DE1079678B - Echoentzerrer, insbesondere fuer Fernseh-uebertragungsstrecken - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Echoentzerrer mit vernachlässigbar kleiner Durchgängsdämpfung, der ohne Verwendung von Verstärkungsmitteln wie Röhren, Transistoren usw. die Echokompensation breitbandiger Signale, z. B. Fernsehsignale, g-estattet und zugleich auch für die angeschlossenen Leitungszweige nur eine vernachlässigbar kleine Fehlanpassung besitzt. Derartige Entzerrer beruhen allgemein auf dem Prinzip der Echokompensation durch ein Zusatzecho, welches · in einer Läufzeitkette künstlich erzeugt und in entsprechender Phasenlage der zu entzerrenden Leitung zugeführt wird.

Bei solchen Echoentzerrern besteht das Problem, das der Leitung entnommene und in seiner Laufzeit - unterschiedliche Echosignal in der gewünschten Phasenlage und Amplitude dem Hauptsignal wieder zuzufügen, ohne dabei die Amplitude des Hauptsignals und die Anpassung des Entzerrers an die Leitung spürbar zu verändern. Auch dürfen durch das Hinzufügen des bestimmten Zusatz-Echowertes nicht unerwünschte Signalfehler wie Mehrfachechos oder sonstige Störungen im Hauptsignal erscheinen.

Bisher wurde dieses Problem dadurch gelöst, daß da? zu entzerrende Signal entweder über einen Brückenzweig geführt und nach Zufügen des Echowertes wieder verstärkt wird oder daß das zu entzerrende Signal unmittelbar in eine Laufzeitkette geleitet wird und die zur Kompensation erforderlichen Echobeträge aus hoehohmigen Abgriffen dieser Lauf- '^: zeitkette entnommen und über Verstärkerröhren zu dem ebenfalls einem Abgriff der Laufzeitkette entnommenen Hauptsignal addiert werden (deutsche Auslegeschrift 1 040 612). Das Hinzufügen der Echobeträge zum Signal konnte bisher auch in der Weise gelöst werden, daß mehrere an einem Ende richtig, am anderen Ende fehlabgeschlossene Laufzeitketten mit ihren richtigen Abschlußwiderständen hintereinandergeschaltet werden und diese Serienschaltung den Arbeitswiderstand einer Verstärkerstufe bildet (deutsche Patentschrift 965 045).

Es ist weiter bekannt, ein nach Maßgabe des zu entzerrenden Echos fehlangepaßtes Laufzeitglied als Zweig einer in die Leitung eingeschalteten Brücke zu verwenden. Durch die Einschaltung einer Brücke in die zu entzerrende Leitung ist jedoch eine erhebliche Durchgangsdämpfung unvermeidbar, die auch dann zu einer Verwendung von Verstärkerröhren zwingt, wenn nur kleinere Echofehler kompensiert werden sollen (Proc. I. E. E., Part III A, Vol. 99, 1952, S. 427, Fig. 2).

Derartige mit Verstärkerröhren ausgestattete Echoentzerrer sind zwar in der Lage, auch größere Echowerte zu kompensieren, ihr Einsatz ist aber nur dort möglich, wo eine geeignete Stromversorgung für die Echoentzerrer, insbesondere für Fernsehübertragungsstrecken

Anmelder:

Deutsche Bundespost,

vertreten durch den Präsidenten

des Fernmeldetechnischen Zentralamts,

Darmstadt, Rheinstr. 110

Rudolf Rasch, Darmstadt,
ist als Erfinder genannt worden

Verstärkerröhren vorhanden ist und die Schaltung der Verstärkerröhren durch besondere Maßnahmen eine hohe Stabilität des Haupt- und Kompensationssignals gewährleistet.

In vielen Fällen, besonders bei durch nur kleinere Echos gestörten Übertragungsabschnitten, bedeutet jedoch der Einbau eines solchen Entzerrers einen unverhältnismäßig hohen Aufwand. Für Fernsehübertragungswege besteht aber vielfach die Forderung, auch kleinere Echos in der Größe von 1 bis 2%> der Signalamplitude, die sich auf dem Bildschirm bereits als Doppelkonturen bemerkbar machen, zu beseitigen.

