DE2635021A1

DE2635021A1 - Schaltungsanordnung zur aenderung der impedanzeigenschaften einer uebertragungsleitung

Info

Publication number: DE2635021A1
Application number: DE19762635021
Authority: DE
Inventors: Henry Walter Ott
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1975-08-08
Filing date: 1976-08-04
Publication date: 1977-02-24
Also published as: US4004102A; AU1656476A; AU500854B2; GB1544866A; FR2320669B1; FR2320669A1; CA1054689A

Description

BLUMBACH · WESER . BERGEN · KRAMER

ZWIRNER · HIRSCH ococnoi

/.U03U/C I

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsull 8 München 60 Radeckeslraße 43 Telefon (08?) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237

Western Electric Company, Incorporated Ott, H.W. 3

195 Broadway

New York, N.Y. 10007, USA

Schaltungsanordnung zur Änderung der Impedanzeigenschaften einer Übertragungsleitung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Änderung der Impedanzeigenschaften einer Übertragungsleitung während der Übertragung eines Signals mit einer Impedanzanpaßeinrichtung.

In zahlreichen Schaltungen ist es wichtig, elektrische Netzwerke vorzusehen, die eine bestimmte Eingangsimpedanz besitzen. Die Impedanzanpassung bei Übertragungsanlagen ist von besonderer Wichtigkeit, weil eine korrekte Anpassung einen maximalen Leistungsübergang für das übertragene Nachrichtensignal zwischen den verschiedenen Bauteilen entlang der Übertragungsstrecke sicherstellt. Eine Impedanz-Fehlanpassung beispielsweise zwischen einer Fernsprechleitung und einem Wiederholverstärker führt zu einem Signalverlust und ergibt eine Reflektion des Signals. Solche Reflektionen können dann zu Instabilitäten oder einem Schwingen der Verstärker auf der Fernsprechstrecke führen oder Echos verursachen, die für den Fernsprechteilnehmer störend sind.

München: Kramer · Dr. Weser · Hirsch —■ Wiesbaden: Blumbach · Dr. Bergen · Zwirner

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Die heute üblichen Fernsprechübertragungseinrichtungen besitzen einen großen Bereich von Impedanzen, da die Übertragungsstrecke Leitungen mit unterschiedlichen Aderabmessungen belasteter oder unbelasteter Art aufweisen kann. Darüber hinaus kann die Länge der Fernsprechleitungen beträchtlich schwanken, wodurch sich Einflüsse auf die Impedanz ergeben. Ein bekanntes "Verfahren zur Kompensation von Fernsprechleitungen mit unbrauchbaren Impedanzwerten," die den Teilnehmer mit dem Vermittlungsamt verbinden, sieht die Einfügung eines Kompensationsnetzwerkes (Build-out network) in jeder Fernsprechleitung vor. Diese Art der Kompensation macht eine große Anzahl solcher Netzwerke erforderlich, die aufwendig sind und eine komplizierte und langwierige Einstellung durch ausgebildetes Personal bei der Installation benötigen. Darüber hinaus sind diese Kompensationsnetzwerke, da sie für eine bestimmte Fernsprechteilnehmerleitung eingestellt sind, dieser Leitung besonders zugeordnet. Daher können solche Netzwerke nicht an konzentrierter Stelle zwischen den Koppelstufen eines Amtes eingesetzt werden, wo eine kleine Anzahl von konzentrierten Linkleitungen mit zugeordneten Kompensationsnetzwerken eine große Zahl von Fernsprechteilnehmerleitungen versorgen könnte.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die erläuterten Nachteile zu überwinden. Sie geht dazu aus von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art und ist gekennzeichnet durch eine Impedanzüberwachungseinrichtung in vorgegebener Schaltungsbeziehung zu der Übertragungsleitung mit einer Ein-

