DE1263882B

DE1263882B - Circuit arrangement for high frequencies with prescribed frequency dependence of the running time

Info

Publication number: DE1263882B
Application number: DE1962T0022802
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing H G Unger
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1962-09-29
Filing date: 1962-09-29
Publication date: 1968-03-21

Description

Schaltungsanordnung für hohe Frequenzen mit vorgeschriebener Frequenzabhängigkeit der Laufzeit Die Erfindung. befaßt sich mit einer Schaltungsanordnung für hohe Frequenzen mit Vierpölcharakter und vorgeschriebener Frequenzabhängigkeit der Laufzeit, wobei die Anordnung nicht als Kreuzgliedfilter aufgebaut ist.Circuit arrangement for high frequencies with prescribed frequency dependency the term The invention. deals with a circuit arrangement for high frequencies with four-pole character and prescribed frequency dependency of the running time, whereby the arrangement is not constructed as a cross-section filter.

In den Übertragungsmedien, den Filter- und Verstärkerschaltungen von Breitbandsystemen ist die Laufzeit im allgemeinen eine Funktion der Frequenz. Werden über solche Systeme Nachrichtensignale übertragen, so muß man die Laufzeitunterschiede ausgleichen, bevor die Signale nichtlinearen Operationen (z. B. Demodulation) unterworfen werden, damit man keine unerwünschten Verzerrungen erhält. Für die erforderliche Laufzeitentzerrung benötigt man einen Vierpol, der in dem zu entzerrenden Frequenzbereich Allpaßcharakter besitzt und eine möglichst kleine Grunddämpfung hat. Der Wellenwiderstand des Vierpols soll hierbei außerdem möglichst unabhängig von der Frequenz sein. Diese Forderungen werden bekanntlich durch eine symmetrische Kreuzschaltung erfüllt, wie sie in der F i g. 1 schematisch dargestellt ist. Bei diesem Vierpol sind zwischen den Eingangsklemmen 1 und 2 und den Ausgangsklemmen 1', 2' Blindwiderstände angeordnet. Hierbei sind die in den Längszweigen vorhandenen Widerstände, welche in der Figur mit 1R1 bezeichnet sind, gleich. Die beiden anderen Blindwiderstände 92, welche kreuzweise zwischen den Ein- bzw. Ausgangsklemmen eingefügt sind, sind unter sich ebenfalls gleich. Ein solcher Vierpol zeigt Allpaßcharakter, wenn die Blindwiderstände ?R1 und 57Z2 so gewählt sind, daß ihr geometrisches Mittel reell und frequenzunabhängig ist.In the transmission media, the filter and amplifier circuits of In broadband systems, transit time is generally a function of frequency. Will If message signals are transmitted via such systems, one must consider the differences in transit time equalize before the signals are subjected to non-linear operations (e.g. demodulation) so that you don't get any unwanted distortion. For the required Runtime equalization requires a quadrupole that is in the frequency range to be equalized Has an all-pass character and has the lowest possible basic attenuation. The wave resistance the quadrupole should also be as independent of the frequency as possible. These Requirements are known to be met by a symmetrical cross connection, such as they in FIG. 1 is shown schematically. In this quadrupole there are between the input terminals 1 and 2 and the output terminals 1 ', 2' reactive resistors. Here, the resistances present in the series branches are those shown in the figure denoted by 1R1 are the same. The other two reactances 92, which are inserted crosswise between the input and output terminals are among themselves also the same. Such a quadrupole shows all-pass character when the reactances ? R1 and 57Z2 are chosen so that their geometric mean is real and independent of frequency is.

Der Leerlaufwiderstand dieses Vierpoles ist der Kurzschlußwiderstand und der Wellenwiderstand Die beiden Widerstände 5R1 und N2 können hierbei so gewählt werden, daß sich geeignete Frequenzgänge zum Laufzeitausgleich ergeben. Ist z. B. X1 ein Parallelresonanzkreis und 9Z2 ein Serienresonanzkreis gleicher Resonanzfrequenz, dann sind alle Forderungen erfüllt, um einen geeigneten Frequenzgang der Laufzeit zu erhalten, wobei man über drei freie Parameter verfügt, um die gewünschte Laufzeitcharakteristik einzustellen. Die erwähnten Parameter sind gegeben durch die Wahl der Wellenwiderstände bzw. die elektrisch wirksame Länge der Leitungen, wenn man im Mikrowellenbereich die Blindwiderstände durch den Eingangswiderstand einer am Ende offenen bzw. kurzgeschlossenen Leitung darstellt.The open circuit resistance of this four-terminal network is the short circuit resistance and the wave resistance The two resistors 5R1 and N2 can be selected in such a way that suitable frequency responses result for delay compensation. Is z. B. X1 a parallel resonance circuit and 9Z2 a series resonance circuit with the same resonance frequency, then all requirements are met to obtain a suitable frequency response of the running time, whereby one has three free parameters to set the desired running time characteristic. The parameters mentioned are given by the choice of the wave resistances or the electrically effective length of the lines if the reactances in the microwave range are represented by the input resistance of an open or short-circuited line at the end.

