DE956695C - Schaltungsanordnung zur Pegelregelung entsprechend einem Steuersignal bei einer Fernmeldeanlage zur UEbertragung von Signalen ueber ein koaxiales Kabel - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

AUSGEGEBEN AM 24. JANUAR 1957

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21a² GRUPPE 36i4 INTERNAT. KLASSE H04m

N9223 Villa/2ia²

Lodovicus Franciscus Dert und Rainer Ananda Schraivogel, Hüversum (Niederlande)

sind als Erfinder genannt worden

.N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)

Schaltungsanordnung zur Pegelregelung

entsprechend einem Steuersignal bei einer Fernmeldeanlage zur Übertragung von Signalen über ein koaxiales Kabel

Patentiert im Gelbiet der Bundesrepublik Deutschland vom 21. Juli 1954 an Patentanmeldung bekanntgemacht am 26. Juli 19S6 Patenterteilung befcanntgemacht am 3. Januar 1957

Die Priorität der Anmeldung in den Niederlanden vom 24. Juli 1953 ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Pegelregelung entsprechend einem Steuersignal bei einer mit einem Koaxialkabel verbundenen Signalübertragungsanlage, z. B. einer Trägerfrequenzfernsprechapparatur, einem Fernsehübertragungssystem od. dgl.

In der Praxis besteht bei derartigen, Einrichtungen, die zur Übertragung eines breiten Frequenzbandes, z. B. von einigen MHz, eingerichtet sind,

ein Bedürfnis nach einer Pegelnegeleinrichtung, um Pegeländerungen in den Übertragungssignalen auszugleichen, die im wesentlichen durch Dämpfumgsänderungen des Koaxialkabels, z. B. auf Grund von Witterungseinflüssen, Temperaturänderungen od. dgl., entstehen. Hierbei haben die Dämpfungsänderungen einen stark frequenzabhängigen Charakter; es wurde z. B. gemessen, daß bei einer Kabellänge von 18 km und einer Temperaturände-

rung von 23⁰C bei 60 kHz bzw. 4000 kHz Dämpfungsänderungen von 0,56 bzw. 3,9 db auftreten.

Um den Frequenzgang eines Verstärkers zu beeinflussen, ist es bekannt, ein Entzerrungsnetzwerk anzuwenden, das aus einer einstellbaren T-Schaltung besteht. Weiterhin ist es in Trägerfrequenzfernsprechanlagen bekannt, die' Dämpfungsänderungen der Übertragungsleitung mittels eines mit einem Pegelregelmotor verbundenen Pegelreglers auszugleichen, wobei der Pegelregelmotor durch einen Pilotton gesteuert wird.

Die Erfindung betrifft eine besonders vorteilhafte Pegelregeleinrichtung bei einer mit einem Koaxialkabel verbundenen Signalubertragungsanlage.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung weist das Merkmal auf, daß die Pegelregeleinrichtung mit einer Kabelnachbildungsimpedanz versehen ist, die eine Anzahl parallel zum koaxialen Kabel geschalteter Dämpfunigszweige enthält, die aus je einem Reihenwiderstand und einem veränderlichen Reihenkondensator mit voneinander verschiedenen Zeitkonstanten bestehen, wähnend' die Rotoren dieser Reihenkondensatoren auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, die mit einem entsprechend dem Steuersignal gesteuerte« Antriebsmechanismus gekuppelt ist, so daß beim Antreiben der gemeinsamen Welle die Größe der Reihenkondensatoren gleichsinnig geändert wird. Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahme wird über das ganze Übertragungsgebiet und über das ganze Regelgebiet ein überraschend guter Ausgleich der Dämpfungsänderungen des koaxialen Kabels erzielt, während der Aufbau der Pegelregeleinrichtung besonders einfach ist. Hierbei können die einstellbaren Reihenkondensatoren aus einem Mehrfachkondensator von üblicher Bauart bestehen.

Die Erfindung und ihre Vorzüge werden an Hand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. ι zeigt eine Verstärkerstation für den Trägerfrequenzfernsprechverkehr über ein koaxiales Kabel, das mit einer Pegelregeleinrichtung gemäß der Erfindung ausgestattet ist.

Fig. 2 zeigt eine Verstärkerstation für Fernsehübertragung über ein koaxiales Kabel mit einer Pegelregeleinrichtung, die eine Abwandlung der in Fig. ι dargestellten Regeleinrichtung darstellt. In Fig. 3 sind Frequenzdämpfungscharakteristiken zur Erläuterung der in den Fig. 1 und. 2 dargestellten Pegelregeleinrichtung gemäß der Erfindung wiedergegeben.