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richtung zur Ableitung eines ersten Signals proportional zum Signalstromfluß über die Übertragungsleitung, mit einer Einrichtung zur Ableitung eines zweiten Signals proportional zur Signalspannung auf der Übertragungsleitung, mit einer Einrichtung, die die Amplitude wenigstens eines Signals des ersten und zweiten Signals derart verändert, daß sie im wesentlichen gleiche Amplitude besitzen, wenn der Signalstrom und die Signalspannung eine vorgeschriebene Impedanz der Übertragungsleitung angeben, und mit einer Einrichtung, die die Amplitude des Signalpaares miteinander vergleicht und ein Steuersignal erzeugt, dessen Größe die Impedanz der Übertragungsleitung angibt, ferner gekennzeichnet durch eine Impedanzanpaßeinrichtung, die auf die Größe des Steuersignals anspricht und eine variable Wirkwiderstandseinrichtung zur Veränderung des effektiven Widerstandes der Übertragungsleitung in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals aufweist, um eine Kompensation in einem ersten Frequenzbereich zu erzielen, sowie eine Variable kapazitive Einrichtung, die in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals die effektive Querkapazität der Übertragungsleitung verändert, um eine Kompensation in einem zweiten Frequenzbereich zu erzielen, wobei die Kompensation die Impedanz der Übertragungsleitung für die Bandbreite des übertragenen Signals so ändert, daß sie im wesentlichen der vorgeschriebenen Impedanz in einem Frequenzbereich entspricht, dessen Frequenzspektrura gleich weit reicht, wie der erste und zweite Frequenzbereich, und gekennzeichnet durch eine Detektoreinrichtung, die die Ausbreitungsrichtung der über die Übertragungsleitung laufenden Nachrichtensignale feststellt und einen leitenden ■>

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Weg zum Anlegen des Steuersignals an die Impedanzanpaßeinrichtung für eine vorgegebene Ausbreitungsrichtung des Nachrichtensignals herstellt.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1A und 1B in der Anordnung nach Fig. 2 das detaillierte Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 3 eine Tabelle mit den Werten typischer Ubertragungsleitungen, bei denen sich die Erfindung zur Erzielung einer Impedanzkompensation anwenden läßt.

Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Impedanzanpassung für doppelt gerichtete Fernsprech-Wiederholverstärker erzielt, die Fernsprechteilnehmerleitungen versorgen, so daß eine solche Einrichtung in den konzentrierten Koppeloder Linkleitungen zwischen den Koppelstufen eines Fernsprechamtes verwendet werden können, wodurch die Anzahl der Wiederholverstärker und zugeordneten Impedanzanpaßnetzwerken wesentlich verringert werden kann.

Kurz zusammengefaßt werden entsprechend der Erfindung die Impedanzeigenschaften einer Übertragungsleitung automatisch während der übertragung eines Nachrichtensignals dadurch verändert, daß Spannungen, die den Signalßtrom und die Signalspannung darstellen, in einer Impedanz-Überwachungseinrichtung verglichen werden. Entsprechend einem Grundmerkmal der Erfindung

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wird die Amplitude wenigstens eines dieser Signale verändert, um ein Signalpaar zu erzeugen, das im wesentlichen gleiche Amplitude besitzt, wenn der Signalstrom und die Signalspannung eine vorgeschriebene Impedanz darstellen. Die Amplitude des Signalpaares wird dann miteinander verglichen, um ein Steuersignal zu erzeugen, das die Impedanz der Übertragungsleitung angibt.

Ein Impedanzanpaßnetzwerk, das auf die Amplitude des durch die Impedanz-Überwachungseinrichtung erzeugten Signals anspricht, stellt den Parallelwiderstand über der Übertragungsleitung zur Erzielung einer niederfrequenten Kompensation in Abhängigkeit von der Amplitude ein. Das Impedanzanpaßnetzwerk verändert außerdem die wirksame Querkapazität über der Übertragungsleitung, wenn die Amplitude des Steuersignals sich ändert, um eine hochfrequente Kompensation für die Leitung zu erzielen. Die Kompensation ändert die Impedanz der Leitung so, daß sie im wesentlichen der gewünschten Impedanz für die Bandbreite des übertragenen Signals in einen Bereich entspricht, der im kombinierten Bereich der niederfrequenten und hochfrequenten Kompensation liegt. Es sind Schaltungen vorgesehen, die die Ausbreitungsrichtung der über die Leitung übertragenen Nachrichtensignale feststellen und einen leitenden Weg zum Anlegen des Steuersignals an das Impedanzanpaßnetzwerk für eine vorbestimmte Übertragungsrichtung herstellen. Da keine Prüfsignale zur Erzielung der Impedanzkompensation erforderlich sind,

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arbeitet die Schaltungsanordnung automatisch aufgrund tatsächlicher Übertragungsbedingungen und kann mit Vorteil innerhalb der konzentrierten Linkleitungen zwischen den Koppelstufen eines Vermittlungsamtes eingesetzt werden.

