<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES ELECTRIQUES DE SIGNALISATION
L'invention, qui concerne des systèmes de signalisation, oonvient particulièrement pour les hautes et très hautes fréquences et il est au moins aussi efficace que les systèmes utilisés à pré- sent, tout en étant d'un prix d'installation et d'entretien beaucoup inférieur. Les systèmes de signalisation utilisés jusqu'à présent,
<Desc/Clms Page number 2>
particulièrement les systèmes téléphoniques, ont été oonstruits et installés avec un grand degré d'exactitude, demandant une grande précision dans la fabrication et dans l'entretien, ainsi que la nécessité d'effectuer beaucoup d'ajustements et de mesures.
On a généralement admis qu'afin de rendre commercialement intéressantes les installations à câbles coaxiaux, un câble de pe- tit diamètre devait être adopté. Cela résulte du fait que le prix du câblé est le prix le plus important dans le système. Cependant un tel câble a une atténuation relativement grande pour des fréquen -ces d'un ou plusieurs mégaoyoles, comme par exemple une atténuation de l'ordre de 6 db pour mille (1 Km 609) à 2 Mo/s pour un câble de 10 m/m. Comme il ne semble pas reoommandable d'utiliser des ni- veaux de plus que 50 à 60 db. en-dessous du niveau envisagé, et com- me des niveaux de plus que quelques db. au-dessus de ce niveau se- raient difficiles à obtenir pour de simples répéteurs, une ohute d'en- viron 60 db. par section répétitrice a été considérée.
Cela limite la longueur d'une telle section à environ 10 milles (16 Km 090) poux une fréquence maximum de 2 Mo/s et à une longueur inférieure moin- dre pour les plus hautes fréquences utilisées en télévision. Des câbles à longue distance ont un nombre considérable de répéteurs en tandem, et les conditions au point de vue de la stabilité, de la dé- formation et des bruits perturbateurs, seront très sévères. De plus, une attention particulière doit être prise pour arranger l'instal- lation de manière telle que la rupture d'un tube répéteur n'inter- rompe pas tout le service. Cela exige des répéteurs de réserve et même un câble de réserve. Les répéteurs doivent être pourvus d'ar- rangements pour maintenir le niveau constant indépendamment de la température ou des variations dans le tube.
Même si un servioe sa- tisfaisant peut être obtenu, toutes ces conditions exigent une fabri -cation d'un prix relativement élevé pour les répéteurs et pour les équipements correspondants, ainsi qu'un entretien plus oompliqué.
Dans beauooup de systèmes de signalisation utilisés à pré- sent, un nombre plutôt grand de répéteurs est employé, comme l'équi- valent de transmission doit en général être oonstant dans des limitas
<Desc/Clms Page number 3>
très restreintes , il est alors nécessaire pour le gain de chaque répéteur, ou pour le gain d'une série de répéteurs, d'être mainte- nu dans des limites de variations qui sont très faibles, ce qui conduit à utiliser des appareils coûteux et compliqués à chacune de ces stations répétitrices. Non seulement des changements de gain accidentels dans les répéteurs doivent être évités, mais aussi des changements dans les équivalents de circuits des sections du câble par suite de variations dans la température, ou bien pour toute autre cause.
En second lieu, non seulement des variations dans le ni- veau doivent être empêchées, mais aussi des changements dans les propriétés de déformations des sections des câbles , sans quoi il est impossible de corriger la déformation totale à la station répé -titrice par un réseau déterminé queloonque.
Un des buts de la présente invention est donc de surmon- ter les difficultés mentionnées oi-dessus par des méthodes plus fa- cilement réalisables et d'un prix de revient moins élevé que les méthodes existantes, et cela en convertissant les signaux devant être transmis en des signaux d'une nature spéciale, ce qui permet l'emploi comme répéteurs de dispositifs de forme simple et robuste dont les détails sont donnés dans la description suivante.
D'une manière générale, suivant la présente invention, les répéteurs sont choisis d'un type tel que leur amplitude maximum de l'énergie fournie reste pratiquement constante malgré les variati- ons,dans les limites prescrites, des amplitudes maximums de l'é- nergie reçue.tandis que la forme d'onde phonique ou autre devant être transmise est convoyée par un, type de signal tel que la non-linéarité dans les caractéristiques d'amplification inhérentes à la forme des répéteurs, produit une déformation négligeable dans la forme d'onde finale reçue par l'équipement récepteur.
Suivant une des formes de réalisation de l'invention, une modulation de fréquence ou de phase d'une fréquence porteuse est utilisée en conjonction avec un répéteur du type décrit ci-dessus.
On sait qu'une' déformation d'amplitude considérable peut être
<Desc/Clms Page number 4>
appliquée à une onde porteuse ayant l'une ou l'autre de ces for- mes de modulation sans provoquer de déformation appréciable dans l'énergie fournie finale. Ce fait est utilisé dans le présent arran- gement d'une manière nouvelle en appliquant un ou deux de ces types de modulation à une onde porteuse devant être transmise par le sys -tème envisagé, comme par exemple un câble, contenant des répéteurs qui déforment en amplitude en limitant les énergies fournies maxima.
Suivant une autre forme préférée de l'invention, la forme d'onde devant être transmise est accompagnée par une série d'impul- sions d'une ou de plusieurs amplitudes à l'énergie fournie du trans. metteur, de durée constante ou variable, chaque impulsion étant apé- riodique dans une direction du courant ou aans les deux directions du courant, ou bien comprend un train d'onde de rréquenoe porteuse.
De plus, on prévoit des répéteurs pour ces impulsions, desquels les énergies maximums ou de pointe sont pratiquement constantes bien que les voltages reçus soient dans des limites prédéterminées.
Un autre aspect de l'invention envisage les moyens de l'ap -pliquer à des systèmes de communication concernant une large bande de fréquences, ou alternativement à des systèmes concernant une ban- de comparativement étroite,mais dans laquelle des limites très pré- cises de variations de phase et/ou d'amplitude aux différentes fré- quences doivent être maintenues. Un exemple du premier de ces arran -gements est le cas d'une transmission simultanée d'un grand nombre de conversations téléphoniques ou d'un ou plusieurs chemins de télé -vision. Dans ces arrangements des largeurs de bandes de plusieurs mégaoyoles sont fréquement utilisées.
Précédemment, pour éviter des inégalités sérieuses dans les caractéristiques de transmission aux extrémités de la bande de fréquences, on employait ordinairement en plus des chemins à fréquence phonique ou des chemins de télévisi- on au moins deux chemins pilotes,un pourchaque extrémité de la rangée de fréquences, ces chemins étant arrangés de manière à amener une compensation automatique pour des changements du gain dans la largeur de la bande entière. Comme ces appareils de compensation doivent être appliqués non seulement à la station réceptrice mais
<Desc/Clms Page number 5>
aussi à deux ou trois stations répétitrices, la dépense qui en résulte et la complication de l'arrangement sont considérables.
En effet, quatre tubes répéteurs ou plus, chacun avec ses appareils associés-, doivent souvent être utilisés en ces points répétiteurs .
Une complication semblable des appareils a d'abord été employée dans' le cas de bandes plus étroites mais exigeant des limites par- ticulièrement précises de travail. Suivant l'invention, les diffi- -cultés dans ces cas sont réalisées par l'emploi d'appareils répé- titeurs qui sont plus simples, moins coûteux et plus facilement ré -alisables. En général, seulement un élément amplificateur actif est requis. La solution préférée consiste dans l'emploi d'impul- .sions ainsi qu'il est expliqué précédemment, chaque impulsion ou groupe d'impulsions représentant (suivant une loi prédéterminée) la caractéristique momentanée (par exemple l'amplitude) de la forme d'onde d'un chemin de communications ou d'un groupe de chemins de communications.
Dans le cas d'une opération multiplex, l'impulsion ou le groupe d'impulsions représentant chaque chemin ou chaqae grou- pe de chemins se trouve à des intervalles réguliers, ces intervalles étant aussi courts qu'une période de la fréquence la plus haute dans le chemin ou le groupe de chemins envisagés. Pour un fonctionnement par simple chemin ou par chemins multiples,les énergies fournies des répéteurs consistent en des impulsions ayant des voltages bien dé- finis et des formes d'ondes indépendamment des énergies reçues dans les limites de travail. Cela se rapproche en réalité plus de la na- ture de simples relais tels que ceux utilisés en télégraphie, que de ture , la nature des amplificateurs quantitatifs ordinaires.
Donc, une dé- formation quelconque dans la forme d'onde ayant lieu dans le milieu transmetteur, sera corrigée automatiquement à chaque station répéti- trice et sans l'emploi d'appareils auxiliaires.
Suivant un autre fait caractéristique de l'invention se rap- portant à l'emploi d'une forme de dispositif conforme aux conditi- ons ci-dessus mentionnées, un répéteur est réalisé de manière à être capable de fonctionner dans les deux directions sans produire de
<Desc/Clms Page number 6>
phénomènes de chant, et par une légère modification additionnelle de ce répéteur, un supprimeur d'écho est obtenu à chaque station répétitrice sans devoir utiliser d'appareils supplémentaires quel- conques.
Par les arrangements décrits, une facilité très grande est fournie pour l'introduction de tubes amplificateurs de réserve ou pour des unités complètes de réserve en des points répéteurs. Jus- qu'à présent on rencontrait des difficultés considérables dans l' emploi de tels systèmes. Par exemple une condition très importante est d'éviter qu'un groupe complet de circuits ne soit mis hors ser -vice par suite de la destruction d'un tube . Un simple remplaoe- ment d'un élément amplificateur par un tube de réserve donne lieu à des difficultés, car il n'est pas facile d'assurer le même gain aux deux tubes dans le circuit. Le fait de commuter automatiquement un tube de réserve ou un répéteur de réserve quand une faute se produit, introduit une difficulté supplémentaire du fait des oon -taots de relais.
Ces difficultés ont été considérées jusqu'à pré -sent comme si importantes que dans plusieurs cas on a préféré ins- taller un câble compet de réserve avec ces répéteurs, ce qui cons -titue une solution très coûteuse.
La présente invention permet de surmonter complètement les inconvénients ci-dessus mentionnés. La méthode de substituer un tube amplificateur ou un répéteur complet est maintenant libre de toute objection car le changement dans l'énergie fournie par le répéteur de 3 db. ou plus, dû à des défauts d'un tube, ne produit aucune différence à l'énergie fournie par le répéteur suivant aussi longtemps que ce niveau réduit est encore suffisant pour actionner ce dernier.
Donc, en chaque point répéteur un ou plusieurs tubes ou répéteurs de réserve peuvent être connectés en parallèle et d'une manière telle que tous les tubes ou éléments de répéteurs peuvent âtre faoilement enlevés pour des essais, et replacés. comme les répéteurs sont, en plus, de forme simple et robuste, leur prix peut être maintenu très bas, ce qui permet l'emploi d'éléments de réserve sans entraîner des frais considérables.
<Desc/Clms Page number 7>
D'autres avantages résultant de l'emploi de l'invention apparaissent mieux de la description détaillée suivante de quelques appareils utilisés. On peut constater en particulier l'emploi de répéteurs dits "répéteurs synchrones" pour la transmission de fré- quences porteuses de l'ordre de 10,000 mégacycles ou plus, à tra- vers des espaces libres ou à travers des guides diélectriques,pour lesquels aucun moyen direct d'amplification n'était connu jusqu'à présent.
La figure 1 montre une forme de répéteur bloqué convenant quand une modulation de fréquence ou de phase est utilisée. L'appa- reil terminus pour ces formes de modulation étant bien connu, il ne sera pas décrit ici. 'Un tel répéteur oonvient aussi pour une modulation à "impulsion simple" ou à "impulsion double".
La figure 2 montre une deuxième forme de répéteur du type à "déclenchement brusque" convenant soit pour un fonctionnement à "impulsion simple", soit pour un fonctionnement à '?impulsion double"
La figure 3 montre un autre circuit répéteur du type à "déclenchement brusque". Il convient seulement pour un fonctionne- ment à "impulsion double" La durée ainsi que l'amplitude de l'im- pulsion fournie a une valeur déterminée indépendamment de l'onde reçue dans les limites prescrites.
La figure 3a montre un diagramme servant à expliquer le fonctionnement du répéteur du type synchrone.
La figure 4 montre un circuit répéteur R branché sur une ligne L transmettant dans les deux sens.
La figure 5 montre une installation répétitrice agissant dans les deux sens, quelque peu semblable à un système à quatre conducteurs.
