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Phasenentzerrender Vierpol In der Technik der Nachrichtenübertragung
ist es häufig notwendig; -bestimmte. Phasen- oder Laufzeitgänge herzustellen, um
vorhandene: Verzerrungen zu entzerren; z. B. will man mitunter die Gruppenlaufzeit,
das ist die Ableitung
des - Winkelmaßes nach,der Frequenz; unäbhängi@g von der Frequenz machen.- An hierzu
geeignete-phasen= abhängige Netzwerke ist die Forderung zu stellen, daß sie nicht
nur in, dem zur übertragung benutzten Frequenzband, das ist unter Umständen, z.
B. bei Breitbandüberträgung, in -einem sehr großen Bereich, einen vorgeschriebenen
Phasengang äüfweisen, sondern däß auch die Dämpfung wenigstens in ;dem benutzten
Bereich weitgehend frequenzunabhängig ist. Eine weitere Forderung besteht darin,
daß die zur Phasenentzerrung benutzten Netzwerke einen konstanten Wellenwiderstand
aufweisen sollen. Die letztere Forderung wird bekanntlich dadurch erfüllt; daß die
Netzwerke in Vorm von 'Kreuzgliedern oder äquivalenten Schaltungen aufgebaut werden,
deren Zweige paarweise widerstandsreziprok sind.
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Um bei Netzwerken zur Phasenentzerrung mit positiver "Gruppenlaufzeit
einen streng frequenzunabhängigen Dämpfungsverlauf zu erzielen,- sind bereits Kreuzglieder
und äquivalente Schaltungen mit konstantem Wellenwiderstand bekannfgeworden, bei
denen, sich der Scheinwiderstand eines Zweiges in Abhängigkeit von der Frequenz
annähernd auf einem. exzentrisch um den Wellenwiderstand liegenden Kreis n--der
komplexen Ebene bewegt, der die reelle-Achse in zwei zum Wellenwiderstand -inversen
Punkten -senkrecht
schneidet. Die Zweige der bekannten Kreuzglieder
wurden dabei aus entsprechend aufgebauten und bemessenen Zweipolen gebildet. Die
Laufzeit dieser Netzwerke ist jedoch. durchweg positiv.
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Die Erfindung zeigt nun einen anderen Weg zur Erreiehhng eines -den
einleitend angegebenen Forderungen Genüge leistenden phasenentzerrenden Vierpols.
Der erfindungsgemäße Vierpol besitzt gegenüber obiger bekannter Anordnung Aden besonderen
Vorteil, daß ' sowohl' -positive als auch negative Gruppenlaufzeiten ereicht werden
können.
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Die Erfindung betrifft einen phasenentzerrenden Vierpol, der frequenzaabhängiges
Winkelmaß, über einen `weiten Frequenzbereich frequenztinabhängige konstante Dämpfung
oder Entdämpfung und konstanten und reellen Wellenwiderstand aufweist. Gemäß der
Erfindung wird ein derartiger Vierpol dadurch erreicht, daß mit einem über ein Netzwerk
mit frequenzabhängigem Winkelmaß und konstantem Wellenwiderstand negativ rückgekoppelten
Verstärker ein weiteres Netzwerk mit konstantem Wellenwiderstand in Reihe geschaltet
ist, das mit dem' erstgenannten Netzwerk den gleichen frequenzabhängigen Dämpfungsgang,
aber wer-.schiedenes frequenzabhängiges Phasenmaß aufweist. ' Laufzeitentzerrer
mit negativer Gruppenlaufzeit sind zwar bereits bekannt. Jedoch haben alle bisher
bekanntgewordenen Netzwerke mit -negativer Gruppenlaufzeit und konstantem Wellenwiderstand
den Nachteil, daß ihre Dämpfung nicht oder nicht in genügendem Maße unabhängig von
ider Frequenz ist. Netzwerke mit negativer Gruppenlaufzeit haben immer eine verhältnismäßig
große Dämpfung, deren Unabhängigkeit von der Frequenz deshalb sehr wichtig ist.