Entsprechend einem spezielleren Merkmal verwendet die Impedanzüberwachungseinrichtung Filter, um ein Steuersignal zu erzeugen, das einen mittleren Impedanzwert angibt. Es werden Impedanzkompensatoren als Impedanzanpaßnetzwerke unter Verwendung von Feldeffekttransistoren benutzt. Die Feldeffekttransistoren ändern den effektiven Widerstand über der Übertragungsleitung und die effektive Querkapazität in Abhängigkeit von dem Steuersignal. Eine Halteschaltung am Eingang jedes Feldeffekttransistors hält die vorhergehende Kompensationseinstellung aufrecht, wenn das Steuersignal nicht an die Impedanzkompensationseinrichtung angelegt ist. Darüber hinaus korrigiert ein Hochfrequenz-Kompensator Phasenwinkelabweichungen, die normalerweise vorhanden sind, wenn die variablen Impedanzkompensatoren richtig eingestellt sind.

Fig. 1A und 1B, die gemäß Fig. 2 zusammengehören, stellen Abschnitte eines ins einzelne gehenden Schaltbildes für ein vollständiges Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Ein Übertrager 11 koppelt ein Nachrichtensignal über den Serienwiderstand 12 an einen doppelt gerichteten Verstärker 13, der irgendein Wiederholverstärker einschließlich eines Verstärkers unter

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Verwendung einer negativen Impedanz oder eines Gabelverstärkers sein kann. Die andere Seite des Verstärkers 13 ist mit einer doppelt gerichteten Zweidraht-Ubertragungsleitung 14 verbunden, die wiederum über einen hochfrequenten Kompensator 16 an einen Übertrager 30 angekoppelt ist. Diejenige Seite des Übertragers 30, die mit der Übertragungsleitung -14 verbunden ist, wird durch einen variablen Niederfrequenz-Kompensator 21, einen variablen Hochfrequenz-Kompensator 28 und einen festen Kondensator 15 überbrückt. Eine solche Anordnung wird zwar zweckmäßig zwischen den Koppelstufen eines Vermittlungsamtes eingesetzt, wobei die Übertrager 11 und 30 sich in einer konzentrierten Linkverbindung befinden, aber die beschriebene Anordnung kann auch an jeder anderen zweckmäßigen Stelle des Fernsprechübertragungssystems angeordnet sein. Darüber hinaus läßt sich die Anordnung ohne einen Wiederholverstärker, beispielsweise den doppelt gerichteten Verstärker 13 verwenden.

Im vorliegenden Anwendungsfall ist der Übertrager 11 mit einer internen Koppelstufe des Fernsprechvermittlungsamtes verbunden, während der Übertrager 30 an eine periphäre Koppelstufe des Amtes angekoppelt ist, die die konzentrierte Linkleitung mit irgendeiner von einer Anzahl von Fernsprechteilnehmerleitungen verbindet, beispielsweise der Teilnehmerleitung 31 in Fig. 1B. Die Impedanz der speziellen Fernsprechteilnehmerleitung, die mit dem Übertrager 30 verbunden ist, hat daher einen unbekannten Wert. Mit hoher Wahrscheinlichkeit ist jedoch die an die Koppelstufe angeschlossene Teilnehmerleitung eine lange Schleife mit verhältnismäßig hohem Widerstand, so daß die Verstärkung des

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doppelt gerichteten Verstärkers 13 die Signaldämpfung ausgleicht. Die Impedanzeigenschaften der Teilnehmerschleife 31 werden durch die hier offenbarte Anordnung automatisch so geändert, daß sie an den Ausgang des doppelt gerichteten Verstärkers 13 angepasst sind. Üblicherweise handelt es sich bei dieser Art von Teilnehmerschleifen um eine bespulte Ausführung, beispielsweise ein bespültes Kabel H-88 (Belastungsspulen von 88 mH sind in Reihe in einem Abstand von etwa 1830 m im Kabel angeordnet) .

Abtastwerte der durch den Übertrager 11 an den Verstärker 13 angelegten Spannung und des zugehörigen Stromes werden der impedanz-Überwachungseinrichtung 32 zugeführt. Diese liefert aufgrund des Verhältnisses zwischen der Spannung am Übertrager 11 und dem Spannungsabfall am Widerstand 12 ein Steuersignal, das die Eingangsimpedanz des doppelt gerichteten Verstärkers 13 auf der am Übertrager 11 liegenden Seite darstellt, die wiederum eine Funktion der Impedanz ist, welche die Übertragungsleitung 14 darbietet. Die Eingangssignale des Richtungsfühlers 63 werden aus der inneren Schaltung der Impedanz-Überwachungseinrichtung 32 abgeleitet. Während diese ein Steuersignal darstellt, das die Impedanz für die über den doppelt gerichteten Verstärker 13 laufenden, doppelt gerichteten Signale angibt, vergleicht der Richtungsfühler 63 die relative Phase der Spannungen und Ströme des übertragenen Signals miteinander und bestimmt diejenigen Spannungen und Ströme, welche das vom

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Übertrager 11 zum doppelt gerichteten Verstärker 13 und zur Übertragungsleitung 14 laufende Signal darstellen.