Die Erfindung betrifft demzufolge einen Echoentzerrer zur Kompensation kleinerer Echos, der ohne Dämpfungsausgleich auskommt, da er infolge seines neuartigen Aufbaus nur eine vernachlässigbar kleine Durchgangsdämpfung aufweist. Das Kennzeichen des erfindungsgemäßen Echoentzerrers besteht in einem in die zu entzerrende Leitung eingefügten und nach beiden Seiten an deren Wellenwiderstand angepaßten Vierpol, dessen Querzweig symmetrisch zu den Längszweigen liegt und aus einer mit ihrem Eingang in Reihe zu einem reellen Widerstand liegenden, dämpfungsarmen Laufzeitkette besteht, deren Eingang sich, stoßstellenfrei in den Querzweig einfügt und deren Ende entsprechend der Größe und Polarität des zu kompensierenden Echofehlers fehlabgeschlossen ist.

Dabei hängt der Aufbau des Vierpols vom Aufbau der Leitung ab, in die er eingefügt werden, soll. Handelt es sich um eine unsymmetrische (koaxiale) Leitung, so ist der Vierpol als T-Glied aufgebaut. Im Falle einer symmetrischen Leitung dagegen wird der Vierpol als Η-Glied ausgebildet.

Wenn man gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung das Verhältnis des Wellenwiderstandes der Leitung zum Wellenwiderstand der Laufzeitkette

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gleich, dem vierfachen Betrag des Verhältnisses der durch den Entzerrer auszugleichenden Echoamplitude zur Amplitude des zu übertragenden Signals wählt, so erhält man eine Durchgangsdämpfung, die nur den doppelten Betrag des Anteils der auszugleichenden Echoamplitude an der Amplitude des zu übertragenden Signals ausmacht

Der Reflexionsfaktor eines aus einem derartigen Vierpol aufgebauten Echoentzerrers beträgt am Eingang bei richtig abgeschlossenem Ausgang nur den gleichen Wert, den der zu entzerrende, kleine Echoanteil am übertragenen Signal ausmacht. Dieser Betrag ' ist vernachlässigbar klein, da der zulässige Anpassungsfehler für derartige Leitungsabschnitte nach einer CCI-Empfehlung 6,3% betragen darf, während die normalerweise innerhalb eines Fernsehleitungsabschnittes vorkommenden Echowerte nur zwischen 0,5 und 2 °/o liegen.

Der Entzerrer kann ferner auch an beliebiger Stelle in einen Übertragungsweg eingeschaltet werden, da für ihn weder eine Stromversorgung noch eine besondere Wartung erforderlich sind.

Bestehen mehrere Echofehler auf einer Übertragungsstrecke, so ist es infolge der geringen Durchgangsdämpfung des Entzerrers nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung möglich, mehrere T- oder Η-Glieder mit verschiedenen fehlabgeschlossenen Laufzeitketten in der zu entzerrenden Leitung hintereinander zu schalten.

Eine weitere Ausführungsform für die Kompensation von mehreren Echofehlern besteht darin, daß der Querwiderstand eines T- oder Η-Gliedes aus einer Parallelschaltung von mehreren fehlabgeschlossenen Laufzeitketten in Reihe mit entsprechend groß bemessenen Vorwiderständen gebildet wird, wie Fig. 3 zeigt.

Im folgenden wird an Hand dreier Figuren die Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert, wobei der einfacheren Darstellung halber nur auf ein in eine unsymmetrische (koaxiale) Leitung einzuführendes T-Glied Bezug genommen wird.
- In der Fig. 1 und in den nachfolgenden Formeln stellen R die Längswiderstände und P den Querwiderstand des T-Gliedes dar, wobei der Gesamtquerwiderstand P für den allgemeinen,, für die folgende Ableitung allein interessierenden Fall unterteilt ist in einen reellen Teilwiderstand B und einen Teilwiderstand A. An den Verbindungspunkt 3 zwischen A und B ist eine Laufzeitkette mit dem Wellenwider- „ stand Z₁ angelegt, deren anderes Ende fehlabgeschlossen ist. Die Laufzeitkette, die hier mit ihrem Wellenwiderstand Z₁ bezeichnet wird, soll für das Frequenzband des zu entzerrenden Signals (mit der Spannung U am Eingang des Entzerrers) als verlustfrei angenommen werden, so daß z. B. bei offenem Laufzeitkettenende der Teiispannungswert am Laufzeitkettenanfang um den gleichen Betrag zunimmt und sich nach abermaliger Abschwächung durch den Restquerwiderstand und Längswiderstand dem Einbzw. Ausgang des Entzerrers als Echoanteil m des Durchgangssignals addiert.; Unabhängig von diesem .; Echoanteil erleidet das Signal nach den bekannten Vierpolgleichungen einen Spannungsverlust, da sich am 'Ausgang des mit seinem Wellenwiderstand Z richtig abgeschlossenen T-Gliedes nur noch ein Spannungswert U₁= n· U ergibt, wobei die Größe η das Verhältnis der Ausgangs-(U₁) zur Eingangsspannung

