DELAY EQUALIZER WITH CONTINUOUSLY OR STEPWISE ADJUSTABLE DELAY CHARACTERISTICS

Abstract: 1. A delay equaliser having a delay characteristic adjustable continuously or in steps, and n (n = 1, 2, 3...) delay check points, consisting of delay equaliser elementary circuits with negligible or finite but constant effective attenuation, characterised in that the circuit configuration and proportions of the lattice-type reactance (XK ) determining the delay are selected such that it exhibits a constant value and a constant differential quotient with respect to the frequency f at the frequencies of the check points (fF ) irrespective of setting, and in that the lattice-type reactance (XK ) determining the delay is split into a parallel circuit or a series circuit of a fixed reactance (XF (eta) ) with n reactance zero points or reactance poles which remains constant at all settings of the delay equaliser, and a control reactance (XS (eta) ) which comprises circuit elements with variable values for variation of the delay characteristic, the n reactance zero points or the n reactance poles of the fixed reactance lying at the n reference frequencies at which delay check points occur, and the absolute value of a delay check point (fF ) being determined by the first derivative of the fixed reactance (XF ) with respect to the frequency (f) at the actual reference frequency, irrespective of the control reactance (XS ).

Description: Laufzeitentzerrer mit stetig oder stufig veränderbarer Laufzeitcharakteristik Die Erfindung betrifft einen Laufzeitentzerrer gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Zur Optimierung von Nachrichtenübertragungssystemen werden oft eine konstante Betriebsdämpfung: und eine konstante Grup- penlaufzeit in den Ubertragungsfrequenzbereichen angestrebt. Da jedoch die selektiven Komponenten solcher Systeme in der Regel sowohl Verzerrungen der Betriebsdämpfung als auch der Gruppenlaufzeit verursachen, sind Entzerrerschaltungen vorzusehen, welche die entsprechenden Kurvenverläufe jeweils zu einem konstanten Wert ergänzen. Aus mancherlei Gründen wird oft die stufenlose oder schrittweise einstellbare Veränderbarkeit der Entzerrerkurve gewünscht, vorzugsweise dergestalt, dass bei allen Entzerrereinstellungen die bei einer oder mehreren Frequenzen definierten Funktionswerte unverändert bleiben, also sogenannte Dreh- oder Fixpunkte bilden. Während dieses Problem bezüglich der Betriebsdämpfung z.B. durch die "Bode-Entzerrer" weitgehend gelöst ist (H.W.Bode, BSTJ 1938, 5.229-244), sind entsprechende Schaltungen zur Regelung der Gruppenlaufzeit mit Fixpunkten bisher nicht bekannt. Dem Stand der Technik entsprechende Laufzeitentzerrer sind Allpässe, die durch die Kettenschaltung von Elementar Allpass-Glredern oder durch ein Allpassglied höherer Ordnung realisiert werden, wobei der Aufwand von der angestrebten Entzerrungsgenauigkeit abhängt (Saal/Antreich, Frequenz 16, 1962, 5.469-477). In bekannter Weise, z. B. in dem Buch von Temes/LaPatra, "Introduction to Circuit Synthesis and Design", Mac Graw Hill Book Co 1977, 5.248, sind realisierende Schaltungen für Allpässe von der symmetrischen Brücke (Kreuzglied) abgeleitet; zur Erzeugung eines Allpasses mit der Betriebsdämpfung aB=C müssen günstigstenfalls jeweils zwei zueinander duale 3rücken- reaktanzen verwirklicht werden (Fig.la). Kann eine fre quenzunathängige Betriebsdämpfung'von ag=6,02dB, bzw. von aB=12,04dS hingenommen werden, so wird in bekannter Weise bei unveränderter Laufzeitcharakteristik eine der beiden Reaktanzen durch einen ohmschen Widerstand ersetzt (Fig. lb und lc: sogenannte Darlington-Allpässe). Die Parameter der Elementar-Allpassglieder werden in einem Optimierungsprozess bestimmt. Eine Veränderbarkeit der Entzerrungscharakteristik ist nur begrenzt möglich durch Verstimmen einzelner Bauelemente. Die von der Entzerrereinstellung unabhängige Erzeugung von Fixpunkten der Laufzeit bei definierten Referenzfrequenzen stellt bei der Optimierung einen zusätzlichen und meist schwer beherrschbaren Zwang dar. Eine andere praktizierte Möglichkeit der Laufzeitvariation besteht darin, dass in einer Kettenschaltung von Allpassgliedern einzelne Allpassglieder je nach den Erforder ,nissen durch andere - nach Art eines Baukastensystems gezielt ersetzt werden. Solche Massnahmen sind umständlich, unflexibel, zeit- und damit kostenaufwendig, elektrisch ungünstig wegen wechselnder Anschlussbedingungen, platzverbrauchend wegen der notwendigen