Das Verhältnis zwischen der Spannung und dem Strom des an die linke Seite des doppelt gerichteten Verstärkers 13 angelegten Signals gibt die Impedanz auf der anderen Seite des Verstärkers 13 an der Übertragungsleitung 14 wieder, die über dem Übertrager 30 mit der Teilnehmerschleife 31 verbunden ist, Während der Signalausbreitung in der vorgenannten Richtung schließt der Richtungsfühler 63 den Schalter 62 und stellt damit einen leitenden Weg für das Steuersignal am Ausgang der Impedanz-Überwachungseinrichtung 32 in Richtung zu den variablen Kompensatoren 21 und 28 her. Daher ändern die Kompensatoren 21 und 28 lediglich die Impedanz der Fernsprechteilnehmerschleife 31, die am Übertrager 30 liegt und an der Zweidraht-Übertragungsleitung 14 erscheint. Wenn Signale in der entgegengesetzten Richtung laufen oder keine Signale vorhanden sind, so ist der Schalter 62 offen, und die Kompensator en 21 und 28 behalten die vorhergehende Einstellung bei, die durch das Steuersignal von aer Impedanz-Überwachungseinrichtung 32 angegeben wird.

In Fig. 1A umfassen die aktiven Bauteile der Impedanz-Überwachungseinrichtung 32 die Operationsverstärker 33» 34 und 54. Der Verstärker 33 erhöht den Spannungsabfall über dem Widerstand 12, der ihm über Widerstände 36 und 37 zugeführt wird. Der Verstärkungswert des Verstärkers 33 ist durch das

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Verhältnis des Widerstandes 38 geteilt durch den Widerstand 36 und das Verhältnis des Widerstandes 39 zum Widerstand 37 bestimmt, wobei beide Verhältnisse einander gleich sind. Das Produkt aus dem Verstärkungswert des Verstärkers 33 und dem Widerstand 12 ergibt einen Faktor für die Größe der Ausgangsspannung dieses Verstärkers. Dieser Faktor multipliziert mit dem über den Widerstand 12 fließenden Strom Ιγ erzeugt die Ausgangs spannung des Verstärkers 33. Im vorliegenden Fall hat der Faktor einen Wert gleich der Größe der vorgeschriebenen Eingangsimpedanz des doppelt gerichteten Verstärkers 13 (z.B. 900 Ohm) auf der linken Seite des Verstärkers 13 zuzüglich dem Wert des Widerstandes 12. Wenn die Impedanz der Übertragungsleitung auf der linken Seite des doppelt gerichteten Verstärkers 13 mit der vorgeschriebenen Eingangsimpedanz (z.B. 900 0hm) übereinstimmt, so ist die Spannung am Ausgang des Verstärkers 33 im wesentlichen gleich dem Wert der Spannung V^ am Übertrager 11. Der Wert des Widerstandes 12 wird niedrig gewählt (z.B. 10 0hm), damit er keinen unzulässig großen Keil, der übertragenen Signalenergie vernichtet und die Übertragungsimpedanz nicht wesentlich verändert.. Die Spannung, die am Eingang des doppelt gerichteten Verstärkers 13 erscheint, wird zuzüglich des Spannungsabfalls am Widerstand 12 über Widerstände 41 und 43 an den Eingang des Verstärkers 34 angelegt. Für das vorliegende Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Verhältnis des Widerstandes 42 zum Widerstand 41 und des Widerstandes 45 zum Widerstand 43 gleich Eins, so daß sich eine Verstärkung von Eins des Verstärkers 34 ergibt, derart, daß dessen Ausgangsspannung gleich Vr ist. Daher sind die Ausgangs-

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spannungen der Verstärker 33 und 34 einander gleich, denn die tatsächliche Eingangsimpedanz auf der linken Seite des Verstärkers 13 gleich der vorgeschriebenen Eingangsimpedanz des Verstärkers 13 ist.

Bei anderen /usführungsbeispielen der Erfindung kann es zweckmäßig sein, die Amplitude des die Signalspannung darstellenden Signals zu verringern oder als Kombination das den Signalstrom angebende Signal zu verstärken und die Amplitude des die Signalspannung angebenden Signals zu verringern, so daß der relative Wert der beiden Signale gleich ist, wenn die tatsächliche Eingangsimpedanz auf der linken Seite des Verstärkers 13 einen Wert hat, der im wesentlichen gleich der vorgeschriebenen Eingangsimpedanz des Verstärkers 13 ist.

