DE2039417C3 - Laufzeitentzerrer für Geräte der elektrischen Nachrichtentechnik - Google Patents

Description

ίο Die Erfindung bezieht sich auf einen Laufzeitentzerrer für Geräte der elektrischen Nachrichtentechnik, dessen Laufzeitabhängigkeit von der Frequenz einstellbar ist, bestehend aus wenigstens einem überbrückten T-Glied, das zwischen im Arbeitsfrequenzbereich konstanten Widerständen, dem Quell widerstand einerseits und dem Abschluß widerstand andererseits, liegt und bei dem der Längszweig des T-Gliedes aus einem mittelangezapften übertrager besteht, dessen einstellbare Hauptinduktivität durch eine ihn über-

Zuleitungsinduktivität des Widerstandes kompen- 20 brückende, einstellbare Kapazität zu einem Parallel-

sierenden Kapazität (CK; C 13) gebildet ist.

2. Laufzeitentzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein T-Glied zwischen zwei entkoppelnden Verstärkerstufen, insbesondere Transistorverstärkerstufen, eingeschaltet (F i g. 6).

resonanzkreis ergänzt ist.

Bei Richtfunksystemen mit Frequenzmodulation soll die Gruppenlaufzeit von Sende- und Empfangseinrichtungen innerhalb des Ubertragungsbereiches ist 25 nach Möglichkeit frequenzunabhängig sein, damit keine unzulässigen Intermodulationsgeräusche auf

stand RL und dem Verlustleitwert GL= =G 1 des

im Längszweig liegenden Parallelresonanzkreises wie folgt dimensioniert ist:

3. Laufzeitentzerrer nach Anspruch 1 oder 2, treten. Hierzu ist es nötig, den Frequenzgang der dadurch gekennzeichnet, daß der Leitwert Gq Gruppenlaufzeit, der durch Filter. ZF-Verstärker, des Widerstandes im Querzweig in Abhängigkeit Umsetzer u. a. verursacht wird, durch eigens hierfür vom Quellwiderstand R₀ und vom Lastwider- 30 vorgesehene Laufzeitentzerrungsglieder auszugleichen.

Diese Glieder bestehen meistens aus Allpässen höherer Ordnung, die im Zwischenfrequenzweg liegen. Zur Veränderung der Mittenfrequenz und der Laufzeitkurve selbst sind bereits durch die deutsche Auslegeschrift 1 286 572 Laufzeitentzerrer in Form von überbrückten T-Gliedern bekannt, bei denen die Laufzeitabhängigkeit durch gleichzeitige Veränderung der im Querzweig und im Uberbrückungszweig angeordneten Elemente verändert wird. Die ferner in diesem Zusammenhang meist gestellte Forderung, zusätzliche Dämpfungsverzerrungen zu vermeiden, wird dort derart gelöst, daß die Elemente auch noch so eingestellt werden, daß der Wellenwiderstand des überbrückten T-Gliedes in Abhängigkeit von der Frequenz zumin-

Gl =

J

['R₀KL

+ Gl.

f\ + Gl (R₀ + R L) + G I² R₀RL

4. Laufzeitentzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur

Erzielung relativ großer Laufzeitänderungen in 45 dest näherungsweise konstant bleibt,

einem relativ schmalen Frequenzbereich der Quer- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

widerstand des T-Vierpols wesentlich größer als einfachen Aufbau eines solchen Laufzeitentzerrers

Quell- und Lastwiderstand gewählt ist und daß zu erzielen, bei dem ein mechanischer Gleichlauf

das T-Glied beidseits mit entsprechend übersetzen- mehrerer Elemente oder die Zuordnung von mehreren

den Übertragern (F i g. 4; Uli; Ü 13) angepaßt ist. 50 Reaktanzen, z.B. über eine Tabelle, vermieden wird

5. Laufzeitentzerrer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der Trennstufen so groß ist, daß die Durchgangsdämpfung der T-Glieder aufgehoben ist.

6. Laufzeitentzerrer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Laufzeitentzerrers durch eine Verstärkerstufe gebildet ist, deren Verstärkung die Dämpfung des folgenden T-Vierpols ausgleicht, und daß gegebenenfalls unter Zwischenschaltung weiterer solcher Stufen der Ausgang der Kettenschaltung durch eine nicht verstärkende Trennstufe gebildet ist (F i g. 6).

7. Laufzeitentzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, und ein großer Variationsbereich sowohl hinsichtlich der Mittenfrequenz als auch der Leitlaufzeitkurve selbst besteht und dabei keine Dämpfungsverzerrungen durch Verluste in den Reaktanzen entstehen.