Lagerhaltung der Einzelbausteine und bergen überdies die Gefahr von Fehlschaltungen in sich. Laufzeitfixpunkte bei gewünschten Referenzfrequenzen sind nicht oder nur mit mangelnder Genauigkeit zu erzielen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend geschilderten Schwierigkeiten abzuhelfen und Möglichkeiten zur Realisierung von .Entzerferschaltungen anzugeben, bei denen eine verhältnismässig grosse Freizügigkeit für den Entwurf der Schaltung gegeben ist und Laufzeitfixpunkte bei gewünschten Referenzfrequenzen mit ausreichender Genauigkeit zu erzielen sind, und darüberhinaus die Möglichkeit gegeben ist, im Fixpunkt eine nach Betrag und Richtung vorgebbare einstellungsunabhängige Laufzeitsteilheit zu realisieren. Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe für Laufzeitentzerrer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gemäss den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Gemäss der Erfindung wird von der Uberlegung ausgegangen, Laufzeitentzerrer mit stetig oder stufig veränderbarer Laufzeitcharakteristik und nil Fixpunkten der Laufzeit bei den Frequenzen FFV dadurch zu bilden, dass in den bekannten Grundschaltungen von Laufzeitentzerrern mit verschwindender oder endlicher, aber konstanter Betriebsdämpfung die aus Induktivitäten, Kapazitäten und Abschnitten von Übertragungsleitungen bestehende Kreuzglied Reaktanz jXK(7) oder Kreuzglied-Suszeptanz iYK oder EMI3.1 bei den Frequenzen 7Fv der Laufzeit-Fixpunkte einstel lungsunabhängige Nullstellen aufweist und gleichzeitig gewährleistet ist, dass bei diesen Frequenzen die jeweiligen Restfunktionen XK#*(#F#), die durch Streichen der ent- sprechenden Nullstellen-Klammer (82¯t2F2) entstehen, einstellungsunabhängig konstant sind. Bei technisch besonders vorteilhaften Lösungen, bei denen die Erfüllung der oben genannten Bedingungen immer gewährleistet ist, ist dafür gesorgt, dass die Kreuzgliedreaktanz XK(t} zur Erzielung von n(#1) Laufzeitfixpunkten gemäss Fig.2 aus der Parallelschaltung von zwei Reaktanzen x5(7) und x('L) besteht, dergestalt, dass die mflt-xs( ) bezeichnete Reaktanz neben eventuellen Festelementen die zur Variation der Laufzeitch2raRtertstik nötigen variablen Scr.altelenente enthält - diese Reaktanz wird in weiteren Verlauf als Steuerreaktanz bezeichnet die mit XF( ) bezeichnete Reaktanz Nullstellen bei jenen n Referenz-frequenzen #F# aufweist, bei denen L2ufzeit-Fixpunite auftreten sollen - diese Reaktanz wird im weiteren Verlauf als Festreaktanz bezeichnet und enthält im Gegensatz. zur Steuerreaktanz keine variablen Elemente -. Die obigen Aussagen gelten sinngemäss (s.Gleichung (2)) in gleicher Weise, wenn die Begriffe "Steuerreaktanz xS(#), Festreaktanz xF(1), Parallelschaltung" durch die Begriffe "Steuersuszeptanz y5(q), Festsuszeptanz YF(#), Serienschaltung" ersetzt werden. Im Folgenden wird jeweils nur auf die Lösung mit Reaktanzen verwiesen; die Lösung mit Suszeptanzen ist jedoch in gleicher Weise Bestandteil der Erfindung. Der absolute Wert eines Laufzeit-Fixpunktes ist durch die erste Ableitung der Festreaktanz nach der Frequenz bei der aktuellen Referenzfrequenz bestimmt - unabhängig von der Einstellung der Steuerreaktanz. Es ist zweckmässig, die Festreaktanz mit n Nullstellen in die Parallelschaltung von msl Teil-Festreaktanzen aufzu spalten, wobei ein besonders vorteilhafter Fall dadurch gegeben ist, dass die Festreaktanz mit n Nullstellen in die Parallelschaltung von n Teil-Festreaktenzen mit je einer Nullstelle aufgespalten wird, da dann ein eindeutiger Zusammenhang adsfen der V.Teil-Festreaktanz und dem Laufzeitwert (Fixpunkt) bei der V.Referenzfrequenz besteht - unabhängig von den anderen Teil-Festréaktanzen und der Steuerreaktanz. Weiterhin ist es möglich, den Wert der Steuerreaktanz bei seiner Referenzfrequenz (Frequenz einer Fixpunktes) eindeutig durch die bei dieser Frequenz vorschreibbare Laufzeitsteigung und die erste und zweite Ableitung der gewählten Festreaktanz nach der Frequenz bei der aktuellen Referenzfrequenz anzugeben. Aus dieser Erkenntnis sind variable Laufzeitentzerrer mit folgenden Eigenschaften ableitbar. Eine Schar von Laufzeitkurven besitzt bei wenigstens einer vorgebbaren Referenzfrequenz den gleichen vorgebbaren Laufzeitwert und simultan die gleiche vprgebbare Laufzeitsteigung in diesem Fixpunkt. Darüberhinaus ist eine Variation der Laufzeitsteilheit im Fixpunkt für eine Schar von Laufzeitkurven mit jeweils konstanter Laufzeitsteiung im Fixpunkt möglich. Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigen in der Zeichnung Fig.la,b,c, eine Allpassschaltung mit verschwindender, bzw. konstanter, endlicher Betriebsdämpfung bei jeweils gleichem Laufzeitverhalten; Fig.2 eine Aufteilung der Kreuzgliedreaktanz x,,(r) in die Parallelschaltung einer Fest reaktanz XF(8) und einer Steuerreaktanz bzw. der Kreuzgliedsuszeptanz YK(?) in die Serienschaltung einer Festsuszeptanz YF(t und einer Steuersuszeptanz Ys(t); Fig.3a,b eine Aufteilung der Festreaktanz in n parallel geschaltete Teil-Festreaktanzen, bzw. der Fest suszeptanz in n seriengeschaltete Teil-Fest suszeptanzen; Fig.4a,b,c Laufzeitkurven mit einem Fixpunkt; als Bei spiele für mögliche Schaltungen gem.der Er findung sind zwei gleichwertige Varianten an gegeben, wobei in Fig.4c in Abhängigkeit von der Frequenz f die Laufzeit C bei Änderung von C5 in der Schaltung von Fig.4a gezeigt ist; Fig.5a,b eine erfindungsgemässe Schaltung als Beispiel zur Erzeugung einer ebenfalls dargestellten Schar (Fig.5b) von Laufzeitkurven ( mit zwei Fixpunkten fFl und Fig.6a,b,c beispielsweise Prinzipschaltungen zur Erzeu gung von konstanten Laufzeitsteilheiten im Fixpunkt (a) durch Parallelaufspaltung, (b) durch Serienaufspaltung der Steuerreaktanz, (c) ein Realisierungsbeispiel zu (a); Fig.7a,b ein Anwendungsbeispiel für eine Laufzeit schar (t=t f)) mit horizontaler Tangente im Fixpunkt; Wellenwiderstand der Leitung W=25Q; Fig.8a,b ein Anwendungsbeispiel für eine Laufzeitschar mit horizontaler Tangente im Fixpunkt; Wellenwiderstand der Leitung W=37,5R; Fig.9a,b ein Anwendungsbeispiel für eine Laufzeitschar mit horizontaler Tangente im Fixpunkt; Wellenwiderstand der Leitung W=50 i; Fig.lOa,b ein Anwendungsbeispiel für eine Laufzeitschar mit horizontaler Tangente im Fixpunkt; Wellenwiderstand der nicht veränderbaren Leitung W=75S?; Fig.lla,b,c,d eine Variation der Laufzeitsteilheit im Fixpunkt für eine Schar von Laufzeitkurven mit jeweils konstanter Laufzeitsteigung im Fixpunkt als 1.Beispiel; ; Fig.12a,b,c,d eine Variation der Laufzeitsteilheit im Fix punkt für eine Schar von Laufzeitkurven mit jeweils konstanter Laufzeitsteigung im Fix punkt als 2.Beispiel. Wie bereits einleitend bemerkt, sind in den Fig.la,b und c bekannte Schaltungen gezeigt. Dabei zeigt Fig.la ein sog. Kreuzglied, dessen Betriebsdämpfung aB=O=sonst. ist. Im Längs- bzw. Diagonalzweig sind die Blindwiderstände jXK bzw. R2/JXK enthalten, wobei R den Innenwiderstand der Stromquelle bzw. den Abschlusswiderstand der Schaltung darstellt. In Fig.lb und c sind bezüglich der Laufzeit wirkungsgleiche Allpässe zu Fig.la gezeichnet. Die Schaltung von Fig.lb enthält einen Übertrager mit dem Übersetzungsverhältnis 1:1, der entweder mit dem zugehörigen W;rkwiderstand 2R oder dem zugehörigen Blindwiderstand j2X K überbrückt ist; ebenso muss im Querzweig der Blindwiderstand jXK/2 bzw. der Wirkwiderstand R/2 vorhanden sein. Diese Schaltung hat eine Dämpfung von aB=6,02dB=const. In Fig.lc ist eine Kreuzschaltung mit dem Blindwiderstand JXK bzw. dem Wirkwiderstand R im Längs- bzw. Diagonalzweig gezeichnet. Diese Schaltung hat eine Dämpfung von aB=12,04dB=const. Die Schaltungen nach Fig.la und b werden bekanntlich auch als sog. Darlington-Allpass bezeichnet. In Fig.2 ist zu erkennen, wie die Reaktanz jXK in die Parallelschaltung einer steuerbaren Reaktanz jx5 und einer Festreaktanz jXF aufgeteilt wird. Analog gilt dies auch für die in Fig. 2 ebenfalls dargestellte Kreuzglieasuszep- tanz jyK, die in die Serienschaltung aus einer Steuersuszeptanz jyS und einer Festsuszeptanz YF unterteilt w rd. In Fig.3a bzw. b wird die Festreaktanz jxF in mehrere parallel geschaltete Teilfestreaktanzen Jxpl xFn unterteilt bzw. analog dazu die Festreaktanz iYF in in Serie geschaltete Teilfestsuszeptanzen Jy1c .. unterteilt. Bei' der Schaltung nach Fig.4a besteht dieSteuer- reaktanz X5 aus einem Steuerkondensator C5, während die Festreaktanz jXF aus einem Serienresonanzkreis besteht. Der Serienresonanzkreis und der Kondensator Cs sind zueinander parallel geschaltet und liegen im Über- brückungszweig der Entzerrerschaltung, in deren Querzweig ein Widerstand von 25 Ohm liegt. Ein weiteres Beispiel gem. Fig.4b enthält im Überbrückungszweig einen Wirkwiderstand mit 100 Ohm, während die zugehörige Steuerreaktanz C5 und die zugehörige Festreaktanz JXF als Parallelschaltung im Quer zweig des Entzerrers liegen. Die Fig.4c zeigt, wie sich bei der Frequenz 140 MHz ein Fixpunkt F der Laufzeit mit lOns unabhängig