La figure 6 se rapporte à une application de l'arrangement de la figure 4 utilisant une valve triade double.
La figure 7 montre un répéteur du type synchrone oonvenant pour un fonctionnement à modulation à "impulsion double", avec une onde porteuse.
La figure 8 montre une variante dè l'arrangement de la figu -re 7 convenant pour des fréquences de 10,000 mégacycles ou même
<Desc/Clms Page number 8>
plus. L'élément actif est un magnétron de la forme dite à temps transitaire.
La figure 9 montre une forme d'équipement terminus oonve -nant pour un fonctionnement avec les répéteurs des figures 7 et 8.
Il peut donner une suppression d'écho automatique du type "Vodas" à tous les points répéteurs du système de transmission.
La figure 10 montre une forme d'équipement terminus pour le fonctionnement de douze chemins sur le principe "distributeur" utilisant un fonctionnement à impulsion double sans onde porteuse (l'équipement pour deux chemins est seulement montré).
La figure 11 montre une installation à répéteurs multiples et est utilisée pour expliquer le fonctionnement dans les deux di- reotions des répéteurs du type synchrone'''.
La figure 12 est un diagramme servant à expliquer le fonc -tionnement du circuit de la figure 10.
Dans le simple répéteur de la figure 1, des ondes porteuses modulées en fréquence ou en phase arrivent d'un câble ou d'une an- tenne par la ligne B. Ces ondes sont survoltées par le transforma- teur C à l'impédance appropriée et appliquées ainsi qu'il est mon- tré à la grille du tube amplificateur A. Au moyen du transformateur E, les signaux amplifiés sont transmis au circuit de sortie F vers une antenne ou un câble.
La résistance D, élevée comparativement à l'impédance de la grille quand celle-ci est positive, d'une manière appréciable, provoque la ooupure brusque des pointes d'entrée positives quand elles dépassent la valeur de la batterie de polarisation G. La va- leur de G est arrangée pour être telle que le tube fonctionne comme un amplificateur de classe B ou de classe C, le gain étant alors assez faible, en l'absence de signaux, pour empêcher le système dans son ensemble de chanter ou de surcharger les répéteurs suivante.
Comme les pointes sont coupées pour les voltages d'entrée dépassant la valeur de G, le voltage de pointe de sortie est pratiquement constant et indépendant de l'énergie reçue dans de larges limites qui sont suffisamment grandes pour prendre en considération les
<Desc/Clms Page number 9>
variations maximums du voltage reçu au circuit d'entrée du sys- tème de transmission considéré.
La valeur minimum de ce voltage d'entrée quand des fluc- tuations ont lieu, est arrangée pour être légèrement en excès à oelle de la batterie G. Donc, l'amplificateur fonctionne toujours sur la partie plate de sa caractéristique en fonction des énergies fournies et reçues. Dans le cas ou le voltage d'entrée est moindre que celui requis pour remplir ces conditions, un ou plusieurs étages supplémentaires d'amplification, utilisant des circuits amplifica- teurs conventionnels, sont placés entre le circuit d'entrée de B et le transformateur C.
Un nombre de modifications possibles du cirouit de la figure 1, donnant une action limitative sur les pointes en même temps qu'un gain réduit en l'absence de signaux, peuvent apparaître immédiatement de ce qui précède,
L'invention n'est pas limitée à une modulation de phase ou de fréquenoe, mais au contraire elle peut trouver son emploi à tout procédé de modulation comprenant l'utilisation d'une onde porteuse.
Dans la transmission d'une onde électromagnétique, quatre variables sont comprises, à savoir : la fréquence, la phase, l'amplitude et le temps. La plupart des systèmes de modulation ordinaire transmettent les ondes de signalisation par des variations de l'amplitude vis-à- du temps, la phase et la fréquence étant maintenues constantes, Les systèmes appelés "modulation par fréquence" transmettent les ondes de signalisation par une variation de la fréquence vis-à-vis du temps, l'amplitude et peut être la phase étant maintenue constante.
Les sys- tèmes appelés "modulation par phase "transmettent les ondes de signa- lisation par des variations de phase vis-à-vis du temps, l'amplitude, et dans certains cas, la fréquence étant maintenues constantes, Le système "modulation par impulsion" transmet les ondes de signalisa- tion par variation d'un intervalle de temps vis-à-vis du temps, l'une quelconque ou plusieurs des variables phase, fréquence et amplitude étant changées brusquement pour indiquer le commencement et la fin de l'intervalle de temps..
En d'autres termes le système "modulation par impulsion" consis-
<Desc/Clms Page number 10>
-te dans la transmission et la réoeption d'un certain nombre d' impulsions, la dernière ayant lieu à une fréquence au moins aussi haute, et normalement plus haute, que la plus haute fréquence dans la forme d'onde devant être transmise. Dans les exemples les plus simples, chaque impulsion a la même amplitude. Dans un fonctionne- ment "à impulsion simple" des impulsions pratiquement rectangulaires sont transmises, la durée de chaque impulsion étant linéairement pro -portionnelle à l'amplitude momentanée de la forme d'onde devant être envoyée. Avec le fonctionnement "à impulsion double" la durée de chaque impulsion est constante et faible comparée aveo l'inter- valle de temps entredes impulsions adjacentes.
Les impulsions sont produites par paires, l'intervalle de tempsentre les membres de chaque paire étant dans ce cas proportionnel à l'amplitude transmise
Comme répéteur pour un tel système, il est donc clair que le circuit de la figure 1 peut être utilisé si on le désire, la cons -tante nécessaire du voltage de pointe de départ, indépendamment de la valeur reçue dans les limites voulues, étant obtenue par ce répéteur. Cependant, le circuit de la figure 1 offre le désavantage de donner une raideur de l'impulsion fournie du front d'onde propor -tionnelle au voltage reçu. Donc, après un certain nombre d'étages répéteurs sous des conditions que le gain de toutes les sections répétitrices sont faibles, les fronts d'ondes des impulsions reçues peuvent être comparativement moins raides que l'impulsion primitive provenant du transmetteur.
Dans de tels systèmes, le rapport des signaux au bruit pour un fonctionnement par chemin unique, aussi bien que l'interférenoe entre chemins quand on utilise le principe de distribution multiple -xe, dépend de la raideur du front d'onde d'impulsion, plus raide étant le front d'onde, plus élevé sera le rapport signal/bruit,et moindre sera le cross talk entre les chemins. Donc, si au réoep- teur le front d'onde de l'impulsion est rendu approximativement moins raide qu'au transmetteur, le rapport signal/bruit et/ou le cross talk peut s'étendre au-delà des limites requises. pour éviter ce fait, l'impulsion fournie par chaque répéteur doit avoir une
<Desc/Clms Page number 11>
raideur de front d'onde oonstante (aussi bien qu'une amplitude de pointe oonstante) d'une valeur au moins aussi élevée que les impulsions primitives envoyées du transmetteur.
Pour atteindre ce but suivant la présente invention, au lieu d'un simple amplificateur comme cela est montré sur la figure 1, un dispositif à déclenchement brusque est utilisé. Les conditions d'un tel circuit sont : (a) une amplitude de pointe de l'énergie four -nie oonstante et indépendante du voltage de l'énergie reçue don- nant l'action voulue (dans les limites de la valeur de l'énergie reçue); (b) pour éviter le phénomène de chant et les bruits, le déclenchement doit être inopérant pour des forces électromotrices appréciablement plus basses que celles de la valeur de l'impulsion minimum ;
(c) la raideur du front d'onde des impulsions fournies à la fois pour le déclenchement et pour le rétablissement, doit être oonstante et indépendante de la forme d'onde reçue ou du voltage reçu dans les limites de ce dernier, et d'une valeur au moins aussi élevée que l'impulsion primitive provenant du transmetteur.
La figure 2 montre une forme de circuit de déclenchement brusque remplissant les conditions précédentes. La triode double A a des interconnexions de chaque plaque à la grille opposée, ainsi. qu'il est montré au dessin. L'effet de ces connexions est de produire un circuit du même type en principe que celui décrit dans la forme élémentaire de la figure Sa, Ce circuit possède deux positions d'é- quilibre stable, une avec le courant plaque de gauche pratiquement à la fréquence de rupture et avec le courant plaque de droite corres -pondant à une tension de grille proche de zéro, tandis que la deu- xième position stable a les conditions ci-dessus inversées très sy- métriquement.
La raison de l'emploi en pratique du circuit de la figure 2 plut6t que celui de la figure Sa, est qu'il n'est pas généralement recommandable commercialement d'employer deux sources séparées de haute tension (comme dans la figure 3a) particulièrement puisque ces dernières varient par rapport à la terre et par conséquent peuvent avoir leur capacité par rapport au sol de valeurs très basses.
<Desc/Clms Page number 12>
Sur la figure 2 une source de haute tension F est utili -sée ayant ses extrémités mises à la terre à travers des condensa- teurs. Un potentiomètre G (d'une valeur faible comparée aux ré- sistances plaques de A) est connecté à travers F avec le curseur (approximativement au point central) connecté au filament et à la terre. De cette manière la moitié de la valeur du voltage de F (une source double du voltage de plaque ordinaire requis ) est uti- lisée pour fournir la plaque de A, et la moitié négative est utili- sée au moyen des résistances D et E pour compenser sur les grilles de A la haute tension qui autrement se produirait. Les résistances B et 0 sont ajoutées pour permettre aux plaques de rester positives tandis que les grilles ont les valeurs négatives faibles correctes.
Pour le but actuel, un voltage négatif supplémentaire H est ajouté à la grille de gauche et est d'une valeur telle que seu- lement la position d'équilibre No. 1 (avec le oourant plaque de gau -che d'une valeur faible et le courant plaque de droite élevé) peut être maintenue en l'absence de voltage reçu de la ligne. Les impul- sions reçues du câble ou de l'antenne à travers la ligne U sont survoltées par le transformateur K pour équilibrer l'impédance de grille, et sont couplées à la grille de gauche par le condensateur L. Ce condensateur de valeur convenable (pour un fonotionnement à simple impulsion) est tel que, en conjonction aveo la résistance de grille effective, la forme d'onde rectangulaire primitive de l'onde soit maintenue à la grille, les impulsions de grille actives étant de signe positif.
L'arrivée d'une impulsion positive à travers L d'amplitude suffisante inverse la position d'équilibre de A, amenant'le circuit à amorcer la position d'équilibre No. 2, la plaque de gauche ayant maintenant le haut courant, et la plaque de droite le courant faible La raideur du front d'onde de l'action modificatrice est pratique- ment indépendante de la forme d'onde de l'impulsion reçue. Elle est proportionnelle d'autre part à la constante de temps résistance- capacité du circuit d'amorçage prise en fonction de la résistance
<Desc/Clms Page number 13>
interne effective du circuit de la plaque du tube lui-même. Aus- sitôt que l'impulsion reçue cesse, le circuit se ramène à la posi -tion No.1, la vitesse de ce rétablissement dépendant encore seu -lement du circuit et non de la forme d'onde de l'impulsion reçue.
La force électromotrice reçue de voltage de pointe moin- dre qu'une valeur déterminée n'a aucun effet sur le circuit à dé- clanohement brusque, cette sensibilité marginale dépendant prin- cipalement du voltage négatif moyen sur les grilles de A. plus éle -vé est ce voltage, moindre est le voltage requis. pour actionner le déolanohement jusqu'à un point ou une double stabilité n'est pas plus longtemps obtenue. Il est aussi clair que la oirouit de la fi -gare 2 est conforme aux trois conditions établies précédemment.
Comme répéteur il est : (a) non actionné par une force éleotromo- trioe en dessous d'un certain voltage de pointe ; (b) il donne une énergie fournie de pointe qui est constante quand il fonctionne en -tièrement; (o) il donne une impulsion de départ ayant une raideur de front d'onde qui est indépendante de oelle des impulsions reçues, qui peut être arrangée pour être aussi élevée que voulu dans des limites raisonnables.
Le circuit de départ de A est pris à travers le tube d'accouplement M au moyem du condensateur N et de la résis- tanoe de découplement P, ainsi qu'il est montré au dessin,
Quoique le circuit de la figure 2 puisse être utilisé oom- me un répéteur pour un fonctionnement à simple et à double impulsioni il sera maintenant décrit une modification de ce circuit qui est plut6t plus avantageux pour ce dernier cas.