(17) darstellt (w.= -77-)· Weiter wird angenommen, daß der -Entzerrer stets mit dem Quellwiderstand Z gespeist und mit einem gleich großen Widerstand Z abgeschlossen ist.

Nach den bekannten Vierpolgleichungen ergeben sich für das T-Glied allgemein folgende Beziehungen:

R = Z-

l—n

wobei η = -^- = 1

1 + n
U-U₁ _

Ζ — R . ,
^r ISt.

U Z+R

Der Ouerwiderstand P ist allgemein

_D _ 2n [Z+ R). [Z-R)

2R

Bei dem als Echoentzerrer nach Fig, I gestalteten T-Glied bestehe der Querwiderstand P aus zwei Teilwiderständen B und A, wobei zum Teilwiderstand A der Eingang einer Laufzeitkette mit dem Wellenwiderstand Z₁ parallel liegt. Entscheidend für eine exakte Arbeitsweise des Entzerrers ist, daß sowohl der Gesamtwiderstand P die Bedingungen der Gleichung (2) erfüllt, als auch die Aufteilung des Querwiderstands P derart durchgeführt wird, daß der zwischen Punkt 3 und Masse sich einstellende Anschlußwiderstand für die Laufzeitkette aus der Parallelschaltung A mit B einschließlich der an B weiter angeschlossenen und für diesen Fall doppelt parallel liegenden Widerstände R und Z dem Wellenwiderstand Z₁ der Laufzeitkette genau entspricht, d. h., daß die Laufzeitkette Z₁ sick an ihren Anfang stoßstellenfrei in den Querzweig einfügt.

An den Eingang der Laufzeitkette beim Punkt 3 gelangt unter diesen Voraussetzungen nur ein bestimmter Teil wert U' des Eingangssignals U:

W = U-

A+Z₁

Dieser Wert erscheint nach zweimaligem Durchlauf der hundertprozentig fehlabgeschlossenen, dämpfungsarmen Laufzeitkette Z₁ praktisch in gleicher Größe entweder positiv oder negativ zur Polarität des ursprünglichen Signals wieder am Eingang der Laufzeitkette und vermindert sich bis zum Eingang 1 bzw. Ausgang 2 des Entzerrers zum-Echospannungswert: -.

m=U'·

Z + R

A ■ Z₁ A-Z₁

oder nach Einsetzen in Gleichung (3)

R .A -Z₁

+ R' A+ Z₁'

m = ■

Aus dieser Gleichung ist zu ersehen, daß der Echoanteil mit ansteigendem Wert für A größer wird und für A = OO sein Maximum erreicht.

Z + R

=..^m{max)·

■' Der Entzerrer wird daher in Wirklichkeit ohne einen' besonderen Nebenschlußwiderstand Aani-Lauf-

zeitkettenanfang -in- einer Form aufgebaut, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Seine Bauteile bestimmen sich nach der Größe des zu entzerrenden Echoanteils m für den gegebenen Wellenwiderstand der Leitung Z, in die er eingefügt werden soll, wobei sich für seinen Längswiderstand R aus Formel (6) ergibt: " ·

R=Z-

1 — m

Eingesetzt in Formel (1), ermittelt sich die durch den Entzerrer verursachte Spannungsverminderung η zu:

=A — 2m.

■ (8)

Dieser Ausdruck besagt in der Form:

20

■ AU=U—U₁ = l — n = 2m (9)

deutlich, daß der durch den Entzerrer' verursachte Spannungsverlust Δ U nur den doppelten Wert des zu entzerrenden Echofehlers ausmacht, also relativ klein bleibt.

Die übrigen Entzerrerglieder berechnen sich aus:

42?

42?

