.

Ein Koppler gemäß der vorliegenden Erfindung, der sprachfrequente Signale in Längsrichtung symmetriert, und der zugleich zwischen seinen beiden Eingangs- und Ausgangsanschlüssen für die überlagerte Gleichstrom- und Niederfrequenzsignalisierung eine galvanische Durch schaltung besitzt, der außerdem eine wesentlich günstigere Einfügungsdämpfung aufweist, ist in Fig. 4A gezeigt. Die Einfügungsdämpfungseigenschaften des Kopplers 70 werden unter Bezugnahme auf Fig. 4B noch ausführlicher diskutiert. Der Koppler 70 enthält im wesentlichen den Transformator 71 mit den aufgeteilten Wicklungen, ein Induktivitätsnetzwerk 76 und ein geerdetes Kapazitätsnetzwerk 75.

Erfindungsgemäß enthält das Induktivitätsnetzwerk 76 die Induktivitätsspulen 77A und 77B, die sich mit entgegengesetztem Wicklungssinn auf dem Kern 78 befinden. Diese Spulen können in vorteilhafterweise zwei identische Abschnitte einer einspuligen Induktivität sein. Außerdem enthält der Transformator 71 eine aufgeteilte Primärwicklung, die aus den Wicklungsabschnitten 72A und 72B besteht; eine aufgeteilte Sekundärwicklung, die aus den Wicklungsabschnitten 73A, 73B besteht, sowie einen

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Kern 74. Die Primärwicklungsabschnitte 72A und 72B sind identisch und gleichsinnigin Reihe geschaltet, während die Sekundärwicklungsabschnitte 73A und 73B ebenfalls identisch und gleichsinnig in Reihe geschaltet sind. Schließlich enthält das Kapazitätsnetzwerk 75 in Serie geschaltete Kondensatoren 75A und 75B, deren gemeinsamer Verbindungspunkt mit Erde 53 verbunden ist. Die Kondensatoren 75A und 75B haben gleiche Werte.

Die Inüütä Ions spule 77A schaltet die Wicklungsabschnitte 72A' und 73A in Reihe, während die Spule 77B die Wieklungsabschnitte 72B und 73B in Serie schaltet und dabei eine galvanische Durchverbindung zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung des Transformators bewirkt. Die äußeren Enden der Primärwicklungsabschnitte 72A und 72B, welche zu den Leitungen 41 und führen,' stellen die beiden Eingangsanschlüsse des Kopplers dar, während die äußeren Enden der Sekimdärwicklungsäbschnitte 73A und 73B, die zu dem symmetrierten Adernpaar 51-52 führen, die beiden Ausgangsenden des Kopplers darstellen. Außerdem führt der gemeinsame Verbindungspunkt des· Abschnitts 73A und der Spule 77A zum Kondensator 75A, während der gemeinsame Verbindungspunkt des Abschnitts 73B und der Spule 77B zum Kondensator 75B führt. Entsprechend der vorliegenden

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Erfindung worden die unsymmetrierten, sprachfrequenten Signale auf die beiden Eingangsanschlüsse des Kopplers gegeben, während die symmetrierten, sprachfrequenten Signale an den beiden Ausgangsanschlüssen des Kopplers abgegriffen werden können.

Der hier beschriebene Koppler der eine Sekundärseite Mittelpunktserdung aufweist, aber keine Kondensatoren 75A und 75B enthält, hat eine in Längsrichtung symmetrierte sprachfrequente Signalübertragung mit verbesserten Einfügungsdämpfungen. Allgemein gesprochen überträgt der Transformator 31 die sprachfrequenten Signale von seiner Primärwicklung auf seine Sekundärwicklung, während das Induktivitätsnetzwerk 76 jede longitudinale sprachfrequente Signalkomponente unterdrückt.

Im einzelnen erzeugt die Induktionsspule 77B, die Teil der Schleife ist, welche den normalerweise geerdeten Primärwicklungsabschnitt 72B und Erde 53 umfaßt, diejenigen Kraftflüsse,die not?· wendig sind, um die durch die Induktionsspule 77A gehenden longitudinalen, spraehfrequenten Signalkomponenten zu unterdrücken. An diesem Punkt wurde weder das Übersetzungsverhältnis des Transformators noch die Art der Serienschaltung zwischen den Primär- und Sekundärwicklungsabschnitten näher angegeben.