Die in Fig. 1 dargestellte Verstärkerstation bildet einen Teil einer Trägerfrequenzfernsprecihanlage, die über ein koaxiales Kabel 1, 1' z. B.

960 Sprechkanäle im Frequenzband von 60 kHz bis 5 MHz überträgt.

Die empfangenen, vom koaxialen Kabel 1 statnmenden Trägerfrequenzfernsprechsignale werden über einen Entzerrer 2 dem Eingangstransformator 3 eines Leitungsverstärkers 4 zugeführt, dessen Ausgangskreis an das koaxiale Ausgangskabel 1' angeschlossen ist. Um Pegeländerungen auszugleichen, die durch Dämpfungsänderungen im Übertragungsweg herbeigeführt werden, ist in der Verstärkerstation zwischen dem Entzerrer 2 und dem Eingangstransformator 3 des Leitungsverstärkers 4 eine Pegelregeleinrichtung 5 angeordnet, die von einem mitsamt den Sprechsignalen über das koaxiale Kabel 1 gesandten Steuersignal mit einer Frequenz von z. B. 4 MHz gesteuert wird. Das mitgesandte Steuersignal von 4 MHz wird nach Verstärkung im Leitungsverstärker 4 einem an den Leitungsverstärkerausgang angeschlossenen Steuerempfänger 6 zugeführt, der aus der Kaskadenschaltung eines auf die S teuer frequenz abgestimmten Kreises 7, eines Steuerverstärkers 8 und einer Gleichrichterschaltung 9 besteht. Dem Ausgangskreis dieser Gleichrichterschaltung wird dabei eine zur Pegelregelung dienende Regelgleichspannung entnommen.

Die Pegelregeleinrichtung 5 ist gemäß der Erfindung mit einer Kabelnachbildungsimpedanz ausgestattet, die aus drei parallel geschalteten Dämpfungszweigen 11, 12, 13 mit je einem Reihenwiderstand 14, 15, 16 und einem veränderlichen Reihenkondensator 17, 18, 19 besteht; die Rotoren dieser Reihenkondensatoren sind, wie in der Figur schematisch dargestellt ist, auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, die mit einem entsprechend dem Steuersignal gesteuerten Antriebsmechanismus 20 verbunden ist.

Die Dämpfungszweige 11, 12, 13 haben unterschiedliche Zeitkonstanten, und die Dämpfungszweige mit ihren der Größe nach- aufeinanderfolgenden Zeitkonstanten tragen im wesentlichen in anschließenden Frequenzteilbändern zur Neigung der Dämpfungscharakteristik bei; bei maximaler Kapazität der Regelkondensatoren 17, 18, 19 betragen diese Zeitkonstanten z. B. 3 · io~⁸ bzw. 26 ■ io~⁸ bzw. 245 · ro—⁸ Sekunden. Es zeigt sich hierbei, daß die Gesamtdämpfungscharakteristik der drei. Dämpfungszweige über das ganze zu übertragende Frequenzband von 60 kHz bis 4 MHz genau dem frequenzabhängigen Verlauf einer Dämpfungsänderung im Übertragungsweg entspricht.

Bei der dargestellten Schaltungsanordnung sind die eine kleinere Zeitkonstante als der Zweig 13 aufweisenden Zweige 11, 12 über einen Kopplungstransformator 2i an die koaxiale Leitung 1 angeschaltet; der Reihenkondensator 19 des Dämpfungszweiges 13 mit der größten Zeitkonstante liegt zwischen den Enden der Sekundärwicklung eines Kopplungstransformators 22, dessen Primärwicklung über den Reihenwiderstand 16 mit der koaxialen Leitung 1 verbunden ist. Der transformatorische Anschluß der Kondensatoren 17, 18, 19 an das koaxiale Kabel 1 hat zur Folge, daß bei geeigneten Übersetzungsverhältnissen der Transformatoren 21 und 22 Kondensatoren kleiner Kapazität verwendbar sind, was den wichtigen Vorteil hat, daß die Pegelregeleinrichtung in einem kleinen Raum untergebracht werden kann; z. B. ist in der Praxis die Pegelregeleinrichtung als Baueinheit in

einem rechteckigen Behälter von 4,5-10-8 cm³ angeordnet. Außerdem erlaubt diese Maßnahme die Verwendung von im wesentlichen gleichbemessenen Kondensatoren.

