DE636091C - Schaltungsanordnung zur Trennung verschiedener Stromwege unter Verwendung einer Differentialschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aus einem elektrischen Netzwerk bestehende Schaltungsanordnung zur Trennung verschiedener Stromwege für Mehrfachträgerfrequenzübertragungssysteme, welche beispielsweise mit Vorteil bei Fernsprech- oder Telegraphenleitungen 'mit Vielfachverkehr in Anwendung gebracht werden kann, unter Verwendung einer Differentialschaltung, z. B. Ausgleichs-Übertrager.

Das Netzwerk nach der Erfindung ist aus zwei mit je einer Seite zusammengeschalteten Filtern zusammengesetzt, die im wesentlichen das gleiche Frequenzgebiet durchlassen und so ausgebildet sind, daß das Produkt ihrer charakteristischen Impedanzen bei allen Frequenzen im wesentlichen konstant ist, wobei die Zusammenschaltung so ausgeführt ist, daß eine sogenannte überbrückte T-Schaltung entsteht, bei der die beiden Serienimpedanzen die beiden Teile der Differentialschaltung sind und die Nebenschlußimpedanz zusammen mit dem im Nebenschluß wirksamen elektrischen Werte der Differentialschaltung der

Eingangswiderstand des einen Filters ist, während die die Serienimpedanzen überbrükkende Brückenimpedanz zusammen mit dem nach dieser Seite wirksamen Werte der Differentialschaltung der Eingangswiderstand des anderen Filters ist.

Das resultierende Netzwerk weist im allgemeinen vier Klemmenpaare auf, und zwar erstens die beiden Klemmenpaare, die die Endpunkte der beiden Zweige des Netzwerkes bilden und im folgenden als Hauptklemmenpaare des Netzes bezeichnet werden, und ferner die freien Klemmenpaare der beiden Filter, -d. h. die Klemmenpaare an den nicht zusammengekoppelten Seiten der Filter. Das Gesamtnetzwerk bildet ein kombiniertes FiI-tergebilde, in welchem verschiedene Filterwirkungen erhalten werden können, wenn die vorhandenen vier Klemmenpaare in verschiedenen paarweisen Kombinationen als Eingangs- und Ausgangsklemmen gewählt werden.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen, die eine Anzahl verschiedener Ausfüh-

rungsbeispiele schematisch darstellen, erläutert werden.

Fig. £. veranschaulicht das Prinzip der Erfindung. - . - ;■·

Fig. 2 und 3 zeigen die beiden in dem Netz nach Fig. ι enthaltenen Filter voneinander getrennt.

Fig. 4 stellt eine der Fig. ι entsprechende, aber symmetrisch ausgebildete Schaltung dar.

ίο Fig. 5 zeigt zwei Filter, aus denen das Netz aufgebaut werden soll.

Fig, 6 zeigt zwei einander entsprechende Impedanzen in den beiden Filtern nach Fig. 5, und

Fig. 7 ist eine spezifische Ausführungsform der Impedanzen nach Fig. 6.

Fig. 8 stellt ein Netz gemäß der Erfindung dar.

Fig. 9 bis 12 stellen andere Ausführungsformen des Netzes dar, und

Fig. 13 ist ein Schaltungsschema einer Sende- und Empfangsstelle für hoch- und niederfrequente Signale. Die Anlage umfaßt eine Anzahl, in Kaskadenschaltung verbundener Netze gemäß der Erfindung.

Das Netzwerk nach Fig. 1 ist als sog, überbrückte T-Schaltung ausgeführt und umfaßt zwei gleiche, in den einen Zweig a des Netzwerkes reihengeschaltete Impedanzen 11, 12, eine Nebenschlußimpedanz, die aus der Eingangs- oder Ausgangsimpedanz eines Vierpols 17 besteht und den Symmetriepunkt P zwischen den Impulsen il, 12 mit dem entgegengesetzten Zweig b des Netzwerkes verbindet, und eine Brückenimpedanz, die aus der Eingangs- oder Ausgangsimpedanz eines anderen Vierpols 18 gebildet ist und die beiden Impedanzen ii, 12 überbrückt. Vom elektrischen Standpunkte aus ist das Netz aus zwei Filtern A, B gebildet, welche die Filterelemente 11. 12 gemeinsam enthalten und in Fig. 2 je für sich dargestellt sind. Die gemeinsamen Filterelementen, 12 können einerseits als parallel geschaltete Zweige einer Reihenimpedanz im Filter A und andererseits als reihengeschaltete Hälfte einer zwischen den Klemmen e, f des Vierpols 18 geschalteten

■ Nebenschlußimpedanz des Filters B betrachtet werden. Obwohl die Impedanzen 11, 12 in Fig. ι nur als Symmetriepunkt P direkt verbunden sind, können natürlich die entgegengesetzten Enden dieser Impedanzen zu einer

. ■ gemeinsamen Klemme c (Fig. 2) zusammengefaßt gedacht werden, während die andere Klemme auf derselben Seite des Filters A durch die Klemme d des Vierpols 17 gebildet ist, welche Klemme in Fig. 1 mit dem Netzzweig b verbunden ist. Das entgegengesetzte Klemmenpaar des Filters A besteht aus den freien Klemmen 7, 8 des Vierpols 17. In ähnlicher Weise ist das zweite Klemmenpaar des Filters B durch die freien Klemmen 5, 6 des Vierpols 18 gebildet. An die genannten freien .,· Klemmenpaare 7, 8 und 5, 6 können Endimped'anzen oder Apparate R₁ bzw. R₂ angeschlosseit sein, welche beispielsweise Sender- oder ■jjElSipfangsapparate sein können. Das Ge-"samtnetzwerk einschließlich der Filter A und B ist mit Eingangs- und Ausgangsklemmen i, 2 und 3, 4 an den Enden der Netzzweige α und b versehen. Wie ersichtlich, sind die zu je einem Klemmenpaar gehörenden Klemmen 1 und 3 des Gesamtnetz-werkes zusammenfallend mit einem Klemmenpaar e,f des Filters B.