von einer Änderung von C5 in der Schaltung von Fig.4a erreichen lässt. In der Schaltung von Fig.5a liegt im Uberbrückungszweig des Ubertragers ein Widerstand von 100 Ohm. Im Querzweig liegt der veränderbare Kondensator C5 als Steuerreaktanz X5. Als Festreaktanzen sind zwei zum Kondensator CS parallelgeschaltete Serienresonanzkreise vorgesehen, deren Serienresonanz die Laufzeitfixpunkte - im Beispiel 8ns - bei den Frequenzen fF1 und fF2 festlegen. Diese Fixpunkte bleiben gem. Fig.5b bei der Änderung von C5 erhalten. In den Fig.6a,6b sind gewissermassen möglIche Prinzipschaltungen dargestellt, nach denen bei der Berechnung vorgegangen werden kannt während Fig.6c ein Ausführungsbeispiel zeigt. C5 bestimmt die Formgebung der Kurvenschar bei konstanter Laufzeitsteilheit k in #Fs , tF. Der Kondensator C0 bestimmt die Laufzeitsteigung k in 7F' , tF Wird auch C variabel ausgebildet, so kann die durch Variation von Cs erzeugte Schar von Laufzeitkurven im Fixpunkt so gedreht werden, dass wiederum alle Kurven in #F, zutF die gleiche von der CO-Einstellung abhängige Laufzeitsteilheit aufweisen. In der Schaltung von Fig.7a ist der Ubertrager mit einem Wirkwiderstand von 100 Ohm überbrückt. Im Querzweig liegt als Steuerreaktanz jXs ein Parallelresonanzkreis aus einem Kondensator C5 und einer einstellbaren Spule. Die zugehörige Festreaktanz ist eine kurzgeschlossene Leitung mit einem Wellenwiderstand W=25 und einer Phase b 0=1800 bei der Frequenz f F. Das zugehörige Laufzeitdiagramm zeigt die der Schaltungsbemessung zugrunde gelegte horizontale Laufzeittangente im Fixpunkt F und ist in Fig.7b dargestellt. Die Schaltung von Fig.8a ist zu der von Fig.7a praktisch gleichartig aufgebaut, jedoch mit anderen Schaltelementewerten. Ihre Wirkung ist bei Änderung von CS in Fig.8b dargestellt. Eine analoge weitere Schaltungsvariante zeigt Fig.9a und es lassen sich gem. Fig.9b auch mit dieser Schaltung Laufzeitscharen mit horizontaler Tangente im Fixpunkt F bei Änderung von C5 erreichen. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ähnlich zu Fig.9a zeigt auch die Schaltung nach Fig.lOa und es ist in Fig.lOb die Laufzeit t in Abhängigkeit von der Frequenz f dargestellt,wobei der Kondensator Cs zwischen lpF und 50pF geändert wird und der Laufzeitfixpunkt f bei 140MHz liegt. Das Vorstehende-gilt entsprechend auch für die Schaltung nach Fig.ila. Der Querzweig ist jedoch - ohne prinzipielle Änderung der Schaltungsstruktur - erweitert durch die Parallelschaltung einer Spule L0 und eines einstellbaren Kondensators CO. Die Steuerreaktanz X5 bewirkt also eine minderung der Kurvenform bei konstanter Steilheit im Laufzeitfixpunkt f F, Durch eine änderung des Kondensators CO wird eine Anderung der Laufzeitsteilheit im Fixpunkt F erreicht. Die zugehörigen Kurven sind für unterschiedliche Werte für C0 in den Fig.llb, llc und lld dargestellt. Auch für die Schaltung nach Fig.12a gilt das Vorstehende, jedoch besteht die Festreaktanz XF aus einem Serienresonanzkreis und nicht aus einer Leitung. Die Änderung der Laufzeitsteilheit erfolgt wiederum mit dem Kondensator CO und die Änderung der Kurvensteilheit bei konstanter Laufzeitsteilheit im Fixpunkt F erfolgt mit der Steuerreaktanz Xs. Zur weiteren detaillierten Erläuterung sei noch folgendes ausgeführt. Die nachfolgenden Berechnungen werden normiert ausgeführt; es gilt der übliche Zusammenhang zwischen normierten (Keinbuchstaben) und entnormierten (Grossbuchstaben) Grössen: Ausgangrössen : Bezugswiderstand RB, Bezugsfrequenz fB. Bezugsinduktivität EMI10.1 Bezugskapazität EMI10.2 Bezugslaufzeit EMI10.3 1 = L/LB ; c = C/CB ; r = R/RB ; @ = f/fB ; t = #/#B. An dieser Stelle sei nachdrücklich vermerkt-, dass der im folgenden gebrauchte Begriff "Reaktanz" im allgemeinsten Sinn zu verstehen ist; demnach sind auch Abschnitte von Übertragungsleitungen, gekennzeichnet durch elektrische Länge bo bei einer Bezugs frequenz fO und Wellenwiderstand Z - insbesondere kurzgeschlossene und leerlaufende Stichleitungen - in beliebigen Kombinationen mit Induktivitäten und Kapazitäten zugelassen. Die Gruppenlaufzeit t(#) lässt sich aus der Kreuzgliedreaktanz xK(#) wie folgt berechnen, z.B. (Frequenz 16 (1962) S.469-477) EMI11.1 Aus dieser Beziehung geht hervor, dass die Gruppenlaufzeit nicht nur von der Kreuzgliedreaktanz XK, sondern gleichzeitig von deren Ableitung nach der Frequenz abhängt. Um zu zeigen, dass die Einhaltung der eingangs angegebenen Gleichung (2) zu einstellungsunabhngigen Fixpunkten