Installation de signalisation électrique multiplex par ondes de hautes fréquences, disposée en vue d'éviter que les signaux émis par une station affectent les appareils récepteurs de la même station. L'invention se rapporte à une installation de signalisation électrique multiplex, c'est-à- dire servant à la transmission simultanée de plusieurs signaux sur une même ligne de transmission, et dans laquelle les appareils récepteurs d'une station ne doivent pas être affectés par les appareils transmetteurs de la même station.
Dans une telle installation, plusieurs ondes fondamentales à haute fré quence; chacune d'une fréquence différente, sont produites à la station de transmission et 3r sont modulées séparément en conformité d'ondes à basses fréquences. Suivant l'inven tion, ladite ligne de transmission est associée à une ligne artificielle d'équilibrage qui re produit l'impédance de ladite ligne de trans mission pour de hautes fréquences.
Le dessin ci-joint montre, à titre d'exemple, une des formes de réalisation de l'objet de l'invention. Suivant ce dessin, une ligne de transmission L est représentée comme reliant deux stations entre lesquelles des signaux simultanés peuvent être transmis. L'une des stations est indiquée en détail et comprend plusieurs circuits de transmission Ti T2 Ts dont le premier seulement est entièrement représenté. La station comprend en outre un ensemble de circuits récepteurs.
Le dessin montre, à titre de variantes partielles, deux de ces ensembles, dont l'un est indiqué en <I>Ri</I> R2 <I>Ra,</I> tandis que l'autre est indiqué en <I>Ri'</I> R2' Ra'. L'autre station qui se trouve à l'autre extrémité de la ligue L et qui peut être équipée d'une manière semblable à celle de la première- station, est schématiquement indiquée par les rectangles T et R.
Dans une telle installation, on doit pou voir recevoir et transmettre simultanément des signaux de chacune des stations de et vers une station distante et cela sans que les appareils récepteurs soient influencés par les courants transmis par la station à la quelle ils appartiennent. A cet effet, chaque station comprend une ligne artificielle d'équi librage associée à la ligne de transmission, cette ligne artificielle d'équilibrage reprodui sant l'impédance de la ligne de transmission pour des courants de hautes fréquences.
Cette ligne artificielle peut souvent être constituée par une simple résistance, ce qui s'explique théoriquement comme suit:
EMI0002.0001
où a est ce qu'on appelle la constante d'atténuation, @3 = la constante de longueur d'onde, et
EMI0002.0003
la constante de pro pagation de la ligne (pour une fréquence donnée), si l'on a posé e = la base des logarithmes naturels; Y= l'admittance complexe par unité de longueur entre les conducteurs de la ligne; Z= l'impédance complexe de la ligne, par unité de longueur.
EMI0002.0005
On remarque que l'intensité et le voltage consistent en deux parties, dont l'une diminue et l'autre augmente logarithmiquement lors qu'on s'éloigne de la source d'énergie.
La dernière partie peut être considérée comme représentant l'onde reflétée et fait défaut, si la ligne aboutit à une impédance convenable, et doit aussi s'annuler si la ligne est d'une longueur infinie, autrement on obtiendrait une augmentation de puissance en suivant la ligne, au lieu d'avoir une diminution.
En supposant une ligne de longueur infinie ou d'une telle longueur que l'intensité reflétée est négligeable à l'extrémité d'alimentation,
EMI0002.0007
Z
<tb> l'expression <SEP> <I>1</I> <SEP> <B>(-'-</B> <SEP> <I>- <SEP> Z <SEP> Eo) <SEP> e</I> <SEP> a <SEP> <B># <SEP> -</B>
<tb> devant <SEP> disparaître, <SEP> <B>1,,</B> <SEP> - <SEP> @ <SEP> Z <SEP> Eo <SEP> doit <SEP> être égal à zéro;
le voltage d'alimentation Eo, divisé par l'intensité d'alimentation ro, donne l'impédance résultante de la ligne
EMI0002.0010
Suivant Heaviside, les équations pour une ligne contenant de l'inductance et de la ca pacité distribuées peuvent être exprimées en quantités complexes par les formules suivantes E <I>et I</I> désignent le voltage et l'intensité sur un point à la distance l d'un point où le voltage Eo et le courant Io sont connus.
E et I sont le voltage et l'intensité au point depuis lequel la longueur d est mesurée,<I>L</I> étant positif, si la longueur est mesurée vers le côté de la source d'énergie. Si Eo et Io re présentent le voltage et l'intensité du courant d'alimentation et l représente la distance mesurée à partir de la source d'énergie, ces équations deviennent: En négligeant l'onde reflétée, le reste des équations (3) ou (4) donne le même résultat.
On le voit, par exemple, si l'on ne conserve que le premier terme du membre de droite de l'équation 3, en posant l <I>= o et I =</I> Ia.
L'impédance de la ligne infiniment longue,
EMI0002.0023
est aussi appelée impédance carac téristique de la ligne.
On peut aussi écrire cette impédance sous la forme complexe
EMI0002.0024
oii: r <B>==</B>la résistance de la ligne par unité de longueur, x = la réactance inductive de la ligne par unité de longueur<B>==</B> mL, g = la conductance "de perte" de la ligne par unité de longueur, b --- la susceptance condensive de la ligne par unité de longueur = c) C, si l'on a posé, L = l'inductance et C = la capacité de l'unité de longueur de la ligne.
Si la fréquence est si haute que r devient petit par rapport à x et si g est petit com paré à b, ces petites quantités peuvent être négligées par rapport à x et b et l'équation 6 devient sensiblement
EMI0003.0004
ce qui est un nombre réel; en substituant cette expression dans l'équation 5, on aura:
EMI0003.0005
EMI0003.0006
La partie réelle représente la résistance résultante.de la ligne et tend, pour w crois sant, vers la valeur:
EMI0003.0008
ce qui représente le résultat déjà obtenu en (8).