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung sind im allgemeinen Impedanzen von gleicher Größe, z. B. Leitungen oder eine Leitung und eine Leitungsnachbildung, an die beiden Hauptklemmenpaare 1, 2 und 3, 4 angeschlossen, oder es können andere Netzwerke, die ebenfalls in Übereinstimmung mit der Erfindung ausgeführt sind, an die genannten Hauptklemmen angeschlossen werden.

Um den Wert der Eingangsimpedanz des Netzwerkes z. B. an den Klemmen 3, 4 zu berechnen, wenn eine Endimpedanz K (Fig. 1) an das entgegengesetzte Hauptklemmenpaar i, 2 angeschlossen ist, kann man in folgender Weise vorgehen. Die Spannungen an den Klemmenpaaren 3, 4 bzw. 1, 2 seien mit

bezeichnet, wobei diese Spannungen in der Richtung der Pfeile in Fig. 1 positiv gerechnet werden. Die Eingangs- und Ausgangsströme seien

ι,

und folglich ist der vom Symmetriepunkt P zum Zweige b fließende Strom gleich I. Der elektrische Zustand im.Netzwerk kann als das Resultat einer Superposition von zwei Stromverteilungen angesehen .werden, und zwar einer symmetrischen Stromverteilung, die durch die gleichen Spannungen V an beiden Seiten des Netzwerkes hervorgerufen ist, und einer zweiten Stromverteilung, die durch die Spannungen + ^{v un}d — ν erzeugt wird. Die folgenden weiteren Bezeichnungen werden eingeführt:

X₁ = die Impedanz des Filters A

zwischen den Klemmen c und d,

X₂ = die Impedanz des Filters B

zwischen den Klemmen e und /, welche beiden Impedanzen X₁, X₂ natürlich von den an die Klemmenpaare 7, 8 bzw. 5, 6 angeschlossenen Eudimpedanzen R₁ und R₂ abhängig sind.

Wenn die beiden gleichen, nach oben gerichteten Spannungen V allein im Netzwerk in Fig. ι wirken, so werden gleiche Ströme / an beiden Seiten des Netzwerkes erzeugt, und zwar ist

I = ^V

Wenn andererseits die beiden entgegengesetzt gerichteten Spannungen + ν und — ν

V—v I—i

V — v an den Klemmenpaaren 3, 4 bzw. 1, 2 allein wirken, so werden gleiche Ströme i mit entgegengesetzten Richtungen an den beiden Seiten des Netzwerkes fließen, und zwar ist

2V

Die an die Ausgangsklemmen 1,2 angeschlossene Endimpedanz K kann man ausdrücken durch

2Z₁

T₉

In ähnlicher Weise wird die Eingangsimpedanz des Netzwerkes an den Klemmen 3, 4

I+i

2V

2X₁ ' Z₂

Wenn — aus den beiden letzten Gleichungen

eliminiert wird, so ergibt sich der folgende Ausdruck

so ergibt sich aus Gleichung (1)

₁ +K)+ X₂ .-· ^W

Wenn nun die Endimpedanz K so gewählt ist, daß

n>

P- = K. (3)

Z₁

Wie oben hervorgehoben, bezweckt die Erfindung, ein Netzwerk zu schaffen, welches einerseits als elektrische Weiche wirkt und

♦5 andererseits konstante, d. h. von den Frequenzen unabhängige Eingangs- und Ausgangsimpedanzen aufweist. Nach Gleichungen (2) und (3) wird dieses Resultat erreicht, wenn die Filter A und B so bemessen und mit so gewählten Endimpedanzen versehen werden,

daß _-

KZ₁-Z₂ = A, (4)

wo k eine Konstante ist. Das betreffende Resultat kann beispielsweise durch solche Bemessung der Filter erreicht werden, daß deren Charakteristiken Z₁ und Z₂ an den Klemmen C₁ d und e, f reziproke Funktionen der Frequenz sind, und durch Anbringung von Endimpedanzen R₁, R₂, die gleich den Charakteristiken der Filter an den Klemmen-

2Z₁ ' Z₂

paaren 7, 8 bzw. 5, 6 sind. Da die Impedanzen Z₁, Z₂ dann mit den Charakteristiken Z₁, Z₂ identisch sind, so gilt

= k.

(5)

Als Beispiel einer Filterkombination A, B₁ die die Bedingung (5) erfüllt, sei auf Fig. 5 hingewiesen. Jedes der beiden Filter A₁ B in Fig. 5 ist aus mehreren untereinander gleichen halben Filtergliedern zusammengesetzt, und das eine Filter A hat T- Charakteristik an den Klemmen c, d, während das Filter B an den entsprechenden . Klemmen e, f π-Charakteristik hat. Das Filter A fängt also, von den Klemmen c, d aus gerechnet, mit einer Reihenimpedanz JtT₄ an, während das Filter 5, von den Klemmen e, f aus gerechnet, mit einer Nebenschlußimpedanz y₄ anfängt, wobei die gemeinsamen Filterelemente 11, 12 einerseits einen Teil der Impedanz x₄ im Filter A₁ die außerdem in Reihe mit den untereinander parallel geschalteten Elementen 11,12 noch ein zusätzliches Element 22 umfaßt, und andererseits einen Teil der Impedanz y_A im Filterbilden, welche letztgenannte Impedanz außerdem ein Element 23 in Parallelschaltung mit den untereinander reihengeschalteten Elementen 11, 12 umfaßt. Die Charakteristiken der beiden Filter an den Klemmen c, d bzw. e, f sind .

Es wird ferner angenommen, daß die Filter-. elemente ,sq gewählt, sind,. daß

wo k eine Konstante ist, und ferner, daß

welche Bedingungen beispielsweise , erfüllt ίο sind, wenn die Reihenimpedanzen der beiden Filter rein induktiv und die Nebenschlußimpedanzen rein kapazitiv sind.