Mathematisch läßt sich die allgemeine Beziehung wie folgt ausdrücken:

3lL5i2

A„ = Verstärkung des Verstärkers 33 Z_Q = Vorgeschriebene Eingangsimpedanz des Verstärkers 31 ^R12 ^{= Vert des} Widerstandes 12

A.34 = Verstärkung des Verstärkers 34

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Aus Gleichung (1) ergibt sich, daß, wenn die Werte für Z und FL ρ fest sind, eine Änderung des Wertes von A,^ eine entsprechend« Änderung des Wertes für A,^ erforderlich macht, um der Gleichung zu genügen.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 33 wird über eine Diode 44 an ein Netzwerk mit einem Kondensator 46 und einem Widerstand 47 angelegt. Entsprechend wird das Ausgangssignal des Verstärkers 34 über eine Diode 48 an ein Netzwerk mit einem Kondensator 51 und einem Widerstand 52 gegeben. Die Zeitkonstanten dieser beiden RC-Glieder sind im wesentlichen gleich und so groß, daß eine mittlere Aufladung der Kondensatoren gehalten wird, wenn die gleichgerichteten Spannungen während der Aussprache von Wörtern bei einer normalen Unterhaltung angelegt werden. Anders gesagt, die RC-Glieder liefern ein mittleres Gleichstrom-Ausgangssignal mit der sogenannten Silbenrate. Dem Verstärker 54 wird das von dem RC-Glied mit dem Kondensator 46 und dem Widerstand 47 gespeicherte Signal über den Widerstand 53 zugeführt, während das vom RC-Glied mit dem Kondensator 51 und dem Widerstand 52 gespeicherte Signal über den Reihenwiderstand 56 dem anderen Eingang des Verstärkers 54 zugeführt wird. Der Verstärkungswert des Verstärkers·54, der durch die Werte der Widerstände 53 und 55 sowie das Verhältnis der Widerstände 57 und 56 bestimmt wird, steuert die Empfindlichkeit der Regelschleife, in der die Impedanz-Über-

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wachungseinrichtung 32 enthalten ist.

Ein positives Signal vom Verstärker 54 gibt an, daß die Eingangsimpedanz des doppelt gerichteten Verstärkers 13 größer als seine vorgeschriebene Eingangsimpedanz ist. Wenn die Impedanz kleiner als der vorgeschriebene Wert ist, so liefert der Verstärker 54 ein negatives Ausgangssignal. Das Ausgangssignal des Verstärkers 54 wird an eine Pegelschiebeschaltung mit den Widerständen 58 und 59 gegeben, deren Verbindungspunkt ein Signal einer einzigen Polarität liefert, dessen Amplitude dem Wert der Impedanz proportional ist, die durch die Impedanz-Überwachungseinrichtung 32 überwacht wird. Das Ausgangssignal der Impedanz-Überwachungseinrichtung 32 geht zum Schalter 62, der durch den Richtungsfühler 63 gesteuert wird.

Der Richtungsfühler 63 wird vom Ausgangssignal der Verstärker 33 und 34 gespeist, das den Schleifenstrom I-, bzw. die Spannung Vr darstellt. Die Signale werden den Verstärkern 64 bzw. 65 über Widerstände 66 bzw. 72 zugeführt. Der Verstärkungswert des Verstärkers 64 wird durch das Verhältnis der Widerstände 67 und 66 bestimmt. Der Widerstand 68, der zwischen dem positiven Eingang des Verstärkers 64 und Erde liegt, sowie entsprechend der Widerstand 77, der zwischen dem positiven Eingang des Verstärkers 65 und Erde liegt, symmetriert die beiden Eingangsimpedanzen jedes Verstärkers. Entgegengesetzt gepolte Diode 69 und 71 parallel zum Widerstand 67 klemmen die

