Installation de txansmission d'ondes. La présente invention concerne le fonc tionnement des, circuits téléphoniques, par exemple munis d'amplificateurs dans lesquels le niveau auquel peuvent descendre lès, cou rants de conversation est limité par le bruit introduit ou engendré dans le circuit de câbles.
Dans les câbles bien établis, en particu lier dans ceux du type coaxial, les perturba tions. provenant de sources extérieures peu vent être réduites<B>à</B> un niveau inférieur<B>à</B> celui de la force électro-motrice- d'agitation thermique communément connue sous le nom <B>de</B> bruit de résistance ou de bruit johnson" dont la distribution d'énergie est pratique ment uniforme dans toute la gamme des fré quences. Une autre source de bruits se pro duit dans les lampes (en particulier dans la première lampe) des répéteurs en raison de Péraission de la cathode et pour d'autres causes connues.
Le niveau relatif du bruit Johnson et du bruit de lampe dépend de di- vers facteurs. tels que les propriétés partieu.- lières des lampes# et l'impédanee sur laquelle le circuit grille est fermé et le bruit de lampe peut êti#e comparable ou même de niveau plus élevé que le bruit Johnson. Le bruit Johnson .et le bruit de lampe combinés imposent ainsi une limite en dessous de laquelle le niveau des courants de conversation, dans n1mporte quelle voie, ne doit pas tomber.
Ce bruit com biné sera<U>dénommé</U> dans, le reste de la des cription par le terme de bruit Johnson".
Dans les installations<B>à</B> voies multiples où un amplificateur de ligne commun est utilisé pour l'amplification simultanée de plusieurs voies, une limite supérieure est im posée au niveau des voies par la diaphonie inintelligible (que l'on peut considérer comme un bruit) due<B>à</B> la non-linéarité de la carac téristique de l'amplificateur de ligne.
Les perturbations causées par la non-linéarité sont dues: a) aux harmoniques -seconds et supérieurs d'une fréquence unique qui appa- raissent dans des voies supérieures<B>à</B> celles de la voie perturbatrice dans la gamme de fréquences et<B>b) à,</B> des produits d'intermodu- lation du second ordre et d'ordres supérieurs ou combinaisons de tonalités dues<B>à</B> deux ou plusieurs fréquences qui peuvent apparaître dans des voies soit en dessus, soit en dessous d'une des fréquences composantes quelcon ques dans la gamme de fréquences.
<B>On</B> peut montrer que, du point de vue de la perturbation dans les autres voies, les bar- moniques# directs d'une fréquence unique sont relativement, peu importants par rapport aux produits d'intermodulation dus<B>à</B> deux ou plusieurs fréquences. On peut montrer que ces produits d'intermodula-tion dépendent, de la somme des puissances, des voies indivi duelles dans l'amplificateur et sont plus ou moins. uniformément distribués sur la gamme, de fréquences, occupée par les voies, avec une, tendance<B>à</B> être plus, gênants aux basses fré quences.
Etaut donné que l'affaiblissement de<B>la</B> ligne augmente en général avec la fréquence, il est nécessaire d'utiliser un réseau égali- seur d'affaiblissement pour assurer une trans mission égale de toutes les voies et dans<B>le</B> dessin annexé les fig. <B>1,</B> 2 et<B>3</B> représentent des dispositions qui ont<B>été</B> jusqu'à mainte nant utilisées.
Dans. chaque figure,<B>7</B> et<B>8</B> représentent deux sections de ligne supposées égales;<B>1</B> est un amplificateur d'émission, 2 un amplifica teur intermédiaire et<B>3</B> un amplificateur de réception, tous les amplificateurs étant sup posés avoir un gain uniforme dans toute la gamme des fréquences utiles.
Dans la fig. <B>1,</B> les, indices<B>5</B> et<B>6</B> repré sentent des égaliseurs ayant chacun des ca ractéristiques d'affaiblissement qui sont in verses de celles d'une section de ligne.