Wenn nun die Endimpedanzen R₁ und R₂ in den Filtern A und B den Filtercharakteristiken an den freien Klemmenpaaren 7, 8 bzw. 5, 6 gleich sind, so sind die Impedanzen X₁, X₂ an den Klemmenpaaren c, d bzw. e, f gleich den Charakteristiken Z₁, Z₂ an diesen Klemmen, und man hat ■

"Nach den Gleichungen (2) und (4) soll die an das Hauptidemmenpaar 1, 2 des Netzwerkes angeschlossene Endimpedanz K ebenfalls gleich der Konstante k gemacht werden. Die Eingangsimpedanz Z am Klemmenpaar 3, 4 ist dann ebenfalls für alle Frequenzen konstant und gleich k. Nachdem dieses Resultat erreicht worden ist, kann man durch Hinzufügung passender Impedanzen eine Eingangsimpedanz erhalten, die mit der Frequenz in beliebiger gewünschter Weise variiert, so daß das Netzwerk reflexionsfrei an eine Leitung mit variabler Charakteristik angeschlossen werden kann.

Wie oben hervorgehoben, können mehrere verschiedene Filterwirkungen mit dem vorliegenden Netzwerk erreicht werden. Zwischen den beiden Hauptklemmenpaaren 3, 4 und 1, 2 des Netzwerkes werden alle Frequenzen innerhalb des gemeinsamen Frequenzbereiches der beiden Filter A und B unterdrückt. Das Netzwerk wirkt also zwischen den Hauptklemmenpaaren als sogenanntes Bandsperrfilter. Zwischen irgendeinem der Hauptklemmenpaare, beispielsweise 3, 4, einerseits und einem der freien Klemmenpaare 7, 8 oder 5, 6 der Filter A, B andererseits wirkt das Netzwerk als Filter derselben Art wie jedes der beiden Teilfilter A, B, beispielsweise als Bandfilter, Niederfrequenzfilter oder Hochfrequenzfilter. Zwischen den beiden freien Klemmenpaaren 7, 8 bzw. 5, 6 der beiden Teilfilter wer- den alle Frequenzen unterdrückt, so daß eine Spannung beliebiger Frequenz, die auf das eine dieser Klemmenpaare aufgedrückt wird, keine Spannung am anderen Klemmenpaar erzeugt.

Die Erfindung kann mit Vorteil in Telegraphen- und Fernsprechanlagen mit Vielfachenverkehr in der Weise verwendet werden, daß mehrere erfindungsgemäße Netzwerke, die alle denselben Wert für das geometrische Mittel VZ₁, Z₂ = k, aber verschiedene Frequenzbereiche besitzen, mit ihren Hauptklemmenpaaren kaskadengeschaltet werden, wobei Sender- und Empfangsapparate, die den den verschiedenen Frequenzbereichen entsprechenden Gesprächkanälen zugeordnet sind, an die freien Klemmenpaare 7, 8 und 5, 6 der verschiedenen Netzwerke angeschlossen werden. Wenn das letzte Netzwerk in der Reihe hierbei mit einer an die Ausgangsklemmen angeschlossenen Endimpedanz versehen wird, die gleich k ist, so ist auch die Eingangsimpedanz für die ganze Reihe von Netzwerken gleich k für alle Frequenzen, und zwar unabhängig von der Anzahl der kaskadengeschalteten Netzwerke. Wenn also eine Leitung mit der Charakteristik k an die Eingangsseite des ersten Netzwerkes in der Reihe angeschlossen ist, so werden alle von der Leitung ankommenden Schwingungen unabhängig von der Frequenz reflexionsfrei in das erste Netzwerk hineingelassen. Diejenigen Frequenzen, die innerhalb des Frequenzbereiches des ersten Netzwerkes liegen, werden in diesem ausgesiebt und in die an die freien Klemmenpaare 7,8 und 5,6 des Netzwerkes angeschlossenen Apparate aufgenommen, während dagegen alle übrigen Frequenzen ohne wesentliche Dämpfung durch das erste Netzwerk hindurchgelassen werden und in das darauffolgende Netzwerk hineinkommen, wo die zum Frequenzbereich dieses Netzwerkes gehörenden Frequenzen ausgesiebt werden usw. In der Praxis kann es in gewissen Fällen Schwierigkeiten bereiten, die Endimpedanzen R₁, R₂ in solcher Weise zu konstruieren,'daß dieselben für alle Frequenzen gleich den Ausgangscharakteristiken der Teilfilter werden. Die Bedingung (4) kann jedoch auch in anderer Weise befriedigt werden.

Als Beispiel sei angenommen, daß die Teilfilter, z. B. in Fig. S, aus gleicher Anzahl von Kettengliedern zusammengesetzt sind und daß die Elemente x±, x₃₎ X₂... und 3/4, y_s, y₂... in den beiden Filtern reziprok sind in solcher Weise, daß

Ferner seien die Endimpedanzen R₁, R₂ hierbei so bemessen, daß

(8)

Im Gegensatz zu dem oben bei Fig. 5 besprochenen Fall können die verschiedenen FiI-terglieder in jedem der Filter A, B in diesem Fall untereinander ungleich sein. Wenn man sich denkt, daß die beiden Filter allmählich durch sukzessive Hinzufügung der verschie-

denen Impedanzen χ, y an die Endimpedanzen R₁, R₂ aufgebaut werden, wobei jedesmal einander entsprechende Impedanzen in den beiden Filtern gleichzeitig hinzugefügt werden, so findet man, daß das geometrische Mittel der Eingangsimpedanzen der beiden allmäh-

Hch anwachsenden Filter immer den Wert k behält. Wenn man zuerst die Reihenimpedanz Jf₁ an R₁ und die Nebenschlußimpedanz y_t und R₂ hinzufügt, so ist das geometrische Mittel der dabei entstehenden beiden Impedanzen gleich

(R,+_yi)=:k.

