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Verfahren und Einrichtung zur Modulierung, Entmodulierung und Detektierung in einer Trägerwellen-Signalanlage.
Bei den Einrichtungen zur Übertragung von modulierten Wellen, die Entladungsröhren mit drei Elektroden besitzen und zum Zusammensetzen elektrischer Wellen benutzt werden, macht man gewöhnlich von der Verzerrungswirkung der Kennlinie Gebrauch.
Erfindungsgemäss wird der periodische Stromfluss zwischen Gitter und Kathode der Röhre dazu verwendet, um in dem Eingangsstromkreis eine Spannung hervorzubringen, die bewirkt, dass das Gitter gegenüber der Kathode während jenes Teiles der Periode der aufgedrückten Weile, der das Gitter sonst positiv machen würde, im wesentlichen auf Nullpotential gehalten wird.
Wenn man die tatsächliche momentane Spannung der aufgedrückten Welle (zum Unterschiede von der wirksamen momentanen Gitter-Kathodenspannung) gegenüber dem momentanen Anodenstrom aufzeichnet, erhält man eine Charakteristik, die sich von der genannten normalen Charakteristik der Röhre dadurch unterscheidet, dass sie ein ausgeprägtes Knie besitzt. Die aufgedrückte Welle, die die Resultierende einer Hochfrequenzwelle und einer modulierenden Welle (für Modulation), einer modulierten Welle und einer Hochfrequenzwelle (für Demodulation) oder einfach einer modulierten Hochfrequenzwelle (für Detektierun) sein kann, arbeitet während eines Teiles der Periode derart über das obere Knie der genannten Charakteristik, dass Modulation, Demodulation oder Detektierung stattfindet.
Erfindungsgemäss wird der Strom, der zwischen Gitter und Kathode fliesst und als Gitterstrom bekannt ist, über eine in Serie in den Gitterstromkreis geschaltete Impedanz geleitet, wodurch genannte Spannung erzeugt wird. Diese Impedanz kann ein Widerstand, eine Reaktanz oder beides, oder der Entladeweg einer Gleichrichterröhre sein. Die Konstanten der Röhre können so bemessen sein, dass der obere Knick der normalen Röhreneharakteristik mit dem genannten hervorgebrachten Knick in der Charakteristik aufgedrückte Spannung-Ausgangsstrom"zusammenfällt, wobei letztgenannter hervorgehoben ist.
Es ist ersichtlich, dass die obigen Ergebnisse durch den periodischen Fluss von Gitterstrom erzielt werden, und deshalb soll Modulierung von Wellen in einer Röhre nach diesem Verfahren hienach als Gitterstrom-Modulierung bezeichnet werden. Es ist jedoch zu ersehen, dass das Verfahren der Röhrenkennlinie, künstlich eine Nichtlinearität zu erteilen, sich mit dem gewöhnlichen Bestreben der Kennlinie, nichtlinear zu sein, vereinigen lässt.
Das Vorstehende wird aus der folgenden Beschreibung besser ver- ständlich :
Die Anlage, die nachfolgend ausführlich beschrieben werden soll, kann deshalb zur Vereinigung von Wellen benutzt werden, die verschiedene Formen haben, um eine zusammengesetzte Welle ohne Verzerrung zu erzeugen, oder um eine zusammengesetzte Welle mit einer einfachen Welle zu vereinigen, um Entmodulierung der zusammengesetzten Welle herbeizuführen.
Die Erfindung ist in Verbindung mit einigen Abbildungen der Zeichnung beschrieben und durchführbar in Schaltungen zu Verringerung des Betrages des unmodulierten Trägerstromes, der von einem Gittermodulator aus weitergegeben wird. In einer solchen Schaltung wird der Trägerstrom über einen Ausgleichstransformator geliefert, von dem zwei Anzapfungen abgenommen sind, eine für den Anodenkreis des Modulators und die andere für den Eingangs-oder Gitterstromkreis. Dem Ausgleichstransformator ist eine Ausgleichsschaltung zugeordnet, um die Impedanzdes Schwingungserzeugersbei der Träger- frequenz abzugleichen. Die zweiarmigen Stromkreise sind deshalb paarig zugeordnet, um zu verhindern, dass infolge der vom Ausgangskreis auf den Eingangskreis rückgekoppelten Energie Störsehwingungen entstehen.
