ADJUSTABLE DELAY TIME EQUALIZER HAVING A PARABOLIC COURSE OF THE GROUP DELAY TIME

Abstract: 1. Adjustable delay time equalizer having a parabolic course of the group delay time, consisting of two mutually decoupled (v = 1) Darlington B elements (1; 2) with capacitance-controlled (c1 ; c2 ) series resonant circuits (l1 , c1 ; l2 , c2 ), characterized in that the parabolic equalizer (P) is followed by an additional Darlington B element (3), the delay-time-determining reactance of which consists of a series resonant circuit (l3 , c3 ; Figure 5a) and the level of the crest S of the parabolic is controlled by means of the variability of the series resonant circuit inductance (l3 ), or the delay-time-determining reactance of which consists of a parallel resonant circuit (lp , cp ; Figure 5b) and the level of the crest (S) of the parabolic is controlled by means of the variability of the parallel resonant circuit capacitance (cp ).

Description: Einstellbarer Laufzeitentzerrer mit parabelartigem Verlauf der Gruprenlaufzeit Die Erfindung betrifft einen einstellbaren Laufzeitentzerrer gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. In Nachrichtentibertragungssystemen, wie z.B. Satellitensystemen, werden einstellbare Laufzeitentzerrer benötigt, deren Gruppealaufzeit in Abhangigkeit von der Frequenz nach Art einer achssymmetrischen Parabel der auch nicht ganzzahligen Ordnung m verläuft und bei denen eine Ver änderbarkeit der Parabelöffnung bei gleichzeitiger Erhaltung der Parabelordnung m und wenigstens näherungsweiser Fixierung des Parabelscheitels erreicht werden muss; die Betriebsdämpfung der Laufzeitentzerrer soll in Abhängigkeit von der Frequenz möglichst konstant sein. Es ist z.B. durch den Aufsatz V.A. Polukhin, V.S. Putrin "Adjustable Phase Equalizer", Teleco=unications, Vol. 24, No. 7, 1970 bekannt, dass einstellbare Laufzeit-Parabel Entzerrer durch die Kettenschaltuzig zweier Allpass-3-Glie- der - in der Praxis vorzugsweise durch die entkoppelte Kettenschaltung zweier sogenannter Darlington-Entzerrer (vgl. Fig. 1) realisiert - dadurch verwirklicht werden können, dass in der erwähnten Darlington-Realisierung der Serienschwingkreis li, c1 so bemessen ist, dass das Laufzeitmaximum dieses ersten Laufzeitgliedes frequenzmässig unterhalb der Paoabel-Symmetrieachse zu liegen kommt und in entsprechender Weise der Serienschwingkreis 12, c2 so bemessen ist, daX das Laufzeitmaximum dieses zweiten Laufzeitgliedes frequenzmässig oberhalb der Parabel-Symmetrieachse zu liegen kommt. Für die Werte der Schaltelementwerte ist auch in den folgenden Figuren eine an sich bekannte Frequenznormierung bzw. eine Wlderstandsnormie- rung vorgenommen. Die Einstellbarkeit der Parabelöffnung wird bekanntermassen so vorgenommen, dass der Elementewert des einstellbaren Kondensators c1 vergrössert wird und synchron dazu der Elementewert des einstellbaren Kondensators c2 verkleinert wird, wodurch eine Verschiebung des frequenzmäBig unteren Laufzeitmaximums nach tieferen Frequenzen hin und gleichzeitig eine Verschiebung des fre quenzmäBig oberen Laufzeitmaximums nach höheren Frequenzen hin bewirkt wird. Die Folge ist eine Laufzeitparabel mit einer flacheren Öffnung als vorher, wie dies z.B. in Fig. 2 dargestellt ist. Nachteilig bei diesem Verfahren wirkt sich aus, dass sich das absolute Niveau des frequenzstabilen Parabelscheitels in Abhängigkeit von der eingestellten Parabelöffnung ändert, wie dies ebenfalls z.3. aus Fig. 2 hervorgeht. Zur wenigstens näherungsweisen Fixierung des Parabelscheitels werden deshalb in der bekannten Praxis mindestens 2 bzw. 2n (n = 2,3...) weitere Darlington-B-Glieder mit Serienschwingkreisen vorgesehen, deren Wirkungsverhalten ebenfalls symmetrisch zur Parabelachse verläuft und deren Zweck ausschliesslich in einer parabelöffnungsabhängigen Niveauregulierung des Parabelscheitels besteht. Der am Gesamtaufwand des Entzerrers orientierte Schaltungsanteil für die näherungsweise Konstanthaltung des Parabelscheitels ist deshalb unangemessen gross. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Entzerrerschaltungen anzugeben, bei denen die Fixierung les Parabelscheitels mit erheblich geringerem Aufwand möglch ist und es wird bereits durch Zuschalten von nur einen: Darlington-B- Glied erreicht, dass der Laufzeit-Parabelscheitel näherungsweise konstant gehalten wird. Gemäss der Erfindung erfolgt die Lösung dieser Aufgabe nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist im Anspruch 2 angegegeben. Anhand von Ausftihrungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigen in der Zeichnung, Fig. 1 eine aus zwei entkoppelten Darlington-B-Gliedern bestehende, bekannte Schaltung eines einstell baren Laufzeitparabelentzerrers, Fig. 2 das LaufzeitSwerhalten eines durch die Schaltung nach Fig. 1 realisierten einstellbaren Laufzeit parabelentzerrers; aufgetragen ist die Laufzeit t in Abhängigkeit von einer normierten Frequenz #, Fig. 3a für 2 verschiedene Parabelöffnungen ein typisches Laufzeitverhalten eines AllpaB-B-Gliedes, Fig. 3b eine Kreuzgliedschaltung eines Allpass-B-Gliedes, Fig. 3c die Pol-Nullstellenverteilung der Dämpfungs funktion eines Allpass-B-Gliedes, Fig. 4 a,b,c das Laufzeitverhalten eines AllpaB-B-Gliedes bei Anderung der Parameter als Beispiel, Fig. 4a die Referenzkurve filr ein entnormiertes Beispiel, bei dem die Induktivität L = 100 nH, die Kapa- zität C = 12 pF und der Betriebswiderstand R3 = 50 Ohm ist, Fig. 4b die Veränderung der Laufzeit bei Änderung der Serienschwingkreiskapazität um + 10 %, Fig. 4c bei Anderung der Seriensc > -wingkreisinduRtivität um + 10 % und konstantem C die Änderung der Lauf zeit, Fig. 5a ein erfindungsgemässes Schaltungsbeispiel mit einem zusätzlichen AllpaD-B-Glied, bei dem die Niveauregulierung des Laufzeit-Parabel-Scheitels durch Einstellen einer veränderbaren Serien schwingkreisinduktivität erfolgt, Fig. 5b ein weiteres erfindungsgemässes Beispiel bei dem die Niveauregulierung des Laufzeit-Parabel-Schei tels durch Einstellung einer Parallelschwing kreiskapazität erfolgt. In Fig. 1 ist dem Grundkonzept nach nochmals eine Schaltung dargestellt, wie sie aus dem einleitend bereits erwähnten Aufsatz "Adjustable Phase Equalizer" bekannt ist. Diese Schaltung besteht aus einem ersten Darlington-3 Glied 1, dem über einen Entkopplungsverstärker mit dem Verstärkungsfaktor 1 (v = 1) ein zweites Darlington-B Glied 2 nachgeschaltet ist. Der Vollständigkeit halber ist die Spannungsquelle u0 mit ihrem normierten Innenwiderstand r = 1 mitgezeichnet. Wegen der Widerstandsnormierung ist auch der Abschlusswiderstand mit r = 1 bezeichnet. Die Darlington-B-Glieder bestehen in an sich bekannter Weise je aus einem Differentialübertrager, der mit dem ohmschen Widerstand r = 2 überbrückt ist, und einem Serienresonanzkreis aus einer einstellbaren Kapazität c und der Induktivität 12 bzw. aus einer einstellbaren Kapazität c2 und der Induktivität 12 im Querzweig. In Fig. 2 ist nun das Laufzeitverhalten t in Abhängigkeit von einer normierten Frequenz Q aufgetragen, wobei zu erkennen ist, dass der Parabelsoheitel bei der normierten Frequenz < 0 liegt; der ausgenutzte Frequenzbereich ist durch den mit A und B bezeichneten Pfeil kenntlich gemacht Durch die nach oben bzw. nach unten zeigenden Pfeile neben den Paramesrn c1 bzw. c2 eoll folgendes zum Ausdruck kommen: Die Steuerung der Parabelöffnung wird durch die Vergrösserung der Kapazität c1 und die synchrone Verkleinerung der Kapazität c2 erreicht. Nachteilig ist bei dieser bekannten Methode jedoch, dass eine parabelöffnungs abhängige Niveauverschiebung des Parabelscheitels bei der Frequenz < 0 erfolgt, wie dies in Fig. 2 ebenfalls zum Ausdruck kommt. In Fig. 3a ist das typische Laufzeitverhalten eines All paB-B-Gliedes dargestellt und zwar ist die Laufzeit t in Abhängigkeit von der normierten Frequenz # aufgetragen. Erkennbar ist, dass bei einer Frequenz max eine maximale Laufzeit tmax auftritt. In Fig. 3b ist wiederum erkennbar, die Spannungsquelle U mit dem Innenwiderstand r = 1, ebenso der Abschlusswiderstand r = 1. Diese Schaltungsdetails wurden bereits anhand von Fig. 1 erläutert. In der Schaltung von Fig. Db ist jedoch zum raschen Verständnis die bekannte allgemeine Kreuzgliedschaltung eines AllpaB-B-Gliedes gezeichnet. Im oberen Längszweig befindet sich ein Serienresonanzkreis, der aus einer Spule 1 und einem Kondensator c besteht. Im Diagonalzweig befindet sich ein Parallelresonanzkreis, der aus einer Spule lp und einer Kapazität cp besteht. Die gestrichelte Linie im zweiten Diagonalrweig macht kenntlich, dass auch dort der gleiche Parallelresonanzkreis geschaltet sein muss, genauso wie die gestrichelte Linie im unteren Längsrareig kenntlich macht, dass dort genau der gleiche Serienresonanzkreis wie im oberen Längszweig geschaltet sein muss. Die Bemessung der Schaltele- mente erfolgt zweckmässigerweise aus den Nullstellenlagen (in Fig. 3c als kleine Kreise dargestellt) und aus den Pollagen (in Fig. 3c als Kreuzchen dargestellt) der entsprechenden Dämpfungsfunktion, die in der komplexen g(p) Ebene durch Realteil oc, Imaginärte.il ss und Absolutbetrag Y gekennzeichnet sind. Das typische Laufzeitverhalten eines Allpass-B-Gliedes gemäss Fig. Db ist in Fig. 3a dargestellt. Charakteristisch ist ein bei der normierten Frequenz rmax gelegenes Lauf zeitmaximum mit der absoluten H6he tmax Beide Werte ls- sen sich durch den Realteil &alpha; und den Imaginärteil ss bzw. durch den Absolutbetrag EMI6.1 der Nullstellenpara meter des Hurwitzpolynoms g(p) ausdrücken wie dies z.B. aus der Literaturstelle "Frequenz" 16, 1962, S. 469-477, (R. Anal, K. Antreich, "Zur Realisierung von Reaktanz-All pass-Schaltungen") bekannt ist. In bekannter Weise ist die Dämpfungsfunktion D(p) des Allpass-B-Gliedes definiert (Fig. 3c) durch: EMI6.2 Ober die nach der vorgenannten Literaturstelle bekannten Dimensionierungsvorschriften für die Kreuzgliedelemente gemäss Fig. 3b EMI6.3 können die kennzeichnenden Grössen des Laufzeitmaximums direkt aus den Schaltelementen berechnet werden: EMI6.4 Wie bereits einleitend angedeutet, bewirkt die Variation der Schwingkreiskapazität c eines dllpaB-B-Gliedes bzw. Darlington-B-Gliedes eine grössere Verschiebung der Fre quenz max des Laufzeitmaximums als eine entsprechende Änderung der Schwingkreisinduktivität 1. Der Beweis ftir diese Aussage ist zu führen, wenn der Quotient aus den halbrelativen Empfindlichkeiten von max bezüglich c und 1 EMI7.1 gebildet und dabei festgestellt wird, dass dieser auf Jeden Fall grösser als 1 sein muss, da er sich als Quotient der Summe und der Differenz Jeweils gleichartiger Terme darstellt. Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass in entsprechender Weise eine Variation der Schwingkreisinduktivität 1 eine grdBere Niveauverschiebung des Laufzeitmaximums tmax hervorruft, als eine entsprechende Änderung der Schwingkreiskapazität c. Es lässt sich zeiten dass ftlr EMI7.2 (1 > 0,4 c) der Quotient aus den halbrelativen Empfindlichkeiten von tmax bezüglich 1 und c EMI7.3 grosser als 1 ist. Das erfindungsgemässe Prinzip wird weiterhin am Beispiel eines Allpass-B-Gliedes mit den entnormierten Elementewerten L = 100 SE, C t 12 pF des Serienschwingkreises verdeutlichN Fig. 4a zeigt die entsprechende Laufzeitkurve im Frequenzbereich f = 100 MEz...180 MEz. Das Lauf zeitmaximum #max #8,2 ns liegt bei f #140 MHz. In Fig. 4b ist die entsprechende Kurve jeweils für eine Änderung der Schwingkreiskapazität C um +10 % und um -10 % dargestellt mit L - const. Es ist zu erkennen, dass als Folge eine Frequenzverschiebung des Laufzeitmaximums nach tiefen bzw. haken Frequenzen hin auftritt, wobei sich der Absolutwert des Laufzeitaximmms Cmax kaum ändert. Dieser max Effekt wird zur Steuerung der Laufzeitparabelöffnung verwendet. Im Gegensatz hierzu ergibt sich bei einer Änderung der Schwingkreisinduktivität L um +1Q % bzw. -10 % (C = const) eine kräftige Beeinflussung des Absolutwertes max des Laufzeitmaximums bzw. des Laufzeitwertes bei der betrachteten Mittenfrequenz, wie dies aus Fig. 4c hervorgeht. Gemäss der Erfindung ist entsprechend Fig. 5a ein im beschriebenen Sinn bemessenes Allpass-B-Glied 3 (Darlington B-Glied 3) gut zur Laufzeitniveauregulierung S z.B. in Bandmitte geeignet, wenn es insbesondere entkoppelt den beiden parabelö ffnungsbe stimmenden (P) Allpass-B-Gli edern 1,2 (Darlington-B-Gliedern 1,2) in Kette nachgeschaltet wird. Die an und für sich meist geringe, Jedoch unerwünschte Frequenzabhängigkeit der Laufzeit des nachgeschalteten Allpass-B-Gliedes 3 (Darlington-B-Gliedes 3) kann wenigstens näherungsweise durch Elementekorrekturen der beiden parabelo ffnungsbe stimmenden B-Glieder 1,2 (Darlington-B-Glieder 1,2) aufgefangen werden. Um die an Hand der Fig. 4, insbesondere Fig. 4c, geschilderten Vorteile zu erzielen, muss im Darlington-B-Glied 3 von Fig. 5a mit dem Serienresonanzkreis aus dem Kondensator c3 und der Spule 13 die Einstellung der Laufze: t durch An- der: der Spule 13 erfolgen. Eine ftfr die Laufzeit- & veauregelung besonders vorteilhalte Schaltung eines Allpass-B-Gliedes 4 (bzw0 Darlington B-Gliedes 3) ergibt sich gemäss Fig. 5b aus der an sich bekannten Möglichkeit, die beiden Brückenreaktanzen eines AllpaB-B-Gliedes bei unverändertem Laufzeitverhalten gegenseitig austauschen zu können. Der bisher betrachtete Serienschwingkreis (13, C3) als Brückenreaktanz geht dadurch in die bezüglich des Abschlusswiderstandes duale Schaltung über, nämlich ein Parallelschwingkreis aus der Spule lp und den Kondensator cp und die Rolle der Niveauregulierung für max fällt nunmehr der Kapazität cp des Parallelschwingkreises zu. In diesem Fall konnen, wie eine entsprechende, mit drei Darlington-B-Gliedern' 1,2,3 ausgestattete Gesamtschaltung in Fig. 5b zeigt, alle Einstellelemente c1, c2, cp - sowohl zur Steuerung der Laufzeitparabelöffnung (c1, c2), als auch zur Niveauregulie ruag (cp) des Parabelscheitels S - in technisch günstiger Weise einheitlich durch einstellbare Kondensatoren bzw. durch spannungsgesteuerte Kapazitätsdioden realisiert werden. 2 Patentansprüche 5 Figuren

Claims: Patentanprüche 1. Einstellbarer Laufzeit-Entzerrer mit parabelartigem Verlauf der Gruppenlaufzeit, bestehend aus zwei voneinan- der entkoppelten (v = 1) Darlington-B-Gliedern (1,2) mit kapazitätsgesteuerten (cl, c2) Serienschwingkreisen (l1, cl, 12, c2), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Parabel-Entzerrer (P) ein zusätzliches Darlington Glied (3) nachgeschaltet ist, dessen laufzeitbestimmende Reaktanz aus einem Serienschwingkreis (13, c3) besteht und die Niveauregulierung des Parabelscheitels S durch die Ver änderbarkeit der Serienschwingkreisinduktivität (13) erfolgt (Fig. 5a), oder dessen laufzeitbestimmende Reaktanz aus einem Parallelschwingkreis (1 , c ) besteht und die p p Niveauregulierung des Parabelscheitels (S) durch die Ver änderbarkeit der Parallelschwingkreiskapazität (cp) erfolgt (Fig. 5b). 2. Entzerrer 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 die Entkopplung der einzelnen Glieder (1,2,3) über Verstärker mit dem Verstär- kungsfaktor 1 (v - 1) erfolgt.

Inventors: PFITZENMAIER, GERHARD, DR.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1985
Main classification: H04B3
IPC codes: H04B3, H03H7