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Nunmehr weist ein Koppler von der bereits beschriebenen Art mit Kondensatoren 75A und 75B nicht nur eine in Längsrichtung symmctrierte sprachfrequente Signalübertragung mit verbesserten Einfügungsdämpfungen auf, sondern auch ein Gleichstrom- und Niederfrequenzsignalisierung über die galvanische Verbindung, welche die beiden Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des Kopplers verbindet. In diesem Fall wirkt das Kapazitätsnetzwerk 75 im wesentlichen als Kurzschlußelement für die sprachfrequenten Signale und als offener Kreis für die Gleichstrom- und Niederfrequenzsignale, Deshalb ist die Wirkungsweise des Kopplers im sprachfrequenten Bereich im wesentlichen dieselbe wie bereits oben dargelegt. Wiederum wurde weder das Übersetzungsverhältnis noch die Art der Serienverbindung zwischen den Primär- und Sekundärwicklungsabschnitten im einzelnen angegeben.

Im allgemeinen reagieren die Transformatorwicklungen auf die Gleichstromsättigung. Dies verursacht natürlich einen Abfall der nominalen Wicklungsinduktivität, wodurch sich eine weniger effektive Sprachbandsignalübertragung ergibt. Um deshalb die Gleichstrom- und Niederfrequenzsignale über die galvanische Verbindung übertragen zu können, die sich zwischen den beiden Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des Kopplers be-

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findet und gleichzeitig die nominale Effizienz der sprachfrequenten Übertragung beibehalten zu können, werden die Wicklungsabschnitte 72Λ und 78Λ bzw. die Wieklungsabschnitte 72B und 73B, die sich auf dem a- bzw. b- Adern befinden, jeweils entgegengesetzt in Reihe geschaltet. Dadurch erzeugen die Ströme, v/elche in diesen zugeordneten Primär- und Sekundärwicklungsabschnitten fließen, gleiche und entgegengesetzt gerichtete Gletchstromflüsse, welche sich gegenseitig aufheben und dabei die Wicklungsinduktivität auf ihren normalen Wert stabilisieren.

Die Koppleranordnungen, welc he zuvor beschrieben wurden, konnten in vorteilhaftenveise Eisenkerntransformatoren verwenden. Entsprechend einer besonderen Au sgestaltung der vorliegenden Erfindung hat jedoch der Transformator 71 ein Übersetzungsverhältnis von 1 und enthält einen Permalloykem. Die sich hieraus ergebende Struktur hat eine sehr große Niederfrequenzinduktivität, die für eine verzerrungsfreie Gleichstromwahlimpulsübertragung entlang der oben erwähnten galvanischen Durchverbindung notwendig ist. Es ist noch zu bemerken, daß Transformatoren mit einem Permalloykem relativ wenig Raum beanspruchen. Bei einer praktischen Ausführungsform des Kopplers 70, der einen Permalloykem enthielt, wurden die

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Gleiehstromwnhlimpulse mit Frequenzen bis zu 20 Impulsen pro Sekunde übertragen sowie mit einer sich ergebenden Verzerrung von nur 8%.

Es wird nun unter Bezugnahme auf das idealisierte Ersatzschaltbild für Spraehfrequenzen der Fig. 4B gezeigt, daß der Koppler 70 eine in Längsrichtung sjTnmotrierte Spraehbandsignalübertragung init wesentlich verbesserten Einfügungsdämpfungen gewährleistet. Es wird wiederum angenommen, daß die geerdeten Kondensatoren für das Sprachband im wesentlichen als Kurzschlußelemente wirken, daß ferner der Transformator ideal und der innere Widerstand der Quelle 66 vernachlässigbar ist. Die Impedanz Z stellt den Grad der Symmetrierung der Quelle 66 dar. Man erkennt, daß die Quelle 66, deren Ausgangsspannung mit E bezeichnet ist, mit den beiden Eingangsanschlüssen des Kopplers verbunden ist, während das symmetrierte Adernpaar 51-52 an den beiden Ausgangsanschlüssen des Kopplers liegt.