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Auf der Zeichnung sind verschiedene Schaltungen als Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht : Fig. 1 zeigt eine Röhre mit einem Widerstand in ihrem Eingangskreis, um Gitterkreismodulierung entstehen zu lassen. Fig. 2 veranschaulicht einen der Fig. 1 ähnlichen Stromkreis, in dem der Widerstand durch eine Röhre ersetzt worden ist. Fig. 3 zeigt Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung. Fig. 4 lässt einen Gitterkreisdetektor erkennen, bei dem eine Wicidung eines in den Eingangskreis eingesehaltenen Transformators bezüglich ihrer Impedanz so bemessen ist, dass sie die Eingangsimpedanz der Röhre ausgleicht. Fig. 5. zeigt die Erfindung in Anwendung auf eine Röhrenschaltung zur Vereinigung von Träger- und Signalwellen.
Fig. 6 veranschaulicht eine der Fig. 5 ähnliche Schaltungsanordnung, die Entladeröhren in Gegmtaktschaltung enthält. Fig. 7 veranschaulicht eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung zur Verringerung der unmodulierten Komponente des Trägerstromes. Fig. 8 stellt eine derjenigen der Fig. 7 ähnliche Schaltungsanordnung dar, bei der durch den Ausgleiehstransformator keine Verluste der modulierten Ausgangsenergie verursacht werden. Fig. 9 stellt eine den Fig. 7 und 8 ähnliche Schaltung dar, bei der eine Entladeröhre den Ausgleichstrans- formator ersetzt.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung haben zur Bezeichnung gleicher Teile gleiche Bezugszeichen Verwendung gefunden.
Nach Fig. 1 enthält eine Entladeröhre 10 eine Anode 11. eine Kathode 12 und eine Steuerelektrode 13.
Ein zwischen die Elektroden 12 und 13 geschalteter eingangskreis enthält eine durch einen Widerstand 14 dargestellte Impedanz in Reihe mit der Sekundärwicklung des Transformators 15. Eine Ausgangsstromkreis ist an die Kathode 12 und Anode H angeschlossen und enthält eine anodenstromquelle 16, als Batterie dargestellt, und ebenso die Primärwicklung eines Transformators 17.
Wenn Wechselströme verschiedener Form der Primärwicklung des Transformators 15 zugeführt werden, werden den Schwankungen des Stromes entsprechende Potentialschwankungel1 der Steuer-
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den Anodenstrom in der Röhre. Durch zweckmässige Einstellung des Wertes dieses Widerstandes kann der Wert des im Alisgangskreis fliessenden Stromes in der beschriebenen Weise begrenzt werden, so dass Wellen im Eingangskreis der Röhre durch die Form der Kennlinie nach bekannten Grundsätzen zur Vereinigung gebracht werden.
Diese den Anodenstrom begrenzende Wirkung wird durch die in Fig. 3 dargestellten Kurven veranschaulicht, wo die Abszissen Gitterpotentiale und die Ordinaten Werte des Ahodenstromes darstellen. Die voll ausgezogene Kurve stellt die gewöhnliche Kennlinie einer Röhre, wie z. B. 10, bei fortgelassener Impedanz. M dar. Der punktierte Teil der Kurve stellt den Einfluss der Impedanz 14 zur Begrenzung des Anodenstromflusses dar. Es sei bemerkt, dass für eine Änderung des positiven Eingangspotentials die Änderung des Anodenstromes sehr klein ist im Vergleich zu jener Änderung für eine Änderung des negativen Eingangspotentials.
Es ist also klar, dass, wenn die Steuerelektrode positiv wird, die Wirkung des Widerstandes 14 sie auf Nullspannung gegenüber der Kathode hält und deshalb den Anodenstrom in der Rö'hre begrenzt. Modulierung oder Entmodulierung, die von der Nichtlinearität der Röhrenkennlinie herrührt, kann daher
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Nach Fig. 2 ist in den Eingangskreis der Entladeröhre 10 eine zweite Entladerohre. M eingeschaltet, die eine Kathode horde 19 und eine Anode 20 enthält, welche aus dem zusammengeschalteten Gitter und Anode besteht. Die Kathode 19 ist mit der Kathode 12 der Röhre j ! C, und die Anode 20 in Reihe mit der Sekundärwicklung des Transformators 15 mit der Steuerelektrode 13 der Röhre 10 verbunden. Der Ableitungswiderstand 20a ist im Nebenschluss zum Eingangskreis der Röhre 10 angeschlossen.
Dei Ausgangskreis dieser Röhre, der zwischen ihre Anode und Kathode geschaltet ist, enthält einen durch Schalter 22 kurzgeschlossenen Widerstand 21 in Reihe mit der Primärwicklung eines Transformators 17 und einer Batterie 16.
