-
Weiche für Trägerstromfernsprechsysteme Bei Trägerstromsystemen, die
verschiedene Frequenzbänder zur Übertragung für die beiden Richtungen eines Gespräches
benutzen, ist bereits die Verwendung von Ausgleichsschaltungen im Trägerstromteil
bekanntgeworden, um die Selektivität der Filter zu unterstützen, die die Kanäle
für Hin- und Rückverkehr sowohl an den Endapparaten als auch an Zwischenverstärkern
trennten. Durch diese Mittel können insbesondere bei Zwischenverstärkern Echoströme
und Reflexionen auch dann vermieden werden, wenn die Durchlaßbereiche der Filter
nahe beieinanderliegen und die Steilheit des Dämpfungsanstieges nicht sehr groß
ist.
-
Ausgleichsübertrager wurden bisher im allgemeinen nur in solchen Systemen
verwendet, bei denen für Hin- und Rückverkehr dasselbe Frequenzband benutzt wird.
Eine Benutzung von Ausgleichsübertragern für die eingangs angegebenen Systeme erfolgte
aber im allgemeinen nicht, da sie den gestellten Erwartungen nicht hinreichend entsprachen.
Besonders bei Trägerstrombetrieb über parallel geführte Leitungen machten sich die
Reflexionen schädlich bemerkbar durch als Gegennebensprechen auftretendes, reflektierendes
Nebensprechen. Untersuchungen haben nun ergeben, dag die an den Gabelstellen auftretenden
Reflexionen außer einer Dämpfungserhöhung eine Verminderung der Echodämpfung bewirken.
-
Bei Systemen, bei denen die Ausgleichsschaltung nur zur Trennung der
Gesprächsrichtungen dient, ohne daß diese frequenzmäßig getrennt sind, ist auch
bereits bekanntgeworden, Entzerrungsnetzwerke zu verwenden, die den Scheinwiderstand
der Leitung oder der anderen Seite verändern. Bei der Anschaltung von Filtern an
die Ausgleichsschaltung sind die Reflexionen vorwiegend durch die stark frequenzabhängigen
Scheinwiderstände der Filter gegeben, insbesondere deshalb, weil sie verschiedene
Frequenzbereiche durchlassen bzw. sperren.
-
Nach der Erfindung werden nun die geschilderten Nachteile bei einer
Weiche dadurch vermieden, daß zur reflexionsfreien Anpassung der Gabelschaltung
an die Leitung, d. h. zur Innehaltung der Beziehung W2=A#B, (I) wobei
A und B die an die Diagonalen der Ausgleichsschaltung angeschlossenen
Scheinwiderstände der Filter und W den Scheinwiderstand der Leitungsseite für den
gesamten Frequenzbereich der nach beiden Richtungen übertragenen Ströme bedeuten,
der Scheinwiderstand
der Ausgleichsschaltuhg auf der Leitungsseite
dadurch gleich dem Scheinwiderstand der Leitung in Richtung der Ausgleichsschaltung
gemacht wird, daß die Scheinwiderstände der Filter A und B in diesem
ge= samten Frequenzbereich konstant und reell gemacht werden.
-
In Fig i ist eine bekannte Weiche für Trägerstromsysteme wiedergegeben.
-
Die Ausgleichsschaltung, die an die Trägerstromleitung mit dem Scheinwiderstand
W angeschlossen ist und durch die.Nachbildung N im Gleichgewicht gehalten wird,
führt in der oberen Diagonale bei A über das Filter F1, das die Frequenzen (z. B.
untere Teilband) der einen Verkehrsrichtung durchläßt, zum Frequenzwandler, oder
Verstärker (Abschluß Z1), bei B über das Filter F2, das die Frequenzen (z. B. obere
Teilband) der anderen Verkehrs richtungdurchläßt, zu den Apparaten der anderen Verkehrsrichtung
(Abschluß Z2).
-
Durch Einschaltung von Netzwerken zu den Filtern F1 und F2, die zusammen
mit den Filtern reelle und frequenzunabhängige Scheinwiderstände ergeben und die
obige Beziehung (i) erfüllen, wird erreicht, daß der Scheinwiderstand auf der Leitungsseite
der Ausgleichsschaltung, gemessen in der Richtung der Leitung, gleich demjenigen,
gemessen in der Richtung der Ausgleichsschaltung, wird.
-
Besonders vorteilhaft ist es, in an sich bekannter Weise die Gleichung
(i) dadurch zu erfüllen, daß A = 2 W und B =1/2W (2)
gemacht
wird. Dadurch wird erreicht, daß auch die Reflexionen an den Diagonalen verschwinden
und die Gabelschaltung zur vollen Wirksamkeit gelangt.
-
Die den Filtern zuzuschaltenden Netzwerke bestehen vorzugsweise ebenfalls
aus Filtern, deren Eingänge denjenigen der vorhandenen Filter parallel oder in Serie
geschaltet sind. Die später beschriebenen Fig. 2 und 7 geben Ausführungsbeispiele
für eine derartige Parallelschaltung oder Serienschaltung der Filtereingänge. Die
zuzuschaltenden Netzwerke sind in ihren Bereichen so zu wählen, daß sie gerade für
die Bereiche der Gegenrichtung durchlässig sind, für die der eigenen aber sperren.