Bien que suivant la figure 2 le voltage de pointe et la raideur du front d'onde dans les impulsions fournies soient cons- tants, la durée de ces impulsions n'est pas constante mais est pra- tiquement la même que celle de la forme d'onde reçue. Cette condi- tion est nécessaire pour un fonctionnement à simple impulsion,mais n'est pas requise et est en réalité un désavantage quand on emploie le système à double impulsion où toutes les impulsions doivent être identiques en forme d'onde.
<Desc/Clms Page number 14>
Le circuit de la figure 3 remplit cette nouvelle condi- tion. La résistance C de la figure 2 est remplaoée par le conden- sateur S,et la grille de droite au lieu d'être connectée à l'extré -mité négative de F (figure 2) à travers une résistance D est main- tenant connectée directement à la terre à travers la résistance dé- rivée T e,t un voltage négatif variable R. Donc, dans l'état station -naire, le voltage de la grille de droite peut avoir seulement une valeur, celle de R, qui est normalement faible ou nulle. Même en l'absence de la batterie supplémentaire H, le circuit peut mainte- nant avoir seulement une position d'équilibre stable, position No. l, dans laquelle le courant de la plaque de gauche est faible et celui de droite élevé.
Lors de l'arrivée d'une impulsion positive 'la grille de gauche, le condensateur S permet l'élévation subite du courant dans la plaque de gauche pour amener une inversion momenta- née de l'état d'équilibre du circuit. Ce dernier fait passer comme précédemment à la position No. 2, mais comme le condensateur S ne peut maintenir l'état stable du circuit dans cette nouvelle posi- tion (il est seulement apte à transmettre des battements), le oir- ouit immédiatement après cette élévation se rétablit de lui-même à la position No. 1, et cette dernière action a lieu après un cer- tain intervalle de temps dépendant des constantes du circuit et non de la durée de l'impulsion reçue.
Le circuit de la figure 3 donne donc l'effet voulu pour un fonctionnement à double impulsion; la durée de l'impulsion fournie est contrôlée par un réglage approprié du condensateur S avec les autres constantes du circuit.
Une autre forme, et en général une forme préférée, de oir- cuit répéteur utilisant un générateur d'impulsions synchronisées par des impulsions reçues, est maintenant décrite.Bile convient très bien pour un fonctionnement à double impulsion ou pour un système quelconque dans lequel des impulsions brusques de forme d'onde cons -tante sont utilisées. Ellesera considères ici comme le type "synohro- ne" du circuit répéteur.Elle repose sur la propriété bien connue d'un oscillateur, par exemple un oscillateur à relaxation, se blo- quant lui-même en fonction d'une faible force électromotrice appli-
<Desc/Clms Page number 15>
-quée à sa grille, quand cette force électromotrice a une fréquen- oe du marne ordre que celle de la fréquence naturelle de l'oscilla- teur de relaxation.
Afin d'expliquer plus clairement la fonctionne- ment de ce dispositif, on peut considérer un type quelconque de circuit ayant deux positions plus ou moins symétriques d'équilibre stable. Si un tel dispositif est réglé d'abord exactement à son point d'équilibre neutre, le point milieu entre les deux positions stables, et s'il est ensuite laissé entièrement non soumis au bruit, il restera théoriquement et indéfiniment à son point neutre.
Natu- rellement en pratique le bruit du circuit intrinsèque donnera une faible polarisation dans une direction ou dans l'autre, résultant finalement dans un décalage de la position stable correspondante, mais si au départ une impulsion à courant continu v est appliquée dans la direction de l'une ou l'autre position stable, impulsion pratiquement plus grande que l'impulsion perturbatrice, alors le taux de commutation sera accru. Si le circuit est amorti après un temps t, et si la forme d'onde de commutation est entièrement ex- ponentielle, le voltage de pointe atteint par cette commutation avant l'amortissement sera vekt ou k est l'acoroissement (c.à.d. la diminution négative) de l'action de commutation.
Une amplifica- tion effective de l'impulsion par le facteur ekt est ainsi obtenue, ce facteur pouvant atteindre de très grandes valeurs. Une forme sim- ple du circuit relais symétrique à double stabilité convenable pour le but proposé est montrée sur la figure 3a. Il comprend essentiel -lement une double triode et deux résistances R1 et R2.
Si ce oir- cuit est "amorti" à son équilibre neutre (o.à.d. les deux courants de plaque égaux) à des intervalles réguliers, il réalisera la fonc- tion précédente d'amplificateur d'impulsion, cependant, cela est une variation du circuit de la figure 3 qui pour le but d'un répé- teur synchrone n'exige pas un oscillateur amortisseur appliqué ex- térieurement, et cela est simplement le circuit'conventionnel vibra -teur multiple.
Dans le vibrateur multiple (qui est le circuit de la figure 3a avec des connexions directes entre les plaques et les
<Desc/Clms Page number 16>
grilles opposées remplacées par des connexions à travers des con- densateurs) les deux positions d'équilibre stable, sont changées en deux directions presque stables o.à.d. deux positions dans les- quelles les conditions sont relativement stables pour un temps limi- té. Ce circuit passe automatiquement d'une de ces deux positions à l'autre et vice versa.
Juste avant chaque inversion la condition du circuit peut être décrite comme étant en équilibre presque neu- tre, et l'arrivée d'une impulsion à courant continu pendant cette période du cycle inverseur résulte dans l'inversion suivante ayant lieu plus vite ou plus tard que cela n'aurait lieu dans le cas or- dinaire suivant le signe de l'impulsion. Si le oircuit était amor- ti artificiellement à un intervalle de temps défini après l'arrivée de l'impulsion, les voltages de pointe représentés par la commuta- tion au moment 03 l'amortissement seraientlinéairement proportionnels dans certaines limites à la valeur de pointe de l'impulsion appli- quée, et représenteraient ainsi cette impulsion fortement amplifiée exactement comme dans le cas du circuit relais de la figure 3a.
Dans le circuit vibrateur multiple ordinaire avec l'addition d'amor- tissement il y aura une action amplificatrice intrinsèque sur le princi- pe de super-réaction. Si maintenant on désire utiliser cette action pour fournir une amplification de signaux périodiques avant leur application au répéteur synchrone, on devra ajouter un oscillateur libre après le oircuit à vibrateursmultiples. Mais dans ce dernier cas il y a un oscillateur libre déjà présent, et comme la modulation a lieu non pas sur l'amplitude mais sur la phase des impulsions de signaux, il n'est pas nécessaire d'avoir un amortissage artificiel et il n'y a aucun intérêt d'obtenir pour le procédé de synchronisa- tion une réplique amplifiée des amplitudes de signaux.
Il est seu- lement nécessaire de produire une impulsion amplifiée de voltage de pointe constante à un moment correspondant à celui de l'arrivée des impulsions. Il est aussi clair que le circuit à vibrateurs multiples ordinaire, ou en réalité une forme quelconque d'oscillateur de rela- xation, permet de combiner les fonctions de super-réaotion, d'ampli- ficateur d'impulsions, et d'oscillateur synchronisé d'une manière
<Desc/Clms Page number 17>
idéale par sa qualité de synchronisation par des impulsions de voltage très faibles appliquées.
La figure 6 montre le type vibrateur multiple du circuit répéteur synchrone tel qu'appliqué à un système à câble à impulsion double sans onde porteuse. Il a les avantages d'une construction extrêmement simple et de pouvoir fonctionner dans les deux sens.
En même temps il se oonforme aux trois conditions mentionnées pour le circuit de la figure 3. Une triode double B est associée,ainsi qu'il est montré, avec un circuit vibrateur multiple de la forme ordinaire. Des signaux à impulsion double de signe positif dans le câble A, de l'une ou l'autre direction, sont survoltés par le trans- formateur C et transmis vers l'impédance grille effective du tube pour âtre couplés au-vibrateur multiple par les condensateurs E et F. Quand les impulsions reçues arrivent en un point D, elles sont d'amplitude suffisante (2 volts au moins) et si le vibrateur multi- ple est réglé de sorte que sa fréquence propre est légèrement plus faible que celle des impulsions reçues, l'oscillateur local se blo- quera lui-même aveo ses impulsions en fréquence et en phase.
Alternativement, si cette forme de système à impulsion @ double est utilisée dans laquelle une des paires d'impulsions est refournie au récepteur, la fréquence propre du vibrateur multiple peut être réglée de manière à être légèrement moindre que la moitié de la fréquence d'impulsion telle qu'elle est originalement produi- te au transmetteur. L'oscillateur local se bloque alors avec la première ou la seconde impulsion de chacune des paires originales d' impulsions. Dans l'un ou l'autre cas le réglage est tel qu'un bloca -ge exact reste pendant la modulation des impulsions reçues par la forme d'onde phonique ou autre.
Le voltage de départ au point D, dû à l'action du vibrateur multiple, a naturellement une forme d'onde rectangulaire de la même nature que celle de la modulation à impulsion simple. pour trans- former chaque cycle du vibrateur multiple en une impulsion brusque, ainsi qu'il est requis pour le système à double impulsion, le petit condensateur F et la résistance G sont ajoutés,de valeur telle que
<Desc/Clms Page number 18>
la forme d'onde du voltage au point H est pratiquement la courbe dérivée de la forme d'onde en D.
Pour prévenir aussi les impul- sions négatives qui auraient lieu autrement en H par suite de la deuxième moitié de chaque cycle multi-vibrateur, le reotifioateur K est branohé à travers la résistance G dans un sens tel qu'il of- fre un court-circuit à ses impulsions négatives. Ce réseau oorreo -teur est du même type que celui utilisé dans le transmetteur à impulsion double décrit dans le brevet français 833.929 déposé le 18 Juin 1937 et sa première addition No. 49.159 déposée le 5 Juil- let 1937. Donc, l'action du vibrateur multiple provoque au point H une pointe positive brusque d'une faible fraction d'un oycle d' impulsions après chaque impulsion reçue du câble.
Ces impulsions locales dans le oas pratique peuvént avoir un niveau de 40 db.ou plus, au-dessus de celui des impulsions reçues c.à.d. une amplifi- cation effective de l'ordre de 40 db. ou plus. Du point D l'impul- sion locale amplifiée est appliquée vers l'arrière au câble à tra- vers le marne transformateur C,qui est utilisé pour l'accouplement des impulsions reçues. La manière suivant laquelle est empêchée l'action en retour du répéteur vers le répéteur précédent de la chaîne qui autrement produirait la condition de chant, est expli- quée par la suite.
Une forme simple de répéteur synchrone convenable, pour être utilisée lors d'une modulation à double impulsion (ou autre système comprenant des impulsions brusques d'amplitude et de forme d'onde constantes), cette modulation modulant une onde porteuse à fréquence pratiquement plus haute, est indiquée sur la figure 7. Un signal modulé consiste d'un certain nombre de trains d'ondes de haute fré- quence très courtes.
Suivant les faits de la présente invention, le répéteur synchrone comprend : (a) un amplificateur de ces trains à haute fréquence; (b) un démodulateur à la fréquence de pulsation; (o) un oscillateur libre de forme d'onde aigue actionné par l'éner- gie amplifiée de (b) ; (d), une source de la haute fréquence primi- tive (ou voisine de celle-ci) modulée par l'énergie fournie par
<Desc/Clms Page number 19>
l'osoillateur de (o).
La forme de tels répéteurs sera discutée en détail par la suite. Il sera montré qu'un circuit à super-réaction réglé oonve- nablement aveo un amortissement automatique prévoit une solution satisfaisante et peut être utilisé aveo seulement un tube à vide.
Un circuit répéteur agissant dans les deux sens est mon- tré sous sa forme la plus simple sur la figure 7. une triode A d'une forme convenable pour osoiller à la fréquence porteuse utilisée, est oonneotée comme unnosoillateur au moyen de l'inductance C et du condensateur B. La connexion de grille à haute fréquence est oouplée à travers un condensateur de blocage D et la résistance dé- rivée de grille est formée par deux résistances ± et F en série. Les oscillations à haute fréquence sont faites pour être produites et arrêtées en forme de trains par l'action du.courant de grille en chargeant négativement le condensateur G de la manière bien connue.
La fonotion de M est d'empêcher la haute fréquence d'être court- oirouitée vers la terre par G, et peut donc être remplacée si on le désire, per une réaotanoe à haute fréquenoe. Si le répéteur doit âtre utilisé pour fonctionner en espace libre, le circuit oscillant est couplé ainsi qu'il est montré à une antenne convenable H au moyen de la bobine J. S'il doit fonctionner en connexion avec un câble, J est connecté à ce câble, les impédances étant convenable- ment équilibrées. Ainsi qu'on le sait, un tel oscillateur fonction -nera comme un répéteur à super-réaction amorti d'une manière sem- blable à celle décrite ci-dessus. Le circuit amplifiera donc forte -ment les signaux reçus dans le voisinage de leur fréquence propre.