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Die Belastungsimpedanz im Anodenlreis übt'eine wesentliche Wirkung auf die Eingangsimpedanz der Röhre ans, wenn die Steuerelektrode negativ ist. Bekanntlich ist, wenn die Belastungsimpedanz Null ist, die Eingangsimpedanz der Röhre auf ihrem grössten Werte, und wenn die Belastungsimpedanz unendlich ist, ist die Eingangsimpedanz der Röhre am kleinsten. Die Impedanz des mit dem Anodenkreis der Röhre 42 verbundenen Belastungsstromkreises bestimmt daher das in ihrem Eingangskreis zu benutzende Übersetzungsverhältnis des Transsformators 39, weil, wie bereits festgestellt, die Belastungimpedanz vorzugsweise der Röhrenausgangsimpedanz gleich sein soll.
Die Schaltung des Verstärkers 35 zwischen den Entmodulator 30 und den an den Transformator 37 angeschlossenen Eingangskreis erzeugt eine stabilisierende Wirkung auf die Impedanz des Entmodulatorsstromkreises als ein Ganzes mit Bezug auf die Leitung, an die sein Eingangskreis angeschlossen sein mag.
Die Impedanz der Sekundärwieldung des Transformators 39 soll vorzugsweise gleich sein der Eingangsimpedanz der Röhre 41, wenn der Belastllngsstromkreis der Röhre die Niederfrequenzsiebkette 43 umfasst. Diese Siebkette ist so bemessen, dass sie niedrige Nebenschlussimpedanz für Ströme von Frequenzen ausserhalb des übermittelten Bandes hat, dagegen hohe Nebenschlussimpedanz für Ströme, innerhalb des zu übermittelnde Frequenzbandes.
In der in Fig. 5 dargestellten Anlage werden modulierte Trägerwellen durch Vereinigung von Wellen aus einer Signalquelle 51 mit Trägerwellen aus einer Quelle 52 erzeugt. Die Schwingungserzeuger 51 und 52 sind an einen gemeinsamen Stromkreis angeschlossen, der mit dem Eingangskreis eines Modulators 50 über einen Transformator 54 gekoppelt ist. Die Signalquelle 51 ist mit dem gemeinsamen Stromkreis über einen Transformator 53 verbunden, der gemeinsame Stromkreis enthält nun eine Niederfrequenz-
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sind, und eine Hochfrequenzsiebkette HPF, deren Eingangsklemmen mit der Trägerstromquelle 52 verbunden sind. Die Ausgangsstromkreise der Siebketten LPF und HPF sind in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators 54 geschaltet.
Die Siebkette LPF ist eingerichtet, ohne wesentliche Schwächung alle Ströme mit Frequenzen innerhalb des Bereiches der aus der Quelle 51 gelieferten Signale frei durchzulassen und Ströme von Frequenzen oberhalb dieses Bereiches und. besonders Strom der durch die Quelle 52 erzeugten Frequenz zu schwächen. Die Hoehfrequenzsiebkette HPF ist eingerichtet, Ströme mit Frequenzen innerhalb eines gegebenen Bandes, in dem die Frequenz der Quelle 52 enthalten ist, frei hindurchzulassen und Ströme von Frequenzen unterhalb dieses Bandes und besonders Ströme der durch die Signal quelle 51 erzeugten Frequenzen zu schwächen. Die Sekundärwicklung des Transformators 54 ist in den Eingangskreis einer Entladeröhre 55 über eine Siebkette F eingeschaltet, die mit einer Steuerelektrode und Kathode dieser Röhre verbunden ist.
Röhre 55 ist mit ihrer Kathode und Anode an einen Ausgangskreis angeschlossen, der die Primärwicklung eines Ausgangstransformators 56 in Reihe mit einer Anodenbatterie 57 enthält. Die Sekundärwicklung des Transformators 56 kann mit einem Leistungsverstärker, der eine Antenne mit einer signalmodu1ierten Welle beliefert, verbunden sein oder kann an einen Übermittlungsstromkreis, wie z. B, eine Drahtleitung, angeschlossen sein.
Der Modulator 50 ist geschaltet, um im Einklang mit dem vorstehend entwickelten Grundsätzen zu arbeiten, wonach Modulierung infolge von Impedanz in dem mit der Steuerelektrode der Röhre 55 verbundenen Stromkreis bewirkt wird. Die Sekundärwicklung des Transformators 54, die in diesem Stromkreis enthalten ist, soll eine der Sekundärwicklung des Transformators 39 der Fig. 4 ähnliche. Aufgabe erfüllen. Es hat sich jedoch für gewise Frequenzen der Träger-und Signalströme herausgestellt, dass die Impedanz der Übertragerwickllng eine Funktion der Frequenz ist.