(10)

30

Da der aus Formel (10) errechnete günstigste Wellenwiderstand der' Laufzeitkette in vielen praktischen Fällen auf einen genormten Typenwert abgerundet werden muß, ist die Formel (7) nach gewähltem Z₁ durch Einsetzen in (IQ) günstiger in die Form umzuwandeln:

R=Z-

*7

AZ_x-Z

• (12)

45

In der Fig. 2 ist eine praktische Grundausführung des Echoentzerrers dargestellt, für den die Be- messungsregeln (7) bis (12) gelten. Das LaüfzeitgliedZ₁ endet dabei an einem Schalter, der in der einen Schaltstellung das Laufzeitglied am Ende kurzschließt, in einer zweiten Schaltstellung das Ende ¹ offen läß't und in einer dritten Schaltstellung mit dem Wellenwiderstand Z₁ absehließt. Die mittlere Schaltstellung ,mit dem korrekten Abschluß des Laufzeitgliedes dient Kontrollzwecken. Der Echoentzerrer nach der Fig. 2 wird mit den Klemmen 1 und 2 in den Leitungszug einer echogestörten koaxialen Verbindungsleitung des Wellenwiderstandes Z eingefügt.

Für einen praktischen Anwendungsfall ergaben sich folgende Werte. Bei einem Echoanteil von m=0,025 an der Gesamtamplitude und einem Wellenwiderstand Z des koaxialen Kabels von 75 Ohm er rechnet sich die zu "erwartende Dämpfung des Entzerrers nach der Formel (8) n=l—2m=0,95, d.h. 5'% Spannungsverlust. Der Wellenwiderstand des Laufzeitgliedes errechnet sich nach der Formel (ΙΟ¹)

Z₁=-— zu 750 Ohm. Die Widerstandenes Längszweiges sind dann- nach der Formel (7) bzw.- (12) 1,92 Ohm groß, während B nach der Formel (11) gleich 712 Ohm wird.

Eine - gleichzeitige Kompensation von - mehrerer! Echofehlern eines Signals mit unterschiedlicher Laufzeit und Polarität kann sowohl durch Hintereinanderschaltung mehrerer mit verschieden langen Laufzeitketten ausgestatteter Entzerrer nach Fig.-2 als auch durch ein einzelnes T-(H-) Glied-iri'der grundsätzlichen Ausführung nach Fig. 3 ausgeführt werden." - Die Ausführung eines Mehrfachechoentzerrers nach Fig. 3 spart zwar Bauelemente ein, weist aber^:—wenn auch nur in sehr geringem Maße — eine größere Durchgangsdämpfung auf, wie später an Hand einer Vergleichsrechnung gezeigt werden soll. Für'die Bemessung der Bauelemente des Menriachechoentzerrers können in guter Annäherung die nachstehenden Formel (15) "bis (18) angewendet werden. Hierbei ist angenommen, daß die in einer Anzahl ν zugleich auftretenden Mehrfachechos jeweils etwa -gleich große Echoanteile m_v des Signals U ausgleichen sollen und die am Ausgang des' Entzerrers am Wellenwiderstand Z der Leitung gemessene 'Spannung U₁ um den Faktor n_Cv) vermindert worden ist. " . - \

Analog der Ableitung für die Formeln (3) -bis (5) gilt auch hier für den an die Ein- und Ausgangsklemmen des T-Gliedes zurückfließenden Echowert des einzelnen' Teilechos:

Z—R

Z₁

Z₁ +B

Z₁-B

—

Z₁ Z+R

= n,_v)

Z₁-B

Z₁+ B

In dieser Gleichung ist — wie Fig. 3 zeigt — die Größe Z₁+ B der v-iache Wert des Querwiderstands P des allgemeinen T-Gliedes, der durch die Gleichung (2) gegeben ist. Die Größe Z₁-B wird gebildet aus dem Gesamtwiderstand aller am Sternpunkt des T-Gliedes angeschlossenen Widerstände bei Abtrennung eines Teilquerwiderstandes Z₁ + B. Der Gesamtwiderstand am Sternpunkt des T-Gliedes ist in den praktischen Anwendungsfällen des Entzerrers hauptsächlich bestimmt durch die hinter den kleinen Vorwider·· ständen R parallel anzusetzenden beiden Leitungs-Abschlußwiderstände Z und kann deshalb in guter Annäherung durch den Betrag -5- ersetzt werden.