Le circuit agit, aussi comme un démodulateur pour les signaux ampli- fiés-, Si ces derniers arrivent en forme d'impulsions, une forte oomposante à cette fréquence d'impulsions en résultera. Les condi- tions mentionnées en (a) et (b) sont donc remplies.
Considérant la condition (o) on peut voir que la prévision d'un oscillateur libre de forme d'onde aigue est aussi réalisée dans l'oscillation du circuit, et si ce dernier est réglé pour être dans le voisinage de la fréquence de celle des impulsions de si--
<Desc/Clms Page number 20>
-gnaux , l'amorçage libre aura lieu aveo ce dernier dans certai- nes limites d'amplitude, ainsi qu'il est désiré.
La haute fréquence produite dans le circuit B-C a déjà été réglée pour être approximative à celle de l'onde porteuse reçue.
Donc, à chaque cycle un train de la haute fréquence locale est pro- duit et la condition (d) est remplie. Il en résulte le répéteur synchrone désiré, obtenu dans ce cas en utilisant le type sinusoi- dal normal de super-réaction au lieu du type apériodique décrit précédemment. A ce moment il peut être nécessaire de se référer à un résultat expérimental récent obtenu sur un répéteur du genre montré figure 7. La fréquence porteuse était d'environ 100 méga- cycles et la fréquence de pulsation de l'ordre de 10 kilocycles.
Avec ce réglage un gain répéteur effectif compris entre 50 et 60 db. était mesuré avec stabilité. En regard de la très large bande obtenue, un grand intérêt est maintenant porté sur les possibilités de très hautes fréquences (de l'ordre de 10000 mégacycles et même plus), ces fréquences porteuses étant dans la plupart des cas transmises au moyen de guides diélectriques. Jusqu'à présent aucun moyen pratique n'existait pour répéter de telles fréquences, cela constituant un des obstacles les plus sérieux qui s'opposaient à l'établissement d'un système de transmission sur ces lignes.
Le répéteur synchrone du type montré figure 7 est cependant capable de s'adapter à ces fréquences très élevées et il constitue donc la seule solution pratique du problème. La figure 8 montre unE forme simple d'un tel répéteur pour des fréquences de l'ordre de 10000 mégacycles. A est un type"d'anode solide" d'un tube magné- tron diode oscillant approximativement à la fréquence porteuse des impulsions reçues (système à double impulsion). En série avec la source B à haute tension est placée une résistance C shuntée par un condensateur D.
Avec des valeurs convenables de C et D, et pour des voltages et des constantes satisfaisants alimentant le tube on a trouvé que, aussitôt que des ondes à haute fréquence étaient four -nies, un changement dans le courant plaque a lieu, lequel amène l' établissement d'une charge additionnelle sur le condensateur D qui,
<Desc/Clms Page number 21>
éventuellement, modifie le voltage plaque suffisamment pour ar- râter les oscillations. En réalité, une série de trains d'ondes courtes de fréquence porteuse a lieu exactement comme dans le oir -cuit de la figure 7. Le oirouit de la figure 8 peut donc être uti- lisé comme un répéteur pour ces fréquences porteuses très élevées de la même manière que cela a été expliqué en connexion aveo la figure 7.
Les ondes allant vers le magnétron et venant du magné- tron sont couplées par un seul chemin aveo les ondes dans le guide diélectrique au moyen d'un dispositif approprié.
Une méthode pour utiliser quelques-uns des types précédents de répéteurs synchrones afin d'obtenir une action répétitrice aveo une suppression automatique d'écho à tous les points répéteurs,est maintenant exposée. On considère deux répéteurs synohrones, soit du type à haute fréquence ou du type apériodique, séparés par une distance (câble ou espace libre) telle que la durée du trajet des signaux à travers le chemin est légèrement moindre qu'une période de la fréquence de pulsation. Comme exemple, on peut supposer une distance de 30 Km. et que la fréquence de pulsation est de 8 kilo- cycles; alors la durée du trajet (en supposant l'espace libre) est de 1/10 miliseconde. On suppose le répéteur B de la figure 11 état primitivement en retard sur le répéteur A qui est en phase d'exao- tement 1/10 milliseoonde.
On recevra alors des signaux synchroni- sateurs aux moments de sensibilité maximum comme pour un récepteur à super-réaction. Cependant l'impulsion produite par B arrivera en A 0,2 milliseconde après que ce dernier a produit l'impulsion al- lant vers B dans le premier cas, et 0,25 milliseconde en avance sur la troisième impulsion de A. Cet intervalle de 0,05 milliseconde est assez grand pour empêcher A à ce moment d'être suffisamment près du point de sensibilité comme un répéteur qui doit être affeo -té d'une manière appréciable par cette impulsion de B. Donc, le résultat sera que A contrôle B, mais que B ne contrôle pas A.
Il s'ensuit qu'il s'agit d'une station agissant dans un seul sens,
Cependant, si les conditions initiales sont telles que A retarde de 1/10 milliseoonde après que B est en phase, là situation
<Desc/Clms Page number 22>
est exaotement inversée. B contrôlera alors A, et A n'aura aucun effet sur B.
Le circuit,comprenant les deux répéteurs et le ohe- min de propagation,a en réalité deux positions d'équilibre stable : en une position l'extrémité A est le facteur de contrôle, et dans l'autre c'est B qui effectue ce contrôle, Si maintenant il y a trois répéteurs semblables séparés par deux sections de câble éga- les (ou deux chemins d'espace libre) le répéteur B, qui est,mainte- nant à mi-chemin, est capable de : (a) prendre le contr8le lui-même ou (b) d'être contrôlé soit de A ou de C suivant les relations ini- tiales de phase. Si B retarde 1/10 milliseconde après A, et si C par la même valeur retarde sur B, les signaux passeront de A vers C à travers l'action répétitrice de B.
Si d'autre part B retarde de cette valeur par rapport à C, et A de la même valeur par rapport à B, les signaux peuvent passer dans la direction C-A à travers le ré. péteur B. Chaque répéteur est ainsi capable d'agir dans l'une ou l'autre direction suivant celle de sa position d'équilibre stable qui est en action. Mais il contrôlera seulement dans une direction à la fois. Dès lors, il n'y a aucune possibilité d'écho local au- tour des sections répétitrices. De plus, suivant la position sta- ble qu'il a primitivement, il restera dans cette position jusqu'à ce qu'une perturbation artificielle soit produite par des moyens quelconques.
Un autre fait de la présente invention se rapporte à un moyen convenable pour changer tous les répéteurs d'une position stable à une autre. Parmi les solutions possibles pour un travail sur un seul chemin, par exemple pour une liaison radiophonique à ondes ultra courtes, on peut citer la méthode suivante :
On suppose à titre d'exemple qu'une forme de contrôle "Vodas" est requise symétriquement pour chaque extrémité du chemin de liaison.
Cela fournit le contrôle à l'extrémité de laquelle la parole est produite en supposant qu'elle est produite d'une seule extrémité à la fois, et maintient ensuite le contrôle à cette ex- trémité même après la oessation de la parole à moins que la direc-
<Desc/Clms Page number 23>
-tion des ondes phoniques ne soit inversée.
pour ce but l'équipe- ment terminus transmetteur à chaque extrémité comprend essentiel- lement un seul tube dans le circuit (voir figure 9) toujours exac- , tement semblable au répéteur de la figure 7. Les ondes phoniques de la ligne sont appliquées à une grille auxiliaire à travers le condensateur K shunté par un rectificateur métallique L et une ré -sistanoe M de manière telle que le potentiel moyen (positif) obte- nu par cette grille auxiliaire suit approximativement la valeur de pointe de l'onde phonique reçue. L'effet de cette onde phonique se- ra d'accélérer les trains d'ondes d'amorçage et jamais de les retar / -der en phase ( par exemple la fréquence moyenne: sera accrue).
On suppose que primitivement la liaison transmet des signaux dans la direction E-D-C-B-A, figure 11. Lors de la cessation des ondes phoniques dans cette direction, la parole est alors pro -duite en A. Les ondes phoniques avancent (périodiquement à la fréquence auditive) les phases des impulsions de A. Il en résulte: (a) une perte immédiate du contrôle de B vers A, et (b) aussitôt que l'impulsion de A arrive en B légèrement en avance de celle de C vers B, le contrôle de B passe de C en A et reste ainsi aussi longtemps que la parole provient de A puisque cette parole avance toujours les impulsions de A et ne les retarde jamais.
Immédiatement après cela, aussitôt que l'impulsion de B arrive en C légèrement en avan- ce sur celle de D vers C, le contrôle de C passe semblablement de D en B, et ce procédé oontinue jusqu'à ce que le contrôle total est dans la direction A-B-OD, etc, qui est l'inverse de la condition primitive.
La valeur du front d'onde de l'onde phonique provenant de A, qui'est utilisée dans cette inversion des contrôles avant que ce dernier procédé est achevé, est une fonction du rapport du nom- bre de seotions répétitrices au nombre d'impulsions par seconde, Par exemple, aveo 100 seotions répétitrices un minimum de 100 impul -sions sera requis pour que l'inversion de contrôle soit achevée,et si une fréquence d'impulsion de 100 kilocycles est employée, la du- rée de déformation initiale est ainsi de l'ordre de 1 milliseoonde, en négligeant d'autres sources possibles de déformations dues au
<Desc/Clms Page number 24>
récepteur, causes qui peuvent être largement éliminées par un arrangement convenable.
Quand la parole dans la direction A-B-C-D-E oesse, le contrôle reste dans cette direction jusqu'à ce que la parole soit produite à l'extrémité opposée. Alors le contrôle change une fois de plus de la manière exactement décrite. Il est ainsi évident que les répéteurs synohrones à simple tube inversent automatiquement leur direction de fonctionnement suivant la direction de la parole.
L'un quelconque des types mentionnés ci-dessus de circuits répé- teurs (excepté le type synchrone pour un fonctionnement dans les deux directions) peut être naturellement utilisé dans le cas de chemins multiples, soit pour répéter la forme d'onde d'impulsions représentant l'enveloppe du groupe total des chemins combinés entre eux suivant les méthodes dites à "différence de fréquence " qui sont les méthodes ordinaires dans les systèmes à courant porteur, ou pour répéter chaque impulsion à son tour de chaque chemin d'un groupe de chemins séparés en durée par la méthode distributrice.
Pour réaliser ce résultat, aucun changement essentiel dans la forme du répéteur n'est requis. Il est évident que les impul- sions fournies par les répéteurs seront suffisamment brusques en forme d'onde pour éviter un cross talk appréciable entre les chemins,
Une forme simple d'un appareil terminus convenant pour un fonctionnement de douze chemins sur le principe distributeur utili- sant une modulation à double impulsion, est représentée sur la figu -re 10 (deux ohemins sont seulement montrés équipés).
Les oircuits montrés conviennent particulièrement quand un nombre de groupes de chemins sont actionnés simultanément, comme partie de l'équipement les "synohroniseurs" a et B peuvent en ce cas être utilisés en oom -mun pour tous les groupes.Un avantage de cet arrangement est que les extrémités transmettrices et réceptrices sont identiques à tous pointa de vue.. Un chemin quelconque, indépendamment de tous les autres, peut être amené à passer immédiatement de la condition transmettrice à la condition réceptrice, cela au moyen d'un simple commutateur ou relais, soit automatiquement (sur le principe de
<Desc/Clms Page number 25>
Vodas) par les cinq premiers oyoles de la parole elle-même d'a- près la manière décrite en connexion'avec la figure 9.
C et D sont des vibrateurs multiples de la forme usuelle oscillant à une fré- quence par exemple de 10,000 cycles par seconde dans le cas d'une transmission d'onde phonique. Au moyen du condensateur d'accouple- ment E, une force électromotrice de 10 kilocycles de fréquence et de forme d'onde constante est appliquée à la grille de gauche du tube C. La forme d'onde utilisée est montrée sur la courbe (a) de la figure 12. La première section est approximativement rectangu- laire, cette section s'étendant dans le premier douzième de la pé- riode de 10,000 cycles. Le demi-cycle négatif de cette force élec- tro-motrice appliquée consiste en une impulsion négative brusque (2) se produisant une demi-période après le commencement de la première position (1).