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Um in einem gewissen Frequenzbereich eine negative Gruppenlaufzeit
zu erzielen, wurde auch bereits ein Netzwerk in Form eines Kreuzgliedes oder einer
äquivalenten Schaltung mit konstantem und reellem Wellenwiderstand und in diesem
Bereich frequenzunabhängiger Dämpfung vorgeschlagen, bei dem bei paarweise widerstandsreziprokem
Aufbau der Zweige jeder Zweig des einen Paares durch ein wellenwrderstandsrichti:g
abgeschlossenes Filter gebildet wird, - .dem eine Rieaktanz vorgeschalfet wird,
und zwar, wenn das Filter mit einer Längsreaktanz begingt, von der Größe
und wenn es mit einer Ouerreaktanz -beginnt, vonder Größe
Der dann im Durchlaßbereich des Filters auf einen Kreis-. bogen. links drehende
Scheinwiderstand wird dabei durch einen vorgeschalteten Widerstand r' auf einen
Kreis konstanter Dämpfung verschoben. In.. .den angegebenen Gleichungen ist a der
Eingangsscheinwi@derstand des Filters, z, der Eingangsscheinwiderstand des Filters
für den Wert o -der normierten Frequenz S2 und sämtliche Größen bezogen auf
den Wert x für den Wellenwiderstand Z des Kreuzgliedes.
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Der phasenabhängige Vierpol nach der Erfindung gestattet demgegenüber,
wie bereits ausgeführt wurde, bei konstantem Wellenwiderstand sowohl negative als
auch positive Gruppenlaufzeiten zu erzielen, und zwar in einem sehr großen Frequenzbereich
mit einer in einem weit größeren Bereich konstanten Dämpfung bzw. Entdämpfung: Das
Prinzipschema eines erfindungsgemäß aufgebauten Vierpols ist aus der Fig. z ersichtlich.
Der Verstärker V, der aus einer oder mehreren Stufen besteht, ist über das Netzwerk
B gegengekoppelt. Die negative Rückkopplung eines Verstärkers über ein frequenzabhängiges
Netzwerk ist bekannt. .
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Das Netzwerk B hat das Übertragungsmaß gB - b - i &B
. (I) Der Verstärker kann dabei jeden gewünschten Verstärkungsgrad aufweisen;
z. B. kann die Anordnung- so aufgebaut sein, daß das Übertragungsmaß des negativ
rückgekoppelten Verstärkers - g8 wird. -Das im Zuge des Verstärkers angeordnete
Netzwerk A kann vor oder hinter dem Verstärker angeordnet sein. Sein _ Übertragungsmaß
ist gA = ö + j aA .
Die Gesamtanordnung hat dann das Übertragungsmaß
g = 9,1-9B = (au -9B) - (3) Es ist also; da der Verstärkungsgang des
negativ rückgekoppelten Verstärkers gleich dem -Dämpfungsgang des vorgeschalteten
Netzwerks ist, die Dämpfung der Gesamtanordnung konstant und gleich o. Bei Änderung
der Verstärkung um einen konstanten Betrag ergibt sich dabei ebenfalls wieder eine
von o verschiedene konstante Dämpfung bzw.- Entdämpfung.
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Der Phasengang am Ausgang der Gesamtanordnung. ist gleich der Differenz
der Phasengänge der beiden Netzwerke, und damit ist die Gesamtlaufzeit die Differenz
:der Laufzeitkurven der' beiden Netzwerke. Diese Differenz kann sowohl positiv als
auch negativ gemacht werden, j e nachdem ob das Netzwerk mit der kleineren oder
der, größeren Laufzeit in den Rückkopplungsweg genommen
wird, d.
h. es können stets zwei Laufzeitkurven dargestellt werden, die sich nur durch das.
Vorzeielien unterscheiden.
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Die Erfindung sieht weiter vor; den Vierpol 'als -stetig fegelbären1Laufzeitentzerrer
bei gleichbleibender konstanter Dämpfung bzw. Entdämpfung ;auszubilden. Die beiden
Netzwerke enthalten dahei veränderbar ausgestaltete Wirkwiderstände. Die Änderung
der Wirkwiderstände, wobei gegebenenfalls in einem .der Netzwerke auch -eine. Änderung
der Blind-,viderstände erfolgen muß, hat dabei so- zu erfolgen; daß :sich der. Dämpfungsgang
in beiden Netzwerken -in gleicher Weise ändert, d. h. daß beide Netzwerke bei jeder
Einstellung den :gleichen Dämpfungsgang aufweisen.