EMI0003.0009
Ceci prouve que, lorsque la fréquence devient grande, l'expression sous la racine approchant de la valeur
EMI0003.0010
la réactance varie enfin inversement à w, suivant l'équation
EMI0003.0011
En réalité,<B>là</B> réactance est au-dessous de un pourcent de la résistance, pour des fré quences au-dessus de 20000.
IL est donc clair que, pour des fréquences comparativement hautes, l'impédance caractéristique de la ligne se réduit pratiqueraient à une simple résis- tanceede la valeur
EMI0003.0016
et que cette valeur est indépendante de la fréquence, puisque w ne paraît pas dans l'équation: impédance de ligne
EMI0003.0017
Les nombres complexes représentant E et I étant dans un rapport réel, il en résulte que la tension et le courant sont en phase à l'extrémité d'alimentation, c'est-à-dire que la charge constituée par la ligne peut être re présentée par une simple résistance.
Pour voir comment la réactance qui forme partie de l'impédance caractéristique diminue avec la fréquence, on peut séparer, dans l'expression
EMI0003.0019
la partie réelle de la partie complexe Pour g = o, on obtient la valeur de la partie imaginaire ou réactance
EMI0003.0020
ce qu'on peut exprimer aussi, approximative ment, par Ceci veut dire que, pour des fréquences suffisamment élevées, il est possible d'équi librer l'impédance d'une ligne comportant des inductances et de la capacité distribuées, par une ligne artificielle constituée par une simple résistance, et que la valeur de cette résistance qui convient pour une valeur assez élevée de la fréquence, convient aussi pour toutes les fréquences de valeur supérieure.
Si cependant<I>r, L</I> et C varient avec la fréquence, de nouvelles complications en ré sulteront. Cependant L peut diminuer seule ment jusqu'à une certaine limite (à la valeur qu'on obtiendrait en négligeant l'inductance due à l'espace occupé par le fil même) et Lord Kelvin a indiqué que la résistance de longs fils cylindriques, pour des hautes fré quences, augmente comme
EMI0003.0022
C'est pour quoi;
tout en prenant en considération ces variations, dans des lignes téléphoniques aériennes la réactance pourrait être exprimée par l'expression modifiée
EMI0004.0001
oii 7i est un coefficient réel et positif, L' la valeur limite de L, et C" la capacité par unité de longueur, expression que l'on obtient en introduisant dans l'équation (13)
EMI0004.0004
comme indiqué par Lord Kelvin, et dont il suit que dans ce cas aussi une ligne avec une inductance et une capacité distribuées uniformément tendrait à agir comme une simple résistance à de hautes fréquences.
Avec des fréquences au-dessus de 20000, la réactance est inférieure à un pourcent de la résistance qui ne varie plus sensiblement: ces faits fournissent la possibilité d'employer une simple résistance pour la ligne artificielle au moins pour toutes les fréquences au-dessus de 20000.
Dans le cas de l'installation représentée au dessin, les signaux sont expédiés par la ligne L à des stations distantes depuis l'un ou tous les circuits de transmission Ti T-, Ts, et la ligne L transmet des signaux arrivant desdites stations distantes à l'un ou à tous les circuits de réception<I>Ri</I> R2 R3, suivant la première variante, ou à l'un ou à tous les circuits de réception<I>Ri'</I> R.' et Rs', suivant la deuxième variante.
Les circuits de transmission<I>Ti</I> T.a Ts sont semblables, la seule différence consiste en ce que les éléments divers sont disposés de façon à ce que chaque circuit transmet teur transmet des oscillations d'une fréquence différente de celle des autres. Chacun des circuits de réception Ri R2 Rs ou<I>Ri'</I> R2' Rs' n'admet que des courants ayant à peu près la fréquence du transmetteur placé à l'autre extrémité de la ligne, dont il doit recevoir les signaux.
Dans chaque circuit de transmission, les oscillations à haute fréquence produites par l'oscillateur < ), qui peuvent être appelées oscillations fondamentales, sont modulées par le modulateur 1 d'accord avec des ondes de signaux émises à l'aide du transmetteur t. Ces oscillations modulées sont amplifiées par les tubes amplificateurs 2et 3 et sont trans mises à la ligne par le transformateur 4.
L'oscillateur 0), alimenté d'énergie par la batterie 9, comporte un transformateur 8, comprenant un enroulement 10, dont une partie réglable, formant primaire, est par courue par le courant de ladite batterie, ainsi qu'un enroulement secondaire 11. La fréquence des oscillations est déterminée par la valeur du condensateur réglable 12 shunté sur l'en roulement 10 et formant avec ce dernier un circuit d'oscillation. Des variations dans le courant de la batterie sont produites à l'aide du tube à vide 13 comportant une cathode ou filament 14 chauffée par un courant fourni par la batterie 15 à travers la résistance réglable 16. La borne 17 du filament 14 est reliée par une connexion ajustable 18 avec l'enroulement 10.
La borne positive 19 de la batterie 9 est raccordée à l'anode ou plaque 20, et la borne négative 21 est connectée par un conducteur 22 à une borne du con densateur 12 et de l'enroulement 10 du trans formateur 8, l'autre borne de l'enroulement 10 et l'autre borne du condensateur 12 étant raccordées par un conducteur 23 à la grille 24 du tube 13.
Pour le fonctionnement de l'oscillateur, la batterie 9 fournit du courant à travers le circuit s'étendant de la plaque 20,à travers le tube, au filament 14, et de là par le con ducteur 17 et à travers la partie de l'en roulement 10 comprise entre la connexion ajustable 18 et le fil 22, à la borne négative de la batterie. C'est ce qu'on appelle le cir cuit de départ ou secondaire de l'oscillateur; le circuit d'arrivée ou. primaire comporte le filament 14, le conducteur 17, la partie de l'enroulement 10 du transformateur 8 com prise entre la connexion ajustable 18 et le conducteur 23, ce conducteur 23 et la grille 24.