In der F i g. 2 ist solch eine symmetrische Kreuzschaltung dargestellt, bei welcher die zwischen den Eingangsklemmen 1 und 2 und den Ausgangsklemmen 1', 2' eingefügten Blindwiderstände durch entsprechende Leitungsabschnitte einer Paralleldrahtleitung gebildet werden. Entsprechend der F i g. 1 sind die Blindwiderstände hierbei mit gleichen Bezugszeichen versehen.In FIG. 2 shows such a symmetrical cross connection, in which the between the input terminals 1 and 2 and the output terminals 1 ', 2 'inserted reactances through corresponding line sections of a parallel wire line are formed. According to FIG. 1 are the reactances here with provided with the same reference numerals.

Je nach der Frequenz, bei welcher solch ein Allpaß Verwendung finden soll, können die Blindwiderstände durch entsprechende Abschnitte von Lecherleitungen, koaxialen Leitungen oder Hohlleitungen verwirklicht werden. Wenn koaxiale Leitungsabschnitte zur Bildung des gewünschten Allpasses Verwendung finden, können diese z. B. in der Art angewendet werden, wie dies in der F i g. 3 schematisch dargestellt ist. Die Ein- und Ausgangsklemmen des Vierpols sind entsprechend den vorhergehenden Figuren wieder mit 1 und 2 bzw. 1', 2' bezeichnet. Die am Ende offenen bzw. kurzgeschlossenen Koaxialleitungsstücke sind bei dem dargestellten Beispiel ineinandergeschachtelt, wobei man im Gegensatz zu dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Vierpol eine unsymmetrische Anordnung erhält. Ferner ist es durch die britische Patentschrift 732273 bekannt, ein Kreuzgliedfilter für hohe Frequenzen so aufzubauen, daß in einem äußeren Zylinder eine Doppelleitung liegt, die am einen Ende kurzgeschlossen ist und dann als Einfachleitung im Zylinder weiterführt, während am anderen Ende ein Ast der Doppelleitung mit einem weiteren innerhalb des äußeren Zylinders verlaufenden kleineren Zylinder verbunden ist, der den anderen Ast der Doppelleitung als Innenleiter führt. Der kleinere Zylinder und der als Innenleiter wirkende zweite Ast der Doppelleitung sind mit je einer Ankoppelleitung versehen, die senkrecht durch eine Öffnung in der Wand des großen Zylinders führen. Dieser nicht als Kreuzgliedfilter ausgebildeten Anordnung werden dann noch zusätzlich zwei Reaktanzen angeschlossen.Depending on the frequency at which such an all-pass is used should, the reactances can be replaced by appropriate sections of Lecher lines, coaxial lines or hollow lines can be realized. When coaxial line sections to form the desired all-pass use, these can be, for. B. in the Kind are applied as shown in FIG. 3 is shown schematically. the Input and output terminals of the quadrupole are as in the previous figures again denoted by 1 and 2 or 1 ', 2'. The open or short-circuited at the end Coaxial line pieces are nested in the example shown, where, in contrast to the one shown in FIGS. 1 and 2 shown quadrupole an unbalanced Arrangement receives. Furthermore, it is by the British patent specification 732273 known to build a cross member filter for high frequencies so that in one outer cylinder is a double line that is short-circuited at one end and then continues as a single line in the cylinder, while at the other end one Branch of the double line with another one running inside the outer cylinder smaller cylinder is connected to the other branch of the double line as the inner conductor leads. The smaller cylinder and the second branch of the double line, which acts as an inner conductor are each provided with a coupling line that runs vertically through an opening in the wall of the great cylinder. This is not designed as a cross-section filter Arrangement, two additional reactances are then connected.

Die obenerwähnten Anordnungen zum Laufzeitausgleich sind jedoch bezüglich ihres mechanischen Aufbaues äußerst unhandlich. Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen neuen Allpaß zum Laufzeitausgleich aufzuzeigen, welcher bei gleichen elektrischen Eigenschaften einfach herstellbar ist.However, the arrangements for delay compensation mentioned above are related to its mechanical structure extremely unwieldy. The object of the invention is now in showing a new all-pass for runtime equalization, which with the same electrical properties is easy to produce.