Es ist dabei nicht erforderlich, daß die den Filtern parallel zu schaltenden Netzwerke
oder Blindfilter besonders hohe Dämpfung haben müssen, vielmehr genügt eine genaue
Widerstandsanpassung, wodurch sich ein billiger Aufbau ermöglichen läßt.
-
Die zugeschalteten Blindfilter dienen also nicht der Übertragung und
sind nur dazu bestimmt, für den Frequenzbereich der Gegenrichtung mit dem Filter.
dem sie zugeordnet sind, einen Scheinwiderstand zu liefern, der den obigen Anforderungen
genügt. So kann beispielsweise in der Schaltung nach Fig. i .Am Filter F1 (z B.
Spulenleitung) ein Blindvon der Art des Filters F2 (Kondensa-@tö#itung) zugeordnet
sein. Ob die Zuordtng durch Parallel- oder Serienschaltung der Eingänge erfolgt,
richtet sich danach, ob man als Filter Kettenleiter erster oder zweiter Art verwendet.
Hierauf soll später nochmals eingegangen werden.
-
Die erfindungsgemäßen Weichen können auch für eine Gruppe von Frequenzbändern
vorgesehen sein, z. B. für Zwischenverstärker eines Mehrfachsystems, das eine Gruppe
von Frequenzbändern nach einer Richtung, eine andere Gruppe nach der anderen Richtung
überträgt.
-
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Scheinwiderstände
der mit Netzwerken versehenen Filter auf beiden Seiten der Gabel im ganzen übertragungsbereich
einander gleich und gleich dem Scheinwiderstand W der Leitung sind. Dieser wird,
wie das z. B. bei Freileitungen der Fall ist, als reell und frequenzunabhängig angenommen.
Auf der Gabelseite I werde das untere Frequenzband übertragen und durch den Verstärker
V1 verstärkt. Auf der Gabelseite II werde das durch den Verstärker V2 verstärkte
obere Frequenzband übertragen. Um nun z. B. den Scheinwiderstand der Gabelseite
I für den gesamten Frequenzbereich (oberes und unteres Frequenzband) gleich W zu
machen, schaltet man in der in Fig. 2 bezeichneten Art zu dem Durchlaßfilter das
entsprechende Sperrfilter parallel und versieht beide Filter in bekannter Weise
mit Endnetzwerken El, El; E2, E2 und mit Zusatzlängsreaktanzen X1, XI,
X21
X2.
-
Bei der Verwendung von Zusatzlängsreaktanzen sind die Filter selbst
als Kettenleiter zweiter Art auszuführen. Derartige Kettenleiter haben die Gestalt
einer T-Schaltung und sind in Fig. 5 schematisch dargestellt. Das mit X bezeichnete
Glied stellt die Zusatzverlängerung dar. Bei Kettenleitern erster Art, die die Gestalt
einer n-Schaltung haben, wie in Fig. 6 gezeigt, ist als Zusatzreaktanz eine Querreaktanz
zu verwenden, die auch hier wieder mit X bezeichnet ist. In diesem Falle ist eine
Serienschaltung der Filtereingänge vorzunehmen. Ein Ausführungsbeispiel hierfür
ist in Fig. 7 gegeben. Die Kettenleiter selbst sind hier mit K bezeichnet. Hinter
diesen liegen, wie nur schematisch angedeutet, Endnetzwerke E, die ihrerseits auf
einen Verstärker bzw. einen Widerstand arbeiten.
-
Durch die Endnetzwerke wird dabei der Scheinwiderstand in die Form
des Wellen-
Widerstandes übergeführt- und verläuft, in der komplexen
Ebene dargestellt, in den Achsen dieser komplexen Ebene. Den Zusatzreaktanzen kommt
die Aufgabe zu, die Realteile der Wellenleitwerte konstant, die Imaginärteile frequenzabhängig
zu machen. Bei der Zusammenschaltung von Durchlaß- und Sperrfilter kompensieren
sich diese dann. Dies sei im folgenden näher erläutert.
-
In Fig. 8 ist als Beispiel der Verlauf des Wellenwiderstandes einer
Spulenleitung, eines Kettenleiters zweiter Art, in der komplexen Ebene dargestellt.
Schaltet man in Reihe zu dieser Spulenleitung eine Spule geeigneter Größe, so verläuft
der Scheinwiderstand unterhalb der Grenzfrequenz (f0) auf einem Kreise, während
er oberhalb der Grenzfrequenz längs der positiven imaginären Achse verläuft, wie
in Fig. g gezeigt.
-
Ebenso kann man zeigen, daß der Scheinwiderstand des komplementären
Filters (Konsatorleitung) unterhalb der Grenzfrequenz längs der negativen imaginären
Achse und oberhalb der Grenzfrequenz, wie aus Fig. io zu ersehen, auf einem Kreise
verläuft.