Des variations du potentiel entre le fila ment 1.4 et la grille 24 produisent des varia tions amplifiées dans le courant fourni par la batterie dans le circuit secondaire. Les deux parties de l'enroulement 10 du trans formateur sont en relation inductive, et des variations du courant de la batterie â travers la partie de l'enroulement 10 du transforma teur, comprise dans le circuit secondaire. de l'oscillateur, induisent une force électromotrice dans l'autre partie dudit enroulement com prise dans le circuit primaire de l'oscillateur.
- Les variations de potentiel de la grille 24 produites par cette force électromotrice s'op posent au passage du courant dans le circuit secondaire de l'oscillateur ou alternativement, facilitent ce passage. La période des oscil lations ainsi produites est déterminée par l'ajustage du condensateur réglable 12 shunté à travers l'enroulement primaire 10 du trans formateur.
Les oscillations ayant lieu dans l'enrou lement primaire 10 du transformateur produi sent des oscillations correspondantes dans l'en roulement secondaire 11; celles-ci sont com binées, dans le circuit comprenant le con ducteur 25, avec les oscillations produites dans l'enroulement secondaire du transforma teur 27, par le transmetteur t, qui produit des variations du courant fourni par la bat terie b à l'enroulemet primaire de transfor mateur 26. Le conducteur 25 est relié d'une manière ajustable avec la résistance 28 shuntée à travers l'enroulement secondaire 27, ce qui permet de faire varier l'amplitude des oscil lations qui, provenant du transmetteur t, sont transmises à la grille 29 du modulateur 1.
Le circuit primaire du modulateur 1 com porte la grille 29, l'enroulement secondaire 11, l'enroulement 27, shunté par la résistance 28, la batterie 30, et le filament de la cathode 31 chauffé par la .batterie 32. La batterie 30 provoque un potentiel négatif sur la grille 29. Le circuit secondaire du modulateur 1 s'étend depuis le filament 31, à travers la batterie 32 et les deux branches couplées en parallèle d'un circuit oscillant formé par l'inductance 33 et la capacité 34, à la plaque 35.
Le circuit oscillant comportant l'inductance 33 et la capacité 34. est syntonisé à la fré quence de l'oscillateur; et le chemin formé par ces deux branches en parallèle présente une haute impédance aux oscillations provenant de l'oscillateur et constitue un circuit anti- résonant, dans le sens qui sera indiqué tout à-l'heure, de façon que ces oscillations à haute fréquence sont envoyées à travers les con densateurs 36 et 37 et la résistance 43. Le chemin 33, 34 présente une basse impédance au passage de courants dont la fréquence diffère notablement de celle de l'oscillateur.
Il est à remarquer que dans la présente description le terme "circuit anti-résonant" est employé pour désigner un circuit qui pré sente une haute impédance au passage de courants d'une fréquence à laquelle ledit circuit est accordé, mais qui forme une voie à basse impédance pour des courants d'autre fréquence.
La chute de potentiel des oscillations modulées à haute fréquence à travers la résis tance 43 est transmise sur les circuits pri maires des tubes à vide amplificateurs 2 et 3. Le tube à vide 2 comporte la cathode ou le filament 40, l'anode ou la plaque 46 et l'électrode auxiliaire ou grille 38. De même, le tube à vide 3 renferme le filament ou la cathode 41, la grille 39 et l'anode ou la pla que 47. Le condensateur 36 est raccordé aux grilles 38 et 39 et le condensateur 37 est raccordé aux filaments 40 et 41. La borne négative de la batterie 42 est .raccordée aux grilles 38 et 39 à travers la résistance 43, tandis que sa borne positive est raccordée aux filaments 40 et 41. Ces filaments sont chauffés par le courant d'une batterie 44, et ce courant est réglé par la résistance ré glable 45.
Le circuit secondaire des amplificateurs 2 et 3 comporte les électrodes 46 et 47 en parallèle, l'enroulement primaire 48 du trans formateur 4 et la batterie 49, dont la borne négative est raccordée aux filaments 40 et 41.
L'enroulemet secondaire 51 du transforma teur 4 reçoit les oscillations modulées de haute fréquence, amplifiées par les tubes 2 et 3, qui doivent être transmises par la ligne L à un appareil de réception syntonisé placé à l'autre extrémité de la ligne L. D'une ma nière semblable des oscillations modulées pro duites dans les circuits transmetteurs T2 et Ts peuvent être transmises à la ligne L à l'aide de transformateurs 5 et 6.
Les éléments des circuits transmetteurs Ta et Ts sont identiques à ceux du circuit transmetteur Ti, la seule différence étant l'ajustement des différents circuits de ma nière que chaque circuit transmetteur transmet à la ligne L une fréquence fondamentale diffé- rente de celle des autres circuits transmetteurs.
I1 ne conviendrait pas de raccorder sans autre les enroulements secondaires des trans formateurs 4, 5 et 6 à la ligne L, parce que chaque enroulement secondaire servirait de bobine de réactance pour les courants trans mis par tous les autres.
Afin d'écarter du circuit cette impédance, le circuit auti-résonant Ci est raccordé en dérivation à l'enroulement 51. Ce circuit anti- résonant comprend le condensateur 55 et l'in ductance 54 qui sont alimentés en parallèle par l'enroulement 51.
Le circuit anti-résonant Ci est accordé à la haute fréquence fournie par le circuit transmetteur Ti. Le circuit anti-résonant Ci présente alors un chemin à haute impédance aux courants fournis par le circuit trans metteur Ti et ces courants passent par le chemin à résistance comparativement basse représenté par la ligne L. L'impédance du chemin comprenant le secondaire 51 est ré duite au minimum pour la fréquence fournie par le circuit transmetteur Ti à l'aide du condensateur 50 à capacité réglable.
Les courants fournis par les circuits trans metteurs T2 Ts, ou par des circuits trans metteurs à l'autre extrémité de la ligne, ont une fréquence différente de celle à laquelle le circuit anti-résonant Ci est accordé et trou vent donc dans ce circuit anti-résonant un chemin à basse impédance.