Wenn man jetzt noch die Impedanzen X₁, y_t hinzufügt, so findet man in ähnlicher Weise, daß das geometrische Mittel der zusammengesetzten Impedanzen immer noch gleich k ist. Dies gilt offenbar unabhängig von der Anzahl der nach und nach hinzugefügten Filterglieder. Bei der Zusammensetzung der beiden Filter A₁B in dieser Weise ist nur zu bemerken, daß die Impedanzen paarweise die obenerwähnte Bedingung erfüllen sollen, wobei die Filter A₁B die Bedingung (4) erfüllen werden, obwohl die Endimpedanzen R₁, R₂ in diesem Falle nicht unbedingt gleich den Ausgangscharakteristiken der Filter sein müssen. Es kann gezeigt werden, daß auch die Bedingung (S) erfüllt ist. Zu diesem Zweck werden die folgenden neuen Bezeichnungen eingeführt:

Z_Sl = der Kurzschlußcharakteristik des Filters A an den Klemmen c, el,

Zo₁ = der Leerlaufcharakteristik des Filters A an den Klemmen c, d,

Zg₂ = der Kurzschlußcharakteristik des Filters B an den Klemmen e, f,

Z _Ol = der Leerlaufcharakteristik des Filters B an den Klemmen e, f.

Da die Endimpedanzen R₁, R₂ nur die Bedingung erfüllen - müssen, daß YR₁, R, == k so kann die eine dieser Impedanzen gegen Null abnehmen, wenn gleichzeitig die andere Endimpedanz gegen Unendlichkeit wächst, und zwar unter Beibehaltung des konstanten Wertes des Produktes. Im Grenzfalle hat

man
oder

X₁ —. Z_Sl und X₃ = Z_0x X₁ -— Z_Ol und X₃ = Z_s,.

Folglich hat man Z_Si · Z₀., = Z₀₁ · Z_s., = &² und 1/Z₅₁-Zo₁-Z^-J₀₁- γζ~Γζ^ζ= k,

woraus also folgt, daß auch die Bedingung (5) erfüllt ist.

Aus den zwei letzten Gleichungen geht hervor." daß

Dies zeigt, daß die beiden Filter dieselbe Fortpflanzungsgeschwindigkeit haben sollen, und daß sie also denselben Frequenzbereich haben. Diese Tatsache, die schon oben erwähnt wurde, ist also eine Grundbedingung für die beiden Filter, aus welchen das Netzwerk zusammengesetzt ist.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 ist gleichwertig mit der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform und unterscheidet sich von dieser nur dadurch, daß die beiden durchgehenden Leitungen a, b des Netzwerkes einander gleich sind, da die Siebkette B durch zwei Siebketten D, E ersetzt ist, die in je einer der beiden Leitungen α und b einge-, schaltet sind. Jede der beiden Siebketten D, E ist wie die Siebkette B in Fig. 1 aus einem Vierpol 19 bzw. 20 nebst zwei gleichen Impedanzen 13, 14 bzw. 15, 16 zusammengesetzt, welche Impedanzen zwischen die Klemmen auf der einen Seite des Vierpols geschaltet sind. Die freien Klemmenpaare der Siebketten D, E, die den Klemmen 5, 6 in Fig. ι entsprechen, sind mit 5, 6 bzw. 9, 10 bezeichnet. Das Netzwerk C umfaßt in diesem Fall den Vierpol 21, der dem Vierpol 17 entspricht, sowie die Impedanzen 13, 14, 15, 16, von welchen 13, 14 in den Netzwerken C und D und 15, 16 in den Netzwerken C und E gemeinsam enthalten sind. -

Eine ähnliche Überlegung wie bei der Beschreibung der Fig. 5 kann bezüglich der Zusammensetzung von jeder der Impedanzen X₁, X₂ usw. bzw. yi, y% usw. angestellt werden. Fig. 6 zeigt schematisch, wie die Impedanzen χ und y zusammengesetzt werden können, um die betreffende Bedingung zu erfüllen. Jeder Reihenschaltung zweier Impedanzen in x, beispielsweise Ci₁ und O₂, entspricht eine Nebeneinanderschaltung von zwei entspre- no chenden Impedanzen b_lt b₂ in y und umgekehrt. Wenn man nun die Teilimpedanzen Ct₁, a₂, a₃ usw. bzw. b_t, b_&, b_s usw. in den beiden Impedanzen x, y derartig wählt, daß

ist, findet man auf Grund der gleichen Überlegung wie oben, daß der geometrische Mittelwert derartig zusammengesetzter Impedanzen x, y gleich k wird. Die einfachste Art, diese Bedingung für die Zusammensetzung von χ und y zu erfüllen, ist,, die Teilimpedan-

zen a, b derartig auszuführen, daß in jedem Paar Teilimpedanzen a_u b_± usw. die eine Teilimpedanz, aus -einer Kapazität C und die andere Teilimpedanz aus einer Induktanz L besteht, in welchem Falle man

γα-b =

ίο wählt, oder es können die beiden Teilimpedanzen in jedem Paar von Impedanzen a, b aus Ohmschen Widerständen r_v r₂ bestehen, die also derart zu bemessen sind, daß

Vr₁.^ = * wird. .Sind die Teilimpedanzen a, b aus Kapazitäten und Induktanzen gebildet, so sollten diese möglichst kleine Verluste aufweisen, da sonst die Bedingung der Dimensionierung nicht genau erfüllt werden kann. Der von dem Verlustwiderstand verursachte Fehler kann aber bis auf einen sehr niedrigen Wert herabgedrückt werden, wenn der geometrische Mittelwert der Verlustwiderstände in jedem Paar von Impedanzen gleich k gewählt wird, da die Bedingung für das Dimensionieren dabei genau auch für die Frequenzen erfüllt wird, bei welchen die Resonanz eintritt und

: bei welchen sich der Verlustwiderstand am meisten geltend macht.

Fig. 7 zeigt zwei einander entsprechende Teilimpedanzen x, y, von denen j ede aus einer Kapazität C_x bzw. C_x, einer Induktanz L_x bzw. Ly und einem Widerstand r_x bzw. r_y zusammengesetzt ist. Wie bereits erwähnt, werden die Kapazitäten und Induktanzen, wenn von dem Verlustwiderstand abgesehen ist, derartig gewählt, daß

ist.