Bei der eingangs erwähnten Schaltungsanordnung wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß sie aus einer symmetrischen Dreifachleitung besteht, die aus einer am Ende kurzgeschlossenen Doppel-Leitung gebildet wird, welche mindestens zum Teil von einem äußeren und hiervon isolierten Leiter umgeben ist.In the case of the circuit arrangement mentioned at the outset, therefore, according to the invention suggested that it consists of a symmetrical triple line consisting of a double line short-circuited at the end is formed, which at least is partially surrounded by an outer and insulated conductor.

An Hand von Ausführungsbeispielen soll im folgenden die Erfindung noch näher erläutert werden.The invention is based on exemplary embodiments will be explained in more detail.

In der F i g. 4 ist ein gemäß der Erfindung aufgebauter Vierpol zum Laufzeitausgleich bei hohen Frequenzen dargestellt. Er besteht aus einer symmetrischen Dreifachleitung. Diese wird aus einer Doppelleitung DZ gebildet, welche mindestens teilweise von einem äußeren und hiervon isolierten weiteren Leiter Di umgeben wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der äußere Leiter Dl die Form eines Topfes mit zylindrischem .Querschnitt, in welchem die Doppelleitung Dz 'zentral angeordnet ist. Die Eingangsklemmen dieses Vierpols sind mit 1 und 2; die Ausgangsklemmen mit 1', 2' bezeichnet. Zur Erklärung der Wirkungsweise sind, in der F i g: 4 die Ströme bzw. Spannungen miteingezeichnet. Zwischen den Klemmen 1 und 2 liegt die Spannung U1. Der von der Klemme I in den Vierpol fließende Strom ist mit Il bezeichnet. An den Ausgangsklemmen 1', 2' des Vierpols liegt die Spannung Uz an. Der entsprechende Strom auf dieser Seite des Vierpols ist mit 12 bezeichnet.In FIG. 4 is a quadrupole designed according to the invention for Time compensation shown at high frequencies. It consists of a symmetrical Triple line. This is formed from a double line DZ, which at least is partially surrounded by an outer and insulated therefrom further conductor Di. In the illustrated embodiment, the outer conductor Dl has the shape of a pot with a cylindrical cross-section in which the double line Dz 'is centrally located is arranged. The input terminals of this four-pole terminal are marked with 1 and 2; the output terminals labeled 1 ', 2'. In order to explain the mode of operation, FIG. 4 shows the Currents and voltages are also shown. The is between terminals 1 and 2 Voltage U1. The current flowing from the terminal I into the quadrupole is denoted by II. The voltage Uz is applied to the output terminals 1 ', 2' of the quadrupole. The corresponding Current on this side of the quadrupole is labeled 12.

Für Spannungen und Ströme auf einer verlustlosen symmetrischen Dreifachleitung gelten allgemein die Beziehungen: U1 (Z) = Uli, e'(1--) + U" e- v@r-rr U2 (z) = Uz he e Y@r Z) + Uz,. e- Y@r-Z) Al Il (z) + Ziz12 (z) = Y U11, eY@r Z) _ y Ui, e_ r@r_Z) Ziz11(z) + Zil1z (z) = Y Uan e Y(r `) - Y Uzr e- Y(r-Z).For voltages and currents on a lossless symmetrical triple line, the following relationships generally apply: U1 (Z) = Uli, e '(1--) + U " e- v @ r-rr U2 (z) = Uz he e Y @ r Z ) + Uz ,. e- Y @ rZ) Al Il (z) + Ziz12 (z) = Y U11, eY @ r Z) _ y Ui, e_ r @ r_Z) Ziz11 (z) + Zil1z (z) = Y Uan e Y (r `) - Y Uzr e- Y (rZ).

Ströme und Spannungen entlang der Leitung setzen sich nämlich aus einer hinlaufenden und einer reflektierten Welle zusammen. Uli, und U2,, sind die Spannungen der hinlaufenden Wellen am Ende der Leitung und U1 r und U2,. die Spannungen der rücklaufenden Welle. Hierbei ist y = j (3. die Ausbreitungskonstante und die Matrix der Widerstandsbeläge; die. für die symmetrische Dreifachleitung symmetrisch bezüglich beider Diagonalen ist: Die Länge der Leitung ist mit 1 bezeichnet.Currents and voltages along the line are composed of an incoming and a reflected wave. Uli, and U2 ,, are the voltages of the incoming waves at the end of the line and U1 r and U2 ,. the voltages of the returning wave. Here y = j (3. the propagation constant and the matrix of the resistance deposits; the. for the symmetrical triple line is symmetrical with respect to both diagonals: The length of the line is denoted by 1.