D'une façon analogue à celle décrite par rapport au circuit transmetteur Ti, les circuits transmetteurs T2 et Ts sont munis de con densateurs réglables 52 et 53 et de circuits anti-résonants Ga et Cs respectivement. L'in ductance 56 et la capacité 57 sont établies dans le circuit anti-fésonant Cs et le circuit anti-résonant Cs comporte l'inductance 5$ et le condensateur 59.
Le circuit anti-résonant Ci, est syntonisé à la fréquence fournie par le circuit transmetteur T2 et une remarque semblable s'applique à la syntonisation du circuit anti-résonant Cs.
Il peut convenir d'employer comme fré quences des courants transmis par une station terminale, des valeurs intermédiaires entre celles des courants qui sont transmis par l'autre sta tion, par exemple les moyennes arithmétiques entre ces dernières, puisqu'il a été trouvé que cela permet d'augmenter le nombre de communi cations indépendantes qui peuvent être établies en se servant de hautes fréquences comprises entre des limites données. On peut trans mettre, par exemple, de l'une station avec les fréquences 5000, 10000 et. 15000, et de l'autre station avec les fréquences 7500, 12500 et 17500. On peut ainsi compléter utilement l'effet de la ligne artificielle d'équilibrage, sans que le risque de mélanges de signaux arrivant à une station en soit augmenté.
Le bloc R, à l'autre extrémité de la ligne L, représente une pluralité de circuits récepteurs dont chacun est syntonisé à la fréquence d'un des circuits transmetteurs Ti T2 Ts.
L'enroulement primaire 60 d'un trans formateur est raccordé à la ligne L; l'enrou lement secondaire 61 du même transforma teur transmet l'énergie des signaux arri vants aux circuits récepteurs, Ri R2 Zà ou Ri' R2' M'.
Des deux conducteurs qui amènent à la ligne les courants des transmetteurs, 62 est raccordé directement à l'un des conducteurs de la ligne L, tandis que 63 est raccordé au point médian 64 de l'enroulement primaire 60, relié par l'une de ses extrémités à l'autre conducteur de la ligne L.
Entre l'autre ex trémité de l'enroulement primaire 60 et le point de raccordement du conducteur 62 avec la ligne L est intercalée la ligne artificielle 65 qui peut être constituée par une simple résistance, pour des raisons mentionnées ci- dessus. Autrement dit, la ligne artificielle 65 et la partie de l'enroulement primaire 60, se trouvant entre elle et la connexion 64, for ment une dérivation, par rapport à la ligne et à l'autre partie de l'enroulement 60, sur les circuits transmetteurs raccordés aux con ducteurs 62 et 63.
Si l'impédance de la ligne artificielle 65 est exactement la même que l'impédance résultante de la ligne L, les courants dûs aux circuits transmetteurs Ti<I>T2</I> T3 sont égaux en valeurs dans les deux moitiés de l'enrou lement primaire 60, et comme ces courants ont des directions opposées dans les deux moitiés de cet enroulement primaire 60, l'effet résultant sur l'enroulement secondaire 61 est zéro, de façon que l'énergie d'émission n'a aucun effet sur l'appareil récepteur local. D'autre part, les courants des signaux arri vants passent dans la même direction à tra vers les deux parties de l'enroulement pri maire 60, de maniére que l'énergie d'arrivée est transmise à l'appareil récepteur local.
Le chemin local de transmission 62, 54, 56, 58, 63, et le chemin local de réception 74, 76, 75 ou 66, 68, 69, 70, 67, sont ainsi ce qu'on appelle des chemins conjugués, pour les fré quences fondamentales.
Les circuits récepteurs auxquels est rac cordé l'enroulement secondaire 61, peuvent être ou bien tels que montrés en Ri R2 Rs ou bien tels que montrés en<I>Ri'</I> Rs' Rs'. Si l'on veut séparer les courants des différen tes fréquences avant d'amplifier et de détec ter, on pourra employer des circuits récep teurs tels que Ri' R2' R,s'. Dans ce cas, la connexion est effectuée à travers les conduc teurs 66 et 67 avec les enroulements pri maires des transformateurs réglables 68, 69 et 70.
A l'aide des filtres 71, 72 et 73, les courants des fréquences fondamentales fournies par le circuit transmetteur correspondant à l'autre extrémité de 'la ligne L sont sélectés dans chaque circuit<B>'</B>récepteur et transmis à un amplificateur et à un détecteur non des sinés qui en fait partie. Les circuits trans metteurs et récepteurs à l'autre extrémité de la ligne sont semblables à ceux montrés en détail et sont représentés conventionnellement par les blocs T et R.
Sauf le cas dont il sera encore question plus loin, les circuits récepteurs sont d'ailleurs de préférence tels que montrés en Ri R2 Rs. Un amplificateur commun 76 est prévu dans cet arrangement. Ainsi qu'il est montré dans le dessin, l'enroulement secondaire 61 est raccordé par les conducteurs 74 et 75 au circuit d'arrivée de l'amplificateur 76. Cet amplificateur est formé du tube à vide 77 contenant la cathode ou filament 78 chauffé par la batterie 79, la grille ou électrode auxi liaire 80 et la plaque ou anode 81.
Le conducteur 74 est raccordé à.la grillle 80 et le conducteur 75 au filament 78. Le circuit d'émission de l'amplificateur 76 com prend l'anode 81, les enroulements primaires des transformateurs réglables 83, 84, 85 en série, et la batterie 82 dont la borne néga tive est raccordée au filament 78. II faut remarquer que comme 1\amplificateur 76 n'a pas une caractéristique exactement linéaire, il tend à agir comme un dispositif modulant, et si les courants transmis aussi bien que les courants reçus étaient libres d'y agir, l'ampli ficateur produirait une modulation des cou rants reçus par les courants transmis.
Les oscillations amplifiées d'une fréquence donnée sont sélectées par le circuit syntonisé comportant l'enroulement secondaire du trans formateur 83 et le condensateur réglable 86 shunté sur ledit enroulement, et ces oscil lations sont transmises au circuit d'arrivée du détecteur 87. Ce détecteur comporte un tube à vide renfermant une cathode 89 chauffée par la batterie 90, une grille 91 et une pla que 92, la grille 91 et le filament 89 formant les bornes du circuit d'arrivée raccordé à l'enroulement secondaire du transformateur 83.