Bei Resonanz ist
L_x

X :

und y = r_r.

Damit der geometrische Mittelwert von x und 3; auch bei Resonanz gleich k werden soll, muß man

L_x

C_x

oder

L_x L_x

machen.

- Damit die Einwirkung der Verlustwiderstände auf die Bedingungen für das Dimensionieren möglichst klein wird, muß also der Verlustwinkel der Induktanzen L_x · L_y gleich sein, was beispielsweise dadurch erreicht wird, daß die Induktanzen mit gleichen Eisenkernen und gleich großen Wicklungsräumen ausgeführt werden.

Fig.-8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Netzes nach Fig. 1. Die Siebkette B enthält, von- den äußeren Klemmen 5, 6 gerechnet, eine Reihenkapazität, die aus zwei in Reihe geschalteten Kapazitäten C_B] zusammengesetzt ist, die Sekundärwicklung L_B eines Transformators T, dessen in zwei gleiche Teile geteilte Primärwicklung L_m den gemeinsamen Teil der beiden Siebketten bildet, und schließlich eine zu der Primärwicklung L_m im Nebenschluß liegen de, aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren C_Bi bestehende Kapazität. Die Siebkette A enthält, von den Ausgangsklemmen 7, 8 gerechnet, einen Nebenschlußkondensator Cd₁J leinen Transformator T^, einen in Reihe zu der Primärwicklung des Transformators geschalteten Kondensator C^,, und schließlich die beiden Wicklungshälften in der Primärwicklung L_m des Transformators T in Nebeneinanderschaltung. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, entspricht eine Nebeneinanderschaltung von Kapazität und Induktanz in dem einen Netz einer Reihenschaltung von Induktanz und Kapazität in dem anderen Netz. Um die bestmöglichste Energieausnutzung zu erhalten, wird das Netz derart dimensioniert, daß die Impedanz des Netzes an jedem der Klemmenpaare 1, 2 und 3, 4 gleich k, zwischen den äußeren Klemmen 5, 6 der.SiebkettejB gleich 2 k und zwischen den äußeren Klemmen 7, .8 der Siebkette A gleich k[2 wird. Die Impedanzen der an den Klemmen 5, 6 und 7, 8 angeschlossenen Apparate müssen auch gleich 2 k bzw. kJ2 sein. Die Schwingungsenergie von Frequenzen innerhalb des Frequenzgebietes der Siebketten, die an den Eingangsklemmen 1, 2 des Netzes eingeführt wird, verteilt sich nach den an den äußeren Klemmen der beiden Siebketten angeschlossenen Abschlüßimpedanzen 2 k bzw. i°5 kJ2, während dagegen die Spannung zwischen den Ausgangsklemmen 3, 4 des Netzes bei diesen Frequenzen gleich Null wird. Das Netz wirkt also zwischen den Klemmen 1,2 und 3,4 als ein Bandsperrfilter. Wenn die Spannung zwischen den Klemmen 1, 2 gleich V^ ist, wird die Spannung zwischen den Klemmen 5,6 gleich V und zwischen den Klemmen J, 8 gleich VJ2. Dies gilt jedoch streng genommen nur für die Mittelfrequenz des Frequenzbandes und bei einem Übersetzungsverhältnis von ι : ι der beiden Transformatoren T_A, T. Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 kann man im allgemeinen nur die an den äußeren Anschlußklemmen 5, 6 bzw. 7, 8 einer der Siebketten A oder B empfangene Energie verwerten, also nur die Hälfte der zugeführten

Energie. Eine volle Verwertung der zugeführten Energie kann dagegen bei der Ausführungsfoon nach Fig. 9 erreicht werden, die sich von der Schaltung nach Fig. 8 dadurch unterscheidet, daß die Ausgangsseiten der beiden Siebketten A, B nebeneinandergeschaltet sind. Diese Nebeneinanderschaltung wird ohne Energieverluste durch eine solche Wahl der Übersetzungsverhältnisse der beiden Transformatoren ermöglicht, daß die Spannungen an den Ausgangsseiten der Transformatoren einander gleich werden. Das Übersetzungverhältnis in T_A, von den Ausgangsklemmen gerechnet, wird beispielsweise halb so groß gewählt wie das Übersetzungsverhältnis in T. Die Zusammenschaltung muß daher derart ausgeführt werden, daß die beiden Spannungen dieselbe Phase haben. Bei der in Fig. 9 gezeigten Zusammenschaltung der Anschlußklemmen 5 und 7 bzw. 6 und 8 wird vorausgesetzt, daß die Primär- und Sekundärwicklung der Transformatoren in derselben Richtung gewickelt sind.

Wird das Übersetzungsverhältnis μ_Α des Transformators T_A gleich 1 : 2 und das Übersetzungsverhältnis μ des Transformators T gleich ι: 1 gewählt, dann wird die Ausgangsspannung für jeden Transformator, d. h. die Spannungen an den Klemmen 5, 6 bzw. 7, 8, gleich der zugeführten Spannung V zwischen den Klemmen 1, 2. Die Netzimpedanz an den nebeneinandergeschalteten Klemmenpaaren ist

■zk-zk

2k-\- 2,k

= k.

Fig. 10 zeigt eine ähnliche Anordnung zur Ausnutzung der ganzen an den Eingangsklemmen i, 2 des Netzes zugeführten Energie und unterscheidet sich von Fig. 9 hauptsächlich dadurch, daß die Ausgangsseiten der beiden Siebketten A₁ B in diesem Falle in Reihe geschaltet sind. Man kann z. B. das Übersetzungsverhältnis der Transformatoren folgendermaßen wählen;

μ_Α = τ:ι, μ = 2 : ι.