Um die Spannung der durch die Quellen 51 und 52 der Steuerelektrode aufgedrückten Wellen während der negativen Halbwellen so gross als möglich zu machen, soll die Röhrenimpedanz dem Transformator angepasst werden, und um die positiven Halbwellen am wirksamsten abzuschneiden, soll die Impedanz des äusseren Eingangskreises für diese Wellen so gross wie möglich sein. Es ist also nötig, dass die äussere Eingangsimpedanz sehr gross für die durch Modulierung erzeugte Seitenbandfrequenz ist. Die veränderliche Impedanz der Transformatorwicklung für niedrige Frequenzen kann zur Folge haben, dass sich das Seitenband bei 100 Perioden schlechter übertragen lässt als z. B. bei 2000 Perioden.
Um die Impedanz des Steuerelektrodenstromkreises gegen das ganze Band von modulierenden Frequenzen gleichförmig zu machen, ist die Siebkette F vorgesehen, welche derart bemessen ist, dass sie dem unteren Bereich des modulierenden Bandes von Frequenzen die erforderliche Impedanz bietet, so dass sie die diesem Bereich durch den Transformator 54 gebotene verhältnismässig niedrigere Impedanz aufhebt. Die Siebkette soll aber die übrigen Wellen modulierender Frequenz des Bandes und die Trägerwelle aus Quelle 52 ohne wesentliche Schwächung hindurehlassen.
Damit die der Steuerelektrode der Röhre 55 durch Wellen aus den Quellen 51 und 52 aufgedrückte Spannung so gross als möglich ist, wird die Impedanz der Siebkette F für diese Wellen vorzugsweise gross gemacht, um die Gitterkathodenimpedanz der Röhre nach den bereits entwickelten Grundsätzen aufzuwiegen.
In Fig. 6 ist eine Gegentaktschaltung von Gitterstrommodulatoren dargestellt, in denen Dreielektrodenentladeröhren 61 und 62 mit ihren betreffenden, von ihren Kathoden zu den Steuerelektroden ausgehenden Eingangskreisen symmetrisch mit Bezug auf Träger-und Signalquellen geschaltet sind.
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Eine beiden Eingangskreisen gemeinsame Ader 63 enthält die Sekundärwicklung des Übertragers 64, dessen Primärwicklung an eine Quelle von Trägerwellen angeschlossen ist. Eine Klemme der Ader 63 ist mit einem Punkt zwischen den Kathoden der Röhren 61 und 62, und die entgegengesetzte Klemme dieser Ader mit dem Mittelpunkt einer Sekundärwicklung des Transformators 65 verbunden, dessen Aussenklemmen an die Steuerelektroden der Röhre 61 bzw. 62 in Reihe mit Widerständen 66 bzw. 67 angeschlossen sind. Die Primärwicklung des Transformators 65 ist mit einer Quelle von Signalströmen verbunden. Die Röhren 61 bzw. 62 haben abgeglichen, an ihre Kathoden bzw. Anoden angeschlossene Ausgangskreise, die die Primärwicklung eines Transformators 68 einschliessen.
Die abgeglichenen Ausgangsstromkreise haben eine gemeinsame Ader, die sich von den Kathoden zum Mittelpunkt der Primärwicklung des Transformators 68 erstreckt und eine Batterie 69 enthält. Die Sekundärwicklung des Transformators 68 ist mit Klemmen ausgestattet, die mit einer Leitung oder Empfangsvorrichtung verbunden werden können.
Ein Zweck dieser Schaltung besteht darin, in den Ausgangskreisen der Röhren 61 und 62 die unmodulierte Komponente der Trägerfrequenzen zu unterdrücken. Die Widerstände 66 und 67 arbeiten in derselben Weise, wie der Widerstand 14 in der Fig. l.
In Fig. 7 ist ein Modulator M, der dem in Verbindung mit Fig. 5 beschriebenen Modulator ähnlich sein kann, eingerichtet, durch den Transformator 71 mit Signalwellen und von einer Quelle 72 über ein Differentialpotentiometer 73 mit Trägerfrequenzwellen beliefert zu werden. Der Modulator M ist durch den Transformator 74 mit einer Wicklung eines Ausgleichübertragers 75 gekoppelt ist. Die Ausgangsklemmen des Transformators 75 sind mit der Eingangsklemme einer Siebkette 76 verbunden, deren Ausgangsklemmen ebenfalls z. B. mit einer Drahtleitung oder einer Empfangsanlage, einem Leistungverstärker od. dgl. in Verbindung stehen.