Les constantes de circuit du tube C sont réglées de sorte que le démarrage du demi-cycle positif de l'oscillation du vibra- teur multiple sera toujours synchronisé avec une partie quelconque de la section (1). En l'absence de parole de la ligne 1, dans le- quel cas les potentiels de grille des deux grilles de C sont égaux, la fréquence propre du multi-vibràteur est réglée de manière que la stabilité ait lieu à une phase telle que les demi-cycles positifs commencent au point (3b) qui est le point oentral de la partie (1).
Cependant, comme le voltage représenté par (1) est pratiquement constant pendant sa durée, un léger changement dans la différence de potentiel entre les deux grilles de C.suffit pour provoquer le blocage à une phase différente donnant lieu à la production d'un demi-cycle positif en un point quelconque entre (4) et (5) suivant l'intensité et le signe de cette différence de potentiel entre les grilles. Cette différence de potentiel de rréquence auditive peut être obtenue,ainsi qu'il est montré, de l'onde phonique venant de la ligne 1 au moyen du transformateur F. Cette partie du circuit est la même que celle utilisée dans les transmetteurs à modulation décrits dans le brevet français 833.929 du 18 Juin 1937 et dans son
<Desc/Clms Page number 26>
addition No.49.149 du 5 Juillet 1937.
Cependant, l'établissement d'un demi-cycle multi -vibrateur ne peut jamais avoir lieu en dehors des limites données par les points (4) et (5) par suite de l'action de blocage due à la force électromotrice de la courbe (a). Les constantes du vibrateur multiple sont réglées de sorte que l'extré- mité du demi-cycle positif ci-dessus est déterminée par l'arrivée de l'impulsion négative (2) du synchroniseur A. Ce moment est ainsi fixé et indépendant de l'onde phonique reçue. Comme dans le transmetteur à modulation et à impulsion double déjà décrit, la. forme d'onde rectangulaire de la courbe (b) est alors transformée en une impulsion aiguë (6) (courbe o) au moyen du petit condensa- teur G en série avec la résistance H.
Les deux impulsions poin- tillées de chaque côté de (6) sur la courbe (o) montrent les limi- tes extrêmes de variation pendant la modulation des ondes phoniques de l'impulsion à voltage brusque qui est alors présente à travers la résistance H. Un transformateur N en série aveo le condensateur de blocage K (assez grand pour empêcher la déformation de la forme d'onde d'impulsion) est alors utilisé pour réduire l'impulsion dans l'impédance du câble, ainsi qu'il est montré. Comme dans le trans- metteur à double impulsion, l'impulsion négative indésirable due à l'extrémité du demi-oyole positif du multi-vibrateur en (7) est éliminée en shuntant la résistance H par le rectificateur L d'une manière telle qu'on élimine cette impulsion indésirable sans affeo -ter l'impulsion recherchée (6).
Le cirouit du tube D associé avec la ligne 2 est exactement semblable, excepté que la force électromotrice appliquée par le syn- ohroniseur A est maintenant prise d'un autre chemin de sortie de ce dernier d'une manière telle que l'on donne la forme d'onde montrée sur la courbe (d) de nature exactement identiquement semblable à la forme de la courbe (a) mais déplacée en durée par 1/12 de période.
La courbe (e) correspond à (b) et montre la force d'onde résultant du multi -vibrateur attaché à la ligne 2. La courbe (f) correspon- dant à la courbe (o) montre l'impulsion fournie par ce dernier multi
<Desc/Clms Page number 27>
-vibrateur au oâble.
L'intervalle restant de 10/12 de période de la fréquence de 10,000 cycles est rempli par les dix chemins restants à tour de rôle, aucun chemin ne recouvrant le temps attribué à un autre et évitant ainsi une interférence entre les chemins.
Ainsi que cela a été précédemment étab'li et montré sur la figure 10, les appareils à l'extrémité éloigné du câble et qui est considérée actuellement comme station réceptrice, sont identiques à tous les points de vue aux appareils décrits ci-dessus. La seule. différence réside dans l'ajustement . comme récepteur, la fréquence propre de chaque vibrateur multiple est réglée à une valeur légère- ment inférieure à celle utilisée comme transmetteur. L'effet qui en résulte en l'absence de la parole provenant du récepteur ou des si- gnaux du Câble est de provoquer un blocage stable de chaque multi- vibrateur à l'extrémité de la partie (1) de la courbe (a) plutôt qu'au point central (ou à l'extrémité de la courbe correspondante dans le cas de chemins autres que le No. 1).
Le point (5) de la courbe (b) représentera maintenant le temps de démarrage du demi- cycle du multi-vibrateur en l'absence de signaux ou de parole.
Le synchroniseur B au récepteur, de même forme et 1 ajuste- ment que le synchroniseur A au transmetteur, est bloqué au moyen de ,le soit en transmettant une partie de l'énergie fournie de A vers B par'un chemin séparé ou par d'autres moyens appropriés. La valeur exacte de la fréquence du distributeur (mentionnée oi-dessus comme étant de 10 kilocycles) et/ou le temps de propagation du câble (si nécessaire en ajoutant un réseau de retardation) sont modifiés de ma- nière que ce temps de propagation est un chiffre entier de demi- périodes de la fréquence du distributeur. Si une impulsion du chemin 1 au transmetteur se synchronise avec une impulsion du chemin 1 au récepteur, le même résultat aura alors lieu dans la direction in- verse.
On considère l'action de l'impulsion (6) du chemin transmet- teur 1 à son arrivée au récepteur. Par suite du réglage particulier décrit ci-dessus, pour le synchroniseur entre B et A, l'impulsion (6) arrive au point central en morne temps qu'une force électromotrice
<Desc/Clms Page number 28>
appliquée du synohroniseur B, cette force électromotrice ayant la même forme d'onde et la même phase que la partie (1) de la courbe (a). L'arrivée de l'impulsion provoque le multi-vibrateur du chemin récepteur 1 de produire son demi-cycle positif plutôt que cela n'aurait eu lieu au point 6 au lieu du point 5. Comme l'impul. sion transmettrice est modulée en durée par la parole, le temps de démarrage du multi-vibrateur récepteur No. 1 restera en avance avec lui à sa nouvelle valeur, suivant ainsi la modulation de durée au transmetteur.
Le résultat sera que la courbe (b) est exactement la même que celle du multi-vibrateur transmetteur à l'extrémité distante du câble. Comme les composantes des fréquences d'impul- sions sont filtrées du transformateur M par de petits condensateurs dérivés montrés (ou par un filtre plus compliqué si cela est néces -saire) l'enroulement de grille de M sera traversé par un oourant proportionnel à la surface moyenne de la courbe (b) o.à.d. propot- tionnel à la forme d'onde phonique primitive au transmetteur.Donc, cette onde sera fournie à la ligne de départ de M.
De la même manière, le vibrateur multiple 2 du récepteur aura son temps de démarrage modulé par les impulsions du chemin 2 du transmetteur, et semblablement par les dix ohemins restants .
Chaque multi-vibrateur récepteur reste inactif sous l'action des impulsions des chemins autres que leurs chemins propres puisque ces autres impulsions ont toujours lieu à des temps d'insensibilité de leur action de blocage. pour actionner un chemin quelconque dans la direction in- verse il suffit d'élever la fréquence propre du cirouit du tube L par exemple afin de donner le blocage normal au point (3) au lieu du point (5), et pour réduire celui du circuit du tube correspon- dant (par exemple le tube 7) afin de fournir le blocage normal au point (5) au lieu du point (3). Le tube L contrôlera alors C au lieu de l'effet inverse primitif.
La forme des synohroneurs A et B.communs àtous les groupes de douze chemins et ayant une énergie de sortie de double phase de la forme d'onde décrite précédemment, peut être réalisée par une
<Desc/Clms Page number 29>
méthode quelconque déjà connue, comme par exemple par la méthode semblable à celle décrite dans les brevets anglais 344.444 et 363,403.
On peut voir que l'invention n'est pas limitée aux arran- gements décrits à titre d'exemples, mais que, au contraire, l'in- vention peut s'appliquer à d'autres cas non envisagés ici. Par exemple, la figure 5 montre un système de transmission quelque peu analogue au système à quatre conducteurs dans lequel des lignes à double direction 11 et 12 sont connectées par un réseau d'accou,- plements convenables (bobines mixtes H1 et H2) à deux lignes uni- directionnelles sur lesquelles sont dérivés des répéteurs RL,R2, R1', R2' suivant les faits de la présente invention.
REVENDICATIONS.
1 - Système de signalisation utilisant une forme de modu- lation dans laquelle des signaux sont transmis pratiquement indépen- damment des variations s'exerçant dans l'amplitude d'une onde por- teuse, caractérisé par l'emploi de dispositifs répéteurs dans les- quels l'énergie fournie est pratiquement indépendante, dans les limites de fonctionnement, du niveau d'énergie reçue de manière que l'on peut supprimer les appareils compliqués ordinaires de contrôle du gain et permettre l'emploi de dispositifs répéteurs simples et robustes.
<Desc / Clms Page number 1>
IMPROVEMENTS TO ELECTRICAL SIGNALING SYSTEMS
The invention, which relates to signaling systems, is particularly suitable for high and very high frequencies and is at least as efficient as the systems used today, while being inexpensive to install and maintain. much lower. The signaling systems used until now,
<Desc / Clms Page number 2>
telephone systems, in particular, have been constructed and installed with a high degree of accuracy, requiring great precision in manufacture and maintenance, as well as the need to carry out many adjustments and measurements.
It was generally accepted that in order to make coaxial cable installations commercially attractive, a small diameter cable should be adopted. This results from the fact that the price of the cable is the most important price in the system. However, such a cable has a relatively large attenuation for frequencies of one or more megaoyoles, such as for example an attenuation of the order of 6 db per thousand (1 Km 609) at 2 MB / s for a cable of 10 m / m. As it does not seem advisable to use levels above 50 to 60 db. below the envisaged level, and as levels of more than a few db. above this level would be difficult to obtain for simple repeaters, an ohute of about 60 db. by repeater section was considered.
This limits the length of such a section to about 10 miles (16 km 090) for a maximum frequency of 2 Mb / s and to a lesser length for the higher frequencies used in television. Long distance cables have a considerable number of repeaters in tandem, and the conditions for stability, distortion and disturbing noise will be very severe. In addition, special care must be taken to arrange the installation in such a way that the rupture of a repeater tube does not interrupt all service. This requires spare repeaters and even a spare cable. Repeaters should be provided with arrangements to keep the level constant regardless of temperature or variations in the tube.
Even if satisfactory service can be obtained, all of these conditions require relatively high cost manufacture of repeaters and related equipment, as well as more complicated maintenance.
In many signaling systems in use today, a rather large number of repeaters are employed, as the transmission equivalent must generally be kept within limits.
<Desc / Clms Page number 3>
very restricted, it is then necessary for the gain of each repeater, or for the gain of a series of repeaters, to be kept within variation limits which are very low, which leads to the use of expensive and complicated at each of these repeater stations. Not only accidental gain changes in the repeaters must be avoided, but also changes in the circuit equivalents of the cable sections due to variations in temperature, or for any other cause.
Secondly, not only variations in the level must be prevented, but also changes in the deformation properties of the sections of the cables, otherwise it is impossible to correct the total deformation at the repeater station by a network. determined which one.
One of the aims of the present invention is therefore to overcome the difficulties mentioned above by methods more easily achievable and of a lower cost price than the existing methods, and this by converting the signals to be transmitted. into signals of a special nature, which allows the use as repeaters of devices of simple and robust form, the details of which are given in the following description.
In general, according to the present invention, the repeaters are chosen of a type such that their maximum amplitude of the energy supplied remains practically constant despite the variations, within the prescribed limits, of the maximum amplitudes of the energy. - received energy. While the sound or other waveform to be transmitted is conveyed by a type of signal such as non-linearity in the amplification characteristics inherent in the shape of the repeaters, produces negligible distortion in the final waveform received by the receiving equipment.
According to one of the embodiments of the invention, frequency or phase modulation of a carrier frequency is used in conjunction with a repeater of the type described above.
We know that a deformation of considerable amplitude can be
<Desc / Clms Page number 4>
applied to a carrier wave having either of these forms of modulation without causing any appreciable distortion in the final delivered energy. This fact is used in the present arrangement in a novel way by applying one or two of these types of modulation to a carrier wave to be transmitted by the envisaged system, such as for example a cable, containing repeaters which distort. in amplitude by limiting the maximum energies supplied.
According to another preferred form of the invention, the waveform to be transmitted is accompanied by a series of pulses of one or more amplitudes at the energy supplied from the trans. transmitter, of constant or variable duration, each pulse being aperiodic in one direction of the current or in both directions of the current, or else comprises a wave train of carrier frequency.