-
Schaltet man nun beide Filter nach Fig. parallel, so ist der Leitwert
der Parallelschaltung gleich der Summe der Leitwerte- der umgebildeten Filter. Die
Leitwerte der Filter liegen auf Geraden. Dies ist in den beiden Fig. i i und i z
gezeigt, wobei ZO die Inversionspotenz bedeutet.
-
Man sieht, daß man durch Addition der Leitwerte den Gesamtleitwert
ZO/Z,2 erhält. Der Gesamtscheinwiderstand ist also gleich Zo, und zwar sowohl für
Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz als auch oberhalb von ihr.
-
Entsprechend kommt bei Serienschaltung den Zusatzquerreaktanzen die
Aufgabe zu, die Realteile der Wellenwiderstände konstant zu machen, während auch
hier bei Zusammenschaltung mit dem Blindfilter die Imaginärteile sich. aufheben.
Es gelingt also dadurch, den Filtergesamtscheinwiderstand für den gesamten Frequenzbereich
konstant, reell und gleich W zu machen.
-
Durch das Übersetzungsverhältnis des Ausgleichsübertragers wird der
Scheinwiderstand der Gabelseite I auf den Wert .2 W gebracht.
-
Auf ähnliche Weise ist der Scheinwiderstand der Gabelseite II behandelt
und z. B. mit Hilfe eines Übertragers U gleich W/:2 gemacht. Damit wird der
Scheinwiderstand der gesamten Gabel gleich
so daß Gabel und Fernleitung und außerdem Gabel und Filter reflexionsfrei miteinander
verbunden sind. Auch wenn mehrere Trägerfrequenzkanäle über die gleiche Gabelseite
geführt werden, ist dieses Prinzip anwendbar. Werden dabei eine größere Anzahl von
Durchlaßfiltern zusammengeschaltet, dann kann mit jedem Durchlaßfilter ein Blindfilter
(Sperrfilter) verbunden werden. Dabei sind die Scheinwiderstände der ergänzten Filter
(Durchlaßfilter - ergänzendes Blindfilter) nach Maßgabe der Zahl der vorhandenen
Kanäle gegebenenfalls unter Anwendung von Übertragern so groß zu machen, daß der
Scheinwiderstand der Kombination W ist. Um den Scheinwiderstand der Gabelschaltung
(von A bzw. B) auf einen konstanten und reellen Wert a W bzw.
zu bringen, kann nach weiterer Erfindung auch von den in Fig. 3 und q. gezeigten
Schaltungen und Prinzipien Gebrauch gemacht werden.
-
In diesen Figuren sind zwei Ausführungsformen gezeigt, die sich nur
dadurch unterscheiden, daß einmal die Filtereingänge in besonderer Art parallel
geschaltet sind; das andere Mal dagegen in Serie. Es ist hier für den Bau von Weichen
mit Ausgleichsübertragern die Tatsache ausgewertet, daß zwei zueinander widerstandsreziproke.Scheinwiderstände
Z1 und Z2 über zwei Ohmsche Widerstände in bestimmter Weise miteinander verbunden
dann einen konstanten und reellen Eingangsscheinwiderstand aufweisen, der gleich
der Inversionspotenz ZO ist, wenn die beiden Ohmschen Widerstände diesen Wert haben.
Für die Realisierung dieser Forderung ergeben sich die genannten beiden Möglichkeiten.
In Fig. 3 ist eine Parallelschaltung der Serienschaltungen je eines der Scheinwiderstände
mit einem der Ohmschen Widerstände gezeigt, in Fig. q. eine Serienschaltung der
Parallelschaltungen der gleichen Elemente. Die Scheinwiderstände Z1 und Z_2 werden
dabei durch die zueinander widerstandsreziproken Eingangsscheinwiderstände zweier
Filter F1 und F2 gebildet, die gleichen Durchlässigkeitsbereich besitzen. Die geforderte
Widerstandsreziprozität der Wellenwiderstände ergibt sich z. B. bei Kettenleitern
erster und zweiter Art bei Abschluß mit Zo. Die Ausgänge sind dann an den gemeinsamen
Verbraucherwiderstand gelegt, der im Falle der Parallelschaltung der Filtereingänge
Z,/2, bei Serienschaltung aZa beträgt.
-
Diese Schaltungen besitzen den Vorzug, keinerlei Endnetzwerke und
keine Längs-oder Querzusatzreaktanzen zu benötigen, dafür aber muß ein Verlust,
der sich in einer Dämpfungserhöhung gleichmäßig für alle Frequenzen im Betrage von
etwa 0,3 Neper bemerkbar macht, in Kauf genommen werden. Diese Dämpfungserhöhung
ist aber ohne
weiteres in den Verstärkern züi berücksichtigen.
-
Falls die Weiche nach der Erfindung an eine Leitung angeschaltet werden
soll, deren Scheinwiderstand von einer reellen Konstanten im Übertragungsbereich
abweicht (z. B. Pupinkabel), kann in an sich bekannter Weise der Leitungsscheinwiderstand
vor der Gabel auf einen reellen und konstanten Betrag umgebildet werden.