tF=t(7F) der Laufzeit bei den vorgegebenen Referenz frequenzen #F# führt, wird die immer in Produktform darstellbare Kreuzglied-Reaktanz XK(! entsprechend (2) formal zerlegt in das Produkt derjenigen Nullstellenklam mer (#ê- #êF#), die der betrachteten Referenzfrequenz entspricht und in eine dadurch definierte multiplikative Restfunktion XK*#(#), die selbst keine Reaktanzfunktion mehr ist. Zur Bestimmung der Laufzeit t(8F) werden die Produkt form (2) der Kreuzglied-Reaktanz und deren erste Ableitung nach der Frequenz EMI11.2 in (1 ) eingeseszW EMI11.3 Die Interpretation von (4 ) liefert folgende Aussage Damit die Laufzeit tF# bei einer vorgegebenen Referenzfrequenz F konstant und damit unabhängig von den Einstellungen des variablen Laufzeitentzerrers ist, sind folgende Bedingungen zu erfüllen: 1) Die Kreuzglied-Reaktanz xK(?) oder die Kreuzglied Suszeptanz YK(9 weist bei der vorgegebenen Referenz frequenz 7FQ einsteilungsunabhängig eine Nullstelle auf. 2) Die nach dem Wegstreichen der Nullstellenklammer in (2) verbleibende multiplikative Restfunktion XK*#(#) ist bei der Referenzfrequenz 7Fç einstellungsunabhängig konstant. Mit diesen Bedingungen ist gleichzeitig ein Phasenfixpunkt verbunden, da wegen der durch b(#) = 2 arctan XK(#) gegebenen Abhängigkeit der Betriebsphase b(4) von der Kreuzgliedreaktanz jXK(?) nach der eingangs genannten Literaturstelle in der Zeitschrift "Frequenz",1962, eine Nullstelle der letzteren einen Phasenwert von 2# oder ein Mehrfaches davon zur Folge hat. Zudem verlaufen alle Phasenkurven einstellungsunabhängig mit gleicher Steilheit durch den Phasenfixpunkt, da voraussetzungagemäss die Laufzeit im Fixpunkt einstellungsunabhängig konstant ist. Die Verknüpfung von Laufzeit- und Phasenfixpunkt wird durch die Tatsache augenscheinlich, dass die Laufzeitbeziehung t(T) durch Differentiation der Phasenbeziehung (4b) entsteht. Soll der Allpass mehrere Fixpunkte tF erzeugen, so muss die entsprechende Kreuzgliedreaktanz die vorerwähnten Bedingungen bei allen vorgegebenen Referenzfrequenzen also erfüllen. Technisch besonders vorteilhafte Lösungen, bei denen die Erfüllung der oben genannten Bedingungen immer gewährleistet ist, sind dann gegeben, wenn die vorstehend für Fig.2 und Gleichung (2) gegebenen Erläuterungen berücksichtigt werden. Zum Beweis der obigen Aussagen wird die in Produktform vorliegende Festreaktanz xF(X) die verabredungsgemäss bei der vorgegebenen Referenzfrequenz tFv eine Nullstelle aufweist, entsprechend (2) formal in das Produkt aus der Nullstellenklammer (#ê-#êF#) und einer multiplikativen Restfunktion XF*#(#) aufgeteilt und die Kreuzglied Reaktanz XK(#) als Parallelschaltung von Fest- und Steuerreaktanz dargestellt: : EMI13.1 Die erste Ableitung von XK(#) ) bezüglich der Freauenz ergibt für EMI13.2 EMI13.3 Das Einsetzen von (5) und (6) in die Laufzeitformel (1) rührt zum Ergebnis EMI13.4 Da einerseits die verabredungsgemäss bei =)Fç auftretende einstellungsunabhängige Nullstelle der Festreaktanz XF(#) wegen der Parallelschaltung von Fest- und Steuerreaktanz auch eine einstellungsunabhängige Nullstelle der Kreuzgliedreaktanz XK(#) ist und andererseits die Restfunktion XF( als Teil der als fest definierten Festresktanz xF(7) für 7=7Fç einen konstanten Wert besitzt, erhält man für alle Einstellungen der in (7) nicht mehr auftretenden Steuerreaktanz x5(X) den gleichen Laufzeit wert tFV bei # = #F#: es handelt sich also um einen Fix- punkt. Zur Gewinnung weiterer Gesetzmässigkeiten ist es sinnvoll, die Laufzeit nach Gleichung (1) direkt auf die Parallelschaltung von Fest- und Steuerreaktanz anzuwenden - ohne die Festreaktanz als Produkt einer Nullstellenklammer und einer Restfunktion darzustellen. Zur Vereinfachung werden die Frequenzabhängigkeiten im folgenden nicht gesondert angeschrieben; @ bedeutet die Differentiation nach der Frequenz. Unter Berücksichtigung oer getroffenen Vereinbarungen ergibt sich EMI14.1 mnd über (1) die Laufzeit zu EMI14.2 Die Laufzeit tF# bei der #. Referenzfrequenz#F#, bei aer voraussetzungsgemäss die Festreaktanz eine Nullstelle aufweist EMI14.3 ist dann durch die einfache Bezienung EMI14.4 gegeben. Die Laufzeit ist demnach bei den Nuilstellenfrequenzen der Festreaktanz unabhängig von der Steuerreaktanz. Aus dieser Erkenntnis resultiert die praktische Erkenntnis, dass bei allen Einstellungen der veränderbaren Steuerreaktanz XS(#) die diskreten Laufzeitwerte tF# bei den Re ferenz frequenzen #F# unverändert bleiben -Fixpunkte-, wenn nur