Diese Aufgabe wird bei einem Laufzeitentzerrer füi Geräte der elektrischen Nachrichtentechnik, desser Laufzeitabhängigkeit von der Frequenz einstellbar ist bestehend aus wenigstens einem überbrückten T-Glied das zwischen im Arbeitsfrequenzbereich konstanter Widersländen, dem Quellwiderstand einerseits unc dem Abschlußwiderstand andererseits, liegt und be dem der Längszweig des T-Gliedes aus einem mittel angezapften übertrager besteht, dessen einstellbar!

Hauptinduktivität durch eine ihn überbrückendi

daß die Verstärkerstufen zur Erzielung breitbandig 65 einstellbare Kapazität zu einem Parallelresonanzkrei
konstanter Ausgangs- und Eingangswiderstände ergänzt ist, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dal
aus der Hintereinanderschaltung einer Basis- und der Querzweig durch einen die Dämpfungsverzerrun
einer Kollektorstufe bestehen (F i g. 7). gen ausgleichenden Widerstand und einer hierzj

parallelen, die Streuinduktivität des Übertragers und die Zuleitungsinduktivität des Widerstandes kompensierenden Kapazität gebildet isL

Die frequenzkonstanten Abschlußwiderstände beidseits des T-Gliedes werden zweckmäßig dadurch verwirklicht, daß dem T-Glied je eine Verstärkerstufe, insbesondere Transistorverstärkerstufe, vor- und nachgeschaltet ist.

Eine exakte Dimensionierung für den im Querzweig liegenden und die Dämpfiingsverzerrungen ausgleichenden Widerstand ist dadurch gegeben, daß sein Leitwert in Abhängigkeit vom Quellwiderstand R₀ und vom Last widerstand RL sowie dem Verlustleitwert GL = ^ Gi des im Längszweig liegenden Parallelresonanzkreises wie folgt dimensioniert ist:

Gl - .:-'.-_ V\ + Gl(R₀ + RL) + Gl²R_nRL \ R₀RL

+ Gl.

13)

Zur Erzielung relativ großer Laufzeitänderungen in einem schmalen Frequenzbereich ist es vorteilhaft, den Querwiderstand des T-Vierpols wesentlich größer als die beidseitigen Abschlußwiderstände zu wählen und ihn an diese Widerstände durch entsprechend übersetzende übertrager, die dem T-Glied vor- und nachgeschaltet sind, anzupassen.

Vorteilhaft wird die Verstärkung der entkoppelnden Verstärkerstufen so groß gewählt, daß die Durchgangsdämpfung der T-Glieder aufgehoben wird.

Bei einer solchen Hintereinanderschaltung von Verstärkern und T-Gliedern ist es zweckmäßig, am Eingang eine Verstärkerstufe vorzusehen, deren Verstärkung die Dämpfung des folgenden T-Vierpols aufhebt, dann gegebenenfalls weitere so dimensionierte Verstärker und T-Glieder folgen zu lassen und am Ausgang der Kette einen Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor 1 vorzusehen.

Vorteilhaft werden die Verstärkerstufen zur Erzielung breitbandig konstanter Ausgangs- und Eingangswidersfände aus der Hintereinanderschaltung je einer Basis- und einer Kollektorstufe gebildet.

Für manche Frequenzbereiche ist es zweckmäßig, zur Realisierung der erforderlichen Werte für den Parallelresonanzkreis dem übertrager zwei weitere zur Mittelanzapfung symmetrische Anzapfungen zu geben, die den Ein- und Ausgang des T-Gliedes bilden.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Fig. 1 bis 9 näher erläutert.