In addition, repeaters are provided for these pulses, of which the maximum or peak energies are practically constant although the voltages received are within predetermined limits.
Another aspect of the invention contemplates the means of applying it to communication systems concerning a wide band of frequencies, or alternatively to systems relating to a comparatively narrow band, but within which very precise limits. phase and / or amplitude variations at the different frequencies must be maintained. An example of the first of these arran -gements is the case of simultaneous transmission of a large number of telephone conversations or of one or more television channels. In these arrangements bandwidths of several megaoyoles are frequently used.
Previously, in order to avoid serious inequalities in transmission characteristics at the ends of the frequency band, in addition to speech frequency paths or television paths, at least two pilot paths were usually employed, one for each end of the array. frequencies, these paths being arranged to provide automatic compensation for changes in gain across the width of the entire band. As these compensation devices must be applied not only to the receiving station but
<Desc / Clms Page number 5>
also at two or three repeater stations the expense which results and the complication of the arrangement are considerable.
Indeed, four or more repeater tubes, each with its associated apparatus, must often be used at these repeater points.
A similar complication of apparatus was first employed in the case of narrower bands but requiring particularly precise working limits. According to the invention, the difficulties in these cases are achieved by the use of repeaters which are simpler, less expensive and more easily achievable. Typically only one active amplifier element is required. The preferred solution consists in the use of pulses as explained previously, each pulse or group of pulses representing (according to a predetermined law) the momentary characteristic (for example the amplitude) of the form d wave of a communications path or group of communications paths.
In the case of a multiplex operation, the pulse or group of pulses representing each path or group of paths is at regular intervals, these intervals being as short as a period of the highest frequency. in the path or group of paths considered. For single-path or multiple-path operation, the energies supplied from the repeaters consist of pulses having well-defined voltages and waveforms independent of the energies received within the working limits. This is in reality more akin to the nature of simple relays such as those used in telegraphy than it is to the nature of ordinary quantitative amplifiers.
Therefore, any distortion in the waveform occurring in the transmitting medium will be corrected automatically at each repeater station and without the use of auxiliary devices.
According to another characteristic fact of the invention relating to the use of a form of device conforming to the above-mentioned conditions, a repeater is made in such a way as to be able to operate in both directions without producing of
<Desc / Clms Page number 6>
singing phenomena, and by a slight additional modification of this repeater, an echo canceller is obtained at each repeater station without having to use any additional devices.
By the arrangements described, a very great facility is provided for the introduction of reserve amplifier tubes or for complete reserve units at repeater points. Hitherto considerable difficulties have been encountered in the use of such systems. For example, a very important condition is to prevent a complete group of circuits from being taken out of service following the destruction of a tube. A simple replacement of an amplifier element by a reserve tube gives rise to difficulties, since it is not easy to provide the same gain to both tubes in the circuit. The fact of automatically switching a spare tube or a spare repeater when a fault occurs, introduces an additional difficulty due to relay failures.
These difficulties have heretofore been considered to be so great that in several cases it has been preferred to install a standby cable with these repeaters, which constitutes a very expensive solution.
The present invention makes it possible to completely overcome the above-mentioned drawbacks. The method of substituting an amplifier tube or a full repeater is now free of objection because the change in the energy supplied by the repeater is 3 db. or more, due to tube defects, makes no difference to the energy supplied by the next repeater as long as this reduced level is still sufficient to actuate the latter.
Thus, at each repeater point one or more spare tubes or repeaters can be connected in parallel and in such a way that all the tubes or repeater elements can be easily removed for testing, and replaced. as the repeaters are, in addition, simple and robust, their price can be kept very low, which allows the use of spare elements without incurring considerable expense.
<Desc / Clms Page number 7>
Other advantages resulting from the use of the invention appear better from the following detailed description of some of the devices used. In particular, the use of repeaters called "synchronous repeaters" can be observed for the transmission of carrier frequencies of the order of 10,000 megacycles or more, through free spaces or through dielectric guides, for which no Direct means of amplification was not known until now.
Figure 1 shows a form of blocked repeater suitable when frequency or phase modulation is used. As the terminus apparatus for these forms of modulation is well known, it will not be described here. Such a repeater is also suitable for "single pulse" or "double pulse" modulation.
Figure 2 shows a second form of "snap-on" type repeater suitable for either "single-pulse" or "double-pulse" operation.
Figure 3 shows another repeater circuit of the "snap-on" type. It is only suitable for "double pulse" operation. The duration as well as the amplitude of the pulse supplied has a value determined independently of the wave received within the prescribed limits.
Fig. 3a shows a diagram for explaining the operation of the synchronous type repeater.
FIG. 4 shows a repeater circuit R connected to a line L transmitting in both directions.
Figure 5 shows a two-way repeater installation, somewhat similar to a four-conductor system.
Figure 6 relates to an application of the arrangement of Figure 4 using a double triad valve.
Figure 7 shows a synchronous type repeater suitable for "double pulse" modulation operation, with a carrier wave.
Figure 8 shows a variation of the arrangement of Figure 7 suitable for frequencies of 10,000 megacycles or even.
<Desc / Clms Page number 8>
more. The active element is a magnetron of the so-called transit time form.
Figure 9 shows one form of terminal equipment suitable for operation with the repeaters of Figures 7 and 8.
It can give automatic echo cancellation of the "Vodas" type to all repeater points of the transmission system.
Fig. 10 shows a form of terminal equipment for the operation of twelve paths on the "distributor" principle using dual pulse operation without a carrier wave (the equipment for two paths is only shown).
Figure 11 shows a multiple repeater setup and is used to explain the operation in both directions of the synchronous type repeaters' ''.
Figure 12 is a diagram for explaining the operation of the circuit of Figure 10.
In the simple repeater in figure 1, frequency or phase modulated carrier waves arrive from a cable or an antenna via line B. These waves are boosted by transformer C at the appropriate impedance. and applied as shown to the grid of the amplifier tube A. By means of the transformer E, the amplified signals are transmitted to the output circuit F to an antenna or a cable.
The resistance D, high compared to the impedance of the gate when the latter is positive, appreciably causes the abrupt breaking of the positive input points when they exceed the value of the polarization battery G. - their of G is arranged to be such that the tube operates as a class B or class C amplifier, the gain then being low enough, in the absence of signals, to prevent the system as a whole from singing or overloading the next repeaters.
As the tips are cut for input voltages exceeding the value of G, the output peak voltage is practically constant and independent of the received energy within wide limits which are large enough to take into account the
<Desc / Clms Page number 9>
maximum variations of the voltage received at the input circuit of the transmission system considered.
The minimum value of this input voltage when fluctuations take place, is arranged to be slightly in excess of the battery G. Therefore, the amplifier always operates on the flat part of its characteristic according to the energies supplied. and received. In the event that the input voltage is less than that required to meet these conditions, one or more additional amplification stages, using conventional amplifier circuits, are placed between the input circuit of B and the transformer C. .
A number of possible modifications of the circuit of FIG. 1, giving a limiting action on the tips at the same time as a reduced gain in the absence of signals, can appear immediately from the above,
The invention is not limited to phase or frequency modulation, but on the contrary it can find use in any modulation method comprising the use of a carrier wave.
In the transmission of an electromagnetic wave, four variables are included, namely: frequency, phase, amplitude and time. Most ordinary modulation systems transmit the signal waves by variations in amplitude over time with phase and frequency held constant. Systems called "frequency modulation" transmit the signal waves by a variation of the frequency with respect to time, the amplitude and possibly the phase being kept constant.
Systems called "phase modulation" transmit signal waves by phase variations with respect to time, amplitude, and in some cases frequency being kept constant. pulse "transmits the signal waves by varying an interval of time with respect to time, any one or more of the phase, frequency and amplitude variables being changed abruptly to indicate the beginning and the end of the pulse. 'time interval..
In other words, the "pulse modulation" system consists of
<Desc / Clms Page number 10>
-te in the transmission and reception of a number of pulses, the latter taking place at a frequency at least as high, and normally higher, than the highest frequency in the waveform to be transmitted. In the simplest examples, each pulse has the same amplitude. In "single pulse" operation substantially rectangular pulses are transmitted, the duration of each pulse being linearly proportional to the momentary amplitude of the waveform to be sent. With "double pulse" operation the duration of each pulse is constant and small compared to the time interval between adjacent pulses.
The pulses are produced in pairs, the time interval between the members of each pair being in this case proportional to the transmitted amplitude
As a repeater for such a system, it is therefore clear that the circuit of figure 1 can be used if desired, the necessary constant of the starting peak voltage, regardless of the value received within the desired limits, being obtained. through this repeater. However, the circuit of FIG. 1 has the disadvantage of giving a stiffness of the pulse supplied from the wavefront proportional to the voltage received. Therefore, after a number of repeater stages under conditions that the gain of all repeater sections are low, the wavefronts of the received pulses may be comparatively less steep than the primitive pulse from the transmitter.
In such systems, the signal-to-noise ratio for single-path operation, as well as the interference between paths when using the -xe multiple distribution principle, depends on the stiffness of the pulse wavefront. the steeper the wavefront, the higher the signal-to-noise ratio, and the lower the cross talk between the paths. Therefore, if at the re-transponder the wavefront of the pulse is made approximately less steep than at the transmitter, the signal-to-noise ratio and / or cross talk may extend beyond the required limits. to avoid this fact, the pulse supplied by each repeater must have a
<Desc / Clms Page number 11>
constant wavefront stiffness (as well as constant peak amplitude) at least as high as the primitive pulses sent from the transmitter.
To achieve this object according to the present invention, instead of a simple amplifier as shown in Fig. 1, a snap-on device is used. The conditions of such a circuit are: (a) a peak amplitude of the supplied energy constant and independent of the voltage of the received energy giving the desired action (within the limits of the value of the energy received); (b) to avoid the singing phenomenon and noise, the trigger must be inoperative for electromotive forces appreciably lower than those of the value of the minimum impulse;
(c) the wavefront stiffness of the pulses supplied for both triggering and recovery, should be constant and independent of the received waveform or voltage received within the latter, and of a value at least as high as the original pulse from the transmitter.
Figure 2 shows a form of snap trip circuit fulfilling the above conditions. The double A triode has interconnects from each plate to the opposite gate, as well. as shown in the drawing. The effect of these connections is to produce a circuit of the same type in principle as that depicted in the elementary form of figure Sa. This circuit has two positions of stable equilibrium, one with the left plate current practically at the breaking frequency and with the right plate current corresponding to a gate voltage close to zero, while the second stable position has the above conditions reversed very symmetrically.
The reason for the practical use of the circuit of Figure 2 rather than that of Figure Sa, is that it is generally not commercially advisable to employ two separate sources of high voltage (as in Figure 3a) particularly since the latter vary with respect to the earth and consequently can have their capacity with respect to the soil of very low values.
<Desc / Clms Page number 12>
In Figure 2 a high voltage source F is used having its ends earthed through capacitors. A potentiometer G (of a low value compared to the plate resistors of A) is connected through F with the cursor (approximately at the center point) connected to the filament and to the ground. In this way half the voltage value of F (a source double the ordinary plate voltage required) is used to supply the plate of A, and the negative half is used by means of resistors D and E for compensate on the grids of A for the high voltage that would otherwise occur. Resistors B and 0 are added to allow the plates to remain positive while the grids have the correct low negative values.
For the current purpose, an additional negative voltage H is added to the left grid and is of a value such that only the equilibrium position No. 1 (with the current left plate of a low value and the right plate current high) can be maintained in the absence of voltage received from the line. The pulses received from the cable or the antenna through the line U are boosted by the transformer K to balance the gate impedance, and are coupled to the left gate by the capacitor L. This capacitor of suitable value ( for single pulse operation) is such that, in conjunction with the effective gate resistance, the original rectangular waveform of the wave is held at the gate with the active gate pulses of positive sign.
The arrival of a positive pulse through L of sufficient amplitude reverses the equilibrium position of A, causing the circuit to initiate equilibrium position No. 2, the left plate now having the high current, and the right-hand plate the weak current The stiffness of the wavefront of the modifying action is practically independent of the waveform of the received pulse. It is also proportional to the resistance-capacitance time constant of the starting circuit taken as a function of the resistance.
<Desc / Clms Page number 13>
effective internal circuit of the tube plate itself. As soon as the received pulse ceases, the circuit returns to position No.1, the speed of this recovery still depending only on the circuit and not on the waveform of the received pulse.