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Ausgangsspannung des Verstärkers 64, so daß dieser als Begrenzer arbeitet. Der Verstärkungswert des Verstärkers 64 ist so hoch, daß eine Begrenzung für alle Nachrichtensignale oder sprachfrequenten Signale auftritt, die oberhalb des normalen Rauschpegels auf der Übertragungsleitung 14 liegen. Eine entsprechende Begrenzerfunktion führt der Verstärker 65 mit Hilfe der entgegengesetzt gepolten Dioden 74 und 76 durch, die parallel zum Widerstand 73 liegen. Der Wert des Widerstandes 43 mit Bezug auf den Wert des Widerstandes 72 bestimmt die Verstärkung, wenn der Verstärker 65 linear arbeitet, oder zwischen den beiden geklemmten oder begrenzten Spannungswerten pendelt. Das Ausgangs signal der Begrenzer 64 und 65 wird über Widerstände 78 und 79 an getrennte Differenzeingärige des Verstärkers 81 angelegt. Der Verstärker 81 liefert ein positives Ausgangssignal entsprechend der Phasenbeziehung zwischen der augenblicklichen Signalspannung und dem Signalstrom für Signale, die vom Übertrager 11 zum Übertrager 30 laufen. Das positive Ausgangssignal des Verstärkers 81 wird über die Diode 84 und den Widerstand 87 weitergeleitet und schaltet den Transistor 88 ein. Die Diode 84-sperrt das negative Ausgangssignal des Verstärkers 81, welches eine Signalspannung und einen Strom entsprechend einer Phasenbeziehung angibt, bei der das Signal in der entgegengesetzten Richtung läuft. Der Kollektorstrom des Transistors 48 fließt über die Spule eines Relais 89, das den Schalter 62 schließt. Der Ausgang der Impedanz-Überwachungseinrichtung 32 ist also mit dem Kompensatoren

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21 und 28 elektrisch nur während einer übertragungsrichtung verbunden, und zwar über den Schalter 62 und die Ader 92. Der Kondensator 86, der am Verbindungspunkt der Diode 84 mit dem Widerstand 87 liegt, hält den Transistor 88 leitend und den Schalter 62 geschlossen während kurzzeitiger Signaleinbrüche, die den Ruheintervallen entsprechen, welche normalerweise zwischen den Silben gesprochener Wörter auftreten.

Der variable Niederfrequenzkompensator 21 ist ein Parallelnetzwerk mit einer Spule 23, einem Kondensator 24 und einem Feldeffekttransistor (FET) 22, der als variabler Widerstand parallel zum Widerstand 26 wirkt und den effektiven Widerstand der Leitung 14 ändert. Der Kondensator 27, der am Gate-Anschluß hoher Impedanz des Feldeffekttransistors 22 liegt, speichert eine Ladung, so daß der Transistor die vorhergehende Einstellung beibehält, wenn der Schalter 62 offen ist.

Eine Hochfrequenzkompensation wird durch den Kompensator 16, den festen Nachbildungskondensator 15 und einen variablen Hochfrequenzkompensator 28 erzielt. In diesem Kompensator 28 ändert ein Feldeffekttransistor 93 seinen Widerstand in Ab- . hängigkeit vom Steuersignal auf der Ader 92. Der Feldeffekttransistor 93 liegt über den Reihenkondensator 96 parallel zum Widerstand 94 und verringert den effektiven Emitterwiderstand des in Emitterschaltung betriebenen Verstärkers mit den Transistoren 97 und 98. Der Kollektor der Transistoren

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und 98 wird über den Widerstand 100 vorgespannt, während die Basis des Transistors 98 über die Widerstände 102 und 103 vorgespannt wird. Wenn der Feldeffekttransistor 93 den ■Verstärkungswert der Transistoren 97 und 98 ändert, so ändert sich die effektive. Eingangskapazität zwischen den Anschlüssen des Kompensators 28 aufgrund des Miller-Effekts durch den Rückkopplungskondensator 99. Der Kondensator 95, der an dem Gate-Anschluß hoher Impedanz des Feldeffekttransistors 93 angeschlossen ist, hält die hochfrequente Kompensationseinstellung während eines Intervalls fest, in welchem der Schalter 62 offen ist. Der Feldeffekttransistor 93 steuert also den Verstärkungswert der Transistoren 97 und 98, die die wirksame Kapazität des Kondensators 99 vergrößern, die in Reihe mit dem Gleichstrom-Sperrkondensator 104 erscheint und die Querkapazität der Übertragungsleitung 14 ändert.

Im Betriebszustand hat der Kompensator 21 einen wesentlichen Einfluß auf die Impedanz der Leitung 14 bei Frequenzen unterhalb von 1000 Hz und einen sehr kleinen Einfluß bei Frequenzen oberhalb von 1000 Hz. Andererseits hat der Kompensator 28 einen sehr kleinen Einfluß auf die Impedanz der Übertragungsleitung 14 unterhalb von 1000 Hz und einen wesentlichen Einfluß auf die Impedanzen oberhalb der genannten Frequenz. Man beachte, daß die Impedanz-Überwachungseinrichtung 32 nur auf den Betrag der Impedanz der Übertragungsleitung 14 anspricht. Die Kompensatoren 21 und 28 müssen also so ausgelegt sein, daß, wenn der Betrag der Impedanz korrigiert ist, der Phasen-

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winkel der Impedanz keinen wesentlichen Einfluß auf die Betriebsweise der Schaltung hat. Eine Kompensation der Phasenwinkelverschiebung, die von größerer Bedeutung bei höheren Frequenzen, d.h., oberhalb von 1000 Hz ist, wird durch den Kompensator 16 bewirkt. Dieser enthält einen Widerstand 17, einen Kondensator 18 und eine Spule 19» die einen Parallelresonanzkreis bildet. Die Werte dieser Bauteile sind so gewählt, daß der Phasenwinkel der Impedanz über den Variationsbereich der Kompensatoren 21 und 28 innerhalb von 25° um den Wert 0° gehalten wird. Wenn die Kompensatoren richtig eingestellt sind, wird der Phasenwinkel innerhalb von 10° um den Wert 0° liegen.