Die F i g. 1 zeigt den Laufzeitentzerrer, bestehend aus einem überbrückten T-Glied. Dieser Laufzeitentzerrer findet eingangsseitig den Innenwiderstand R₀ vor, der sich zumindest im Arbeitsbereich der Schaltung nicht verändern soll. Das gleiche gilt für den ausgangsseitigen Arbeitswiderstand RL, der in diesem Ausführungsbeispiel den Eingangswiderstand eines Verstärkers bildet, dessen Ausgangswiderstand wiederum R₀ ist. Der Verstärker soll die durch das Laufzeitglied hervorgerufene Grunddämpfung, in diesem Fall etwa 6 dB, wieder ausgleichen. Das Laufzeitglied selbst besteht aus einem übertrager O, der mitlelangezapfl ist. Seine beiden Spulenhälften sind miteinander sehr fest gekoppelt. Die Hauptinduktivitäl dieses überträgers soll veränderbar sein, z. B. durch einen verstellbaren Ferrit- oder Messingkern. Die Streuinduktivität des Übertragers soll nur sehr gering sein. Dieser übertrager ist durch eine einstellbare Kapazität C überbrückt, die zusammen mit der Hauptinduktivität des Übertragers einen Parallelresonanzkreis bildet. Von der Mittelanzapfung des Übertragers führt ein reeller Widerstand R gegen den Schaltungsnullpunkt. Dieser Widerstand soll so gewählt werden, daß die durch die Verluste im Parallelkreis und durch Fehler der. Abschlußwiderstände R₀ und RL verursachten Dämpfungsverzerrungen ausgeglichen werden. Eine exakte Dimensionierung dieses Widerstandes wird später an Hand der Formeln gegeben. Da der übertrager eine Streuinduktivität hat und der Widerstand R eine Zuleitungsinduktivität, liegt unmittelbar parallel zum Widerstand eine veränderbare kleine Kapazität CK, vorzugsweise in Form eines Trimmers, mit der der Einfluß dieser Streuinduktivitäten im Arbeitsbereich der Schaltung kompensierbar ist. Der Widerstand R ist zweckmäßig ebenfalls einstellbar ausgeführt, vorzugsweise so, daß ein Widerstand zunächst etwas größer gewählt wird als erforderlich und daß der Abgleich durch einen parallelliegenden, wesentlich höheren Widerstand, z. B. in Form eines Trimmwiderstandes, ermöglicht wird.

Die Schaltung nach F i g. 1 kann in die Ersatzschaltungen nach den F i g. 2 und 3 umgewandelt werden. Die Kettenmatrix dieser Vierpole nach den F i g. 2 und 3 lautet

^{{a) =} 1-T=GT (

Vl + Gl 2 YlGl

Yl + Gl

In dieser Formel bedeutet

i = Gi + /ßi = Gi + / (,.,ei - \\.

\ 10 Ll J

GL = ^ G1 ist hierin der Verlustleitwert des durch C

und L gebildeten Resonanzkreises. jBl ist dessen Blindleitwert, wobei wegen der einfacheren Berechnung jCl = Cist und 2Ll die Hauptinduktivitäl des

Übertragers U ist.

Wird der Vierpol aus R₀ gespeist und mit RL ab geschlossen, so ergibt sich der Betriebsübertragungs faktor H:

Γ ^{+ α1λ}

Da der Vierpol ein Allpaßverhalten zeigen sol muß H frequenzunabhängig sein. Dies läßt sich fü diesen Fall erreichen, wenn Gq = 2Gl, was gleich ii dem gesamten Leitwert des Widerstandes R in F i g.
wie folgt dimensioniert wird:

Gl = _lWlrr f\ T G 1"(K₀T R L) + G I¹ R₀ R L

+ GI. (3)

Mit der Annahme, der Parallelkreis sei verlustlos, d. h. G1 sei 0, wird

Gl =

Sind Quell- und Lastwiderstand gleich, K₁₁ = R L. aber Gl 4= O, dann ist

G2 = ~~ + 2GI , (5)

und wenn R₀ = RL und Gl = 0, so wird

G2 = -'■- . (6)

Wenn nun G2, d. h. Ietzlich der Widersland R in F i g. I entsprechend der Formel 3 gewählt wird, so ist auch die Betriebsdämpfung frequenzunabhängig und wie folgt:

aB= \n\H\

so ist {2L1 = Hauptinduktivität,
kapazität des Längszweiges)

bB = 2 arcIg

und die Gruppenlaufzeit

= In

,, _Rf- 1+ G 2 IfR₁₁RL

wenn nun R₀ — RL, dann ist

aB = In 11 + G1R_O

mit Gleichung 5 ist dann

aB = In [2 + 2 GlK

Daraus läßt sich ersehen, daß die Grunddämpfung von den Verlusten des Parallelkreises abhängt und durch die Abschlußwiderstände R₀, RL mitbestimmt wird.

Wenn Gl = 0, so wird aB = In |2|.

Ferner wird bei Dimensionierung von G 2 entsprechend Gleichung (3)

G2-GI +./Bl

(10)

ßl ist darin der Blindwiderstand des Parallelkrciscs im Längszweig. Der Betriebswinkel wird dann

D 1

bB = 2arctg -~—7 GZ —

(Ha)

Normiert man auf die Mittenfrequenz <-*, (Resonanzfrequenz des Parallelresonanzkreises), setzt man also