The electromotive force received from peak voltage less than a determined value has no effect on the snap-off circuit, this marginal sensitivity depending mainly on the mean negative voltage on the gates of A. higher - If this voltage is, the lower the voltage required. to actuate the deolanohement to a point where a double stability is no longer obtained. It is also clear that the oirouit of fi -gare 2 complies with the three conditions established previously.
As a repeater it is: (a) not actuated by an electromotoric force below a certain peak voltage; (b) it gives a peak delivered energy which is constant when fully functioning; (o) it gives a starting pulse having a wavefront stiffness which is independent of the received pulses, which can be arranged to be as high as desired within reasonable limits.
The starting circuit of A is taken through the coupling tube M by means of the capacitor N and the decoupling resistor P, as shown in the drawing,
Although the circuit of Figure 2 can be used as a repeater for single and double pulse operation, a modification of this circuit will now be described which is more advantageous for the latter case.
Although according to figure 2 the peak voltage and the stiffness of the wavefront in the pulses supplied are constant, the duration of these pulses is not constant but is practically the same as that of the form d wave received. This condition is necessary for single pulse operation, but is not required and is actually a disadvantage when employing the dual pulse system where all pulses must be identical in waveform.
<Desc / Clms Page number 14>
The circuit of FIG. 3 fulfills this new condition. Resistor C in figure 2 is replaced by capacitor S, and the right gate instead of being connected to the negative end of F (figure 2) through resistor D is now connected. directly to earth through the derivative resistor T e, t a variable negative voltage R. Therefore, in the stationary state, the voltage of the right gate can have only one value, that of R, which is normally low or zero. Even in the absence of the additional battery H, the circuit can now have only a stable equilibrium position, position No. 1, in which the current of the left plate is low and that of the right high.
Upon arrival of a positive pulse at the left gate, capacitor S allows the current to suddenly rise in the left plate to bring about a momentary inversion of the equilibrium state of the circuit. The latter passes as before to position No. 2, but as the capacitor S cannot maintain the stable state of the circuit in this new position (it is only able to transmit beats), the black-out immediately after this rise re-establishes itself at position No. 1, and this latter action takes place after a certain time interval depending on the constants of the circuit and not on the duration of the pulse received.
The circuit of FIG. 3 therefore gives the desired effect for double pulse operation; the duration of the supplied pulse is controlled by an appropriate adjustment of the capacitor S with the other constants of the circuit.
Another form, and in general a preferred form, of a repeater using a generator of pulses synchronized by received pulses, is now described. Bile is very suitable for dual pulse operation or for any system in which Sudden constant waveform pulses are used. It will be considered here as the "synohronous" type of repeater circuit. It is based on the well-known property of an oscillator, for example a relaxation oscillator, which locks itself according to a weak electromotive force applied. -
<Desc / Clms Page number 15>
-que to its grid, when this electromotive force has a frequency of the order of magnitude than that of the natural frequency of the relaxation oscillator.
In order to explain more clearly the operation of this device, one can consider any type of circuit having two more or less symmetrical positions of stable equilibrium. If such a device is first set exactly to its point of neutral equilibrium, the midpoint between the two stable positions, and if it is then left entirely unaffected by noise, it will theoretically and indefinitely remain at its neutral point.
Naturally in practice the intrinsic circuit noise will give a weak bias in one direction or the other, ultimately resulting in a shift of the corresponding stable position, but if initially a DC pulse v is applied in the direction of one or the other stable position, pulse practically larger than the disturbing pulse, then the switching rate will be increased. If the circuit is damped after a time t, and if the switching waveform is fully exponential, the peak voltage reached by this switching before damping will be vekt where k is the sharpening (ie. d. negative decrease) of the switching action.
An effective amplification of the pulse by the factor ekt is thus obtained, this factor being able to reach very large values. A simple form of the symmetrical double stability relay circuit suitable for the proposed purpose is shown in figure 3a. It essentially comprises a double triode and two resistors R1 and R2.
If this circuit is "damped" to its neutral equilibrium (i.e. both equal plate currents) at regular intervals, it will perform the previous function of a pulse amplifier, however, this is a variation of the circuit of Figure 3 which for the purpose of a synchronous repeater does not require an externally applied damping oscillator, and this is simply the conventional multiple vibrator circuit.
In the multiple vibrator (which is the circuit of figure 3a with direct connections between the plates and the
<Desc / Clms Page number 16>
opposite grids replaced by connections through capacitors) the two positions of stable equilibrium, are changed in two almost stable directions o. to.d. two positions in which the conditions are relatively stable for a limited time. This circuit automatically switches from one of these two positions to the other and vice versa.
Just before each inversion the circuit condition can be described as being in near neutral equilibrium, and the arrival of a dc pulse during this period of the inverter cycle results in the next inversion occurring faster or later. that this would not take place in the ordinary case according to the sign of the impulse. If the blackout were artificially damped at a defined time interval after the pulse arrives, the peak voltages represented by the switching at time 03 damping would be linearly proportional within certain limits to the peak value of the applied pulse, and would thus represent this strongly amplified pulse exactly as in the case of the relay circuit of FIG. 3a.
In the ordinary multiple vibrator circuit with the addition of damping there will be an intrinsic amplifying action on the super-reaction principle. If now one wishes to use this action to provide amplification of periodic signals before their application to the synchronous repeater, one will have to add a free oscillator after the multiple vibrator circuit. But in the latter case there is a free oscillator already present, and as the modulation takes place not on the amplitude but on the phase of the signal pulses, it is not necessary to have an artificial damping and there is no There is no benefit in obtaining an amplified replica of the signal amplitudes for the synchronization process.
It is only necessary to produce an amplified pulse of constant peak voltage at a time corresponding to the arrival of the pulses. It is also clear that the ordinary multi-vibrator circuit, or indeed some form of relocation oscillator, allows the functions of super-feedback, pulse amplifier, and synchronized oscillator to be combined. in a way
<Desc / Clms Page number 17>
ideal by its quality of synchronization by very low voltage pulses applied.
Fig. 6 shows the multiple vibrator type of the synchronous repeater circuit as applied to a dual pulse cable system without a carrier wave. It has the advantages of extremely simple construction and being able to operate in both directions.
At the same time it complies with the three conditions mentioned for the circuit of FIG. 3. A double triode B is associated, as shown, with a multiple vibrator circuit of the ordinary form. Positive sign double pulse signals in cable A, from either direction, are boosted by transformer C and transmitted to the effective grid impedance of the hearth tube coupled to the multiple vibrator by the capacitors E and F. When the pulses received arrive at a point D, they are of sufficient amplitude (2 volts at least) and if the multiple vibrator is adjusted so that its natural frequency is slightly lower than that of the pulses received, the local oscillator will block itself with its frequency and phase pulses.
Alternatively, if this form of dual pulse system is used in which one of the pulse pairs is fed back to the receiver, the natural frequency of the multiple vibrator can be set to be slightly less than half the pulse frequency. as originally produced at the transmitter. The local oscillator then locks up with the first or second pulse of each of the original pairs of pulses. In either case the setting is such that an exact blockage remains during modulation of the pulses received by the speech waveform or the like.
The starting voltage at point D, due to the action of the multiple vibrator, naturally has a rectangular waveform of the same nature as that of single pulse modulation. to transform each cycle of the multiple vibrator into a sharp pulse, as required for the double pulse system, the small capacitor F and resistor G are added, of a value such that
<Desc / Clms Page number 18>
the voltage waveform at point H is almost the derivative curve of the D waveform.
To also prevent the negative pulses that would otherwise occur at H as a result of the second half of each multi-vibrator cycle, the reotifioator K is branhed through resistor G in such a way that it provides a short- circuit to its negative impulses. This clock network is of the same type as that used in the double pulse transmitter described in French patent 833,929 filed June 18, 1937 and its first addition No. 49,159 filed July 5, 1937. Therefore, the action of the Multiple vibrator causes a sharp positive spike at point H of a small fraction of a pulse loop after each pulse received from the cable.
These local impulses in practice may have a level of 40 db. Or more, above that of the received impulses i.e. an effective amplification of the order of 40 db. or more. From point D the local amplified pulse is applied back to the cable through the transformer C, which is used for coupling the received pulses. How the feedback from the repeater to the previous repeater in the chain which would otherwise produce the singing condition is prevented is explained below.
A simple form of synchronous repeater suitable, for use in double pulse modulation (or other system involving sharp pulses of constant amplitude and waveform), this modulation modulating a substantially higher frequency carrier wave , is shown in Figure 7. A modulated signal consists of a number of very short high frequency wave trains.
According to the facts of the present invention, the synchronous repeater comprises: (a) an amplifier of these high frequency trains; (b) a pulse frequency demodulator; (o) a high waveform free oscillator driven by the amplified energy of (b); (d), a source of the primitive high frequency (or close to it) modulated by the energy supplied by
<Desc / Clms Page number 19>
the osillator of (o).
The shape of such repeaters will be discussed in detail later. It will be shown that a properly adjusted super-feedback circuit with automatic damping provides a satisfactory solution and can be operated with only a vacuum tube.
A two-way repeater circuit is shown in its simplest form in figure 7. a triode A of a suitable shape to match the carrier frequency used is labeled as a solenoid by means of inductor C and capacitor B. The high frequency gate connection is coupled through a blocking capacitor D and the gate derivative resistor is formed by two resistors ± and F in series. The high frequency oscillations are made to be produced and stopped in the form of trains by the action of the gate current by negatively charging the capacitor G in the well known manner.
The function of M is to prevent the high frequency from being shorted to earth by G, and can therefore be replaced if desired, for a high frequency reaotanoe. If the repeater is to be used for operation in free space, the oscillating circuit is coupled as shown to a suitable antenna H by means of the coil J. If it is to operate in connection with a cable, J is connected to this cable, the impedances being suitably balanced. As is known, such an oscillator will function as a damped super-feedback repeater in a manner similar to that described above. The circuit will therefore strongly amplify the signals received in the vicinity of their natural frequency.
The circuit also acts as a demodulator for the amplified signals. If these arrive in pulse form, a strong component at this pulse frequency will result. The conditions mentioned in (a) and (b) are therefore fulfilled.
Considering condition (o) it can be seen that the prediction of a free high waveform oscillator is also realized in the oscillation of the circuit, and if the latter is set to be in the vicinity of the frequency of that of the pulses of si--
<Desc / Clms Page number 20>
-gnals, free priming will take place with the latter within certain amplitude limits, as desired.
The high frequency produced in the B-C circuit has already been set to approximate that of the received carrier wave.
Therefore, in each cycle a train of the local high frequency is produced and condition (d) is fulfilled. This results in the desired synchronous repeater, obtained in this case by using the normal sinusoidal type of super-reaction instead of the aperiodic type previously described. At this point it may be necessary to refer to a recent experimental result obtained on a repeater of the type shown in FIG. 7. The carrier frequency was about 100 mega-cycles and the pulse frequency of the order of 10 kilocycles.
With this setting an effective repeater gain of between 50 and 60 db. was measured with stability. With regard to the very wide band obtained, great interest is now focused on the possibilities of very high frequencies (of the order of 10,000 megacycles and even more), these carrier frequencies being in most cases transmitted by means of dielectric guides . Until now no practical means existed for repeating such frequencies, this constituting one of the most serious obstacles which opposed the establishment of a transmission system on these lines.
The synchronous repeater of the type shown in FIG. 7 is however capable of adapting to these very high frequencies and it therefore constitutes the only practical solution to the problem. FIG. 8 shows a simple form of such a repeater for frequencies of the order of 10,000 megacycles. A is a "solid anode" type of a magneto diode tube oscillating at approximately the carrier frequency of the received pulses (double pulse system). In series with the high voltage source B is placed a resistor C shunted by a capacitor D.
With suitable values of C and D, and for satisfactory voltages and constants feeding the tube it has been found that, as soon as high frequency waves are supplied, a change in the plate current takes place which causes the establishment of an additional charge on capacitor D which,
<Desc / Clms Page number 21>
eventually, modifies the plate voltage enough to stop the oscillations. In reality, a series of short wave trains of carrier frequency takes place exactly as in the circuit of figure 7. The loop of figure 8 can therefore be used as a repeater for these very high carrier frequencies of. the same way as explained in connection with figure 7.
The waves going towards the magnetron and coming from the magnetron are coupled by a single path with the waves in the dielectric guide by means of a suitable device.