L'anode 92 et la cathode 89 sont les bornes du circuit d'émission du détecteur 87 et sont en circuit avec la batterie 93 dont la borne négative est raccordée à la cathode 89 et la borne positive à l'enroulement primaire du transformateur 94, dont l'enroulement secon daire est raccordé au récepteur 95.
Les cir cuits récepteurs R2 et Rs sont semblables au circuit récepteur Ri et la seule différence consiste dans les ajustages des condensateurs et des inductances, par lesquelles chaque cir cuit est syntonisé à une fréquence différente de celle des autres circuits et cette fréquence est celle des oscillations fournies par le cir cuit transmetteur correspondant à l'autre ex trémité de la ligne. ' Il est donc clair que, dans la forme pré férée de l'arrangement des circuits de récep tion, les signaux arrivants sont reçus par un amplificateur unique et sont transmis aux différents circuits syntonisés où ils sont dé tectés et reçus par le récepteur.
Il est possible et désirable d'employer dans ces installations des fréquences fonda mentales basses par rapport à celles employées ordinairement. Une rangée de fréquences de 5000, ou 10000 jusqu'à 40000 ou 50000 convient pour l'installation décrite ci-dessus. On a trouvé cependant qu'avec des fréquen ces relativement basses la déformation de la voix par les circuits sélectifs syntonisés est considérable, tandis qu'à des fréquences plus élevées elle est négligeable.
Ceci s'explique comme suit: Si C désigne la fréquence fon damentale sur laquelle le circuit sélectif a été syntonisé, et si S désigne la fréquence d'un courant employé pour moduler l'onde fondamentale, le courant modulé peut être considéré comme résultant de trois courants composants, dont les fréquences sont respec tivement C, C-j- S, et C- S.
Dans le cas où le courant modulant est produit par la voix; la fréquence S varie dans une rangée con sidérable de façon à ce que les composantes C + S et C-8 forment pour ainsi dire des bandes sur chaque côté de la fréquence fon damentale C.
Le circuit syntonisé ne trans mettra pas ces fréquences des courants com posants aussi bien que la fréquence fonda mentale, mais on trouvera que cet effet di minue avec l'augmentation de la fréquence fondamentale, et c'est seulement avec les plus basses des fréquences fondamentales dont il a été question ci-dessus, que les harmoni ques supérieures de la voix sont affaiblis à un tel degré que son timbre en est fortement modifié.
Dans l'installation décrite, il a été prévu de corriger ce défaut dés qu'il devient gênant en remplaçant les circuits syntonisés par des circuits qui transmettent sélectivement la rangée désirée de fréquences avec approxima tivement la même atténuation pour chaque fréquence, c'est-à-dire par un filtre ayant une caractéristique de transmission en forme de courbe relativement. aplatie.
De tels filtres sont montrés dans le dessin en 71, 72 et 73. Des filtres ayant ces pro priétés peuvent remplacer chacun des circuits syntonisés de l'installation, mais il peut aussi suffire de les employer seulement dans les circuits récepteurs. Les principes de construc tion de filtres convenables sont bien connus et n'ont pas besoin d'être exposés.
Multiplex electrical signaling installation using high frequency waves, arranged to prevent the signals emitted by a station from affecting the receiving devices of the same station. The invention relates to a multiplex electrical signaling installation, that is to say for the simultaneous transmission of several signals on the same transmission line, and in which the receiving devices of a station must not be affected. by transmitting devices from the same station.
In such an installation, several high frequency fundamental waves; each of a different frequency, are produced at the transmitting station and 3r are separately modulated in accordance with low frequency waves. According to the invention, said transmission line is associated with an artificial balancing line which reproduces the impedance of said transmission line for high frequencies.
The accompanying drawing shows, by way of example, one of the embodiments of the object of the invention. According to this drawing, a transmission line L is shown as connecting two stations between which simultaneous signals can be transmitted. One of the stations is indicated in detail and comprises several transmission circuits Ti T2 Ts, only the first of which is fully represented. The station further comprises a set of receiver circuits.
The drawing shows, as partial variants, two of these sets, one of which is indicated at <I> Ri </I> R2 <I> Ra, </I> while the other is indicated at <I > Ri '</I> R2' Ra '. The other station which is at the other end of the L-league and which can be equipped in a manner similar to that of the first-station, is schematically indicated by the rectangles T and R.
In such an installation, it must be possible to simultaneously receive and transmit signals from each of the stations to and from a remote station, without the receiving devices being influenced by the currents transmitted by the station to which they belong. To this end, each station comprises an artificial balancing line associated with the transmission line, this artificial balancing line reproducing the impedance of the transmission line for high frequency currents.
This artificial line can often be formed by a simple resistance, which is theoretically explained as follows:
EMI0002.0001
where a is what is called the attenuation constant, @ 3 = the wavelength constant, and
EMI0002.0003
the constant of propagation of the line (for a given frequency), if we have set e = the base of the natural logarithms; Y = the complex admittance per unit length between the conductors of the line; Z = the complex impedance of the line, per unit length.
EMI0002.0005
Note that the current and the voltage consist of two parts, one of which decreases and the other increases logarithmically as we move away from the energy source.
The latter part can be taken to represent the reflected wave and is missing, if the line results in a suitable impedance, and must also cancel out if the line is of infinite length, otherwise one would obtain an increase in power following the line, instead of having a decrease.