Die Impedanz des Netzes zwischen den Klemmen 5, 6 wird in diesem Falle

Die Impedanz k zwischen den Eingangsklemmen 1, 2 des Netzes nach Fig. 9, 10 ist konstant bei allen Frequenzen wie bei einem Netz beispielsweise nach Fig. 8, bei dem keine Zusammenschaltung von den äußeren Klemmen der beiden Siebketten vorkommt. Zwisehen den Klemmen 3,4 in Fig. 9., 10 wird dagegen die Impedanz nur bei den Frequenzen außerhalb des Frequenzbandes der Siebketten konstant, da die Spannungen zwischen den äußeren Klemmen der beiden Siebketten, von dieser Seite gesehen, im Verhältnis zueinander i8o° phasenverschoben sind. Wenn die Verbindungen zwischen den Klemmenpaaren umgewechselt werden, werden die Verhältnisse umgekehrt, d. h. die Impedanz zwischen den Klemmen 3,4 wird bei allen Frequenzen konstant, während die Impedanz zwischen den Klemmen 1, 2 nur bei den Frequenzen außerhalb des Frequenzbandes der Siebketten konstant wird.

In gewissen Fällen, z. B. bei Kaskadenschaltung von mehreren Netzen, ist es von großer Bedeutung, daß die Impedanz sowohl an der Eingangsseite als auch an der Ausgangsseite konstant bleibt. Bei der Anordnung nach Fig. 11 wird dies durch eine Zusammenschaltung zweier Netze I, II erreicht, von denen jedes für sich gemäß Fig. 11 zusammengesetzt ist. Das Netz I besteht demnach aus zwei Siebketten A, B und das Netz II aus zwei ähnlichen Siebketten A', B'. Die Zusammenschaltung der beiden Netze geschieht durch Verbindung der äußeren Klemmen 5, 6 bzw. 7, 8 in den Siebketten A, B mit entsprechenden äußeren Klemmen 5', 6' bzw. 7', 8' in den Siebketten Ä, B'. Die in dem _go zusammengesetzten Netz enthaltenen vier Siebketten A, B₁ A', B' sind sämtlich für dasselbe Frequenzband dimensioniert. Wenn die Schwingungsenergie an den Eingangsklemmen i, 2 des Netzes I zugeführt wird, wird sie bei gleicher Verteilung an den beiden Klemmenpaaren 5', 6' und 7', 8' nach der anderen Siebkette übertragen, während dagegen die Spannung zwischen den Ausgangsklemmen 3,4 des Netzes I Null wird. Die Wicklungsrichtungen in den Transformatoren 'T'a und T' sind so gewählt gedacht, daß die von zwei Seiten mit gegenseitig gleicher Energie zu der Siebkette II einkommenden Schwingungen die gegenseitigen Wirkungen in bezug auf die Eingangsklemmen 1', 2' des Netzes II aufheben, wodurch die Spannung zwischen diesen Null wird, während die Schwingungsamplituden sich in bezug auf die Ausgangsklemmen 3', 4' der Siebkette II addieren. Da die Schwingungen von dem einen Netz zu dem anderen in bezug auf die Eingangsklemmen i, 2 und Ausgangsklemmen 3,4 des Netzes I vollkommen symmetrisch übertragen werden, wird die Impedanz zwischen den Klemmen dieser beiden Klemmenpaare konstant bei allen Frequenzen. Damit eine Zusammenschaltung der verschiedenen Siebketten ohne Energieverluste ermöglicht werden kann, müssen die Übersetzungsverhältnisse der Transformatoren T_A, T, T'_A, T' (in der Richtung nach den äußeren Klemmen der

Siebketten gerechnet) so· gewählt werden, daß

μΆ _ P¹B

ßA ~~ ßu

ist, wobei μ_Α, μ'_Α, μ_Β und μ'_Β die Übersetzungsverhältnisse der Siebketten A, A', B, B' sind. Damit die Impedanz zwischen den Klemmen i, 2 und 3, 4 gleich 1, die Impedanz zwischen den Klemmen 3', 4' gleich k' wird und k, k' bei allen Frequenzen konstant werden, muß

Z₁₃= 2k,

Zb- 2k'

sein.

Hierbei sind Za, Z'a, Z_b, Z'_b die Impedanzen an den inneren Klemmen der Siebketten A, A', B, B' bei der Mittelfrequenz des Frequenzbandes. Eine derartige Netzzusammenstellung wirkt also zwischen ihren Klemmen i, 2 und 3', 4' und zwischen den Klemmen i', 2' und 3, 4 oder umgekehrt als ein gewöhnliches Bandfilter. Zwischen den Klemmen 1, 2 und 3,4, 1,2 und 1', 2', 3,4 und 3', 4' wirkt das Netz als ein Bandsperrfilter für das Frequenzband der Siebketten. Dadurch, daß die Impedanz sowohl zwischen den Klemmen i, 2 als auch zwischen den Klemmen 3, 4 von der Frequenz unabhängig ist, können mehrere derartige Netzzusammenstellungen in Reihe geschaltet werden, ohne daß sie einander störend beeinflussen.
In der Fig. 12 wird eine andere Ausführungsform und Kombination der Anordnungen gezeigt, die in Verbindung mit Fig. 9, 11 beschrieben sind. Die beiden Siebketten A und B sind hauptsächlich in gleicher Weise aufgebaut wie in den beschriebenen Netzen.