A method for using some of the previous types of synchronous repeaters to achieve repeater action with automatic echo cancellation at all repeater points is now discussed. Consider two synohronous repeaters, either of the high frequency type or of the aperiodic type, separated by a distance (cable or free space) such that the duration of the travel of the signals through the path is slightly less than a period of the frequency of pulsation. As an example, we can assume a distance of 30 km. And that the pulse frequency is 8 kilo-cycles; then the travel time (assuming free space) is 1/10 milisecond. Suppose the repeater B of FIG. 11 is initially late on the repeater A which is in the phase of the 1/10 milliseoonde boost.
We will then receive synchronizing signals at the moments of maximum sensitivity as for a super-reaction receiver. However, the pulse produced by B will arrive at A 0.2 milliseconds after the latter has produced the pulse going to B in the first case, and 0.25 milliseconds ahead of the third pulse of A. This interval of 0.05 milliseconds is large enough to prevent A at this time from being close enough to the point of sensitivity as a repeater which must be appreciably affected by this pulse of B. So the result will be that A is controlling B, but B does not control A.
It follows that this is a station acting in one direction,
However, if the initial conditions are such that A delays by 1/10 milliseoonde after B is in phase, the situation
<Desc / Clms Page number 22>
is exactly reversed. B will then control A, and A will have no effect on B.
The circuit, comprising the two repeaters and the propagation path, has in reality two positions of stable equilibrium: in one position the end A is the control factor, and in the other it is B which performs this. control, If now there are three similar repeaters separated by two equal sections of cable (or two free space paths) repeater B, which is, now halfway, is capable of: (a) take control itself or (b) to be controlled either by A or C according to the initial phase relations. If B delays 1/10 millisecond after A, and if C by the same amount delays on B, the signals will pass from A to C through the repeating action of B.
If on the other hand B lags by this value with respect to C, and A by the same value with respect to B, the signals can pass in the direction C-A through the D. whoopee B. Each repeater is thus able to act in one or the other direction depending on that of its position of stable equilibrium which is in action. But he will only control in one direction at a time. Therefore, there is no possibility of local echo around the repeater sections. Moreover, depending on the stable position it originally had, it will remain in this position until an artificial disturbance is produced by some means.
Another fact of the present invention relates to a suitable means for changing all repeaters from one stable position to another. Among the possible solutions for working on a single path, for example for an ultra short wave radio link, the following method can be mentioned:
As an example, assume that a form of "Vodas" control is required symmetrically for each end of the backhaul.
This provides control at the end of which speech is produced assuming it is produced from only one end at a time, and then maintains control at that end even after the speech is stopped unless the direction
<Desc / Clms Page number 23>
-tion of phonic waves is reversed.
for this purpose the terminal transmitting equipment at each end consists essentially of a single tube in the circuit (see figure 9) still exactly similar to the repeater of figure 7. The phonic waves of the line are applied to an auxiliary gate through the capacitor K shunted by a metal rectifier L and a resistor M in such a way that the average (positive) potential obtained by this auxiliary gate approximately follows the peak value of the sound wave received. The effect of this sound wave will be to accelerate the priming wave trains and never to delay / phase them (for example the average frequency: will be increased).
It is assumed that initially the link transmits signals in the direction EDCBA, figure 11. When the phonic waves cease in this direction, the speech is then produced in A. The phonic waves advance (periodically at the auditory frequency) them. phases of the pulses from A. This results in: (a) immediate loss of control from B to A, and (b) as soon as the pulse from A arrives at B slightly ahead of that from C to B, control of B goes from C to A and stays that way as long as the speech comes from A since this speech always advances the impulses of A and never delays them.
Immediately after that, as soon as the impulse from B arrives at C slightly ahead of that of D towards C, control of C similarly switches from D to B, and this process continues until full control is achieved. in the direction AB-OD, etc., which is the inverse of the original condition.
The value of the wavefront of the sound wave coming from A, which is used in this inversion of controls before this last process is completed, is a function of the ratio of the number of repeating segments to the number of pulses. per second, For example, with 100 repeating seotions a minimum of 100 pulses will be required for the control reversal to be completed, and if a pulse rate of 100 kilocycles is employed, the initial strain time is thus of the order of 1 milliseoonde, by neglecting other possible sources of deformations due to
<Desc / Clms Page number 24>
receptor, causes which can be largely eliminated by suitable arrangement.
When speech in the A-B-C-D-E direction is slack, control remains in that direction until speech is produced at the opposite end. Then the control changes once again in the exact manner described. It is thus evident that single-tube synohronous repeaters automatically reverse their direction of operation according to the direction of speech.
Any of the above-mentioned types of repeater circuits (except the synchronous type for operation in both directions) can of course be used in the case of multiple paths, either to repeat the pulse waveform. representing the envelope of the total group of paths combined with each other according to the so-called "frequency difference" methods which are the ordinary methods in carrier current systems, or to repeat each pulse in turn of each path of a group of paths separated in duration by the distributing method.
To achieve this result, no essential change in the shape of the repeater is required. It is obvious that the pulses supplied by the repeaters will be sufficiently sudden in waveform to avoid appreciable cross talk between the paths,
A simple form of a terminal device suitable for twelve-path operation on the distributor principle using double-pulse modulation is shown in Fig. 10 (only two paths are shown equipped).
The circuits shown are particularly suitable when a number of path groups are operated simultaneously, as part of the equipment the "synohronizers" a and B can in this case be used jointly for all the groups. An advantage of this arrangement is that the transmitting and receiving ends are identical from all points of view. Any path, independently of all the others, can be made to pass immediately from the transmitting condition to the receiving condition, by means of a simple switch or relay , or automatically (on the principle of
<Desc / Clms Page number 25>
Vodas) by the first five oyoles of speech itself in the manner described in connection with figure 9.
C and D are multiple vibrators of the usual form oscillating at a frequency, for example, of 10,000 cycles per second in the case of sound wave transmission. By means of the coupling capacitor E, an electromotive force of 10 kilocycles of constant frequency and waveform is applied to the left grid of tube C. The waveform used is shown on the curve (a ) of Figure 12. The first section is approximately rectangular, this section extending in the first twelfth of the 10,000 cycle period. The negative half cycle of this applied electromotive force consists of a sharp negative pulse (2) occurring half a period after the start of the first position (1).
The C-tube circuit constants are set so that the start of the positive half cycle of the multiple vibrator oscillation will always be synchronized with any part of section (1). In the absence of speech from line 1, in which case the gate potentials of the two gates of C are equal, the natural frequency of the multivibrator is adjusted so that the stability takes place at a phase such that the positive half cycles start at point (3b) which is the central point of part (1).
However, since the voltage represented by (1) is practically constant throughout its duration, a slight change in the potential difference between the two gates of C. is enough to cause blocking at a different phase giving rise to the production of a half positive cycle at any point between (4) and (5) depending on the intensity and the sign of this potential difference between the gates. This difference in hearing frequency potential can be obtained, as shown, from the sound wave coming from line 1 by means of transformer F. This part of the circuit is the same as that used in the modulation transmitters described. in French patent 833.929 of June 18, 1937 and in its
<Desc / Clms Page number 26>
Addition No. 49.149 of July 5, 1937.
However, the establishment of a multi-vibrator half-cycle can never take place outside the limits given by points (4) and (5) as a result of the blocking action due to the electromotive force of the curve. (at). The constants of the multiple vibrator are set so that the end of the above positive half-cycle is determined by the arrival of the negative pulse (2) from synchronizer A. This moment is thus fixed and independent of l sound wave received. As in the modulation and double pulse transmitter already described, the. rectangular waveform of curve (b) is then transformed into a sharp pulse (6) (curve o) by means of the small capacitor G in series with resistor H.
The two pulses dotted on either side of (6) on curve (o) show the extreme limits of variation during the modulation of the phonic waves of the sudden voltage pulse which is then present through resistor H. An N-in-series transformer with the blocking capacitor K (large enough to prevent distortion of the pulse waveform) is then used to reduce the pulse in the cable impedance, as shown. As in the double pulse transmitter, the unwanted negative impulse due to the end of the positive half-oyolus of the multi-vibrator at (7) is removed by shunting the resistor H through the rectifier L in such a way that This unwanted impulse is eliminated without affecting the desired impulse (6).
The circumference of tube D associated with line 2 is exactly similar, except that the electromotive force applied by synohronizer A is now taken from another exit path of the latter in such a way as to give the waveform shown on curve (d) of exactly similar nature to the shape of curve (a) but shifted in duration by 1/12 of a period.
Curve (e) corresponds to (b) and shows the wave force resulting from the multi-vibrator attached to line 2. Curve (f) corresponding to curve (o) shows the impulse supplied by the latter. multi
<Desc / Clms Page number 27>
-vibrator to the cable.
The remaining 10/12 period interval of the 10,000 cycle frequency is filled by the remaining ten paths in turn, with no path covering the allotted time to another and thus avoiding interference between the paths.
As previously established and shown in Figure 10, the devices at the far end of the cable and which is currently considered a receiving station, are identical in all respects to the devices described above. The only. difference lies in the fit. as a receiver, the natural frequency of each multiple vibrator is set to a value slightly lower than that used as a transmitter. The resulting effect in the absence of speech from the receiver or Cable signals is to cause a stable blocking of each multi-vibrator at the end of part (1) of curve (a). rather than at the center point (or at the end of the corresponding curve in the case of paths other than No. 1).
Point (5) of curve (b) will now represent the start time of the multi-vibrator half cycle in the absence of signals or speech.
Synchronizer B at the receiver, of the same form and adjustment as synchronizer A at the transmitter, is blocked by means of, either by transmitting part of the energy supplied from A to B by a separate path or by d 'other appropriate means. The exact value of the distributor frequency (mentioned above as being 10 kilocycles) and / or the cable propagation time (if necessary by adding a delay network) are changed so that this propagation time is a whole digit of half cycles of the distributor frequency. If a path 1 pulse at the transmitter synchronizes with a path 1 pulse at the receiver, then the same result will occur in the reverse direction.
We consider the action of the pulse (6) of the transmitting path 1 on its arrival at the receiver. As a result of the particular adjustment described above, for the synchronizer between B and A, the pulse (6) arrives at the central point in a short time that an electromotive force
<Desc / Clms Page number 28>
applied from the synohronizer B, this electromotive force having the same waveform and the same phase as part (1) of curve (a). The arrival of the pulse causes the multi-vibrator of receiving path 1 to produce its positive half-cycle rather than it would have taken place at point 6 instead of point 5. Like the pulse. The transmitter is modulated in duration by speech, the start time of receiver multi-vibrator No. 1 will stay ahead with it to its new value, thus following the modulation of duration at the transmitter.
The result will be that the curve (b) is exactly the same as that of the transmitting multi-vibrator at the far end of the cable. As the components of the pulse frequencies are filtered from the transformer M by small derivative capacitors shown (or by a more complicated filter if necessary) the gate winding of M will be crossed by a current proportional to the current. mean area of the curve (b) o. to.d. proportional to the original speech waveform at the transmitter, so this wave will be supplied to the start line of Mr.
Likewise, the multiple vibrator 2 of the receiver will have its start-up time modulated by the impulses of path 2 of the transmitter, and similarly by the ten remaining paths.
Each receiving multi-vibrator remains inactive under the action of the impulses of the paths other than their own paths since these other impulses always take place at times of insensitivity of their blocking action. to actuate any path in the reverse direction, it suffices to raise the natural frequency of the circle of the tube L for example in order to give the normal blocking to point (3) instead of point (5), and to reduce that of the corresponding tube circuit (eg tube 7) to provide the normal blocking at point (5) instead of point (3). Tube L will then control C instead of the primitive reverse effect.
The shape of the synohronors A and B. common to all the groups of twelve paths and having a dual phase output energy of the waveform described above, can be achieved by a
<Desc / Clms Page number 29>
any method already known, such as for example by the method similar to that described in English patents 344,444 and 363,403.
It can be seen that the invention is not limited to the arrangements described by way of example, but that, on the contrary, the invention can be applied to other cases not envisaged here. For example, Figure 5 shows a transmission system somewhat analogous to the four-conductor system in which two-way lines 11 and 12 are connected by a network of couplings, - suitable couplings (mixed coils H1 and H2) to two unidirectional lines on which repeaters RL, R2, R1 ', R2' are derived according to the facts of the present invention.
CLAIMS.
1 - Signaling system using a form of modulation in which signals are transmitted practically independently of variations in the amplitude of a carrier wave, characterized by the use of repeater devices in the- which energy supplied is practically independent, within operating limits, of the level of energy received so that ordinary complicated gain control devices can be dispensed with and simple and robust repeater devices can be used.