Der Transformator 21 zum Anschluß der Zweige 11 und 12, die nur bei den hohen Frequenzteilbändern wirksam sind, ist als Spartransformator ausgebildet, um die Streuinduktivität auf das Geringstmaß herabzusetzen. Gerade die Streuinduktivität verursacht nämlich bei den höheren Signal·- frequenzen eine unerwünschte Beeinflussung der DämpfungischarakteTistikem. Der Transformator 22 zum Anschluß des Dämpf ungszweiges 13 mit der größten Zeitkonstante besitzt voneinander kapazitiv abgeschirmte Wicklungen, um eine Beeinflussung der Dämpfung'scharakteriistik bei den niedrigeren Signalfrequenzen durch unerwünschte Transformatorkapazitäten auf ein Minimum herabzusetzen. Bei der Einstellung der gemeinsamen Rotorwelle der Regelkondensatoren werden die Verhältnisse der Zeitkonstanten der Dämpfungszweige 11,12,13 unverändert beibehalten, und es wird im wesentlichen· nur die Kurve der Dämpfung als Funktion der Frequenz geändert. Der unerwünschte Einfluß unerwünschter Impedanzen auf die durch den Dämpfungszweig 13 bestimmte Dämpfungscharakteristik, die sich insbesondere bei geringen Werten des Regelkondensators 19 bemerkbar macht, ist in der dargestellten Schaltungsanordnung dadurch weitgehend herabgesetzt, daß parallel zur Primärwicklung des Transformators 22 eine Korrektions-. impedanz in Form' eines gedämpften Reihenkreises 23 mit einer Abstimmfrequenz z.B. von 400kHz geschaltet ist.

Fig. 3 zeigt einige Dämpfungscharakteristiken zur Erläuterung der geschilderten Pegelregeleinrichtung.

In dieser Figur stellen die Kurven a, b und c Dämpfungscharakteristiken der Pegelregeleinrichtung dar, bei der die Dämpfung über dem Logarithmus der Frequenz bei verschiedenen Lagen der gemeinsamen Rotorwelle der Regelkondensatoren 17, 18, 19 aufgetragen ist. Hierbei stellen die Kurven α bzw. c die Dämpfungscharakteristiken bei der Maximal- bzw. Minimalkapazität der Kondensatoren 17, 18 und 19 dar; die Kurve b zeigt den . Dämpfungsverlauf bei einem Zwischenwert.

In der Figur zeigt die punktierte Kurve d eine gemessene Dämpfungsänderung des. koaxialen Kabels 1, die der Dämpfungscharakteristik α der Pegelregeleinrichtung entspricht. Es zeigt sich, daß die Kurve d, deren Verlauf in großer Annäherung der Wurzel aus der Frequenz proportional ist, genau der Dämpfungskurve α der Pegelregeleinrichtung entspricht; z. B. sind die gegenseitigen Abweichungen dieser beiden Däm'pfungscharakteristiken α und b über das ganze zu übertragende Frequenzband kleiner als ο, ι db.

Um einen weiten Regelbereich zu erhalten, werden Kondensatoren mit einem großen Verhältnis zwischen der maximalen und der minimalen Kapazität, insbesondere einem solchen größer als 10, verwendet; der Regelbereich der dargestellten Pegelregeleinrichtung ist nämlich im wesentlichen durch das Verhältnis zwischen der Maximal- und der Minimalkapazität der Kondensatoren 17, 18, 19 bedingt.

Zur Erläuterung der geschilderten Pegelregeleinrichtung werden nachstehend einige Daten einer in der Praxis bewährten Apparatur gegeben.'

Übersetzungsverhältnis des Transformators 21 1:2

Streuselbstinduktion des Transformators 21 0,13 ^H

Widerstand 14 650 Ω

Kondensator 17 400 pF

Widerstand 15 150 Ω

Kondensator 18 200 pF

Übersetzungsverhältnis des Transforma-

tors 22 1:6

Widerstand 16 - 290 Ω

Kondensator 19 234 pF

Verhältnis zwischen der Maximal- und Minimalkapazität der Kondensatoren

17, 18, 19 etwa 36

Die hier beschriebene Pegelregeleinrichtung dient zum Ausgleich von Pegeländerungen in einem koaxialen Kabel von 18 km Länge mit einer Dämp- fung von 4,8 db/km bei 4 MHz und 25⁰ C.