Durch gewisse Maßnahmen ist erreicht worden, daß nur ein Netz erforderlich ist, um dasselbe Resultat zu erhalten wie mit den Anordnungen gemäß Fig. 11. Das Netz besteht aus zwei für dasselbe Frequenzband di-

♦5 mensionierten Siebketten A und B, jede mit einem Übersetzungsverhältnis μ_Α, μ_Β (gegen die äußeren Klemmen gerechnet), wobei μ_Β = 4 μ_Α und die Impedanz zwischen den inneren Klemmen der Siebkette A = Z_A = —, die

Impedanz der Siebkette B gleich Z₁₁ = 2 k und k die Impedanz zwischen den Klemmen i, 2 und 3, 4 bei der Mittelfrequenz des Frequenzbandes ist. Die Sekundärwicklung des Transformators T_A ist in zwei gleiche Teile geteilt, und der Mittelpunkt α ist mit der Klemme 6 der Siebkette B verbunden. Diese Ausgleichsanordnung kann auch dadurch erreicht werden, daß der Kondensator C^₁ in zwei gleiche, in Reihe geschaltete Kondensatoren aufgeteilt und der Mittelpunkt α zwisehen den beiden Kondensatoren entnommen wird. Außer den Klemmen i, 2 und 3, 4 ist das Netz ferner mit zwei Paar Klemmen 1', 2' und 3', 4' versehen, von welchen i' mit der Klemme 7, 2' und 4' mit der Klemme 5 und 3' mit der Klemme 8 verbunden sind. Wenn eine Spannung V₁ von einer Frequenz innerhalb des Frequenzbandes der Siebketten zwischen den Eingangsklemmen r, 2 des Netzes angelegt wird, wird die Spannung, wie aus dem Obenstehenden hervorgeht, zwischen den Klemmen 5, 6 = 2 F₁ · γB = 2 V₁ ^—- — —^—-

und die Spannung zwischen, den Klemmen 7,8 = μ_Α V₁. Die Spannung zwischen den Klemmen 3, 4 und 1', 2' ist Null. Die Spannung zwischen den Punkten 8 und α wird also

-^~_o —— und die Spannung zwischen den _g Klemmen 3' und 4' gleich μ_Α · V₁. Das Netz hat sowohl zwischen den Klemmen 1, 2 und 3', 4' als auch zwischen den Klemmen 3,4 und ι', 2' gewöhnliche Bandfilterwirkung. Zwischen den Klemmen 1, 2 und 3, 4 und i', 2' und 3', 4' samt 3, 4 und 3', 4' werden alle Frequenzen innerhalb des Frequenzbandes gesperrt. Durch Wechseln der Verbindungsleitungen an den Klemmen 5, 6 bekommt man Bandfilterwirkung zwischen 1,2 und 1', 2' samt 3, 4 und 3', 4' und Bandsperrwirkung zwischen 1, 2 und 3, 4, 1, 2 und 3', 4', 1', 2' und 3', 4' samt 1', 2' und 3, 4. Wenn das Netz wie im vorigen Beispiel so dimensioniert ist, daß die Impedanz zwischen seinen Eingangs- und Ausgangsklemmen 1, 2 und 3, 4 gleich k ist, wird die Impedanz zwischen den Klemmen 1', 2' und 3', 4' = μ_Α.,·1ι. Gemäß der Erfindung soll k bei allen Frequenzen konstant sein.

In Fig. 13 wird an einem Beispiel gezeigt, wie ein gemäß Fig. 12 ausgeführtes Netz bei dem Anschluß von Sender und Empfänger für Hochfrequenztelephonie an eine gewöhnliche Fernsprechleitung geschaltet werden kann. Die Anordnung besteht aus fünf in Reihe (Kaskade) geschalteten Netzen I, II, III, IV und V. Die Netzzusammenstellung ist an der einen Seite (zwischen den Klemmen 2>v, 4v) ^an eine gemeinsame Linie L angeschlossen und an der anderen Seite durch eine Abschlußimpedanz k abgeschlossen. Da die Impedanz zwischen den Klemmen 3_V und 4_V bei allen " Frequenzen konstant ist, kann die Linie L einen refiektionsfreien Abschluß bei allen Fre- ng quenzen erhalten. Jedes der verschiedenen Netze I bis V ist gemäß Fig. 12 ausgeführt, und die Reihenschaltung der Netze kann deshalb ohne Energieverluste oder Reflektioneu erfolgen, weil die Impedanz zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen von jedem Netz bei allen Frequenzen konstant ist. An

den Klemmen if, z{, ι,η, 2n usw. sind die Impedanzen Ri, Ru angeschlossen. An den Klemmen 31, 41 des Netzes I ist eine Niederfrequenzlinie LF angeschlossen. Die Klemmen 3U, 4n bzw. 3ry, 4rv der Netze II und IV sind an je einen Sender Sn bzw. Srv und die Klemmen 3m, 4ni bzw. 3V, 4v der Netze III und V an je einen Empfänger lim bzw. My für hochfrequente Signale angeschlossen.

ίο Wenn die verschiedenen Netze für je ein Frequenzband dimensioniert sind, können sie also nach dem Gesagten gleichzeitig über dieselbe Linie L arbeiten, ohne einander störend zu beeinflussen. Von der Linie L einkommende Signale verschiedener Frequenz werden von je einem Empfänger aufgenommen. Niederfrequente Signale laufen ohne nennenswerte Dämpfung durch die Netze V, IV, III und II und werden von dem Netz I aufgenommen, von dessen Klemmen 31, 4ί sie weiter nach der Linie LF gesandt werden. Hochfrequente Signale innerhalb verschiedener Frequenzbänder werden von den Netzen V und III aufgenommen, wobei die für das letztere Netz bestimmten Signale durch V und IV ohne nennenswerte Dämpfung laufen und ohne den Empfänger My zu stören. Signale solcher Frequenzen, die nicht innerhalb des Frequenzbandes eines der Netze liegen, laufen nach der Abschlußimpedanz k, in welcher sie vernichtet werden. Von LF, Su und Siv werden Signale innerhalb verschiedener Frequenzbänder nach der Linie L gesandt. Von der Linie LF an dem Netz I einkommende Signale werden von demselben so gerichtet, daß sie nur nach rechts durch die übrigen Netze II, III, IV und V nach der Linie L und nicht nach links zu der Abschlußimpedanz k laufen können. In derselben Weise werden Hochfrequenzsignale von Sn und Srv ausgesandt. Ein Signal, das z. B. von Su ausgesandt wird, läuft durch die Siebketten des Netzes II über dessen Klemmen 311, 411 durch III, IV und V nach der Linie L. Die Richtwirkung zusammen mit den Siebwirkungen der Siebketten bewirkt, daß keine Energie nach links nach dem Netz I geht.

