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Fehlanpassungskompensierung fur ein Verbindungskabel Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung zur näherungsweisen Kompensierung der Fehlanpassung
eines Verbindungskabels zwischen einem Bandpaß und einer Antenne.
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ist ist bekannt, Linienleitungen zwischen den Schienen eines Eisenbahngleises
zu verlegen, welche an bestimmten Stellern Markierungen (Kreuzen zweier Leiter oder
Verlegung von einer Schienenseite auf die andere und dergleichen) besitzen, in diese
Leitungen einen oder mehrere Wechselströme von einer Zentrale aus einzuspeisen,
die Fahrzeuge mit Antennen zu versehen, die mit. den verlegten Leitungen induktiv
gekoppelt sind und an die Fahrzeugantennen auf den Fahrzeugen Sende- und Empfangseinrichtungen
zu installieren. Mittels der Narkierungen der Leitungen kann eine relative Positionsfeststellung
für die fahrzeuge erfolgen;
gleichzeitig erfolgt über diese Leitungen
ein Datenaustausch von der Zentrale zu den Fahrzeugen und umgekehrt. Zwischen die
Koppelantennen der Fahrzeuge und die Sende/Empfangseinrichtungen auf diesen werden
Bandpässe geschaltet, aie zur die zu übertragende Trägerfrequenz (fO) abgestimmt
sind und die eine bestimmte Eandbreite aufweisen müssen. in solcher Bandpaß kann
als T-Glied aufgebaut sein. Die Fig. 1 zeigt einen solchen als T-Glied aufgebauten
Bandpaß. zeigt 1 ist dort ein Generator dargestellt, der eine in der Amplitude konstante,
jedoch in der Frequenz veränderliche Wechselspannung UE erzeugt. Mit 2 ist der Innenwiderstand
des Generatorkreises (Ri = RL), mit 9 der Lastwiderstand (RL) bezeichnet; nit 5
ist der induktive Widerstand (1/@ L@) und mit o der kapazitive Widerstand (2 C2)
des Quergliedes des T-Gliedes dargestellt. i.it 3 ist der kapazitive Widerstand
(C1), mit 4 der induktive Widerstand (L1) des generatorseitigen Längsgliedes des
T-Gliedes bezeichnet; mit 7 ist der induktive Widerstand (L1), mit 8 der kapazitive
Widerstand (C1) des lastseitigen Längsgliedes dargestellt. Es liegen also in Reihe
der kapazitive Widerstand 3, der indukive Widerstand 4, der induktive Widerstand
7 und der kapazitive Widerstand 8. Zwischen die induktiven Widerstände 4 und 7 ist
das Querglied des T-Gliedes angeschlossen, bestehend aus dem induktiven Widerstand
5 und dem kapazitiven widerstand 6, die beide parallel liegen. Das gesamte T-Glied
ist schraffiert umrahmt und mit 14 bezeichnet; es liegt zwischen den Eingangsklemmen
12 und 13 und den Ausgangsklemmen 10 und 11; die Ausgangsspannung zwischen diesen
Klemmen ist mit UL bezeichnet.
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Zur Abstimmung auf die Frequenz fo werden die Widerstände wie folgt
bestimmt:
Zo 1 w2 - w1 RL = 0, 8 Zo, L1 = C1 = , w2 -w1 zo w1 .
w2 w2 - w1 1 L2 = Zo, C2 = 1/Zo # mit Zo : w1 . w2 Zo w2 - w1 Wellenwiderstand für
fo (Nennwiderstand) = 2#f und f1' f2 : untere und obere Grenzfrequenz für die Bandbreite
(f + Ä f). Der Verlauf der Ausgangsspannung UL (Klemme 10, 11) in Abhängigkeit von
der Änderung der Frequenz f des Generators 1 ist in Fig. 1a dargestellt.
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Als Antennen kommen zunächst Rahmenantennen in Betracht; Rahmenantennen
haben jedoch eine Reihe von Nachteilen, so z. 3., daß sie nicht beliebig unter einem
Fahrzeug angebracht werden können und bei Leitungs-Abschnitten mit Frequenzwechsel
keine klare Frequenztrennung ernöglichen.