Schreitet man den oben begangenen Weg weiter fort, so sind die Schleifengleichungen für. diese äquivalente Schaltung:

E - I₁(LsH-L^Z(S)) + I₂(Ls-L₀S-Z(S)), (21)

O=I₁(Ls-L₀S-Z(S)) + I₂(LsH-L₀SH-Z(S)), (22)

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wobei i und i die Schleifenströme darstellen, L die Induktivität der Wicklungsabschnitte, L die Induktivität der Induktionsspulen und £ der verallgemeinerte Frequenzpararaeter ist. Es wird wieder ideale Kopplung angenommen. Die Determinante D der Gleichungen (21) und (22) ist damit gegeben durch:

Ls+L shZ(s) Ls-L s-Z(s)

Ls-L s-Z(s) Ls+L s+Z(s)

(23)

2

= (Ls+L s+Z(s)) - (Ls-L s-Z(s)) ,

(24)

4Ls(L₀s+Z(s)).

(25)

Verwendet man D₁ so werden die Ausdrücke i Und i :

1 Δ

E Ls-L s-Z(s) 0 Ls-iL s+Z(s)

(26)

E (Ls+L s+Z(s)) 4Ls (L_Qs+Z(s))

(27)

Ls+L s+Z(s) E Ls-L₀S-Z(S) 0

E (Ls-L s-Z(s)) 4Ls (L s+Z(s))

(28) (29)

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Verwendet man die Ausdrücke U und i und nimmt man ideale Kopplung an, so ist die Ausgangsspannung V_n des offenen Kreises:

^vo⁼ v^vr ^{= Ls} «w

(30)

2Ls E (Ls+L s-f-Z(s) - Ls+L s-Z(s» 4Ls (Ls + Z(S))

E.

Wieder ist die Spannung V des offenen Kreises theoretisch gleich' der Quellenspannung E. Statt daß der Strom i jedoch in diesem Fall theoretisch den Wert unendlich annimmt, wenn sich die an die Quelle 66 angeschlossene und zur Erde führende Impedanz Z dem Wart Null nähert, strebt der Strom einem endlichen Wert zu, der durch die parallelen Impedanzen von L und L bestimmt wird. Weil die Transformatorwicklungen und die Quelle einen endlichen Widerstand darstellen, wächst der Strom i auf einen brauchbaren Wert an, der nicht zu wesentlichen Spannungsabfällen an den inneren Widerständen führt. Hierzu ist nicht nur V symme-

triert, z.B. V = -V φ 0 (sogar wenn die Quelle geerdet wird), 1 H

(31)

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sondern auch die Einfüguni;sdiimpfung ist wesentlich vermindert. Wird der Koppler 70 zwischen eine 600 Ohm-Quelle und eine 600 Ohm-Last geschaltet, so überschreitet die longitudinal Symmetrierung über das ganze Sprachband 32 db, während die Einfügungsdiimpfung bei 1000 Hz nur 0, 8 db beträgt und damit eine wesentlichverbesserte Einfügungsdämpfung darstellt.

In der Fig. 4C sind gleichstrommäßige Ersatzschaltungen von Kopplern 70 und 70' gezeigt, worin eine galvanische Verbindung für die gelichtete Schleifengleichstrom- und Niederfrequenzsignalisierung von der Ends lie 10 zu der Endstelle 10' angewendet ist, die auch als metallische Schleifensignalisierung bekannt ist. In diesem Fall wirken die geerdeten Kondensatoren 75A und 75B im wesentlichen als Entkopplungselemente, während die Transformatorwicklungen imd Induktivitätsspulen im wesentlichen als Widerständer mit den Werte R bzw. R_n wirken. Zum Zwecke der Veranschaulichung enthalten die Endstellen 10 bzw. 10' eine ungeerdete Batterie-Sch alter-Kombination 91 und ein strom empfindliches Relais 92, welches auf das Öffnen und Schließen des Schalters anspricht. Man erkennt, daß ein impulsweiser Strom L ,. .. von der EndstelIe 10 nach der End-Schleife

stelle 10' auf der Leitung T und von der Endstelle 10' zu der Endstelle 10 auf der Leitung R fließt. Spezielle Anwendungen

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dieser Anordnung und Methoden zum Ansehließen einer zugeordneten Sprachband·-Lhuloinrichturig. sind bereits bekannt und werden deshalb hier nicht beschrieben..

