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Nordwestdeutscher Rundfunk, Anstalt des öffentlichen Rechts, Hamburg
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Nachlaufimpulsen, d. h.
zur Beseitigung solcher Impulse, die bei der Übertragung von Signalen als zusätzliche
Störimpulse auftreten und später als die gewünschten Signale am Ende des Übertragungsweges
eintreffen. Beispielsweise treten in einer Antennenanlage an elektrischen Stoßstellen
Reflexionen auf, d. h., ein Anteil der Senderleistung wird zunächst nicht zur Antenne
weitergeleitet oder nicht von der Antenne abgestrahlt, sondern läuft auf der Energieleitung
zum Sender zurück. Da am Senderausgang für die rücklaufende Welle im allgemeinen
Totalreflexion eintritt, gelangt dieser Leistungsanteil mit einem zeitlichen Abstand,
der der Laufzeit der doppelten Leitungslänge zwischen Sender und Stoßstelle entspricht,
zur Antenne und wird dort ausgestrahlt. Bei Fernsehübertragungen machen sich solche
nachlaufenden Leistungsanteile als sogenannte »Geisterbilder« störend bemerkbar,
wenn die Amplitude des Nachlaufes weniger als qo db Abstand von der Amplitude des
Nutzsignals hat.
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Bekanntlich müssen zur Beseitigung oder Verminderung der genannten
störenden Reflexionen nach Möglichkeit alle Teilabschnitte des Übertragungsweges
sehr genau in ihrem Wellenwiderstand aufeinander angepaßt werden. Dies geschieht
in vielen Fällen durch einstellbare Anpassungsglieder an den Übergangsstellen. In
anderen Fällen, z. B. an der übergangsstelle
zwischen Senderausgang
und Energieleitung, ist eine Anpassung nicht möglich: Oft gelingt es auch mit Feineinstellung
nicht, - z. B. beim Fernsehen, die geforderte geringe Fehlanpassung an den Stoßstellen
einzustellen. Denn selbst unter Berücksichtigung der Kabeldämpfung und der Tatsache,
daß am Sender keine Totalreflexion auftritt, muß für die Antenne oder jede im Antennenzug
liegende elektrische Stoßstelle ein Reflexionsfaktor von weniger als 0,015 verlangt
werden. Diese Bedingung muß über den ganzen Frequenzumfang eines Fernsehkanals erreicht
werden. Von den bisher ausgeführten Antennen wird diese Forderung nicht eingehalten,
deren Erfüllung noch schwerer wird, wenn Antennen angestrebt werden, die über ein
ganzes Fernsehband nicht nachgestimmt werden sollen.
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Neben den durch die Technik der Antennen bedingten Stoßstellen tritt
durch Witterungseinflüsse (Vereisung) eine weitere Fehlerquelle auf. Zur Verhütung
von Reflexionen, die hierdurch bedingt sind, werden heute zum Teil umfangreiche
undkostspielige Heizungseinrichtungen in die Antennenanlage eingebaut. Diese Stoßstellen
können durch einmalige Einstellung einer optimalen Anpassung, nicht beseitigt werden,
da sie von der Witterung abhängig sind.
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Es ist ein Verfahren bekanntgeworden, welches es ermöglicht, störende
Echos in einem Signal auf der Empfängerseite dadurch zu kompensieren, daß in einer
mit Stoßstellen versehenen Verzögerungsleitung künstliche Echos erzeugt werden,
welche als Kompensationssignale für die störenden Echos dienen. Unter einer Reihe
von Einschränkungen- (wie z. B. das Vorhandensein fester Vorsignale und die Begrenzung
des Laufzeitunterschiedes zwischen Signal und Echo) ist mit diesem Verfahren auch
eine automatische Ausregelung von Echos, die in Amplitude und Laufzeit wechseln,
möglich. Neben den einschränkenden Bedingungen hat dieses Verfahren den Nachteil,
daß störende Echos, welche im Sender entstehen, in einer großen Anzahl von Empfängern
(z. B. derjenigen der Fernsehteilnehmer) kompensiert werden müssen, was mit einem
Aufwand verbunden. ist, der das Empfangsgerät versteuert und seine Bedienung erschwert.
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Zur Vermeidung oder gänzlichen Beseitigung- der obengenannten, in
der Senderanlage entstehenden störenden nachlaufenden Leistung oder der Nachlaufimpulse,
insbesondere bei Fernsehbildübertragungen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in
die Antennenzuleitung einen Richtkoppler einzubauen, aus dem eine der rücklaufenden
Welle proportionale Spannung gewonnen wird, die nach Verstärkung und Ausgleich der
Laufzeit dem Energiekabel so zugeführt wird, daß eine Auslöschung der Nachlaufenergieln
Richtung zur Antenne erfolgt. Die zugeführte Spannung stimmt zeitlich und bezüglich
der Amplitude mit der am Senderausgang reflektierten rücklaufenden Welle überein,
jedoch ist sie gegenüber dieser um z80° phasenverschoben, so daß eine Auslöschungderunerwünschten
Reflexion in Richtung zur Antenne .eintritt.
