Gabelschaltung

Prinzipschaltbild einer Gabelschaltung mit Differentialtransformator DT, links bei A Zweidrahtanschluss, recht bei B Vierdrahtanschluss und komplexer Leitungsnachbildung Z

Eine Gabelschaltung wird in der Telekommunikation verwendet, um eine Vierdrahtleitung mit einer Zweidrahtleitung zu koppeln und umgekehrt und damit eine in Näherung ungestörte Signalübertragung in beide Richtungen über eine zweiadrige Leitung zu ermöglichen.

Die Gabelschaltung ist eine einfache Form einer Echokompensation, bei der das gesendete Signal nach entsprechender Filterung (Leitungsnachbildung bzw. Echosignalschätzung) vom empfangenen Duplex-Signal mit einem Differentialtransformator (DT) „abgezogen“ wird.

Sie befindet sich zum Beispiel in analogen Telefonen als sogenannte Rückhördämpfungsschaltung und ermöglicht das gleichzeitige Hören und Sprechen über nur ein Adernpaar, ohne dass sich der Sprecher selbst zu laut im Telefonhörer hört.

Anwendungen

Rückhördämpfung

Anwendung der Gabelschaltung im Telefonapparat mit Mikrofon M und Lautsprecher L

In nebenstehenden Abbildungen ist die Gabelschaltung wie sie in analogen Telefonapparaten im Festnetz Verwendung findet abgebildet. Die von links kommende Anschlussleitung wird durch das rechts mit Z bezeichnete Netzwerk nachgebildet. Diese Leitungsnachbildung stellt den Wellenwiderstand der Anschlussleitung dar, welche bei einigen kHz komplex ist und aus Widerständen und Kondensatoren gebildet wird. Je nach Leitungslänge werden die verwendeten Bauelemente in ihren Werten angepasst. Das Signal vom Mikrofon M (niederohmig) wird dabei zu gleichen Teilen sowohl über die Anschlussleitung als auch über die Leitungsnachbildung an der Primärseite des Übertrager DT mit Mittelpunktanzapfung übertragen. Durch die Gegenläufigkeit des Mikrofonwechselstromes in den beiden Primärwicklungen löscht sich das Signal vom Mikrofon in der Sekundärwicklung des Übertragers im Idealfall aus und wird nicht über den Lautsprecher L ausgegeben. Das Signal von der Gegenstelle hingegen gelangt über die Anschlussleitung über die für diese Signalrichtung in Serie liegenden Primärwicklungen des Übertragers DT und Leitungsnachbildung zum Lautsprecher L (hochohmig) und wird dort ausgegeben. Somit wird das eigene Tonsignal vom Mikrofon im Lautsprecher unterdrückt, während das Tonsignal der Gegenstelle im Lautsprecher durch die Gabelschaltung nur unwesentlich gedämpft wird.

Analoges Fernleitungsnetz

Prinzip eines Zwischenverstärkers mit Differenztransformator

Gabelschaltungen waren auch im analogen Fernleitungsnetz wichtige Baugruppen. Durch die Dämpfung des Signals mussten in regelmäßigen Abständen Verstärker in die Leitungen eingefügt werden. Da Verstärker aber nur in eine Richtung arbeiten, mussten vor der Verstärkung auf einer Zweidrahtleitung durch eine Gabelschaltung die Gesprächsrichtungen getrennt und hinter dem Verstärker wieder zusammengeführt werden.

Rundfunk

Wenn Hörer bei Rundfunksendungen anrufen und "live" geschaltet werden, müssen sie ihren Rundfunkempfänger abschalten, um eine Rückkopplung zu vermeiden; sie hören die Sendung dann über das Telefon. Besonders aufwändige, fein abgestimmte bzw. digital ausgeführte Gabelschaltungen (wegen der Mischung von Zwei- und Vierdrahtsystemen auch als "Telefonhybriden" bezeichnet) ergeben dann eine Zweidrahtleitung ("Sprechen"), die für die Sendung auf das Mischpult geschaltet wird, sowie eine weitere ("Hören"), über die das gesendete Audiosignal dem Anrufer zugespielt wird. So kann auch die Lautstärke des Anrufers geregelt werden, ohne das zurückgespielte Signal zu beeinflussen.

NTBA

Im NTBA des ISDN-Basisanschlusses ist eine Gabelschaltung enthalten, die die digitalen Signale der Zweidrahtleitung über die U_K0-Schnittstelle von und zur Vermittlungsstelle auf den vierdrähtigen S₀-Bus innerhalb des Hauses umsetzt.

Hier ist die Leitungsnachbildung auf Grund der höheren Anforderungen an die Echokompensation adaptiv, d. h. sie passt sich selbsttätig an die vorhandene Leitung an.

Eigenschaften

Die Signaltrennung von Zwei- auf Vierdrahtleitung gelingt nie vollständig, da die Anpassung der Leitungsnachbildung nicht perfekt abgestimmt ist. Es gelangt immer ein kleiner Anteil des Signals wieder auf den Rückkanal und ist dann beim Sender als sein Echo zu hören. Aus diesem Grund ist die Anzahl der „Gabeln“ in einer Fernverbindungsleitung begrenzt; in der Praxis wurden daher die Fernverbindungen zwischen den Vermittlungsstellen vierdrähtig ausgeführt, auch wenn damit mehr Leitungen benötigt wurden. Bei Fernsprechapparaten hingegen soll die Rückhördämpfung nicht „ideal“, d. h. unendlich sein, da sonst beim Sprecher der Eindruck einer toten Leitung entsteht. Ein gewisses Echo der eigenen Sprache im Telefonhörer ist gewollt.

Bei der Gabelschaltung geht die Hälfte der eigenen „Sendeleistung“ in der Leitungsnachbildung verloren, d. h. man benötigt die doppelte Sendeleistung für dieselbe Reichweite bzw. hat bei gleicher Sendeleistung eine entsprechend niedrigere Reichweite gegenüber der Vierdrahtleitung mit separatem Adernpaar für jede Richtung.