die Elementewerte der Festreaktanz XF(S) konstant gehalten werden. Die absoluten Laufzeitwerte tF# werden allein durch die Ableitung der Festreaktanz EMI15.1 bestimmt. Zu einer besonders übersichtlichen und vorteilhaften Darstellung gelangt man durch die Aufteilung der n Null stellen aufweisenden Festraktanz xF( in n parallelgeschaltete elementare Teil-Fixreaktanzen xFv( < ) mit jeweils nur einer Nullstelle, wie dies in Fig.3 schematisch angedeutet ist. Es ist dann eine eindeutige Zuordnung zwischen einer Referenzfrequenz und der entsprechenden Teil-Festreaktanz gegeben. Es ist leicht einzusehen, dass Gleichung (11) auch für jede Teil-Festreaktanz XF (#) alleine gilt: EMI15.2 weil bei gleichem Rechengang die n-l restlichen. Teil-Festreaktanzen IP#(#), # = 1... -1, +1...n, deren Reaktanznullstellen nicht bei t= tFu liegen, formal bei dieser Frequenz der Steuerreaktanz zugeordnet werden können, die nach (11) keinen Beitrag für tFp liefert. Durch die konsequente Anwendung von Gleichung (11) kann nunmehr in leicht durchschaubarer Weise jede elementare Teil-Festreaktanz so festgelegt werden, dass sich ein vorgegebener Absolutwert tFu als Fixpunkt bei der Referenzfrequenz einstellt. Im folgenden Abschnitt wird dies an den bereits früher erwähnten Beispielen mit einem (Fig.4) und zwei Fixpunkten (Fig.5) verdeutlicht. Als einfachste Festreaktanz XF() mit einer Reaktanznullstelle mF ist ein Serienschwingkreis geeignet: EMI16.1 EMI16.2 entsprechend td2) (15) oder entnormiert : EMI16.3 Ist die absolute Laufzeit im Fixpunkt bei der Frequenz f = fF. als # = t- vorgegeben, so ist die Induktivität des Serien schwingkreises als LF 0,25.RB.#F (Kreuzgliedreaktanz) (17) festlegen und die Schwingkreiskpazität ergibt sich zu EMI16.4 Diese Verhältnisse sind unabhängig von einer parallel liegenden Steuerreaktanz x5( , die keine Nullstelle bei =F aufweisen darf, sonst jedoch beliebiger Natur sein kann. Im einfachsten Fall besteht die Steuerreaktanz z.B. aus einer variablen Kapazität c5. In Fig.4 sind für dieses Beispiel Laufzeitkurven dargestellt. Damit sich bei der Referenzfrequenz fF=140MHz die einstellungsunabhängige Gruppenlaufzeit XF=lOns ergibt, wird nach (17) die Induktivität (Kreuzglied) zu LF=125nH bestimmt; die Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises LF, CF beträgt fF=140MHz. Die als Steuerreaktanz fungierende Parallelkapazität C5 wurde - in der Schaltung des Darlington-Allpasses nach Fig.4a von 2,5pF bis 15pF in Stufen von 2,5pF variiert (LF=250nH). Wie Fig.4 weiterhin zeigt, verlaufen alle entsprechenden Laufzeitkurven durch den Punkt #F=10ns, fF=140MHz; es handelt sich also um einen Fixounkt. Die in den Fig.4a und 4b dargestellten Schaltungen sind theoretisch gleichwertig. Laufzeitentzerrer mit zwei Fixpunkten sind ebenfalls möglich. Wird die Festreaktanz der z.B. in Fig.4b angegebenen, einen Laufzeit-Fixpunkt erzeugenden Schaltung um einen Serien-Schwingkreis erweitert (Fig.5), so ergeben sich gemäss der Neuerung 2 Fixpunkte der Laufzeit, wie dies die ebenfalls in Fig.5 gezeigte Schar von Laufzeitkurven erkennen lässt. Im Beispiel wurden folgende Schaltungsparameter gewählt: Ra = Rb = 50 # LF1 = LF2 = 50nH CS = 1.....30pF fF1 = 100 MHz , fF2 = 180 MFz #F1 = #F2 = 8 ns ("- Fixpunkte nach (16)) Eine Betrachtung der Laufzeitsteilheit dt/d7 im Fixpunkt XF,tFergibt folgendes. In manchen Anwendungsfällen besteht neben der Forderung eines Laufzeit-Fixpunktes tF bei einer Referenzfrequenz #F auch der Wunsch nach einer vorgebbaren Laufzeitsteilheit EMI17.1 die entweder von der. Ein stellung ces Entzerrers unasnangig - also konstant - sein soll oder gerade durch die Entzerrereinstellung variiert werden soll. Zur Synthese entsprechender Schaltungen ist eine Aussage über den Zusammenhang zwischen Laufzeitsteilheit k, Fest reaktanz XF(#) und Steuerreaktanz XS(#F) nötig. Die Berechnung der Laufzeitsteilheit K im Fixpunkt#F, tF erfolgt folgendermassen. Die Steilheit der Gruppenlaufzeit wird durch Differenzieren des Ausdruckes (10) nach der Frequenz gewonnen (Abkürzungen: )einfache Ableitung nach der Frequenz, })zweifache Ableitung nach der Frequenz). EMI18.1 Da vereinbarungsgemäss die Festreaktanz xF im Fixpunkt den Wert Null aufweist, vereinfacht sich der Ausdruck (19) für die Laufzeitsteilheit im Fixpunkt zu EMI18.2 Die Gleichung stellt einen eindeutigen Zusammenhang zwi schen der Steuerreaktanz XS(#F) zuund den Vorgaben Festreaktanz XF(t) F und Laufzeitsteilheit dar. Die Steuer- reaktanz x5() ist durch