Eine Ausgleichsimpedanz oder künstliche Leitung 77 ist mit den entgegengesetzten Klemmen des Transformators 75 verbunden und so bemessen, dass sie Impedanzkennlinien ähnlich der vereinigten Impedanz der Siebkette 76 und der Drahtleitung oder anderer mit der Siebkette verbundener Apparate hat. Die Mittelpunkte der Wicklungen 78 und 79 des Transformai ors 75 sind mit einer Hälfte des Differentialpotentiometers 73 verbunden, wodurch eine unmodulierte Welle der Trägerfrequenz diesen Wicklungen aufgedrückt wird. Die Verbindung wird vorzugsweise so vorgenommen, dass die unmittelbar aus der Quelle 72 dem Ausgleichsttbertrager 75 aufgedrückt Trägerfrequenzkomponente sich ausser Phase mit der über den Modulator M hinweg aufgedrückten Komponenten befindet, wodurch diese Komponente an Amplitude wesentlich herabgesetzt wird.
In Fig. 8 ist ein etw as abgeänderter Stromkreis dargestellt, der in ähnlicher Weise wie der Stromkreis der Fig. 7 arbeiten soll. In dem hier dargestellten Stromkreis ist die Quelle der Trägerwellen 72 unmittelbar mit den Wicklungen 78 und 79 des Ausgleichstransformators 75 verbunden und eine kunstliche Leitung N ist vorgesehen, um die Impedanz der Quelle 72 für Strom von der Trägerfrequenz auszugleichen.
Eine Welle der Trägerfrequenz ans Quelle 72 wird dem Eingangskreis eines Röhrenmodulators 80 aufgedrückt, der eingerichtet ist, in Übereinstimmung mit dem in Verbindung mit der f ig. 5 beschriebenen Verfahren ? u arbeiten. Transformator 81 ist angeordnet, um dem Eingangskreis der Röhre 80 Signalwellen aufzudrücken. Mit Hilfe eines Transformators ?, der über eine Widerstandsschaltung < ? miL den Mittelpunkten der Wicklungen 78 und 79 verbunden ist, wird dem Ausgangskreis der Röhre 80 eine unmodulierte Komponente der Trägerfrequenz von einstellbarer Amplitude aufgedrückt.
Der die Schaltung 83 enthaltende Stromkreis mit Transformator 82 ist so geschaltet, dass dem Ausgangskreis aufgedruckte Wellen der Trägerfrequenz sich ausser Phase mit darin durch Wirkung des Modulators 80 erzeugten Wellen befinden, wodurch die Amplitude der Wellen der Trägerfrequenz in diesem Stromkreis wesentlich herabgesetzt wird. Ein Transformator 84 ist vorgesehen, um signalmodulierte Ströme aus dem Ausgangskreis abzugeben.
In Fig. 9 ist eine I'Iilfsröhre 85 angeordnet, um eine ähnliche Aufgabe wie diejenigen des Arsgleichsübertragers 75 in den Fig. 7 und 8 zu erfüllen. Die Röhren 80 und 85 sind mit einer Quelle von
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kreis des Modulators 80 in grösserem oder geringerem Grade entgegen wirkt, ohne dabei die Leistung des Seitenbandes zu beeinflussen. Durch Einstellung der beweglichen Kontakte am Widerstand 86, die in Differentialschaltung an die Eingangskreis der Röhren 80 und 85 angeschlossen sind, kann jeder Grad von Gegenwirkung erzielt werden. Modulierungsstrom wird den Eingangskreisen der Röhren 80 und 85 durch Vermittlung des Transformators 86 geliefert.
Die in Fig. 7,8 und 9 dargestellten Schaltungsanordnungen sind auf Modulatoren anwendbar, die nach den oben aufgestellten Grundsätzen arbeiten-d. h. Gitterwirkungen ausnutzen, sie sind aber nicht anwendbar auf die bisher vorgeschlagene Modulierungsart, die sich die gewöhnliche Kennlinie einer Entladeröhre zunutze macht. Mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung lässt sich eine Verminderung der unmodulierten Komponente, wie oben beschrieben, herbeiführen, während doch noch ein hoher Modu1ierungsgrad aufrechterhalten bleibt.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit gewissen besonderen Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich von selbst, dass die in der Beschreibung dargelegten Grundsätze zahlreiche andere Verwendungsarten zulassen, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.