Da die Kompensatoren 21 und 28 bezüglich ihrer Einstellung unabhängig von der Frequenz sind, liefert die Impedanz-Überwachungseinrichtung 32 ein Steuersignal, das beide Kompensatoren betätigt. Die Ausnutzung dieser natürlichen Unabhängigkeit und der Frequenztrennung des variablen Niederfrequenz- und Hochfrequenzkompensators macht den Einsatz einer zweiten Impedanz-Überwachungseinrichtung und eines Filternetzwerks zur Erzielung einer Frequenztrennung überflüssig. Wenn vorwiegend hohe Frequenzen in dem Signal vorhanden sind, das vom doppelt gerichteten Verstärker 13 zum Übertrager 30 läuft, so spricht die Impedanz-Überwachungseinrichtung 32 in erster Linie auf den Betrag der Impedanz bei diesen hohen Frequenzen an. Daher stellt der Hochfrequenzkompensator 28 die gesamte wirksame Kompensation bereit. Da die vorhandenen niedrigen Frequenzen unbedeutend sind, hat der Umstand, daß der Niederfrequenzkom-

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pensator 21 falsch eingestellt ist, keinen wesentlichen Einfluß auf das Signal, für das eine Kompensation durchgeführt wird. Venn das übertragene Signal im wesentlichen ein niederfrequentes Signal ist, liefert der Kompensator 21 die wirksame Kompensation, während der Kompensator 28 falsch eingestellt .ist, aber keinen wesentlichen Einfluß auf die Betriebsweise hat. Wenn sowohl hohe als auch niedrige Frequenzen in dem übertragenen Signal vorhanden sind, liefert die Impedanz-Überwachungseinrichtung 32 ein Signal, das einer mittleren Einstellung entspricht, die zu einer befriedigenden Impedanzkompensation für den doppelt gerichteten Verstärker 13 führt.

In Fig. 3 ist der Bereich von Werten für repräsentative Teilnehmerschleifen von typischen Kabeln dargestellt, bei denen das hier offenbarte Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine brauchbare Kompensation sorgt. Die beiden rechten Spalten in Fig. 3 geben die tatsächlichen Werte für die Kapazität an, die der variable Kompensator 28 parallel zur Übertragungsleitung 14 liefern muß, um die Impedanzkompensation bei den beiden angegebenen typischen Frequenzen zu bewirken. Die Widerstandswerte in Fig. 3 sind diejenigen Werte, die der variable Kompensator 21 liefern muß, um eine Impedanzkompensation für den jeweiligen Kabeltyp bei der angegebenen Frequenz auszuführen. Obwohl alle in Fig. 3 aufgeführten Kabel bespulte H88-Kabel sind, können andere bespulte Kabel mit Vorteil unter Anwendung der beschriebenen Grundgedanken der Erfindung kompensiert werden. Die Spalte »Endabschnitt¹¹ in Fig. 3 gibt den Abstand

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vom übertrager 30 zur ersten Belastungsspule im Kabel an.
Durch eine geeignete Wahl der Bauteilwerte im Niederfrequenzkompensator 21 läßt sich ohne Schwierigkeiten ein Bereich von 500 bis 5000 0hm erreichen, während der Hochfrequenzkompensator 28 so ausgelegt werden kann, daß sich ein entsprechender Bereich von etwa 0,01 bis 0,1 Mikrofarad für den gleichen Spannungsausschlag am Ausgang der Impedanz-Überwachungseinrichtung 32
ergibt. Dieser Bereich ist mehr als ausreichend für eine Kompensation der in Fig. 3 aufgeführten Kabel, und die beschriebenen Impedanzkompensatoren können in Verbindung mit einem
größeren Bereich von Kabeln und anderen Kabeltypen als den in Fig. 3 angegebenen benutzt werden.