In Fig. 4D sind weiterhin gleichstrommäßige Ersatzschaltungen von Kopplern 70 und 70' gezeigt, worin die galvanische Durchschaltung für die doppelgerichtete longitudinal Gleichstrom- und Niederfrequenzsignalisierung zwischen der Endstelle 10 und der Endstelle 10' verwendet wird, die auch als gemischte Signalisierung bekannt ist. Die geerdeten Kondensatoren wirken hier wieder im wesentlichen wie geöffnete Schaltkreis elemente, während die Transformatorwicklungen und Induktionsspulen im wesentlichen wie Widerstände wirken. Zu Anschauungszwecken enthalten die Endstellen 10 bzw. 10' eine geerdete Batterie-Schalter-Kombination 93 und eine geerdete Widerstands-Strom-empfindliche Relaiskombination 94 zum Signalisieren von der Endstelle 10 nach der Endstelle 10'. Auf ähnlicheweise enthalten die Endstellen 10' bzw. 10 analoge Elemente 96 und 95 zum Signalisieren von der Endstelle 10'nach der Endstelle 10. In diesem Fall fließt ein erster Strom i... von der Endstelle 10 nach '

längs

der Endstelle 10' auf der Leitung T, während ein zweiter, unabhängiger Strom i'.. von der Endstelle 10 nach der End^ö längs

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BAD ORIGINAL

2S

stelle 10' auf dor Leitung K fließt. Für beide Ströme ist die Ilückleitung über Erde vorgesehen. Spezielle Anwendungen dieser Anordnung sowie Methoden zum Anschalten zugeordneter Sprachbandendeinrichtungen sind bekannt und werden deshalb hier nicht näher beschrieben.

Außer den hier beschriebenen Anwendungen kann der Koppler der vorliegenden Erfindung auch dazu verwendet werden, die Störsignale zu vermindern, die von der dem Vermittlungsamt innewohnenden Unsjmimetrie und den induzierten longitudinalen Signalinterferenzen herrühren, wenn die bestehenden Anordnungen nicht die notwendige longitudinale Signalunterdrüclaing aufweisen. Diese Anwendungen sollen hier jedoch ebenfalls nicht diskutiert werden.

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BAO ORIGINAL

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.1 Koppler zum longitudinalen Symmetrieren von sprachfrequenten Signaion, die auf seine .ersten und zweiten Eingangsanschlüsse gegeben werden, damit er an seinen ersten und zweiten _ Ausgangsanschlüssen symmetrierte, sprachfrequente Signale abgibt,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein Transformator (71) erste (72A) und zweite. (72B) Primärwicklungen und erste (73A) und zweite (73B) Sekundärwicklungen , aufweist, wobei die ersten Primär- und Sekundärwicklungen gegensinnig in Reihe an den ersten E ingang und den ersten Ausgang angeschlossen sind,

daß die zweiten Primär- und Selcundärwicklungen ebenfalls gegensinnig in Reihe an den zweiten Eingang und an den zweiten Ausgang geschaltet sind; und

daß ein Induktivitätsnetzwerk (76) erste (77A) und zweite (77B) in Reihe geschaltete Spulen aufweist, die gegensinnig auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sind, wobei sich die erste Spule in Serie zwischen den ersten Primär- und Sekundärwicklungen befindet und die zweite Spule in Serie zwischen die zweiten Primär- und Selcundärwicklungen geschaltet ist.

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2. Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kapazitätsnetzwerk (75) mit zwei Kondensatoren (75A, 7513) vorgesehen ist, die an ihrem gemeinsamen Verbindungspunkt mit einem Bezugspotential (53) verbunden sind und in Serie zwischen die Sekundärwicklungen geschaltet sind.

3. Koppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Primärwicklungen gleichsinnig in Reihe geschaltet sind und zweiten Sekundärwicklungen ebenfalls gleichsinnig in Reihe verbunden sind.

4. Koppler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Primärwicklungen auf einem einzigen Permalloykern gewickelt sind.

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L e e r s' e i t- e