Si les signaux des diverses voies sont en voyés<B>à,</B> un niveau uniforme dans Fainplifi- cafeur <B>1,</B> leurs niveaux seront alors uniformes <B>à</B> l'entrée et<B>à</B> la sortie de l'amplificateur<B><U>9</U></B> et<B>à</B> l'entrée et<B>à</B> la sortie de l'amplificateur <B>3.</B> Ainsi, le niveau du bruit<B>dû à</B> l'intermo- dulation sera le même dans toutes les voies et, étant donné que les signaux dans toutes les voies tombent au même niveau minimum <B>(à</B> l'entrée des amplificateurs 2 et<B>3),</B> le ni veau du bruit Johnson sera le même pour toutes les voies,
et sera équivalent au bruit dans un circuit dont l'affaiblissement serait le même<B>à</B> toutes les fréquences et égal<B>à</B> l'affaiblissement dui circuit<B>7</B> ou<B>8 à</B> la fr6- quience la, plus élevée employée plus, la perte de l'égaliseur <B>5</B> ou<B>6.</B>
Dans la, réalisation la plus économique, la modulation par interférence devrait être rendue é-ale <B>à.</B> celle du bruit Johnson. Dans Zn <B>la</B> fi-. 2, 4 et<B>5</B> sont des égaliseurs d'affai- t, #7I blissement ayant, les mêmes caractéristiques que<B>5</B> et<B>6</B> de<B>la,</B> fig. <B>1.</B> Si les signaux de voies sont envoyés<B>a,</B> un niveau uniforme dans l'égaliseur 4, leurs niveaux seront alors uniformes<B>à,
</B> l'entrée de l'é-aliseur <B>5</B> et<B>à</B> l'entrée et<B>à</B> la sortie de l'amplificateur<B>3.</B> Aux entrées et aux sorties des amplificateurs <B>1</B> -et 2, le niveau de la voie la plus élevée sera plus grand que celui de la voie la plus basse d'une quantité égale<B>à</B> la différence dans l'affaiblissement d'une section de ligne <B>7</B> ou<B>8</B> aux fréquences les plus élevées et les plus basses.
Si le niveau de la voie la plus élevée<B>à</B> la sortie de l'amplificateur<B>1</B> est amené # la même valeur qu'il avait dans le circuit de la fio% <B>1,</B> la, puissance totale dans l'ampli ficateur sera, alors moindre et, par suite, le niveau absolu des produits d'intermodulation sera moindre de la quantité:
EMI0002.0037
où n, est le nombre de voies, p,, la puissance dans chaque voie<B>à</B> la sortie de l'amplifica teur<B>1</B> dans la fig. <B>1,</B> Pn la puissance dans la voie ,n" <B>à</B> la sortie de l'amplificateur<B>1</B> dans la fig. 2.
La perturbation amenée par la diaphonie d'intermodulation dans, les, voies plus hautes sera, par conséquent, inférieure<B>à</B> celle du circuit de la fig. <B>1,</B> mais, étant donné que le niveau de la voie<B>à</B> fréquence la plus basse <B>à</B> la sortie de l'amplitude<B>1</B> a été réduit, par exemple de ,a" db., la diaphonie d'inter- modulation est augmentée de la quantité:
EMI0003.0006
Dans tous les cas pratiquee, a est considé rablement plus grand que
EMI0003.0008
Par exemple, avec a =: <B>10</B> db. et un égali- seur ayant une atténuation linéaire en fonc tion de la fréquence, le terme
EMI0003.0013
pourrait avoir la valeur 4,1 db.
Le niveau minimum de la voie<B>à,</B> fré quence la plus haute (aux entrées des ampli- ficateurs 2 et<B>3)</B> est le même que dans le circuit de la fig. <B>1,</B> de telle sorte que le ni veau relatif du bruit Johnson est sans chan gement. Dans le cas de la voie la plus, asse, le niveau minimum a été réduit de ,a" de telle sorte que le niveau du bruit Johnson dans cette voie est augmenté de ,a" db.