Die Pegelregelung-erfolgt bei der dargestellten Schaltungsanordnung mittels des Regelmotors 20, der über parallel geschaltete Zweige 24, 25 an den Klemmen 26 einer nicht dargestellten Stromquelle liegt. In jedem Zweig 24, 25 befindet sich ein Arbeitskontakt 27, 28 .eines verzögert abfallenden Maximal- bzw. Minimalrelais, deren Erregerwicklungen 29 bzw. 30 im Ausgangskreis der Gleichrichterschaltung 9 liegen. ioo

Sinkt der Pegel des Steuersignals unter einen gewissen Grenzwert ab, so spricht das -verzögert abfallende Minimalrelais 28, 30 an, wodurch der Regelmotor 20 in den Stand gesetzt wird, die Pegelregeleinrichtung 5 auf Minimaldämpfung einzustellen. Im umgekehrten Fall spricht das Maximalrelaiis an, und die Pegelregeleinrichtung wird auf Maximaldämpfung eingestellt. Während des Regelvorgangs ändert sich der Pegel über das ganze Frequenzband sehr allmählich, was eine besonders ruhige Pegelregelung ergibt.

Die Pegelregelung kann auch derart erfolgen, daß die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung nach Verstärkung in einem Leistungsverstärker dem Regelmotor 20 als Betriebsspanniumg zugeführt wind. Bei einer solchen' Pegelregelung_xist erreichbar, daß die Summe der Kabeldämpfung und der Dämpfung der Pegelregeleinrichtung im wesentlichen konstant gehalten wird, d. h., daß die Dämpfungsänderungen des Kabels 12» hier praktisch völlig ausgeglichen werden.

Auch besteht die Möglichkeit, eine· sogenannte Programmregelung zu verwenden, bei der die Pegelregeleinrichtung 5 unmittelbar aus einer Endstation mittels einer z. B. -über ein besonderes Kabel· geschickten Steuerfrequenz gesteuert wird.

Um eine ruhige Regelung, insbesondere für eine

ungestörte Telegraphieübertragung, zu erreichen..

soll die Regelgesohwindigkeit bei der dargestellten

Schaltungsanordnung gering, z.B.etwa0,1 db/Sek., gewählt werden.

Bei der dargestellten Schaltungsanordnung ist die Pegelregeleinrichtung 5 als ein Zweipolnetzwerk ausgebildet, bei dem eine sehr genaue Anpassung der Kabelimpedanz an die Pegelregeleinrichtung nicht ohne weiteres durchführbar ist. Im allgemeinen werden durch Anpassungsfehler herbeigeführte Reflexionen für den Telegraphic- und Fernsprechverkehr nicht hinderlich sein; diese können in beträchtlichem Maße noch dadurch herabgesetzt werden, daß die Pegelregeleinrichtung 5 auf die in der Figur dargestallte Weise über das Entzerrernetzwerk 2 an das koaxiale Kabel angeschlossen wird/ Bei einer Fernsehübertragung aber sollen Anpassungsfehler weitgehend vermieden werden, was auf die in Fig. 2 dargestellte Weise erfolgen kann.

Fig. 2 zeigt eine Verstärkerstation für Fernseh-. übertragung mit z. B. einem Frequenzband von 30Q kHz bis 6 MHz über ein koaxiales Kabel, deren Aufbau im wesentlichen der bereits an Hand von Fig. ι beschriebenen Apparatur entspricht. Entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei dieser Ausbildung ist die Pegelregeleinrichtung 5 als Vierpolnetzwerk ausgebildet; hierbei bildet nämlich der Dämpfungszweig 31 mit dem Reihenwiderstand 32 und dem veränderlichen Reihenkondensator 33 den Querzweig eines überbrückten T-Filters, dessen aus Widerständen 34, 35 bestehende Reihenimpedanzen durch die Parallelschaltung eines festen Widerstandes 36 und einer veränderlichen Selbstinduktion 37 mit einem Einstellorgan überbrückt sind, das auf der gemeinsamen Antriebswelle der Kondensatoren 33, 18, 19 angeordnet ist. Der Dämpfungszweig 31 und der Längszweig mit dem Parallelwiderstand 36 und der Parallelselbstinduktionen 37 bilden dabei reziproke Impedanzen.