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Netzwerke mit verschiedenem Phasen- und' gleichem Dämpfungsgang sind
bekannt. Die beiden Schaltungen nach .den Fig. 2a und 2b zeigen: zwei derartige,
bekannte Netzwerke. Das Netzwerk nach Fsg. 2a (Netzrverk I) ist ein widerstandsreziprokes
Kreuzglied konstanten Wellenwiderstandes Z, das in jedem. Zweig eine -Reaktänz j-xZ
bzw.
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und einen Widerstand rZ bzw..
enthält. Das Netzwerk nach Fig. 2b (Netzwerk II) ist ein entsprechend aufgebautes
I2,reuzglied, das in jedem Zweig-, eine Reaktanz
bzw.
enthält. In der -angegebenen Bemessung
und einen Widerstand .bzw. rZ stellt. es -damit ein -Netzwerk gleicher Dämpfung,
aber anderer Phase wie das Netzwerk I dar. Für das Übertragungsmaß. des Netzwerkes
I ergibt sich
und entsprechend für das Netzwerk II
Es ist ersichtlich, daß damit beide Netzwerke die gleiche Betriebsdämpfung
aufweisen. Die 'Winkelmaße der beiden-Netzwerke I und II -ergeben sich. zu (7) aI
= 917-92 für das Netzwerk- 1 und
all= @Pi @Pz ' (8
)
für das
Netzwerk II. Es ist dabei
und
' Die Gruppenlaufzeit der beiden Netzwerke I und II ist dann
und
Da sich in der Gesaintänordnung die Phasengänge bzw. Gruppenlaufzeiten der beiden-Netzwerke
subtrahieren, .erhält .man, je nachdem ob Netzwerk I oder Netzwerk II in den Rückkopplungsweg-
kommt, als Gesamtlaufzeit
oder
d. k.
je nach Wahl eine positive oder n-egative Gruppenlaufzeit in bestimmten
Frequenzbereichen: ' Es ist dabei -
| Von-den beiden Netzwerken hat, wie.-aus |
| den Gleichungen für das Phasenmaß at bzw. |
| % ersichtlich, stets eines eine im ganzen Fre- |
| ü6nzbereich päsitzve Gruppenlaufzeit. und |
| das andere eine teils. negative, teils positive |
| Gruppenlaufzeit. Soll mit der Gesamtanord- |
| nung eine negative -Gruppenlaufzeit darge- |
| stellt werden, so kommt das Netzwerk, das |
| nur eine positive Gruppenlaufzeit aufweist, |
| in-den Rückkopplungsweg. - Die entstehende |
| Kurve ist dann bis auf das Vorzeichen die |
| Laufzeitkurve- eines" @-.ibliehen---Läufzeitent- |
| zerrergliedes. - |
| Zur stetigen Regelung des Laufzeitganges - |
| braucht im Netzwerk I (Fig. -2 a) - -lediglich |
| der Widerstafid r geändert zu werden. Damit |
| ergibt--sich- eine -Änderung der Phase, die |
| zwangsläufig. eine Änderung der Dämpfung |
| finit -sich .führt: : Es. ist daher notwendig; |
| auch- im -Netzwerk II -(Fsg; 2b) eine solche |
| Änderung vorzunehmen, daß sich hie gleiche |
| Dämpfungsänderung ergibt. Das kann z. B. |
| dadurch erfolgen, daß .auch im NetzwerkII |
| der Widerstand r geändert wird. Da -aber |
hier der Widerstand r sowohl in den Ohmschen Widerständen als auch
in den Reaktanzen vorkommt, sind dann alle Elemente, also auch die Reaktanzen, zu
ändern.
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Die Änderung der Reaktanzen bedingt einen ziemlichen Aufwand. Die
Erfindung sieht daher weiter vor, die Netzwerke des oben beschriebenen phasenentzerrenden
Vierpolers so aufzubauen, daß eine Änderung der Laufzeitkurven lediglich-durch Änderung
von Wirkwiderständen in beiden Netzwerken erfolgt. Dies erfolgt im allgemeinen dadurch,
daß rnan in das zweite Netzwerk weitere Widerstände einführt, derart, daß die Recktanzen,
r nicht mehr enthalten. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß das
Netzwerk II ' (Fig. Zb) durch ein Netzwerk nach Fig. 3 (Netzwerk III) ersetzt wird..