Assuming a line of infinite length or of such length that the reflected intensity is negligible at the feed end,
EMI0002.0007
Z
<tb> the expression <SEP> <I> 1 </I> <SEP> <B> (-'- </B> <SEP> <I> - <SEP> Z <SEP> Eo) <SEP> e </I> <SEP> a <SEP> <B> # <SEP> - </B>
<tb> before <SEP> disappear, <SEP> <B> 1 ,, </B> <SEP> - <SEP> @ <SEP> Z <SEP> Eo <SEP> must <SEP> be equal to zero;
the supply voltage Eo, divided by the supply current ro, gives the resulting impedance of the line
EMI0002.0010
According to Heaviside, the equations for a line containing distributed inductance and capacitance can be expressed in complex quantities by the following formulas E <I> and I </I> denote the voltage and the current on a point at the distance l from a point where the voltage Eo and the current Io are known.
E and I are the voltage and current at the point from which the length d is measured, <I> L </I> being positive, if the length is measured towards the side of the power source. If Eo and Io re present the voltage and intensity of the supply current and l represents the distance measured from the power source, these equations become: Neglecting the reflected wave, the rest of equations (3) or (4) gives the same result.
We see this, for example, if we keep only the first term of the right hand side of equation 3, by setting l <I> = o and I = </I> Ia.
The impedance of the infinitely long line,
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is also called the characteristic impedance of the line.
We can also write this impedance in the complex form
EMI0002.0024
oii: r <B> == </B> the resistance of the line per unit of length, x = the inductive reactance of the line per unit of length <B> == </B> mL, g = the conductance " loss "of the line per unit length, b --- the condensive susceptance of the line per unit length = c) C, if we have set, L = the inductance and C = the capacitance of the unit of line length.
If the frequency is so high that r becomes small compared to x and if g is small compared to b, these small quantities can be neglected with respect to x and b and equation 6 becomes substantially
EMI0003.0004
which is a real number; by substituting this expression in equation 5, we will have:
EMI0003.0005
EMI0003.0006
The real part represents the resistance resulting from the line and tends, for w increasing, towards the value:
EMI0003.0008
which represents the result already obtained in (8).
EMI0003.0009
This proves that, when the frequency becomes large, the expression under the root approaches the value
EMI0003.0010
finally the reactance varies inversely at w, according to the equation
EMI0003.0011
In reality, <B> there </B> reactance is below one percent of the resistance, for frequencies above 20,000.
It is therefore clear that, for comparatively high frequencies, the characteristic impedance of the line would be reduced to a simple resistance of the value.
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and that this value is independent of the frequency, since w does not appear in the equation: line impedance
EMI0003.0017
Since the complex numbers representing E and I are in a real relationship, it follows that the voltage and current are in phase at the supply end, that is, the load formed by the line can be re presented by a simple resistance.
To see how the reactance which forms part of the characteristic impedance decreases with frequency, we can separate, in the expression
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the real part of the complex part For g = o, we get the value of the imaginary part or reactance
EMI0003.0020
which can also be expressed, approximately, by This means that, for sufficiently high frequencies, it is possible to balance the impedance of a line comprising distributed inductances and capacitance, by an artificial line constituted by a simple resistance, and that the value of this resistance which is suitable for a fairly high value of the frequency, is also suitable for all frequencies of higher value.
If, however, <I> r, L </I> and C vary with frequency, further complications will result. However L can only decrease up to a certain limit (to the value which would be obtained by neglecting the inductance due to the space occupied by the wire itself) and Lord Kelvin indicated that the resistance of long cylindrical wires, for high frequencies, increases as
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That is why;
while taking into account these variations, in overhead telephone lines the reactance could be expressed by the modified expression
EMI0004.0001
where 7i is a real and positive coefficient, L 'the limit value of L, and C "the capacitance per unit of length, an expression which is obtained by introducing into equation (13)
EMI0004.0004
as stated by Lord Kelvin, and from which it follows that in this case also a line with evenly distributed inductance and capacitance would tend to act as a simple resistance at high frequencies.
With frequencies above 20,000 the reactance is less than one percent of the resistance which no longer varies appreciably: these facts provide the possibility of using a simple resistance for the artificial line at least for all frequencies above 20,000.
In the case of the installation shown in the drawing, the signals are sent by line L to remote stations from one or all of the transmission circuits Ti T-, Ts, and line L transmits signals arriving from said remote stations. to one or all of the receiving circuits <I> Ri </I> R2 R3, according to the first variant, or to one or all of the receiving circuits <I> Ri '</I> R. ' and Rs', according to the second variant.
The <I> Ti </I> Ta Ts transmission circuits are similar, the only difference is that the various elements are arranged so that each transmitting circuit transmits oscillations of a different frequency than the others . Each of the receiving circuits Ri R2 Rs or <I> Ri '</I> R2' Rs' only admits currents having approximately the frequency of the transmitter placed at the other end of the line, from which it must receive signals.
In each transmission circuit, the high frequency oscillations produced by oscillator <), which may be called fundamental oscillations, are modulated by tuning modulator 1 with signal waves emitted using transmitter t. These modulated oscillations are amplified by the amplifier tubes 2 and 3 and are transmitted to the line by the transformer 4.
Oscillator 0), supplied with energy by battery 9, comprises a transformer 8, comprising a winding 10, an adjustable part of which, forming a primary, is run by the current of said battery, as well as a secondary winding 11 The frequency of the oscillations is determined by the value of the adjustable capacitor 12 shunted on the rolling 10 and forming with the latter an oscillation circuit. Variations in the battery current are produced using the vacuum tube 13 having a cathode or filament 14 heated by a current supplied by the battery 15 through the adjustable resistor 16. Terminal 17 of the filament 14 is connected by an adjustable connection 18 with the winding 10.
The positive terminal 19 of the battery 9 is connected to the anode or plate 20, and the negative terminal 21 is connected by a conductor 22 to one terminal of the capacitor 12 and of the winding 10 of the transformer 8, the other terminal of winding 10 and the other terminal of capacitor 12 being connected by a conductor 23 to grid 24 of tube 13.
For the operation of the oscillator, the battery 9 supplies current through the circuit extending from the plate 20, through the tube, to the filament 14, and from there through the conductor 17 and through the part of the 'rolling 10 between the adjustable connection 18 and the wire 22, to the negative terminal of the battery. This is called the starting or secondary circuit of the oscillator; the arrival circuit or. The primary comprises the filament 14, the conductor 17, the part of the winding 10 of the transformer 8 comprised between the adjustable connection 18 and the conductor 23, this conductor 23 and the grid 24.