Bl = „_K
wobei

und fro =

Cl = Parallel

(lib)

dfrö _ 2fr₀

d in K)_n

ι + V ·

, . (121

G2 - Gl

ΠΧΓΪ

Dies entspricht hinsichtlich der Gruppenlaufzeit dem Verhalten eines Allpasses zweiter Ordnung.
Daraus läßt sich ersehen, daß durch Einstellen einer einzigen Reaktanz des Parallelresonanzkreises, also entweder C oder L, sich die Laufzeit des Entzerrers verstellen läßt, da sich damit die Frequenz m₀, also die Resonanzfrequenz des Parallelkreises, verändert. Störende Dämpfungsverzenrungen entstehen dabei nicht, da sich die Verlustwiderstände der Schaltung mti Arbeitsbereich nicht ändern. V/egen der Änderung des LC-Verhältnisses des Parallelkreises wird damit auch die Laufzeitbreite, also die Form der Laufzeitkurve, des Entzerrers verstellt. Will man vermeiden, daß sich bei Einstellung der Lauifzeitbreite auch die Mittenfrequenz ändert, so kann dies durch einfache Weise durch entsprechende Einstellung der anderen Reaktanz erfolgen, so daß die Mittenfrequenz des Kreises konstant bleibt.

Vorstehendes bedeutet, daß die Zuordnung von zwei Reaktanzen über eine Tabelle oder ein mechanischer Gleichlauf wie bei den eingangs erörterten Laufzeitentzerrern nicht mehr nötig ist. Ferner wird eine wesentlich größere Variationsmöglichkeit erreicht, weil die Laufzeilkurve des variablen Entzerrergliedes sich sowohl in der Frequenz als auch in der Laufzeitbreite durch einfachen Abgleich verschieben läßt. Beim eingangs erwähnten Entzerrer war nämlich ein absoluter Gleichlauf der dort vorgesehenen zwei Resonanzkreise erforderlich, was eine feste Zugehörigkeit der Laufzeitcharakteristik JMr Mittenfrequenz des Laufzeitgliedes bedingte. Beim erfindiingsgemäßen Entzerrer können dagegen, wie oben gesagt, beide Größen in weiten Grenzen voneinander unabhängig eingestellt werden.

Werden sehr schmale Laufzeiitkurven gefordert, d. h. Laufzeitkurven, die in einein relativ schmalen Frequenzbereich (z. B. 70 MHz ± 2 MHz) einen sehr stellen Abfall der Gruppenlaufzeit (z. B. 20 nsec innerhalb des Bereiches 70 ± 2 MHz) aufweisen, so muß man den Wellenwiderstand des Entzerrergliedes relativ hoch wählen, um realisierbare: Werte für die Induktivität und die Kapazität de» Parallelresonanzkreises zu erhalten. Um auch dann an die meist niedrigen Widerstände R₀ und RL in der Größenordnung von z. B. 75 Ohm zu kommen, werden dem Entzerrerglied dann zweckmäßig streuungsarme, mit Ferritringkernen ausgeführte übertrager mit großer Hauptinduktivität und geringer Streuinduktivität vor- und nachgeschaltet. Letzteres ist als Prinzipschaltung in F i g. 4 dargestellt.

Eine weitere Möglichkeit zur Transformation in obigem Sinne besteht darin, zwei weitere zur Mitte

allel-

:iner also -rers also iert. a bei ung ung imit f.eitden, die iche ;ren des

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symmetrische Anzapfungen am Übertrager ü selbst anzubringen, wie es in F i g. 5 dargestellt ist.

Besonders vorteilhaft ist es, die geschilderten Laul-/eilenlzerrer. die ja eine gewisse Grunddämpfung mil sich bringen, zwischen entkoppelnde Verslärkcrslufcn. vorzugsweise Transislorverstärkerstufen. einzuschallen. Letzteres ist der F i g. 6 entnehmbar, die gleichzeitig ein Dimensionierungsbeispiel angibt. Durch diese Maßnahme wird der Einfluß des frequenzabhänaigen Wcllemviderstandes der oben erläuterten Laufzcitglicder ausgeschaltet. Vorteilhaft wird die Verstärkung der Trennverslärker so bemessen, daß die Dämpfung des dazwischenliegenden Laufzeitentzerrer aufgehoben wird. Dadurch wird entweder eine Übersteuerung der Stufen oder ein zu hohes Rauschen vermieden, besonders dann, wenn diese Stufen im ZF-Weg eines Richtfunksystems liegen. Besonders vorteilhaft ist es aus diesen Gründen, den eingangssciligen Verstärker allein so viel Verstärkung zu geben, daß er die Dämpfung des nachfolgenden Laufzeilgliedes aufhebt und die nachgeschaltete Verstarkerstufe lediglich als Trennverstärker mit einem Verstärkungsfaktor = 1 auszubilden.