Par suite, en utilisant les chiffres de l'exemple donné ci-dessus, en passant du cir cuit de la fig. <B>1 à</B> celui de la fig. 2 dans la voie la plus élevée, le bruit Johnson est in changé et l'intermodulation réduite de 4,1 db., correspondant<B>à</B> une réduction d'interférence totale de<B>1,6</B> db.;
dans la voie inférieure, le bruit Johnson est augmenté<B>de 10</B> db. et l'intermodulation de 10-4,1=--5,9 db. don nant un accroissement des interférences de 8,4 db.
La fig. <B>3</B> représente une, modification du circuit, de la fig. 2, dans laquelle un pré amplificateur 2' est placé devant l'égaliseur <B>5.</B> Le gain de l'amplificateur 2" est plus grand que la perte maximum de l'égaliseur <B>5</B> et le gain de l'amplificateur 2 peut être ré- duit de façon correspondante.
Le niveau mi nimum de toutes les voiee est maintenant celui de l'entrée de l'amplificateur 2' et est uniforme, de telle sorte que le niveau de l'in- terférence dut au bruit Johnson est le même dans toutes les voies que dans le circuit<B>de</B> la fig. <B>1.</B>
En prenant les, chiffres de l'exemple ci- dessus, <B>le,</B> niveau de l'interférence totale dans la voie la plus élevée sera réduit de<B>1,6</B> db. par comparaison avec le circuit de la fig. <B>1</B> et dans la voie, la, plus basse sera augmenté de<B>3,,9</B> db. par comparaison avec le circuit de la fig. <B>1.</B>
L'emploi d'un préamplificateur dans le circuit de la fig. <B>1</B> aurait pour résultat une réduction du bruit Johnson dans la voie la plus basse (2,2 db. dans le bruit total avec les chiffres cités) bien que n'ayant aucun effet sur la voie la plus élevée et ceci repré sente,<B>à</B> peu près le mieux que l'on puisse faire avec ces types de circuits et il peut être remarqué que,<B>à</B> l'exception de l'effet de toute interférence introduite, sur les lignes<B>7</B> et<B>8</B> de la fig. <B>1,</B> il n'y a aucune différence si les égaliseurs <B>5</B> et<B>6</B> sont déplacés des po sitions représentées aux extrémités opposées des lignes<B>7</B> et<B>8</B> respectivement.
Or, l'invention est basée sur la conception suivante:<B>'</B> Dans le cas idéal, l'interférence totale de vrait être la même pour toutes -les voies et dans tous les cas l'interférence due au bruit Johnson devrait être rendue égale<B>à</B> l'inter férence de l'intermodulation. Pour obtenir ce dernier résultat, le niveau minimum auquel chacune des voies descend devrait être le même, c'est-à-dire que les voies devraient avoir des niveaux uniformes<B>à</B> l'entrée de chaque répéteur amplificateur (ou préampli ficateur si l'amplification est divisée en deux sections).
Ceci signifie que les niveaux des voies ne doivent pas être uniformes,<B>à</B> la sor tie des répéteurs et que la différence de ni veau entre deux voies quelconques doit être la même que la différence dans l'affaiblisse ment dans la section de ligne aux fréquences de fonctionnement des deux dites voies.
En supposant que la diaphonie d'inter- modulation soit uniformément distribuée sur la bande utile de fréquences, la condition que l'interférence de modulation exprimée, en rapport signal/bruit soit égale dans toutes les voies peut être remplie si aux fréquences de fonctionnement de deux voies quelconques, la différence dans la réduction de gain de l'amplificateur due<B>à</B> la réaction négative est égale<B>à</B> la différence de niveau dans lesdites voies.