Mit Summe und Differenz bildet man nun- die Leitungsgleichungen für die Gleich- und Gegentaktwelle, so erhält man: e_ Y@r_Z) U1 + Uz = (U111 + Uzr,) e"' -Z' + (Ulr + U2.,) U1 - U2 = (Uli, - Uzh)) eYCr =) +»(U" - Uz,) e_ Y@r_Z) (Zil + Ziz) (11 + 12) = Y (Ulh + Uz h) e Y(r@Z) - Y (U1 r + Uzr) e @@-Z) ' Y (U, U2,) e Z "' - Z"2) (Il - 2) = Y (Ul 11 - U2 h) e Y(l - Z) - Y(I-z) Am Ende der 'Leitung-für z = 1 gilt: U1 - UZ = 0 U1 11 + Ui r = U21, + U2,-, daraus folgt also. U1 + UZ= 2 (Ulr, + U2,,) cos h y (1- z) U1 - Uz ..= 2 (Ulr, - U211) sin h y (1 _-z) (Zil + Ziz) (11 + 12) = 2 Y (Uli, + Uz 11) .sin h y-(1 - z) (Zil - Z12) (11 -1z) = 2 Y (Uli, - U21,) cos h y (1- z). Für die Gleichtaktwelle am Leitungsanfang gilt darum: und für die Gegentaktwelle und -sind : die @ Wellenwiderstände der beiden -Wellen. Sie sind reell und frequenzunabhängig. Der Leerlaufwiderstand (12 = 0) des Leitungsvierpols ist und der Kurzschlußwiderstand (U2 = 0) Der Leitungsvierpol ist also bezüglich seines elektrischen Verhaltens überraschenderweise einer symmetrischen Kreuzschaltung äquivalent, obwohl er physikalisch gar nicht als Kreuzgliedfilter aufgebaut ist.With the sum and difference one now forms the line equations for the single-mode and push-pull wave, so one obtains: e_ Y @ r_Z) U1 + Uz = (U111 + Uzr,) e "'-Z' + (Ulr + U2.,) U1 - U2 = (Uli, - Uzh)) eYCr =) + »(U" - Uz,) e_ Y @ r_Z) (Zil + Ziz) (11 + 12) = Y (Ulh + Uz h) e Y (r @Z) - Y (U1 r + Uzr) e @@ - Z) 'Y (U, U2,) e Z "' - Z" 2) (Il - 2) = Y (Ul 11 - U2 h) e Y (l - Z) - Y (Iz) At the end of the line for z = 1, the following applies: U1 - UZ = 0 U1 11 + Ui r = U21, + U2, -, it follows so. U1 + UZ = 2 (Ulr, + U2 ,,) cos hy (1- z) U1 - Uz .. = 2 (Ulr, - U211) sin hy (1 _-z) (Zil + Ziz) (11 + 12 ) = 2 Y (Uli, + Uz 11) .sin h y- (1 - z) (Zil - Z12) (11 -1z) = 2 Y (Uli, - U21,) cos hy (1- z). The following therefore applies to the common mode wave at the beginning of the line: and for the push-pull wave and -are: the @ wave resistances of the two -waves. They are real and independent of frequency. The no-load resistance (12 = 0) of the quadrupole line is and the short-circuit resistance (U2 = 0) In terms of its electrical behavior, the quadrupole line is surprisingly equivalent to a symmetrical cross-connection, although it is not physically constructed as a cross-element filter.

Abweichend von der in der F i g. 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann der äußere Leiter Dl kastenförmig ausgebildet sein mit ebenen Begrenzungsflächen, die so angeordnet sind, daß sie mindestens zum Teil eine Abschirmung für die Doppelleitung DZ darstellen. Durch entsprechende Wahl der Längen der einzelnen Leitungen und deren Wellenwiderstand läßt sich die Laufzeitcharakteristik des Vierpols in gewünschter Weise beeinflussen.Notwithstanding the in the F i g. 4 illustrated embodiment of In the invention, the outer conductor Dl can be box-shaped with flat boundary surfaces, which are arranged so that they at least partially provide a shield for the double line Represent DZ. By appropriate choice of the lengths of the individual lines and their The characteristic impedance of the quadrupole can be adjusted to the desired value Influence way.