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Außerdem paßt der Singangswiderstand dieser Antennen nicht zum Wellenwiderstand
der Bandpässe. Es hat sich gezeigt, daß Ferritspulen, die so am Fahrzeug angebracht
sina, daß sie sich über dem Linienleiter, quer dazu ausgerichtet, befinden, besser
geeignet sind, was das Anbringen und die Frequenztrennung anbelangt. Das Antennensystem,
das aus der Ferritspule, einem ohmschen und einem kapazitiven Widerstand, in Reihe
geschaltet, besteht, wird normalerweise an das Bandfilter angeschlossen und entsprechend
abgestimmt.
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Es wurde bereits eine induktive Koppelantenne vorgeschlagen, die das
beschriebene System Bandfilter-Antenne in Gestalt einer Sende/Empfangsspule vereinfacht
und verbessert.
Dies geschieht dadurch, daß als Induktivität des
lastseitigen Längsgliedes des T-Gliedes die Induktivität einer Empfangs/Sendespule
benutzt wird. Dadurch ist der Aufwand an Bauelementen geringer als bei der Zusammenschaltung
von Bandpaß und Antenne. Besonders vorteilhaft ist, daß der Strom durch die Sendespule
amplitudenmäßig unabhängig von der Frequenz ist (Konstanz der Amplitude).Beim Empfang
ist der Strom in der anderen Längsspule am Eingang eines Empfängers konstant. Ferner
ist es vorteilhaft, daß das Feld der Induktivität in dem antennenseitigen Längsglied
mit für den Koppelvorgang ausgenutzt wird.
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Dadurch entsteht ein besserer Wirkungsgrad.
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Es zeigt die Fig. 2 eine derartige induktive Koppelantenne.
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In der Fig. 2 ist mit 1a ein Sender oder Empfänger dargestellt. Mit
2 ist wie in Fig. 1 der Innenwiderstand des Sende-Empfangskreises (mit Ri = RL)
bezeichnet; Entsprechendes wie in Fig. 1 gilt auch für den kapazitiven Widerstand
3 und induktiven Widerstand 4 des Sender/Empfängerseitigen Längsgliedeses T-Gliedes
und auch für den indub en Widerstand 5 und den kapazitiven Widerstand 6 des Quergliedes
des T-Gliedes. Der Bandpaß beginnt rechts von den Klemmen 12 und 13, schließt aber
im Unterschied zur Fig. 1 mit angehängter Antenne die Antenne 15 (gestrichelt dargestellt)
mit ein. Zwischen den Klemmen 16, 17 und 18, 19 liegt die abgeschirmte (Abschirmung
20) Zuleitung zur Antenne 15. Diese Antenne bildet das lastseitige Längsglied des
T-Gliedes. Der Widerstand 9 bildet wieder den Lastwiderstand, der kapazitive Widerstand
8 entspricht dem entsprechenden kapazitiven Widerstand aus Fig. 1.
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Dagegen ist für die Bandpaß-Induktivität 7 gemäß Fig. 1 jetzt die
Sende/Em@pfangsspule 21 des Fahrzeugs angeordnet.
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Die Kapazitäten Cl, , C2, Widerstände RL, Ri und Induktivitäten L1,
L2 sind wieder wie zur Fig. 1 beschrieben bemessen.
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Bei konstanter Amplitude, aber veränderlicher Frequenz der Senderspannung
verläuft die Last spannung UL am Widerstand 9 wieder entsprechend der Fig. 1a. Da
der Laststrom IL @ UL, verläuft auch der Strom IL im Durchlaßgebiet zwischen f1-
und f2 gemäß der Kurve nach Fig. 1a. Der Betrag von IL' d.h. @IL @ ' ist also weitgehend
konstant. Die Selektivität eines T-Filters bleibt erhalten. Die Empfangsspannung
UE in dem verlegten Leitersystem verläuft - auf Grund der induktiven Übertragung
- mit UE = const. ..
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d.h. proportional zu 0 .
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Um eine Fehlanpassung des Verbindungskabels zwischen den Klemmen 16,-
18 und 17, 19 zu vermeiden, muß man dieses Verbindungskabel möglichst kurz halten.