Si maintenant le gain d'amplificateur sans réaction négative est le même<B>à</B> toutes les fréquences dans la bande et répond<B>à</B> la condition ci-dessus pour la diaphonie par intermodulation, il est alors évident que, la caractéristique de gain de l'amplificateur avec réaction négative, aura la même forme que<B>la,</B> caractéristique d'affaiblissement d'une section<B>de</B> ligne et, par suite, aucun égaliseur d'affaiblissement supplémentaire ne sera né- ces,saire.
Dans le cas où le bruit Johnson et la dia- phonie par intermodulation sont, les mêmes pour toutes les voies comme c'était le cas pour le circuit de la fig. <B>1,</B> et si l'on suppose le même niveau de transmission pour la voie la plus élevée, le bruit Johnson aura la même valeur alors que la diaphonie par intermodu- lation sera réduite par rapport au circuit de la fig. <B>1</B> en raison de la réduction'de la puis sance totale<B>à</B> la sortie de l'amplificateur.
En utilisant les chiffres supposés, dans l'exemple précédent, on obtiendra une amé lioration de la diaphonie de, 4,1 db. dans toutes les voies ou une amélioration de bruit total de<B>1,6</B> db. D'une autre manière, on peut augmenter le niveau de sortie de la, voie jus qu'à ce que la diaphonie par intermodulation et le bruit Johnson soient égaux, auquel cas l'amélioration de bruit total est de<B>2,05</B> db. Lorsque la différence d'affaiblissement entre les fréquences les plus élevées et les plus faibles d'une section de ligne augmente et que, par suite,
la différence entre le niveau d'émission des voies les plus hautes et les plus basses augmente, il<B>y</B> aura aussi un accroissement de l'avantage obtenu par l'emploi des prin cipes exposés ci-dessus. Par exemple, lorsque la, différence est portée<B>à 30</B> db., l'ainélio- ration dans Ie bruit total sera, de 4,2) db.
En pratique, il est fréquemment difficile d'établir un amplifieateur qui remplisse les conditions idéale,# et il est nécessaire de<B>dé-</B> terminer quel dispositif, pour des conditions données, approche le pluis de l'idéal.
L'ampli- fieateuir doit de préférence être, établi de telle façon que, pouir <B>la</B> fréquence la, plus élevée<B>à,</B> employer, le gain saiis réaction négative soit t, tD aussi élevé que possible tout en restant coin- patible avec la eondition que le gain ne tombe pas en dessous de eette valeur pour le reste de la bande.
Si la bande, de fréquences est larue, ceci a pour résultat un amplificateur dont le gain eroît lorsqLie la fréquence di- minuie, la, valeur de cet accroissement étant commandée par le réglage des, éléments de couplage entre lampes, comme<B>il</B> est bien connu dans la, technique.
Avec Lin tel amplificateur, la caractéris tique. d'affaiblissement du. eircuit de réaction né-ative devrait alors être établie de telle sorte que lit réduction du<U>-gain</U> (et par suite de Fintermodiilation) <B>à</B> une fréquence quel conque -soit plus grande que celle<B>à</B> la fré- quenee la plus élevée d'une quantité égale <B>à</B> la différence entre l'affaiblissement d'une section de ligne à ladite fréquence et l'affai blissement d'une section de ligne<B>à</B> la fré quence la, plus élevée.
L'amplificateur ainsi établi aura alors Lin gain trop élevé aux fré quences. inférietires relativement aux fré quences supérieures pour une égalisation complète de la, earaetérisfique d'affaiblisse ment de la lh,ne el. un é-aliseur d'affaiblisse- n <B>n</B> ment extérieur sera nécessaire. pour chaque section de li,ne. Même dans ce cas, les con ditions idéales en ce qui concerne l'interfé rence.
peuvent encore être remplies par l'em ploi du circiiit de la fi-.<B>3</B> dans lequel les amplificateurs<B>1</B> et '-) sont maintenant des amplificateurs<B>à</B> réaction négative établis comme décrit ei-dessus# 4 et,<B>5</B> sont des égali- seurs qui eompensent la différence entre les caractéristiques des sections de ligne<B>7,
8</B> et celles des amplificateurs<B>1</B> et<B>'2.</B> Les ampli ficateurs 2' et<B>'a</B> ont -une caractéristique de gain plate et l'amplificateur 2' a un gain supérieur<B>à</B> la perte maximum de l'égaliseur <B>5.</B> Le niveau minimum pour chaque voie se trouve aux entrées des amplificateurs, 2' et <B>3</B> où le niveau est le même, pour toutes les voies. Par suite, le bruit Johnson est le même pour toutes les voies.