Die dort dargestellte überbrückte T-Schaltung enthält irn Längszweig zwei-Widerstände
Z, im Querzweig die Parallelschaltung eines Ohmschen Widerstandes
mit der Reihenschaltung von dem Ohmschen Widerstand
und der Reaktänz und im Überbrückungszweig den Ohmschen
Widerstand s Z in Reihe mit- der Parallelschaltung aus Ohmschern Widerstand tZ und
der Recktanz j z Z. Für das Übertrag ungsmaß des Netzwerkes III ergibt sich
Das Netzwerk III ist dem Netzwerk II bis auf eine geringe Zusatzdämpfung äquivalent,-wenn
Die auftretende konstante Zusatzdämpfung beträgt
Sie verändert sich zwar mit der .Änderung des Widerstandes r, aber immer um einen
konstanten Betrag und kann leicht, z. B. durch gleichzeitige- Änderung des Verstärkungsgrades,
ausgeglichen werden.
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Die Gleichungen zeigen,,daß bei dem Netzwerk III die jeweils richtige
Dämpfungskurve lediglich durch Änderung der r enthaltenden Widerstände erfolgen
kann, da r nicht. 'in .die Reaktanzen eingeht.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform eines der Netzwerke ist in
der Fig, 4. (Netzwerk IV) gezeigt. Die überbrückte T-Schaltungnach dieser Figur
enthält im Längszweig zwei Widerstände Z, im Querzweig die Reihenschaltung des Ohmschen
Widerstandes und der Reaktanz
und im Überbrüci#.ungszweig
die Parallelschaltung des Ohmschen Widerstandes o # Z und der Recktanz
i y.. Außerdem weist sie Vorwiderstände Z und AbschluBwiderstände Z auf.
Das Übertragungsmaß ist
Das Netzwerk IV ist dem Netzwerk II äquivalent, wenn
Die' Regelung auf die positive Dämpfungskurve erfolgt hier durch Änderung.- der
r enthaltenden - Widerstände @oZ und
und der WiderständeZ. Die Regelung an den Eingangswiderständen kann unter Umständen
unterbleiben.
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Die Verwendung eines Netzwerkes nach Fig: q. führt allgemein dazu,
eines oder beide Netzwerke A und B der Fig. z- statt in Kreuzglied-
oder äquivalenter Form als Spannungsteiler auszubilden. So zeigt beispielsweise
die Fig. 5 (Netzwerk V) einen verwendbaren Spannungsteiler, bei dem an den Widerständen
R und qR die Regelung der Laufzeitkurven vorzunehmen ist. - Das Netzwerk V zeigt
die gleiche Spannungsteilung
wie das Netzwerk II, wenn
Bei Anwendung eines solchen Spannungsteilers im Zuge des Verstärkers sind dabei
noch zusätzliche Schaltelemente zu verwenden, um in bekannter Weise einen konstanten
Wellenwiderstand sicherzustellen. So
wäre z. B. bei Anwendung eines
solchen Netz-Werkes als Netzwerk Ä in dem Prinzipschema der Fig. z eine Eidhleitung
vorzuschalten. Der nicht wellenwiderstandsrichtige Scheinwiderstand, von der Verstärkerseite
aus gesehen, stört dabei nicht, da der Verst4rkereingang im allgemeinen hochohmig
ist. Auch bei dem Netzwerk nach Fig. 5 kann gegebenenfalls die Regelung an,den Eingangswiderständen
unterbleiben.
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Um auch bei Odem Netz-,verk II (Fig. a, b) bei Änderung der Laufzeitkurven
-eine Änderung der Recktanzen zu vermeiden, können analog wie bei dem Netzwerk IV
(Fig. 4) Vorwiderstände und Abschlußwiderstände Z angeordnet werden und die Änderung
der Phase und damit auch des -Dämpfungsganges durch Änderung der Vor- und Abschlußwiderstärnde
erfolgen. -Gemäß weiterer Erfindung können, um auch die Verlustwiderstände zu berücksichtigen,
die einzelnen Netzwerke des oben beschriebenen phasenentzerrenden Vierpoles in an
sich bekannter Weise auch hinsichtlich der Verluste, durch zusätzliche Widerstände
widerstandsreziprok äutgebaut sein. Bei dem erfindungsgemäß aufgebauten Vierpol.
erreicht man damit, daß ein durch die Verluste sonst entstehender zusätzlicher Dämpfungsgang
nicht auftritt.