Variations in the potential between the filament 1.4 and the gate 24 produce amplified variations in the current supplied by the battery in the secondary circuit. The two parts of transformer winding 10 are in inductive relationship, and changes in battery current through that part of transformer winding 10 included in the secondary circuit. oscillator, induce an electromotive force in the other part of said winding included in the primary circuit of the oscillator.
- The variations in potential of the gate 24 produced by this electromotive force oppose the passage of current in the secondary circuit of the oscillator or, alternatively, facilitate this passage. The period of the oscillations thus produced is determined by the adjustment of the adjustable capacitor 12 shunted through the primary winding 10 of the transformer.
The oscillations taking place in the primary winding 10 of the transformer produce corresponding oscillations in the secondary rolling 11; these are combined, in the circuit comprising the conductor 25, with the oscillations produced in the secondary winding of the transformer 27, by the transmitter t, which produces variations in the current supplied by the battery b to the primary transformer winding 26. The conductor 25 is connected in an adjustable manner with the resistor 28 shunted through the secondary winding 27, which allows to vary the amplitude of the oscillations which, coming from the transmitter t, are transmitted to grid 29 of modulator 1.
The primary circuit of the modulator 1 com carries the grid 29, the secondary winding 11, the winding 27, shunted by the resistor 28, the battery 30, and the filament of the cathode 31 heated by the .battery 32. The battery 30 causes a negative potential on the gate 29. The secondary circuit of the modulator 1 extends from the filament 31, through the battery 32 and the two branches coupled in parallel of an oscillating circuit formed by the inductance 33 and the capacitor 34 , at plate 35.
The oscillating circuit comprising the inductance 33 and the capacitor 34. is tuned to the frequency of the oscillator; and the path formed by these two branches in parallel has a high impedance to the oscillations coming from the oscillator and constitutes an anti-resonant circuit, in the direction which will be indicated later, so that these high frequency oscillations are sent through the capacitors 36 and 37 and the resistor 43. The path 33, 34 has a low impedance to the passage of currents whose frequency differs significantly from that of the oscillator.
It should be noted that in the present description the term "anti-resonant circuit" is used to designate a circuit which presents a high impedance to the passage of currents of a frequency to which said circuit is tuned, but which forms a channel at low impedance for currents of other frequency.
The drop in potential of the modulated high frequency oscillations through the resistor 43 is transmitted to the primary circuits of the amplifier vacuum tubes 2 and 3. The vacuum tube 2 comprises the cathode or the filament 40, the anode or the tube. plate 46 and the auxiliary electrode or grid 38. Similarly, the vacuum tube 3 contains the filament or the cathode 41, the grid 39 and the anode or the plate 47. The capacitor 36 is connected to the grids 38 and 39 and capacitor 37 is connected to filaments 40 and 41. The negative terminal of battery 42 is connected to grids 38 and 39 through resistor 43, while its positive terminal is connected to filaments 40 and 41. These filaments are heated. by the current of a battery 44, and this current is regulated by the adjustable resistor 45.
The secondary circuit of amplifiers 2 and 3 comprises the electrodes 46 and 47 in parallel, the primary winding 48 of the transformer 4 and the battery 49, the negative terminal of which is connected to the filaments 40 and 41.
The secondary winding 51 of the transformer 4 receives the modulated high frequency oscillations, amplified by the tubes 2 and 3, which must be transmitted by the line L to a tuned reception device placed at the other end of the line L. In a similar way, modulated oscillations produced in the transmitter circuits T2 and Ts can be transmitted to the line L by means of transformers 5 and 6.
The elements of the transmitter circuits Ta and Ts are identical to those of the transmitter circuit Ti, the only difference being the adjustment of the various circuits so that each transmitter circuit transmits to the line L a fundamental frequency different from that of the other circuits. transmitters.
It would not be appropriate to connect the secondary windings of transformers 4, 5 and 6 without further ado to line L, because each secondary winding would serve as a reactance coil for the currents transmitted by all the others.
In order to remove this impedance from the circuit, the self-resonant circuit Ci is branched off to the winding 51. This anti-resonant circuit comprises the capacitor 55 and the inductance 54 which are supplied in parallel by the winding 51. .
The anti-resonant circuit Ci is tuned to the high frequency supplied by the transmitter circuit Ti. The anti-resonant circuit Ci then presents a path with high impedance to the currents supplied by the transmitter circuit Ti and these currents pass through the path with comparatively low resistance represented by the line L. The impedance of the path comprising the secondary 51 is re reduced to the minimum for the frequency supplied by the transmitter circuit Ti using the capacitor 50 with adjustable capacity.
The currents supplied by the transmitting circuits T2 Ts, or by transmitting circuits at the other end of the line, have a frequency different from that to which the anti-resonant circuit Ci is tuned and therefore hole in this anti-resonant circuit. -resonant a low impedance path.
In a manner analogous to that described with respect to the transmitter circuit Ti, the transmitter circuits T2 and Ts are provided with adjustable capacitors 52 and 53 and with anti-resonant circuits Ga and Cs respectively. The inductance 56 and the capacitor 57 are set in the anti-fesonant circuit Cs and the anti-resonant circuit Cs has the inductor $ 5 and the capacitor 59.
The anti-resonant circuit Ci, is tuned to the frequency supplied by the transmitter circuit T2 and a similar remark applies to the tuning of the anti-resonant circuit Cs.
It may be appropriate to use as frequencies currents transmitted by one terminal station, intermediate values between those of the currents which are transmitted by the other station, for example the arithmetic means between the latter, since it has been found that this increases the number of independent communications that can be established using high frequencies within given limits. You can transmit, for example, from one station with the frequencies 5000, 10000 and. 15000, and of the other station with the frequencies 7500, 12500 and 17500. The effect of the artificial balancing line can thus be usefully completed, without the risk of mixing of signals arriving at a station being increased.