die erste und zweite Ableitung der Festreaktanz nach der Frequenz bei 7=F und durch die gewünschte Laufzeitsteilheit K bestimmt: EMI18.3 Dieser Wert liegt im Bereich 0 < XS(#F) # # und kann nicht Null sein, da voraussetzungsgemäss die Steuerreaktanz bei # =#F keine Nullstelle hat. Laufzeitentzerrer mit konstanter Laufzeitsteilheit k in einem Fixpunkt $, tF haben folgende theoretische Bedingungen. Um eine einsstellungsunabhängige Laufzeit steilheit k im Fixpunkt tFX tF zu gewährleisten, muss die Steuerreaktanz einstellungsunabhängig den durch Gleichung (21) gegebenen konstanten Wert xS(tF) annehmen. Realisierende Schaltungen erhält man zum Beispiel 1 wenn die Steuerreaktanz in die Parallelschaltung einer Festreaktanz und einer variablen Reaktanz so aufgeteilt wird, dass diese Festreaktanz bei den geforderten Wert X5(tF) aufweist und gleichzeitig die variable Reaktanz einstellungsunabhängig bei 41=7F eine Unendlichkeitsstelle aufweist. Eine prinzipielle Schaltungsmöglichkeit ist in Fig. 6a angegeben; eine geeignete Schaltungsstruktur geht aus Fig. 6c hervor; 2.) wenn die Steuerreaktanz in die Serienschaltung eines Festanteils und eines variablen Anteils so aufgeteilt wird, dass der Festanteil bei =?F den geforderb4WertXS(#F) aufweist und gleichzeitig der variable Anteil einstellungsunabhängig bei =F eine Nullstelle besitzt. Die prinzipielle Schaltungsmöglichkeit ist in Fig.6b angegeben. Beispiele für Laufzeitentzerrer mit konstanter Laufzeitsteilheit k in einem Fixpunkt #F, tF seien noch erläutert. Zunächst eine Beispielserie für k=O mit einer kurzgeschlossenen Stichleitung als Festreaktanz. In dieser Beispielserie für die Laufzeitsteilheit k=O (horizontale Tangente) wird eine ausgangsseitig kurzgeschlossene Stichleitung mit dem Wellenwiderstand W verwendet, die bei f=140MHz die elektrische Länge b0:1S00 aufweist. Als Allpassschaltung wurde die z.B. in Fig.7 mit angegebene Darlington-Struktur verwendet. Die Steuerreaktanz muss mit k=0'den durch (21) gegebenen Wert aufweisen: EMI20.1 Da sich für XS(#F) der einstellungsunabhängige Festwert oo ergibt, ist als Steuerreaktanz z. B. ein auf t=7F abgestimmter Parallelschwingkreis mit variablem Ls/Cs-Verhältnis geeignet. Die Laufzeit im Fixpunkt errechnet sich nach (11) zu EMI20.2 und in eatnorsierter P= EMI20.3 Die Figuren 7,8,9,10 zeigen jeweils Laufzeitkurven für C5-Einstellungen von 1,10,20,30,40,50 pF. Der von Fig. zu Fig. unterschiedliche Parameter ist allein der Wellenwiderstand W der Fixleitung: Fig. 7: v = 0,5 W = 25 # #F = 7,143 ns Fig. 8: W = 0,75 W = 37,5 # #F = 10,71 ns Fig. 9: W = 1 W = 50 # #F = 14,29 ns Fig. 10: W = 1,5 W = 75 # #F = 21,43 ns Der Vergleich der genannten Figuren zeigt einen grossen Einfluss des Wellenwiderstandes W auf die Form der Laufzeitkurven; alle Kurven verlaufen jedoch bedingungsgemäss mit horizontaler Tangente durch den Fixpunkt. Eine Beispielserie für kXO mit einer kurzgeschlossenen Stichleitung als Festreaktanz sei ebenfalls besprochen. In Fig.12 ist unter anderem eine Schaltungsstruktur dargestellt, die geeignet ist, nicht nur eine vorgegebene Laufzeitsteilheit k für alle Laufzeitkurven zu realisieren, sondern die darüberhinaus auch die Variation der Laufzeitsteilheit k selbst ermöglicht. Da nach (21) der Wert XS(#F) der Steuerreaktanz die Laufzeitsteilheit k in #F tF bestimmt - wobei XS(#F) = oo im Falle der kurzgeschlossenen Stichleitung als Festreaktanz einer horizontalen Tangente entspricht - muss nur dafür Sorge getragen werden, dass die Steuerreaktanz bei #=#F - unbeeinflusst von variablen Elementen - positive und negative Werte zur Änderung des Vorzeichens der Tangente annehmen kann. Ein solcher Zweipol ist beispielsweise ein in der Grundstellung (horizontale Tangente) auf die Referenzfrequenz fF abgestimmter Parallelschwingkreis. Durch Anderung.der Schwingkreiskapazität nach kleineren und grösseren Werten lassen sich je nach Wunsch positive oder negative Reaktanzwerte verschiedener Grösse einstellen, die dann für die Laufzeitsteilheit im Fixpunkt nach Richtung und Grösse verantwortlich sind. Die in Fig.11 für C,r5; 15; 30 pF dargestellte Laufzeitkurven-Serie zeigt anschaulich die entsprechenden Kurvenscharen mit d#/df < 0. d#/df = 0. d#/df > 0. Weiterhin sei noch hingewiesen auf eine Beispielsserie für kJO mit einem Serienschwingkreis als Festreaktanz. Für einen Serienschwingkreis 1F, c als Festreaktanz (Kreuzgliedschaltung) gelten folgende Zusammenhänge: EMI22.1 Soll ein Parallelschwingkreis lo, c0 zur Steuerung der Tangentenste.ilheit im Fixpunkt dienen (Schaltung in Fig.12), so ist dessen Reaktanz für EMI22.2 der oben ermittelten Steuerreaktanz (31) gleichzusetzen. Hieraus erhält man die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises zu EMI22.3 bzw. die Laufzeitsteilheit aus den Schaltungsele@enten ru EMI22.4 Nach Gleichung (33) kann also die Resonanzfrequenz y, bei gewählter Induktivität lo so bestimmt werden, dass die gewünschte Laufzeitsteilheit k im Fixpunkt realisiert wird. Gleichung (35) gibt die Beziehung für die entnormierte Laufzeitsteilheit K in ns/MHz wieder: EMI23.1 Für die in Fig.12 gezeiqten Laufzeitkurven wurde LO=LF angenommen; für die horizontale Tangente ergibt sich dann: f0=125,220MHz und Co=12s5pF. In Fig.12 sind Laufzeitscharen für die Fälle C0=2,5; 12,5:30pF dargestellt. Für die entsprechenden Laufzeitsteilheiten im Fixpunkt erhält man mit Hilfe von Gleichung (35) C0 = 2,5 P2; f0 = 280,000 MHz ; K = - 0,5908 ns/'Ez C0 = 12,5 PF ; f0 = 125,220 Mhz ; K = 0 ns/MHz C0 = 30 PF; f0 = 80,829 MHz ; K = + 1,034 ns/MHz, wenn berücksichtigt wird, dass der in Fig.12 mit LF=129,2nH gegebene Wert der Festkreisinduktivität wegen der Umrechnung auf die Kreuzgliedschaltung in (35) mit 2 multipliziert werden muss. Ein Laufzeitentzerrer mit variabler Laufzeitsteilheit -im Fixpunkt ergibt sich folgendermassen. Die Laufzeitsteilheit k im Fixpunkt wird nach (20) durch den Wert der Steuerreaktanz XS(#F) eingestellt. Um eine definierte Variation von k zu gewährleisten, muss die Steuerreaktanz eine entsprechende Frequenzab hängigkeit aufweisen. Als Beispiel möge die in Fig.4 wiedergegebene Da-stellung dienen. 7 Patentansprüche 12 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Laufzeitentzerrer mit stetig oder stufig veränderbarer Laufzeitcharakteristik und einem bzw. n (n=1,2,3..) Fixpunkten der Laufzeit, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in an sich bekannten Grundschaltungen von Laufzeitentzerrern mit verschwindender oder endlicher, aber konstanter Betriebsdämpfung die laufzeitbestimmende Kreuzgliedreaktanz (XK) in ihrer Schaltungskonfiguration und in ihrer Bemessung derart gewählt ist, dass sie bei den Frequenzen der Fixpunkte F einstellungsunabhängig sowohl einen konstanten Wert als auch einen konstanten Differentialquotienten bezüglich der Frequenz f aufweist. 2. Laufzeitentzerrer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der konstante Reaktanzwert den Wert Null hat. 3. Laufzeitentzerrer nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die laufzeitbestimmende Kreuzgliedreaktanz (XK) aufgeteilt ist in die Parallelschaltung bzw. die Serienschaltung einer Festreaktanz VF(T) mit n Reaktanznullstellen bzw. Raaktanzpolen, die bei allen Einstellungen des Laufzeitentzerrers konstant bleibt und einer Steuerreaktanz V5(7), die Schaltelemente mit veränderbaren Werten zur Variation der Laufzeitcharakteristik enthält, und dabei die n Reaktanznullstellen bzw. die n Reaktanzpole der Festreaktanz bei denjenigen n Referenzfrequenzen liegen, bei denen Fixpunkte der Laufzeit auftreten, und der absolute Wert eines Laufzeitfixpunktes (fF) durch die erste Ableitung der Fixreaktanz (XF) nach der Frequenz (f) bei der aktuellen Referenzfrequenz - unabhängig von der Steuerreaktanz (x5) bestimmt ist. 4. Laufzeitentzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass die Festreaktanz (XF) mit n Nullstellen bzw. n Polen in die Parallelschaltung bzw. die Serienschaltung von m > l Teil-Festreaktanzen aufgespalten ist. 5. Laufzeitentzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass die Festreaktanz mit n Nullstellen bzw. n Polen in die Parallelschaltung bzw. die Serienschaltung von n Teil-Festreaktanzen mit je einer Nullstelle bzw. einer Polstelle aufqespalten ist. 6. Laufzeitentzerrer nach einem der vorherqehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass der Wert der Steuerreaktanz (X5) bei einer Referenzfrequenz (Frequenz eines Fixpunktes) durch die bei dieser Frequenz vorschreibbare Laufzeitsteilheit und die erste und zweite Ableitung der gewählten Festreaktanz (XF) nach der Frequenz bei der aktuellen Referenzfrequenz festqeleqt ist. 7. Laufzeitentzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h q e k e n n z e i c h n e t dass auch Abschnitte von Übertragunqsleitunqen in die laufzeitbestimmende Kreuzgliedreaktanz (XK) einbezogen sind.

Inventors: PFITZENMAIER, GERHARD, DR.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: H04B3
IPC codes: H04B3