Der Laufzeitentzerrer kann natürlich durch wechselweises Einschalten von Verstärkern, also Trennslufen und Laufzeitgliedern in der obigen Art zu einer Kette erweitert werden. In F i g. 6 sind der Einfachheit halber lediglich zwei solche Verstärkerstufen mit einem dazwischenliegenden Laufzeitglied dargestellt ^r dem Ausgangsverstärker mit der Verstärkung ■ können wenn erforderlich, mehrere vorzugsweise gleichartig dimensionierte und aufgebaute Stufen wie die ersten beiden in F i g. 6 eingeschaltet werden.

Die Fig 7 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel für den Verstärker, der die Transformation mittels weiterer übertrager oder Anzapfungen am übertrager O erübrigt. Der Verstärker besitzt zu diesem Zweck eine Eingangsstufe in Basisschaltung und eine folgende Stufe in Kollektorschaltung. Dadurch laßt sich nicht nur ein hoher Eingangswiderstand K₀, sondern auch ein hoher Ausgangswiderstand RL erreichen. Derartige Transistorverstärker sind häufig besser und ökonomischer als die Transformatorschaltungen. Es ist schließlich auch möglich, die oben geschilderten Laufzeitentzerrerglieder zwischen verschiedenen Quell- und Abschlußwiderständen R₁, und RL zu betreiben. Dies geht aus den obigen Berechnungsunterlagen hervor für den Fall, daß R₀ ungleich

RL ist. ^. . .

Das in F i g. 6 dargestellte praktische Dimensionierungsbeispiel hat folgende Werte und vorteilhafte Eigenschaften:

Ü13 =

Ringkernübertrager O = 2:1, etwa

ü\2 = übertrager ff = 2: 1. L ä 200 nH

(entspricht L in F i g. 1),

CIl = Luft-Trimmer 2/11 pF,

C12 = ker. Rohr-Kondensator 22 pF,

,s C13 = Glas-Schiebetrimmer 0.4/2,3 pF,

RIl = Schichtpotentiometer 1 kOhm.

R12 - Schichtwiderstand 180 Ohm.

Die Mittenfrequenz dieses Entzerrers liegt bei 70 MHz. Mit den Elementen CIl und dem Kern des Übertragers t/12 können die für den Parallelresonanzkreis vorzunehmenden Einstellungen im obenerwähnten Sinne vorgenommen werden. Der Querwiderstand besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus der Parallelschaltung eines Festwiderstandes R12 und eines wesentlich hochohmigeren Trimmwiderstandes RU. Parallel zu diesen Elementen liegt die Kompensationskapazität in Form des Trimmers C13. Die praktische Einstellung dieser Elemente wird zweckmäßig wie folgt vorgenommen:

Mit den Elementen RIl und C13 wird unter Zuhilfenahme einer entsprechenden Afnplitudenmeßvorrichtung, z.B. eines Wobbiers, ein maximal flacher Verlauf der frequenzabhängigen Dämpfung des Entzerrers eingestellt.

Ein Beispiel für den erreichten Laufzeitausgleich bei einem Zwischenfrequenzverstärker für ein Richtfunksystem, bei dem vier Laufzeitentzerrerglieder mit verschiedener Dimensionierung vorgesehen sind, ist in den F i g. 8 und 9 dargestellt. F i g. 8 zeigt die im System an sich vorhandene Laufzeitverzerrung. In F i g. 9 sind in den Kurven 1 bis IV die Laufzeitcharakteristiken der vier Laufzeitentzerrerglieder, die zusammen den in F i g. 8 dargestellten Laufzeitgang völlig kompensieren, dargestellt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Laufzeitentzerrer für Geräte der elektrischen Nachrichtentechnik, dessen Laufzeitabhängigkeit von der Frequenz einstellbar ist, bestehend aus wenigstens einem überbrückten T-Glied, das zwischen im Arbeitsfrequenzbereich konstanten Widerständen, dem Quellwiderstand einerseits und dem Abschlußwiderstand andererseits, liegt und bei dem der Längszweig des T-Gliedes aus einem mittelangezapften übertrager besteht, dessen einstellbare Hauptinduktivität durch eine ihn überbrückende einstellbare Kapazität za einem Parallelresonanzkreis ergänzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Querzweig durch einen die Dämpfungsverzerrungen ausgleichenden Widerstand (R) und einer hierzu parallelen, die Streuinduktivität des Übertragers (Ü; 0 12) und die

   8. Laufzeitentzerrer nach einem der vorhei gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der übertrager zwei weitere zur Mittelanzapfung symmetrische Anzapfungen hat, die den Eingang und Ausgang des T-Vierpols bilden (F i g. 5).