La réalisation des am plificateurs<B>1</B> et 2 assure que la diaphonie, d'intermodulation est égale pour toutes, les voies, et, par un réglage convenable des ni veaux, l'iùterférence due au bruit Johnson peut être rendue égal,-<B>à</B> celle due,<B>à</B> l'inter- modulation pour une voie quelconque.
En raison du prix supplémentaire de l'am plificateur 2', il peut être utile de revenir au circuit de la fig. 2 au prix d'une augmen tation de l'interférence. Dans la fig. 2, les amplificateurs<B>1</B> et 2 seront maintenant éta blis de tel-le sorte que l'interférence d!inter- modulation soit la même pour toutes les voies lorsque les,
voies transmettent<B>à</B> des niveaux tels qu'elles atteignent toutes le même niveau <B>à</B> l'entrée de l'égaliseur <B>à</B> et de l'amplifiea- teur <B>3.</B> L'amplificateur<B>3</B> a une caraetéristi- que de gain plate et les égaliseurs 4,<B>5</B> com pensent la partie de la déformation d'affai blissement de la ligne<B>7</B> et<B>8</B> respectivement. qui n'est pas compensée par les amplifica teurs<B>1,</B> 2.
Pour les voies les plus élevées, les conditions d'interférence seront les mêmes que celles de la fig. <B>3,</B> étant donné que la perte de l'égaliseur <B>à</B> est pratiquement nulle pour cette fréquence. Pour la voie inférieure, alors que l'interférence due<B>à</B> l'intermodula- tion est la même que dans le cas idéal, l'inter férence due au bruit Johnson est augmentée d'une quantité égale<B>à</B> la perte de l'égaliseur <B>à à</B> la fréquence de la voie la plus basse.
Pour surmonter cette difficulté, la réaction négative aux fréquences inférieures peut être augmentée par une modification des caracté ristiques du circuit de réaction négative tout en maintenant la même réaction négative<B>à</B> la fréquence la plus élevée. Ce changement réduira en premier l'interférence aux fré quences inférieures due<B>à</B> l'intermodulation et, deuxièmement, réduira le gain de l'ampli ficateur et, par suite,<B>la</B> perte nécessaire dans les égaliseurs 4 et<B>5</B> pour les fréquences infé rieures, réduisant ainsi l'interférence due au bruit Johnson. Ainsi,
un point peut être atteint pour lequel la somme de l'interférence due au bruit Johnson et<B>à</B> l'intermodulation dans la voie la plus basse est égale<B>à</B> celle de la voie la plus élevée. La perte maximum finale dans les égaliseurs 4 et<B>5</B> ne sera pas dansa ces conditions supérieure<B>à 3</B> db.
En variante, la réaction négative aux fré quences inférieures peut être augmentée par une, augmentation du gain de l'amplificateur <B>à</B> ces fréquences sans réaction négative. Cette méthode, bien qu'elle puisse être nécessaire lorsque la méthode précédente ne peut pas être. adoptée sans dangers d'instabilité des amplificateurs, est moins avantageuse que la première méthode, étant donné que le gain de l'amplificateur aux fréquences inférieures sans réaction négative, et par suite la perte des égaliseurs 4 et<B>5, à</B> ces fréquences ne peut pas être encore réduite.