Zur Erzielung beliebiger Laufzeitkurven können mehrere Vierpole hintereinandergeschaltet werden. Die Gesamtanordnung besitzt dann eine periodische Struktur, was bezüglich der mechanischen Herstellung Vorteile bietet. Zur besonders guten Angleichung der Laufzeitkurve an die vorgeschriebenen Werte können in Weiterführung des Erfindungsgedankens ferner die einzelnen Vierpole etwas verschieden dimensioniert werden.Several quadrupoles can be connected in series to achieve any desired runtime curves will. The overall arrangement then has a periodic structure in terms of mechanical production offers advantages. For a particularly good approximation of the Runtime curve to the prescribed values can be used in continuation of the inventive concept furthermore, the individual quadrupoles are dimensioned somewhat differently.

In der F i g. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,. bei welchem vier Vierpole hintereinandergeschaltet sind. Die einzelnen Doppelleitungen D2 werden hierbei wieder jeweils von einem am Ende kurzgeschlossenen Abschnitt einer Doppel-bzw. Lecherleitung dargestellt, entsprechend dem in der F i g. 4 dargestellten Allpaß. - Der äußere Leiter D, der F i g. 4 wird von einer Grundplatte B gebildet, auf welche fünf Platten P so aufgelötet sind, daß sie die einzelnen an ihren Enden miteinander verbundenen Doppelleitungsabschnitte D2 gegenseitig abschirmen. In Weiterführung des Erfindungsgedankens können die Doppelleitungsabschnitte D2 durch Anbringen weiterer Metallplatten allseitig abgeschirmt werden. Die Eingangsklemmen der in der F i g. 5 dargestellten Anordnung tragen die Bezeichnung 1 und 2, während die Ausgangsklemmen mit 1' und 2' bezeichnet sind.In FIG. 5 is another embodiment of the invention illustrated ,. in which four four-pole terminals are connected in series. The single ones Double lines D2 are each short-circuited by one at the end Section of a double or. Lecher line shown, according to the F i g. 4 shown all-pass. - The outer conductor D, the F i g. 4 is from a Base plate B formed, on which five plates P are soldered so that they individual double line sections D2 connected to one another at their ends shield. In a continuation of the inventive concept, the double line sections D2 can be shielded on all sides by attaching additional metal plates. The input terminals the one shown in FIG. 5 arrangement shown bear the designation 1 and 2, while the output terminals are labeled 1 'and 2'.

Um die Ausgleichswirkung bezüglich der Laufzeit noch zu erhöhen, können die hintereinandergeschalteten Vierpole insbesondere so ausgebildet werden, daß eine ungefähr periodische Struktur der Gesamtanordnung entsteht. Dies bedeutet, daß man den Aufbau der einzelnen Vierpole verschieden vornimmt.In order to increase the compensatory effect with regard to the running time, you can the four-pole connections connected in series are in particular designed so that an approximately periodic structure of the overall arrangement is created. This means, that the construction of the individual quadrupoles is carried out differently.

Durch eine gemäß der Erfindung aufgebaute Schaltungsanordnung ergibt sich somit ein Vierpol zur Laufzeitentzerrung, welcher gegenüber bisher bekannten Anordnungen mechanisch sehr einfach herstellbar ist, wobei gleichzeitig die gewünschte Laufzeitcharakteristik allen Bedingungen angepaßt werden kann.A circuit arrangement constructed according to the invention results thus a quadrupole for delay equalization, which compared to previously known Arrangements are mechanically very easy to manufacture, while at the same time the desired Runtime characteristics can be adapted to all conditions.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for high frequencies with a four-pole character and prescribed frequency dependence of the transit time, the arrangement not is constructed as a cross-member filter, characterized in that it consists of a symmetrical Triple line, which consists of a double line short-circuited at the end (D2) is formed, which at least partially from an outer and isolated therefrom Head (Dl) is surrounded.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that that the outer conductor (Dl) has the shape of a pot with a circular cylindrical cross-section owns, in which the double line (D2) is held centrally.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized by a box-shaped design of the outer Head (Dl) with flat boundary surfaces which are arranged so that they at least partially represent a shield for the double line (D2).

4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the effective electrical lengths of the conductors or lines (D1 or D2) and their characteristic impedance are chosen so that a desired run-time characteristic arises.

5. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that several four-pole are connected in series.

6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that that the four-pole connections connected in series are designed so that a periodic Structure of the overall arrangement arises.

7. Circuit arrangement according to claim 5, characterized characterized in that the four-pole terminals connected in series have different dimensions are. References considered: British Patent No. 732,273.