Unter dieser Voraussetzung ermittelt sich das Dämpfungsmaß des Entzerrers verhältnismäßig einfach zu:

— 4 · w ·

(14a)

Der berechnete Wert wird in den meisten vorkommenden Fällen der exakten Bedingung

1
2

1- (v+ 1) + yi + [m_w - (v + I)]² - 2 m_iv) - (3 ν — 1) j

(14b)

durchaus entsprechen. Die Bauteile bestimmen sich dann aus:

R=Z

1 +

4Z₁-Z

4Z

— 1

(15)

(16)

(17)

10

Z =

Ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Mehrfachechoentzerrers nach der Fig. 3 für die Kompensation von vier gleich großen Echofehlern mit einem Echoanteil von m_v = 0,0125 des Einzelechos vom Signalwert 1 und einem Wellenwiderstand Z₁ -für jedes der Laufzeitglieder im einzelnen Teilquerwiderstand von 1362 Ohm [nach Formel (17)]. Fach Formel (18) ergibt sich für B ein Wert von 13240hm und für R nach der Formel (15) ein Wert von 4,16 Ohm. Das Signal wird nach Formel (14) auf den Wert n_w = 0,895 vermindert, was einen Gesamtverlust der Signalgröße von 0,105 = 10,5 % bedeutet.

Eine vergleichsweise berechnete Ausführungsform für einen Echoentzerrer, der durch eine Hintereinanderschaltung von vier T-Gliedern nach Fig. 2 gebildet wird, ergibt für Z₁ einen Wert von 1500 Ohm [Formel (10)], ein R von 0,95 Ohm [Formel (7)] und ein B von 1460 0hm [Formel (11)]. Ein einzelnes T-Glied vermindert einen durchgegebenen Spannungswert nach Formel (8) auf den Wert η = 0,975. Vier hintereinandergeschaltete T-Glieder vermindern demnach das Signal auf den Wert Φ = 0,975* = 0,904, so daß sich nur ein knapp 10'%iger Spannungsverlust ergibt. Die Hintereinanderschaltung von vier gleich großen T-Gliedern nach Fig. 2 ist also für den behandelten Fall günstiger als die Parallelschaltung von vier Querwiderständen in einem T-Glied nach Fig. 3, benötigt aber mehr Bauelemente im Längszweig.

Claims (6)

Patentansprüche=

1. Echoentzerrer für die Entzerrung· kleiner Echofehler bei der Übertragung breiter Frequenzbänder, insbesondere für Fernsehübertragungsstrecken, gekennzeichnet durch einen in die zu entzerrende Leitung eingefügten und nach beiden Seiten an deren Wellenwiderstand angepaßten Vierpol, dessen Querzweig (P) symmetrisch zu den Längszweigen (R) liegt und aus einer mit ihrem Eingang in Reihe zu einem reellen Widerstand (B) liegenden dämpfungsarmen. Laufzeitkette (Z₁) besteht, deren Eingang sich stoßstellenfrei in den Querzweig einfügt und deren Ende entsprechend der Größe und Polarität des zu kompensierenden Echofehlers fehlabgeschlossen ist.

2. Echoentzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einfügung in unsymmetrische (koaxiale) Leitungen der Vierpol als T-Glied ausgebildet ist.

3. Echoentzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einfügung in symmetrische Leitungen der Vierpol als Η-Glied ausgebildet ist.

4. Echoentzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Wellenwiderstandes der Leitung (Z) zum Wellenwiderstand der Laufzeitkette (Z₁) den vierfachen Betrag des Verhältnisses (m) der durch den Entzerrer auszugleichenden Exhoamplitude zur Amplitude des zu übertragenden Signals bildet und daß der prozentuale Spannungsverlust für das zu entzerrende Signal durch den Entzerrer nur doppelt so groß wie der prozentuale Echoanteil am übertragenen Signal ist.

5. Echoentzerrer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Entzerrung mehrerer Echofehler eines zu übertragenden Signals mehrere Vierpole in die zu entzerrende Leitung hintereinandergeschaltet sind.

6. Echoentzerrer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Entzerrung mehrerer Echofehler mehrere jeweils einen Teil des Querwiderstandes darstellende Laufzeitketten (Z₁) hinter reellen Vorwiderständen (B) am Sternpunkt des Vierpols parallel geschaltet werden (Fig. 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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