Block R, at the other end of line L, represents a plurality of receiver circuits each of which is tuned to the frequency of one of the transmitter circuits Ti T2 Ts.
The primary winding 60 of a transformer is connected to line L; the secondary winding 61 of the same transformer transmits the energy of the incoming signals to the receiver circuits, Ri R2 Zà or Ri 'R2' M '.
Of the two conductors which bring to the line the currents of the transmitters, 62 is connected directly to one of the conductors of the line L, while 63 is connected to the midpoint 64 of the primary winding 60, connected by one of its ends to the other conductor of line L.
Between the other end of the primary winding 60 and the point of connection of the conductor 62 with the line L is interposed the artificial line 65 which can be constituted by a simple resistance, for reasons mentioned above. In other words, the artificial line 65 and the part of the primary winding 60, located between it and the connection 64, form a bypass, with respect to the line and to the other part of the winding 60, on the transmitter circuits connected to conductors 62 and 63.
If the impedance of the artificial line 65 is exactly the same as the resulting impedance of the line L, the currents due to the transmitting circuits Ti <I> T2 </I> T3 are equal in value in the two halves of the primary winding 60, and since these currents have opposite directions in the two halves of this primary winding 60, the resulting effect on the secondary winding 61 is zero, so that the emission energy has no effect on the local receiving device. On the other hand, the incoming signal currents flow in the same direction through both parts of the primary winding 60, so that the incoming energy is transmitted to the local receiving apparatus.
The local transmission path 62, 54, 56, 58, 63, and the local reception path 74, 76, 75 or 66, 68, 69, 70, 67, are thus what are called conjugate paths, for fundamental frequencies.
The receiving circuits to which the secondary winding 61 is connected can be either as shown in Ri R2 Rs or else as shown in <I> Ri '</I> Rs' Rs'. If we want to separate the currents from the different frequencies before amplifying and detecting, we can use receiver circuits such as Ri 'R2' R, s'. In this case, the connection is made through conductors 66 and 67 with the primary windings of adjustable transformers 68, 69 and 70.
Using filters 71, 72 and 73, the fundamental frequency currents supplied by the transmitter circuit corresponding to the other end of 'line L are selected in each receiver <B>' </B> circuit and transmitted to an amplifier and a non-sines detector which is part of it. The transmitting and receiving circuits at the other end of the line are similar to those shown in detail and are conventionally represented by blocks T and R.
Except for the case which will be further discussed below, the receiver circuits are moreover preferably as shown in Ri R2 Rs. A common amplifier 76 is provided in this arrangement. As shown in the drawing, the secondary winding 61 is connected by the conductors 74 and 75 to the input circuit of the amplifier 76. This amplifier is formed by the vacuum tube 77 containing the heated cathode or filament 78. by the battery 79, the grid or auxiliary electrode 80 and the plate or anode 81.
The conductor 74 is connected to the grill 80 and the conductor 75 to the filament 78. The output circuit of the amplifier 76 comprises the anode 81, the primary windings of the adjustable transformers 83, 84, 85 in series, and battery 82, the negative terminal of which is connected to filament 78. Note that since amplifier 76 does not have an exactly linear characteristic, it tends to act as a modulating device, and if the transmitted currents as well as the received currents were free to act there, the amplifier would produce a modulation of the currents received by the transmitted currents.
The amplified oscillations of a given frequency are selected by the tuned circuit comprising the secondary winding of transformer 83 and the adjustable capacitor 86 shunted on said winding, and these oscillations are transmitted to the arrival circuit of detector 87. This detector comprises a vacuum tube containing a cathode 89 heated by the battery 90, a grid 91 and a plate 92, the grid 91 and the filament 89 forming the terminals of the incoming circuit connected to the secondary winding of the transformer 83.
The anode 92 and the cathode 89 are the terminals of the emission circuit of the detector 87 and are in circuit with the battery 93, the negative terminal of which is connected to the cathode 89 and the positive terminal to the primary winding of the transformer 94, whose secondary winding is connected to the receiver 95.
The receiver circuits R2 and Rs are similar to the receiver circuit Ri and the only difference consists in the adjustments of the capacitors and inductors, by which each circuit is tuned to a different frequency from that of the other circuits and this frequency is that of the oscillations supplied by the transmitter circuit corresponding to the other end of the line. It is therefore clear that, in the preferred form of the receiving circuit arrangement, the incoming signals are received by a single amplifier and are transmitted to the various tuned circuits where they are detected and received by the receiver.
It is possible and desirable to employ in these installations low fundamental frequencies compared to those ordinarily employed. A frequency range of 5,000, or 10,000 up to 40,000 or 50,000 is suitable for the installation described above. It has been found, however, that at relatively low frequencies the distortion of the voice by the selective tuned circuits is considerable, while at higher frequencies it is negligible.
This is explained as follows: If C designates the fundamental frequency to which the selective circuit has been tuned, and if S designates the frequency of a current used to modulate the fundamental wave, the modulated current can be considered as resulting from three component currents, the frequencies of which are respectively C, Cj- S, and C- S.
In the case where the modulating current is produced by the voice; the frequency S varies in a large row so that the components C + S and C-8 form, so to speak, bands on either side of the fundamental frequency C.
The tuned circuit will not transmit these frequencies of the component currents as well as the fundamental frequency, but this effect will be found to diminish with the increase of the fundamental frequency, and it is only with the lowest of the fundamental frequencies. discussed above, that the upper harmonics of the voice are weakened to such an extent that its timbre is greatly altered.
In the installation described, provision has been made to correct this defect as soon as it becomes troublesome by replacing the tuned circuits with circuits which selectively transmit the desired row of frequencies with approximately the same attenuation for each frequency, that is to say that is, by a filter having a relatively curved transmission characteristic. flattened.
Such filters are shown in the drawing at 71, 72 and 73. Filters having these properties can replace each of the tuned circuits of the installation, but it can also be sufficient to use them only in the receiver circuits. The principles of constructing suitable filters are well known and need not be discussed.