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Claims

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Broadway

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Patentansprüche

Schaltungsanordnung zur Änderung der Impedanzeigenschaften einer Übertragungsleitung während der Übertragung eines Signals mit einer Impedanzanpaßeinrichtung, gekennzeichnet durch eine Impedanzüberwachungseinrichtung (32) in vorgegebener Schaltungsbeziehung zu der Übertragungsleitung, mit einer Einrichtung (1.2) zur Ableitung eines ersten Signals proportional zum Signalstromfluß über die Übertragungsleitung,

mit einer Einrichtung (34) zur Ableitung eines zweiten Signals proportional zur Signalspannung auf der Übertragungsleitung,

mit einer Einrichtung (33), die die Amplitude wenigstens eines Signals des ersten und zweiten Signals derart verändert, daß sie im wesentlichen gleiche Amplitude besitzen, wenn der Signalstrom und die Signalspannung eine vorgeschriebene Impedanz der Übertragungsleitung angeben, und

mit einer Einrichtung (54), die die Amplitude des Signal-München: Kramer - Or. Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Dr. Bergen · Zwirner

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paares miteinander vergleicht und ein Steuersignal erzeugt, dessen Größe die Impedanz der Übertragungsleitung angibt,

ferner gekennzeichnet durch

"'eine Impedanzanpaßeinrichtung (21), die auf die Größe des Steuersignals anspricht und eine variable Wirkwiderstandseinrichtung (22) zur Veränderung des effektiven Widerstandes der Übertragungsleitung in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals aufweist, um eine Kompensation in einem ersten Frequenzbereich zu erzielen, sowie eine variable kapazitive Einrichtung (28), die in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals die effektive Querkapazität der Übertragungsleitung verändert, um eine Kompensation in einem zweiten Frequenzbereich zu erzielen, wobei die Kompensation die Impedanz der Übertragungsleitung für die Bandbreite des übertragenen Signals so ändert, daß sie im wesentlichen der vorgeschriebenen Impedanz in einem Frequenzbereich entspricht, dessen Frequenzspektrum gleich weit reicht, wie der erste und zweite Frequenzbereich,

und gekennzeichnet durch

eine Detektoreinrichtung (63), die die Ausbreitungsrichtung der über die Übertragungsleitung laufenden Nachrichtensignale feststellt und einen leitenden Weg (62) zum Anlegen des Steuersignals an die Impedanzanpaßeinrichtung für eine vorgegebene Ausbreitungsrichtung des Nachrichtensignals herstellt.

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2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzüberwachungseinrichtung eine Gleichrichtereinrichtung aufweist, die das erste und zweite Signal bei einer gegebenen Polarität leitet, sowie eine Filtereinrichtung zur Gewinnung eines Mittelwertes, so daß, wenn die Überwachungseinrichtung das gleichgerichtete erste und zweite Signal miteinander vergleicht, ein Steuersignal erzeugt wird, das die mittlere Impedanz der Übertragungsleitung darstellt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (63) einen und zweiten Begrenzer enthält, die je so geschaltet sind, daß sie bei Zufuhr des ersten und zweiten Signals ein Ausgangssignal konstanter Amplitude erzeugen, sowie eine Einrichtung enthält, die die relative Phase der Ausgangssignale konstanter Amplitude miteinander vergleicht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das eine vorbestimmte Richtung der Signalausbreitung angibt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Wirkwiderstandseinrichtung eine 'spannungsgesteuerte Einrichtung und einen dazu in Reihe geschalteten Serienresonanzkreis zur Bildung eines Parallelstromkreises

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zu der Übertragungsleitung aufweist, um den effektiven Widerstand der Leitung zu ändern.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die variable kapazitive Einrichtung einen K_ondensator in einem in Emitterschaltung betriebenen Verstärker aufweist, daß der Verstärker einen ersten und einen zweiten Transistor enthält, deren Kollektoren miteinander verbunden sind, daß der Emitter des ersten Transistors mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, und daß eine 'spannungsgesteuerte Einrichtung in die Emitterleitung des zweiten Transistors eingeschaltet ist, um den Verstärkungswert des Verstärkers und damit die effektive Kapazität des Kondensators zu ändern.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsgesteuerten Einrichtungen Feldeffekttransistoren sind, bei denen kapazitive Einrichtungen vom Gate-Anschluß zum Erdpotential geschaltet sind, und daß die kapazitiven Einrichtungen eine Ladespannung am Gate-Anschluß der Feldeffekttransistoren während derjenigen Intervalle aufrechterhält, in denen der leitende Weg unterbrochen ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6,

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dadurch gekennzeichnet,
daß eine Kompensationseinrichtung mit einem verlustbehafteten Resonanzkreis vorgesehen ist, die den Phasenwinkel der Impedanz der Übertragungsleitung korrigiert.

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