Il est clair que les méthodes décrites peu vent être appliquées<B>à</B> des amplificateurs ayant des caractéristiques de gain initial sans réaction négative de genre, quelconque et que la méthode peut également être étendue pour couvrir des cas où, par exemple, la dis tribution des, fréquences des produits d'inter- modulation n'est pas uniforme ou lorsque le bruit dans certaines bandes de fréquences est introduit sur le câble en provenance de sources extérieures.
Bien que l'invention ait été décrite prin cipalement dans son application<B>à</B> des instal lations téléphoniques<B>à</B> voies multiples, il est clair qu'elle est également applicable<B>à</B> n'im porte quelles autres installations de trans mission d'ondes et, en particulier,<B>à</B> des ins tallations dans lesquelles de, larges bandes de fréquences doivent être transmises.
La fig. 4 est une courbe donnant le gain <B>G</B> en db. par rapport<B>à</B> la fréquence<B>f</B> en<B>pé-</B> riodes par seconde, et la fig. <B>à</B> est une courbe donnant la puis sance, d'infermodulation IP en db. par rapport <B>à</B> la fréquence<B>f</B> en périodes par seconde. Dans les fig. 4 et<B>5,</B> la courbe ,a" repré sente la caractéristique de gain-fréquence d'un amplificateur sans réaction négative dans lequel les harmoniques sont supposés être indépendants de la, fréquence.
La -courbe <B><I> b</I> "</B> représentela caractéristique 'harmoniques- fréquences de l'amplificateur sans iéaetion négative. La courbe ,c" représente la, carac- téristiquedésirée harmoniques-fréquen-ces. La courbe ,d" représente la caractéristique gain- fréquence de l'amplificateur avec la réaction négative réglée pour obtenir la caractéristique harmoniques-fréquences #d6sirée.
Etant donné que, comme<B>il</B> est,connu, une ,réduction de gain de n db. par réaction néga tive a pour effet une amélioration des har moniques de<B>n</B> db. <B>à</B> la fréquence de fonction nement, ilest clair que<B>à</B> toutes fréquences la différence entre 'la, courbe ,a" et la courbe <B><I>A"</I></B> est égale<B>à</B> la différence entre la courbe ,,c" et la -courbe ,b" et que la caractéristique affailblissement-fréquence désirée du circuit de réaction -négative est de la même forme que la courbe<B>,d".</B>
S'il est nécessaire que l'amplificateur, dans son ensemble, ait une caractéristique gain-fréquen-ce autre que la courbe finale<B>,d",</B> la courbe d'ensemble peut être corrigée par un égaliseur avant ou après l'amplificateur ou la caractéristique gain-fréquence sans réaction négative (courbe ,a") peut être modifiée (par -exemple par la modification des circuits de couplage) pour permettre ù, la -courbe ,d" d'avoir la farine -correcte à1ors que les con-di- tians pour les harmoniques établies par les courbes P' et ,
c" sont remplies.
Une, application importante de tels am plificateurs est celle 4cs systèmes<B>à</B> voies multiples dans lesquels le niveau de fonction nement de sortie des voies varie avec la fr6- quence, mais. dans lesquels le rapport signal/ bruit doit être, le même pour toutes les voies ou doit suivre une courbe prédéterminée, le ,,,bruit" signifiant ici le bruit d'intermodula- tion ou de -diaphonie.
Une condition de fonctionnement probable serait celle du même niveau relatif pour toutes les voies<B>à</B> l'entrée de l'amplificateur mais, dans certains c-as, il peut être impossible de r6aliser -une égalisation de ligne -complète dans le circuit de réaction négative et la. con- diti-on de fonctionnement est alors telle, que les voies ne -sont pas au même niveau soit<B>à</B> l'entrée, soit<B>à</B> la sortie.
Bien que l'invention ait. été décrite en re lation avec des exemples de réalisation, il est -clair qu'elle n'est en rien limitée<B>à</B> ces 'exemples et que ceux-ci sont susceptibles de nombreuses variantes et modifications sans sortir du domaine de l'invention.