Claims (20)

1. Patentansprüche:

   i. Schaltungsanordnung zur Trennung verschiedener Stromwege für Mehrfachträgerfrequenzübertragungssysteme unter Verwendung einer Difrerentialschaltung, z. B. -.Ausgleichübertrager, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung aus zwei mit je einer Seite zusammengeschalteten Filtern zusammengesetzt ist, die im wesentlichen das gleiche Frequenzgebiet durchlassen und so ausgebildet sind, daß das Produkt ihrer charakteristischen Impedanzen bei allen Frequenzen im wesentlichen konstant ist und daß die Zusammenschaltung so ausgeführt ist, daß eine sogenannte überbrückte T-Schaltung entsteht, bei der die beiden Serienimpedanzen die beiden Teile der Difrerentialschaltung sind und die Nebenschlußimpedanz zusammen mit dem im Nebenschluß wirksamen elektrischen Werte der Differentialschaltung der Eingangswiderstand des einen Filters ist, während die die Serienimpedanzen überbrückende Brückenimpedanz zusammen mit dem nach dieser Seite wirksamen Werte der Differentialschaltung der Eingangswiderstand des anderen Filters ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach An-= spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die in derselben enthaltenen Filter derart dimensioniert sind, daß die Impedanz zwisehen den Innenklemmen (c, d) des Filters, welches die Nebenschlußimpedanz

   enthält, — und die Impedanz zwischen den

   Innenklemmen (e, f) des Filters, welche die Brückenimpedanz enthält, 2 k bei der mittleren Frequenz in dem Frequenzband der Filter ist, wodurch die Impedanz zwischen den Eingangsklemmen (1,2) und zwischen den Ausgangsklemmen (3,4) des Netzes gleich k wird.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Filter als Siebketten ausgeführt sind und daß die eine der beiden Siebketten zwischen ihren an dem Netz angeschlossenen Klemmen st-Charakteristik und die andere Siebkette zwischen ihren entsprechenden Klemmen T-Charakteristik hat. , too
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine oder die beiden Filter transformatorgekoppelte Induktanzen oder andere an sich bekannte Mittel zur Spannungsübersetzung enthalten.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, in deren beiden Filtern transformatorgekoppelte Induktanzen mit einem gewissen Übersetzungsverhältnis gegen die Außenklemmen der Filter gerechnet enthalten sind," dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis für die Induktanzen des im Nebenschluß liegenden Filters [A) doppelt so groß ist wie das Über-Setzungsverhältnis für die Induktanzen des in der Brücke liegenden Filters (5).
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in derselben enthaltenen Filter als iao Kettenleiter aus von den Außenklemmen oder Innenklemmen in derselben Reihen-

   IO

   folge gerechnet einander entsprechenden Impedanzen zusammengesetzt sind, die derart dimensioniert sind, daß der geometrische Mittelwert zwischen einer Impedanz in der einen Siebkette und der entsprechenden Impedanz in der anderen Siebkette bei allen Frequenzen im wesentlichen konstant ist.
7. 7. Schaltungsanordnung nach Ansprach, ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die komplexen Fortpflanzungskonstanten der in derselben enthaltenen Filter bei allen Frequenzen gleich sind.
8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in derselben enthaltenen Filter dieselbe Anzahl halber Kettenglieder desselben Typs erhalten.
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander entsprechenden Impedanzen in jedem der beiden Filter aus einer gleichen Anzahl Teilimpedanzen aufgebaut sind, die in gleicher Weise im Verhältnis zueinander bemessen sind wie die einander entsprechenden Impedanzen in den beiden Filtern.
10. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch ι und 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den entsprechenden Impedanzen oder Teilimpedanzen enthaltene Selbstinduktionsspulen für dieselben Verlustwinkel dimensioniert sind.
11. 11. Schaltungsanordnung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter zwischen ihren Außenklemmen durch Impedanzen abgeschlossen sind, die konstant oder im wesentlichen konstant und derart bemessen sind, daß ihr geometrischer Mittelwert bei allen Frequenzen im wesentlichen konstant ist.
12. 12. Schaltungsanordnung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geometrische Mittelwert der Cha-

    4-5 rakteristiken der beiden Filter an den Innenklemmen im wesentlichen gleich den an den Eingangs- und Ausgangsklemmen des Netzes angeschlossenen Impedanzen ist.
13. 13. Schaltungsanordnung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine symmetrische, überbrückte T~Schaltung durch symmetrische Anschließung eines Ausgleichübertragers an die beiden Leitungen des Netzes erhalten wird,
14. 14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenklemmen der beiden in denselben enthaltenen Filter parallel geschaltet sind.
15. 15.. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenklemmen der beiden in derselben enthaltenen Filter in Reihe geschaltet sind.
16. 16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Netze derart miteinander verbunden sind, daß die Außenklemmen einander entsprechender Filter miteinander verbunden sind.
17. 17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter, welches die Nebenschlußimpedanz des Netzes enthält, eine Differentialanordnung (T _A, Fig. 12) besitzt, deren Mitte mit der einen Außenklemme des anderen Filters verbunden ist, so daß durch die Verbindung zwischen den Filtern zwei Paar Anschlußklemmen (5, 8 bzw. 5, 7) von je einer der Außenklemmen (7, 8) des im Nebenschluß liegenden Filters (A) und die in den beiden Klemmenpaaren gemeinsam enthaltene freie Außenklemme (5) des in der Brücke liegenden-Filters (B) gebildet werden.
18. 18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Netze nach Anspruch 1, 16 oder 17 in Reihe geschaltet werden (Kaskadenschaltung).
19. 19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die in den verschiedenen in Reihe oder Kaskade geschalteten Netzen enthaltenen Filtergruppen für verschiedene Frequenzbänder dimensioniert sind.
20. 20. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, 2 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen des Netzes bzw. der Kaskadenschaltung angeschlossenen Impedanzen einerseits aus einer Leitung und andererseits aus einer Leitungsnachbildung für diese Leitung bestehen.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen