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Système de transmission à fréquences porteuses avec compensation des phases.
Dans la transmission de courants de signaux, par exemple dans la téléphonie, la télégraphie d'images, etc.... à l'aide de courants porteurs, il peut arriver, par suite de la dépendance entre la mesure phasique et la fréquence, que des déformations de genre particulier soient produites et se manifestent sous forme d'une in- fluenée spéciale sur l'amortissement entre les parties de bas.se fréquence, des deux côtés. Cet "amortissement apparent" des signaux transmis par les courants porteurs, amortissement dépendant de la fréquence, existe même 'lorsque l'amortissement est pratiquement indépendant de la fréquence pour un courant sinusoidal dans la portée de,fréquences en question.
Ces déformations se distin- guent des déformations dues à des processus d'oscilla- tiôn de contraction, qui doivent être attribuées à la
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dépendance de fréquence de la mesure phasique, du fait qu'elles existent même à l'état d'oscillation de contrac- tion. Elles constituent une singularité particulière des systèmes de transmission à fréquences porteuses, et sont dues à ce que les fréquences partielles (fréquences por- teuses et fréquences de bande latérale) d'un signal su- bissent des déphasages différents, et .se combinent en conséquence à la fin du système d'autre manière qu'au commencement.
D'après la présente invention ces déformations peuvent, dans la transmission avec des fréquences porteu- ses, être réduites ou supprimées au moyen d'une influence correspondante sur la dépendance entre.le déphasage et la fréquence. Dans ce but, les angles dé phase sont mo- difiés par des dispositifs de réseau déphaseurs dans la partie de fréquences porteuses du système de transmission de manière que les temps de marche, qui correspondent ap- proximativement à la dérivation de l'angle,phasique sui- vant la fréquence, sont, dans la portée de fréquence dont il s'agit, une fonction rectiligne de la différence entre la fréquence considérée et la fréquence porteuse.
Dans la description de l'invention,'on étudiera pour la simplicité le cas dans lequel la fréquence por- teuse h est modulée avec une seule'basse fréquence n.
Dans ce cas, il se produit une oscillation qui doit être considérée comme un mélange de trois oscillations, dont 'l'une comporte la fréquence porteuse h, tandis que les deux autres ont les fréquences h + n et h - n.
Si on considère l'image momentanée de ce mé- lange d'os'cillations, telle qu'elle pourrait par exemple être enregistrée par un oscillographe, elle apparaît com- me une oscillation avec la fréquence porteuse h, dont l'amplitude varie avec la fréquence n, et cette image est d'autant plus distincte que la fréquence porteuse est plus élevée par rapport à la basse fréquence modulante.
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La courbe de bord est une courbe sinusoïdale avec fré- quence n, dont l'amplitude correspond à l'amplitude du courant modulant.
Mais l'image change en général de manière con- sidérable lorsque l'oscillation mixte est envoyée à tra- vers-Un système électrique à forts déphasages, auquel cas les fréquences h n, h et h + n subissent des dé- phasages différents, même lorsque pour ces trois fréquen- ces les amortissements sont parfaitement égaux. Si les déphasages pour les trois fréquences sont dans l'ordre de succession a1'a2' un changement de ce genre se
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produit toujours lorsque a. - Êl n'égale pas a3 - 2' c'est-à-dire lorsque les déphasages des fréquences de bande latérale ne sont, par rapport à la fréquence por- teuse, pas égales en sens opposé.
Ces, conditions peuvent être représentées au moyen d'un diagramme vecteur. Si on imagine par exemple le vecteur de tension a3 de l'oscillation porteuse comme ,étant fixe, les vecteurs de tension des deux oscillations de bande latérale peuvent être réprésentés comme vecteurs avec amplitudes il et c2 égales l'une à l'autre, et tournant avec la fréquence -n et + n par rapport aux vecteurs fixes.
Pour un temps zéro adopté arbitrairement, le vecteur é comporte alors par rapport à c3$ c2 le dépha-
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sage ay - 2' et le vecteur 1 le déphasage !l - 2 (fig. 1). Comme les deux vecteurs 13 et c1 tournent, à partir de cette position initiale, en sens opposé à des vitesses égales, ils se combinent pour chaque instant en un vecteur c qui comporte la direction de la bissec- trioe, 2 de l'angle entre leurs positions initiales,
tandis que sa longueur varie dans le rythme de la fré- quénce n Si cetto bissectrice d'angle w tombe sur le vecteur 2' la modulation se manifeste sous forme d'une fluctuation purement sinusoïdale de l'amplitude du
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vecteur c2 entre les deux amplitudes limites c2 + c1 + c3 et c2 c1- c3 Ceci est le cas'pour l'onde à modula- tion sinusoïdale qui est imprimée initialement au système de transmission.
Mais si la bissectrice forme un angle avec la direction c2 le vecteur d'ensemble c atteint enco- re la valeur maximum c + c3' mais le vecteur d'ensemble s de toutes les trois oscillations partielles change sa longueur entre une petite valeur maximum et une grande valeur minimum (fig. 2).
Dans 1'image momentanée du mélange de fréquen- ces, telle qu'elle pourrait de nouveau être enregistrée par un oscillographe, l'amplitude de la courbe de bord à la fin du système de transmission semble réduite par rap- port à l'amplitude de la courbe de bord.au début de ce système, même lorsque les amplitudes des trois oscilla- tions partielles sont transmises (amorties ou amplifiées) dans le même rapport. Cette réduction relative de l'am- plitude de la courbe de bord agit donc comme si 1!onde porteuse était dès le début moins commandée qu'elle ne l'est effectivement et se manifeste en conséquence de mê- me manière qu'une augmentation de l'amortissement entre l'organe de modulation de basse fréquence (par exemple le microphone) et le récepteur de basse fréquence {par exem- ple le téléphone).
Mais comme ce phénomène ne dépend pas en réalité de l'amortissement, mais du déphasage dans le système de transmission, il a été appelé "amortissement apparent".
La fig. 3 représente, à titre d'exemple, le cours de l'amortissement apparent b en Neper comme fonction des basses fréquences qui sont transmises à la fréquence de circuit.porteur h = 8000 par un câble téléphonique fortement pupinisé de 500 km de longueur., Dans les trois fréquences désignées par des 'verticales , en pointillé, les ondes fondamentales sont étouffées.
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De plus) le diagramme de la fig. 2 permet de se rendre compte que la courbe de bord est déformée. Lors- que le vecteur ± oscille au delà du zéro P, l'amplitude du vecteur s passe par un minimum sm. Il en résulte que la courbe de bord reçoit des ondes supérieures et n'est plus sinusoïdale. Lorsque w1 est perpendiculaire à c2 la courbe de bord ne contient plus la fréquence n, mais seulement des harmoniques plus hauts. La fréquence de signal n à transmettre est complètement étouffée.
D'après la présente invention ces perturbations peuvent être supprimées si on a soin que la bissectrice w ou w' de l'angle déterminé par a3 a2 eta1 - a2 tombe dans la direction de 0 2 En conséquence il suffit de rendre ces deux,différences égales. Ceci peut se faire, de même que dans le 'rétablissement des phases servant à la suppression des processus d'oscillation de contraction, par augmentation différente des angles de phases pour les différentes fréquences dans la portée de fréquences en question. Mais les conditions ne sont pas les mêmes que dans la suppression des processus d'oscillation de con- traction.
Dans ce dernier cas, il s'agit de faire de l'an- gle de phase' a une fonction linéaire de la fréquence de circuit ce , de sorte que les temps de marche t pour les fréquences en question, qui sont donnés approximati- vement par le quotient différentiel de l'angle de phase d'après le temps, deviennent à peu près constants. Pour le but de la présente invention, il suffit que les diffé- rences des angles de phases a3 - a2 et a2 -a1 soient rendues égales dans la portée de fréquences employée.
Si, par exemple, la courbe 1 de la fig. 4 représente la dépendance entre l'angle de phase dans la partie de 'fréquence porteuse du système de transmission et la fréquence de circuit #,. on a pour les fréquences h -n, h, et h + n, les angles de phase donnés par les ordonnées des points A, C, E. Dans ce cas, les distances
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AB et DE sont inégales. Mais on peut augmenter les an- gles de phase de manière à obtenir la courbe pointillée 2, dans laquelle les différences des ordonnées des points C' et B' et des points E' et C' sont égalés.
Si tel est le cas pour toutes les fréquences entre les limites h,- E1 et h + #1' les, perturbations mentionnées '.disparaissent dans la transmission de toutes les basses fréquences entre zéro et #1 à l'aide de la fréquence porteuse h.
Dans la portée de fréquences considérée, la cour- be 2 est symétrique au point C'. Ceci est une expres- sion simple pour la dépendance de fréquence de l'angle de phase, requise par l'invention.
A l'encontre de la compensation phasique servant à supprimer les processus d'oscillation de contraction, il n'est pas nécessaire que la courbe 2 se rapproche dans la mesure du possible d'une ligne droitè. Pour obtenir une compensation des phases on pourrait établir par exem- ple la courbe 3, qui se rapproche de très près d'une droite et qui en conséquence suffit à la condition pour la suppression des processus d'oscillation, et comporte la symétrie requise d'après la présente invention. Mais l'établissement de la courbe 2 pourra se faire plus fa- cilement que celui de la courbe 3. Pour la compréhension, on a prévu la fig. 5 qui indique les temps de marche t pour les trois courbes de phase de la fig. 4.
Comme les temps de marche sont donnés pratiquement par da/d#, il s'agit de modifier la courbe 1 des temps de marche du système de transmission initial, de manière 'qu'elle soit symétrique aux droites d'ordonnées pour la fréquence por- teuse h.
Ceci est le cas pour la courbe 2 qui représen- te environ le quotient différentiel de la courbe 2 de la fig. 4. Dans ce cas, les temps de marche sont pratique- ment constants pour la portée de fréquence en question.
Or on sait que la dépense pour lesmoyens de compensation
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phasique correspond à l'aire entre la courbe de temps de marche initiale et la courbe déplacée, c'est-à-dire que la dépense,pour l'établissement de la courbe 2 correspond àl'aire ha'churée s'étendant du haut à gauche vers le bas à droite, et que la dépense pour l'établissement de la courbe, 3, à partir de la courbe 2, correspond à l'aire hachurée s'étendant d'en bas à gauche vers le haut à droi- te sur la fig. 5. On voit donc que l'établissement de la courbe, 2 peut se faire à une dépense moindre que celui de la courbe 3.
Si l'on veut non seulement supprimer les pertur- bations décrites, mais aussi réduire la dures des proces- sus d'oscillation de contraction, il est avantageux d'éta- 'blir tout d'abord une courbe symétrique (conformément aux courbes 2.) par des déphasages dans la partie de fréquence porteuse du système, et de procéder au complément phasique ultérieur par des déphasages dans les parties de basse fréquence du système de transmission. Cette manipre de procéder est réalisable et avantageuse car, ainsi que le montre la fig. 5, les deux fréquences de bande latérale doivent recevoir dans ce cas les mêmes déformations momen- tanées, ce qu'on peut obtenir par retardement de la basse 'fréquence avant ou après la modulation à l'aide de moyens plus simples.
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Carrier frequency transmission system with phase compensation.
In the transmission of signal currents, for example in telephony, picture telegraphy, etc. with the aid of carrier currents, it can happen, as a result of the dependence between the phase measurement and the frequency, that deformations of a particular kind are produced and manifest themselves in the form of a special influence on the damping between the low frequency parts on both sides. This "apparent damping" of the signals transmitted by the carrier currents, frequency dependent damping, exists even when the damping is practically frequency independent for a sinusoidal current in the range of frequencies in question.
These deformations are distinguished from deformations due to processes of oscillation of contraction, which must be attributed to the
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frequency dependence of the phase measurement, since they exist even in the state of oscillation of contraction. They constitute a particular peculiarity of carrier frequency transmission systems, and are due to the fact that the partial frequencies (carrier frequencies and sideband frequencies) of a signal undergo different phase shifts, and are therefore combined. at the end of the system other than at the beginning.
According to the present invention these deformations can, in transmission with carrier frequencies, be reduced or eliminated by means of a corresponding influence on the dependence between the phase shift and the frequency. For this purpose, the phase angles are modified by phase-shifting network devices in the carrier frequency part of the transmission system so that the on-times, which approximately correspond to the derivation of the angle, are phasic. depending on the frequency, are, in the frequency range in question, a rectilinear function of the difference between the frequency considered and the carrier frequency.
In the description of the invention, the case in which the carrier frequency h is modulated with a single low frequency n will be studied for simplicity.
In this case, an oscillation occurs which should be regarded as a mixture of three oscillations, one of which has the carrier frequency h, while the other two have the frequencies h + n and h - n.
If we consider the momentary image of this mixture of oscillations, such as it could for example be recorded by an oscillograph, it appears as an oscillation with the carrier frequency h, the amplitude of which varies with the frequency n, and this image is all the more distinct the higher the carrier frequency is compared to the low modulating frequency.
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The edge curve is a sinusoidal curve with frequency n, the amplitude of which corresponds to the amplitude of the modulating current.
But the picture usually changes considerably when the mixed oscillation is sent through an electrical system with strong phase shifts, in which case the frequencies hn, h and h + n undergo different shifts, even when for these three frequencies the depreciation is perfectly equal. If the phase shifts for the three frequencies are in the order of succession a1'a2 'a change of this kind occurs.
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always occurs when a. - E1 does not equal a3 - 2 ', that is to say when the phase shifts of the sideband frequencies are not equal in the opposite direction to the carrier frequency.
These conditions can be represented by means of a vector diagram. If, for example, we imagine the voltage vector a3 of the carrier oscillation as being fixed, the voltage vectors of the two sideband oscillations can be represented as vectors with amplitudes il and c2 equal to each other, and rotating with the frequency -n and + n with respect to the fixed vectors.
For an arbitrarily adopted time zero, the vector é then comprises with respect to c3 $ c2 the shift
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sage ay - 2 'and vector 1 the phase shift! l - 2 (fig. 1). As the two vectors 13 and c1 rotate, from this initial position, in the opposite direction at equal speeds, they combine for each instant into a vector c which comprises the direction of the bisection, 2 of the angle between their initial positions,
while its length varies in the rhythm of the frequency n If this angle bisector w falls on the vector 2 'the modulation manifests itself in the form of a purely sinusoidal fluctuation of the amplitude of the
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vector c2 between the two limit amplitudes c2 + c1 + c3 and c2 c1- c3 This is the case for the sine modulated wave which is initially imparted to the transmission system.
But if the bisector forms an angle with the direction c2 the set vector c still reaches the maximum value c + c3 'but the set vector s of all three partial oscillations changes its length between a small maximum value and a large minimum value (fig. 2).
In the momentary image of the mixing of frequencies, as could again be recorded by an oscillograph, the amplitude of the edge curve at the end of the transmission system appears reduced relative to the amplitude. of the edge curve at the start of this system, even when the amplitudes of the three partial oscillations are transmitted (damped or amplified) in the same ratio. This relative reduction in the amplitude of the edge curve therefore acts as if the carrier wave were from the start less controlled than it actually is and consequently manifests itself in the same way as an increase. of the damping between the low frequency modulating member (eg the microphone) and the low frequency receiver (eg the telephone).
But since this phenomenon does not actually depend on the damping, but on the phase shift in the transmission system, it has been called "apparent damping".
Fig. 3 represents, by way of example, the course of the apparent damping b in Neper as a function of the low frequencies which are transmitted at the circuit frequency. Carrier h = 8000 by a strongly pupinized telephone cable of 500 km in length., In the three frequencies designated by vertical dashes, the fundamental waves are muffled.
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In addition) the diagram of fig. 2 allows to realize that the edge curve is distorted. When the vector ± oscillates beyond zero P, the amplitude of the vector s passes through a minimum sm. As a result, the edge curve receives higher waves and is no longer sinusoidal. When w1 is perpendicular to c2 the edge curve no longer contains the frequency n, but only higher harmonics. The signal frequency n to be transmitted is completely suppressed.
According to the present invention these disturbances can be suppressed if care is taken that the bisector w or w 'of the angle determined by a3 a2 eta1 - a2 falls in the direction of 0 2 Consequently, it suffices to make these two differences equal. This can be done, as in the restoration of the phases serving to suppress the processes of oscillation of contraction, by different increase of the phase angles for the different frequencies in the frequency range in question. But the conditions are not the same as in the suppression of the processes of contraction oscillation.
In the latter case, it is a question of making the phase angle 'has a linear function of the circuit frequency ce, so that the running times t for the frequencies in question, which are given approximately then by the differential quotient of the phase angle over time, become roughly constant. For the purpose of the present invention, it is sufficient that the differences in the phase angles a3 - a2 and a2 - a1 are made equal in the frequency range employed.
If, for example, the curve 1 of FIG. 4 shows the dependence between the phase angle in the carrier frequency part of the transmission system and the circuit frequency # ,. we have for the frequencies h -n, h, and h + n, the phase angles given by the ordinates of the points A, C, E. In this case, the distances
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AB and DE are unequal. But we can increase the phase angles so as to obtain the dotted curve 2, in which the differences of the ordinates of the points C 'and B' and of the points E 'and C' are equal.
If this is the case for all frequencies between the limits h, - E1 and h + # 1 'the mentioned disturbances' disappear in the transmission of all low frequencies between zero and # 1 using the carrier frequency h.
In the frequency range considered, the curve 2 is symmetrical at point C '. This is a simple expression for the frequency dependence of the phase angle required by the invention.
In contrast to the phase compensation serving to suppress the processes of oscillation of contraction, it is not necessary that the curve 2 approximates as much as possible to a straight line. To obtain phase compensation, we could, for example, establish curve 3, which comes very close to a straight line and which consequently suffices for the condition for the suppression of the oscillation processes, and has the required symmetry d 'after the present invention. But the establishment of curve 2 can be done more easily than that of curve 3. For understanding, FIG. 5 which indicates the running times t for the three phase curves of FIG. 4.
As the running times are given practically by da / d #, it is a question of modifying the curve 1 of the running times of the initial transmission system, so that it is symmetrical to the ordinate lines for the port frequency. teuse h.
This is the case for curve 2 which represents approximately the differential quotient of curve 2 in FIG. 4. In this case, the on-times are practically constant for the frequency range in question.
Now we know that the expenditure for the means of compensation
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phasic corresponds to the area between the initial walking time curve and the displaced curve, that is to say that the expenditure, for the establishment of curve 2 corresponds to the hatched area extending from the top to the left down to the right, and that the expenditure for the establishment of the curve, 3, from curve 2, corresponds to the hatched area extending from the bottom left to the top right- te in fig. 5. It can therefore be seen that the establishment of curve, 2 can be done at a lower expense than that of curve 3.
If one wishes not only to suppress the disturbances described, but also to reduce the harshness of the processes of oscillation of contraction, it is advantageous to first establish a symmetrical curve (according to curves 2 .) by phase shifts in the carrier frequency part of the system, and to proceed with the subsequent phase complement by phase shifts in the low frequency parts of the transmission system. This procedure is feasible and advantageous because, as shown in FIG. 5, the two sideband frequencies must in this case receive the same momentary distortions, which can be achieved by delaying the low frequency before or after the modulation using simpler means.
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