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Das neue Verfahren hat den Vorteil, daß die in der-Senderanlage entstehenden
Störungen dort selbst kompensiert werden, wodurch eine wesentliche Vereinfachung
aller auf diesen Sender eingestellten Empfangsgeräte erreicht wird, bzw. für Empfänger,
welche nicht mit der bekannten Kompensation störender Echos ausgerüstet sind, auch
ein einwandfreies Signal wiedergegeben wird. Darüber hinaus hat das neue Verfahren
den Vorteil, daß die Antennen mit vertretbarem technischem Aufwand hergestellt werden
können, ohne daß dabei die Überschreitung eines Reflexionsfaktors von 0,o=5 störende
Reflexionen im Fernsehbild hervorruft.
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Weiterhin kann durch das vorgeschlagene Verfahren auf umfangreiche
Antennenbeheizungsanlagen verzichtet werden, da die Veränderungen der Anpassungsverhältnisse
der Antenne durch Vereisung keine Bildstörungen mehr hervorrufen. Somit werden die
Nachlaufimpulse auch dann noch einwandfrei und ohne Nachkorrektur der Anpassung
kompensiert, wenn die Störungen durch Witterungseinflüsse auftreten oder sich verändern.
Das Verfahren arbeitet dabei auch _ richtig, wenn der Reflexionsfaktor der Stoßstelle
frequenzabhängig ist.
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Während bei dem bekannten Verfahren das mit störenden Echos behaftete
Hauptsignal zur Kompensation verwendet wird, dient bei dem neuen Verfahren das störende
Echo, welches durch die 'Verwendung eines Richtkopplers vom Hauptsignal getrennt
worden ist, selbst zur Kompensation. Hierdurch entfallen alle Einschränkungen in
bezug auf die Amplitude des im Hauptsignal enthaltenen Echos; weiterhin ist durch
dieses Verfahren jedes Signal, auch solches ohne festes Vorsignal, kompensierbar
ohne Einschränkung der Laufzeit zwischen Stoßstelle und Sender.
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Die Fig. z und 3 zeigen schematisch Ausführungsbeispiele zur Durchführung
des neuen Verfahrens. In Fig. 2 ist ein Oszillogramm zur Erklärung des zeitlichen
Verlaufs der Impulse wiedergegeben.
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Im folgenden wird an- Hand der Fig. = zunächst das Prinzip des neuen
Verfahrens beschrieben. Der Sender S ist über eine Energieleitung E mit der Antenne
A verbunden. .In die Energieleitung ist ein Richtkoppler R eingeschaltet, der
-aus der Leitung eine Spannung auskoppelt, die der rücklaufenden Welle proportional
ist. Zwischen dem Richtkoppler R und dem Sender S ist in die Energieleitung ein
Laufzeitausgleich L eingeschaltet. Dieser Laufzeitausgleich kann sowohl durch eine
Verlängerung der Energieleitung um eine entsprechende Länge oder durch ein aus konzentrierten
Schaltelementen aufgebautes Laufzeitglied erreicht werden. Die aus dem Richtkoppler
R gewonnene Spannung wird in dem Verstärker V verstärkt und über ein Phasenglied
P der Energieleitung E wieder zugeführt. Die Dimensionierung des Laufzeitgliedes
muß so erfolgen, daß die im Richtkoppler R, im Verstärker V und dem Phasenglied
P entstehende Laufzeit so ausgeglichen wird, daß das Kompensationssignal am Punkt
B zeitlich mit dem unerwünschten Nachlaufsignal übereinstimmt, jedoch gegenüber
diesem eine Phasenverschiebung von z80° hat.
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Die Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf am Beispiel eines zu übertragenden
Impulses: Der zur'Zeit t = o abgehende Impuls H wird an einer Stoßstelle reflektiert.
Nach abermaliger Reflexion am Senderausgang
wird der Antenne der
Nachlaufimpuls N zugeführt. Der über den Richtkoppler R und den nachfolgenden Verstärker
V gewonnene Kompensationsimpuls K wird in seiner Phase um 18o° gedreht. Der störende
Nachlauf in Richtung zur Antenne wird ausgelöscht, da sich die beiden Impulse K
und N bei der Addition aufheben.
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Zur Ermittlung der Dimensionierungsgrößen ist in Fig. 3 eine Zusammenstellung
der in Frage kommenden Faktoren gegeben. Die Antenne A hat einen Reflexionsfaktor
dabei ist U.... das vom Sender S ausgehende und UYü@x das von der Antenne reflektierte
Signal. Der Senderausgang bildet für die rücklaufende Welle den Reflexionsfaktor
s. Die Auskoppeldämpfung des Richtkopplers sei r. Damit ergibt sich für den Verstärker
V ein Verstärkungsfaktor
Ist der Reflexionsfaktor s im Bereich eines Fernsehkanals frequenzabhängig, so wird
dieses durch einen entsprechenden Frequenzgang des Verstärkers V ausgeglichen. Desgleichen
ist unter Umständen eine frequenzabhängige Auskopplungsdämpfung des Richtkopplers
zu berücksichtigen. Solange die genannten Bedingungen einschließlich des Laufzeitausgleiches
erfüllt sind, ist keine Nachstellung der Einrichtung bei Änderungen des Reflexionsfaktors
an der Antenne erforderlich. Es ist für die Wirkung des Verfahrens gleichgültig,
an welcher Stelle des Senders das Kompensationssignal wieder zugeführt wird. Dieses
kann auch in einer beliebigen Stufe des Senders, gegebenenfalls auch nach einer
Demodulation erfolgen, vorausgesetzt, daß die zeitliche und amplitudenmäßige Übereinstimmung
sowie die Gegenphasigkeit sichergestellt sind.