Es ist festgestellt worden, daß durch die Verwendung des erwähnten Vierpolnetzwerkes Reflexionserscheinungen weitgehend vermieden werden. Der Einfluß eines unrichtigen Abschlusses des überbrückten T-Filters durch die Dämpfungszweige 12, 13 kann noch beträchtlich dadurch herabgemindert werden, daß in Reihe mit dem Widerstand 34 eine Korrektionsimpedanz 38 angeordnet wird. Diese besteht z. B. aus einem Widerstand,

Um restliche Reflexions er scheinungen zu verringern, kann ein zweiter Dämpfungszweig in ein überbrücktes T-Filter aufgenommen werden. Bei einer besonders günstigen Ausbildung eines solchen Netzwerkes bilden die beiden Dämpfungszweige die Ouerzweige eines überbrückten T-Filters-; und der Längszweig besteht aus der Reihenschaltung zweier Netzwerke, die je aus der Parallelschaltung eines Widerstandes und einer Selbstinduktion aufgebaut sind. i

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß eine solche Pegelregeleinrichtung eine ausgezeichnete Fern-Sehübertragung ermöglicht.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Pegelregelung entsprechend einem Steuersignal bei einer Fernmeldeanlage zur Übertragung von Signalen über ein koaxiales Kabel, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelregeleinrichtung mit einer Kabelnachbildungsimpedanz versehen ist, die eine Anzahl parallel zum koaxialen Kabel geschalteter Dämpfungszweige enthält, die aus je einem Reihenwiderstand und einem veränderlichen Reihenkondensator mit voneinander verschiedenen Zeitkonstanten bestehen, während die Rotoren dieser Reihenkondensatoren auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, die mit einem entsprechend dem Steuersignal gesteuerten Antriebsmechanismus gekuppelt ist, so daß beim Antreiben der gemeinsamen Welle die Größe der Reihenkondensatoren gleichsinnig geändert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Dämpfumgszweige mit voneinander verschiedenen Zeitkonstanten vorgesehen sind und daß die Dämpfungszweige mit der Größe nach aufeinanderfolgenden Zeitkonstanten hauptsächlich in zusammenliegenden Frequenzteilbändern zur Neigung der Dämpfungscharakteristik beitragen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Regelkondensator eines der Dämpfungszweige über einen Transformator gekoppelt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß von Dämpfungszweigen mit verschiedenen Zeitkonstanten der Dämpfungszweig mit der· kleinsten Zeitkonstante über einen Autotransformator an das koaxiale Kabel angeschlossen ist und von dem Dämpfungszweig mit der größten Zeitkonstante der Regelkondensator über einen Transformator gekoppelt ist, der mit einer kapazitiven Abschirmung versehen ist, so daß die uner- wünschten Kapazitäten auf ein Minimum herabgesetzt sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Primärwicklung des Kopplungstransformators für den Regelkondensator des Dämpfungszweiges mit der größten Zeitkonstante ein gedämpfter Reihenkreis geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Maximal- und Minimalkapazität der veränderlichen Reihenkondensatoren einen großen Wert, insbesondere größer als 10, aufweist.

7. Schaltungsanopdnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens einer der Dämpfungszweige den Querzweig eines überbrückten T-Filters bildet.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsimpedanzen des überbrückten T-Filters durch die Parallelschaltung eines Widerstandes und einer veränderlichen Selbstinduktion überbrückt sind, deren Einstellorgan mit der gemeinsamen Rotorwelle der Regelkondensatoren gekuppelt ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querzweig -des überbrückten T-Filters und die Parallelschaltung des Widerstandes· und der Regelselbstinduktion reziproke Impedanzen darstellen.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß hinter das überbrückte T-Filter die übrigen Dämpfungszweige geschaltet sind und daß in dem von diesen Dämpfungszweigen abgewandten Längszweig des überbrückten T-Filters eine Korrektionsimpedanz zur Impedanzanpassung an die erwähnten Dämpfungszweige geschaltet ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7,8,9 oder 10, bei der zwei Dämpfungszweige in ein überbrücktes T-Filter aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dämpfungsziweiigie den Querzweig des überbrückten T-Filters bilden und der Längszweig sich aus der Reihenschaltung zweier Netzwerke zusammensetzt, die je aus einer von einem Widerstand überbrückten Selbstinduktion bestehen.

12. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelgeschwindigkeit der Pegelregeleinrichtung kleiner als 0,4 db/Sek. ist.

13. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelregeleinrichtung über einen Entzerrer an das koaxiale Kabel angeschlossen ist.

14. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelregeleinrichtung durch den Antriebsmechanismus beim Absinken des Steuersignals unter einen bestimmten Grenzwert bzw. beim Übersteigen eines anderen Grenzwertes auf Minimal- bzw. Maximaldämpfung eingestellt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 899 372;
W.Klein : »Trägerfrequenztechnik«, 1949, S.68.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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