Das läßt sich jedoch häufig nicht durchführen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, auch für längere Verbindungskabel eine Maßnahme zur näherungsweisen Kompensierung
der Fehlanpassung des Verbindungskabels zwischen Bandpaß und Antenne anzugeben.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der induktive
Widerstand des Querzweigs in zwei Teile, die transformatorisch miteinander gekoppelt
sind,'(Wicklungen 51, 52 mit Windungszahlen W1, w2) unterteilt ist, der Sender-(Empfänger-)
Längszweig zwischen-diesen beiden Teilen angeschlossen ist und die in üblicher Weise
bestimmten Werte des induktiven Querwiderstandes, des induktiven lastseitigen Längswiderstandes
und des ohmschen lastseitigen Längswiderstandes mit u2 multipliziert sowie des kapazitiven
Querleitwertes und des kapazitiven lastseitigen Längsleitwertes, durch u2 dividiert
werden, wobei w1 + w2 ü = ist. Ein Ausführungsbeispiel der Ein-@ richtung gemäß
der Erfindung wird an Hand der Fig. 3 nachstehend näher beschrieben.
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Die Fig. 3 zeigt die gleiche Schaltung wie die Fig. 2 und weist auch
gleiche Bezugszeichen auf; unterschiedlich ist der Anschluß des im senderseitigen
Längszweig liegenden induktiven Widerstandes 4 an die Klemme 16; während nach Fig.
2 eine direkte Verbindung besteht, ist jetzt eine Teilwicklung 52 zwischengeschaltet
und zwar so, daß diese vor dem Anschlußpunkt des kapazitiven Querwiderstandes 6
liegt. Eine -zweite Teilwicklung 51 des induktiven '4uerwiderstandes liegt an dem
Verbindungspunkt des induktiven Widerstandes 4 mit der Teilwicklung 52 und der Klemme
17.
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Der induktive Widerstand 5 der Schaltung gemäß der Figur 2 besteht
also aus zwei Teilwiderständen, wobei der sender/ empfangsseitige Längszweig zwischen
diesen Teilwiderständen angeschlossen ist.
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Es sei die Windungszahl der Wicklung 51 mit w1, die Windungszahl der
Wicklung 52 mit w2 bezeichnet. Das Verhältnis W1 + W2 sei mit ü bezeichnet. Die
für die Fig. 1 resp. w1 w1 Fig.2 angegebenen Bemessungen für die einzelnen Elemente
werden wie folgt geändert: Ohmscher Widerstand 9 : R* = RL . ü2 Induktivität, bestehend
aus 51 und 52 L2* = ½ L2 ü2 Kapazität 6 : C2* = 2 C2 1 ü2 Lastseitige Induktivität:
: L1* = L1 . ü2 Lastseitige Kapazität : C1* = C1 1 .2 u (lastseitig bedeutet antennenseitig);
der sender-(empfänger-) seitige kapazitive Widerstand 3, der induktive Widerstand
4 und der Innenwiderstand 2 werden nicht geändert, es bleiben
also
entsprechend 01, L1 und Ri erhalten.
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Durch die Einrichtung gemäß der Erfindung wird die Behlanpassung wesentlich
abgeschwächt und damit eine konstante Empfangs spannung erreicht (abgesehen von
dem durch die induktive Kopplung zwischen Leiter und Antenne hervorgerufenen w -Gang,
der eingangs schon erwähnt wurde).
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Durch die Einrichtung gemäß der Erfindung wird das Kabel im näherungsweisen
Leerlauf betrieben. Das gilt bis zu einer maximalen Leitungslänge von #/4 ; bei
fo = 100 KHz sind dies ½ ... 3/4 km = 500 ... 750 m. Die Verkabelung auf Fahrzeugen
kommt mit kürzeren Längen aus.
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Im Bereich von f@ # 2,5 KHz ergibt sich ein mittleres CKabel-Ersatz
(CKE in Fig. 3); dieses CKabel-Ersatz kann in C2* = 2 C2 1/ü2 berücksichtigt werden.