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Demodulatoranordnung zum Empfang elektromagnetischer Schwingungen.
Eine Demodulation erfordert die Bildung der Kombinationsfrequenzen aus Trägerfrequenz und Seitenbandfrequenzen bei modulierten Sendern bzw. aus Senderfrequenz und Überlagererfrequenz bei unmodulierten Sendern. Die Bildung der Kombinationsfrequenz tritt stets ein, wenn eine multiplikative Wirkung der beiden Urspiungsspannungen verschiedener Frequenz aufeinander erfolgt. Dies ist am einfachsten dadurch zu erreichen, dass man das empfangene Frequenzgemisch auf eine Vorrichtung mit nichtlinearer, vorzugsweise quadratischer Stromspannungsbeziehung einwirken lässt (Kristalldetektor, Audion, Diode, Riehtverstärker usw. ).
Allen in dieser Weise arbeitenden Anordnungen haften bestimmte Nachteile an, die durch die erfindungsgemässe Anordnung ganz oder teilweise vermieden werden.
Eine mutiplikative Einwirkung zweier Spannungen aufeinander liegt z. B. bei einer Mehrgitterröhre vor, die so beschaffen ist, dass sieh die Steilheit der Anodenstromkennlinie, bezogen auf das eine
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tial befindliche Raumladegitter Strom führt und Leistung verbraucht. Es. ist ferner der Fall bei einer Schutzgitterröhre, die mit einem Hilfsgitter H zwischen Anode A und Schutzgitter < S'i ausgestattet ist (Fig. 1). Noch sauberer liegen die Verhältnisse, wenn zwischen diesem Hilfsgitter und der Anode ein weiteres Schutzgitter 82 angeordnet ist.
(Eine derartige Anordnung ist den erläuternden Schaltbildern der Zeichnung zugrunde gelegt worden. ) In beiden Fällen kann die Steilheit der Anodenstromkennlinie in bezug auf das Steuergitter verändert werden ; in einem Falle durch die Einstellung der Raumladegitterspannung, im andern Falle durch die Einstellung der Hilfsgitterspannung. Die multiplikative Einwirkung der beiden Gitterspannungen kommt dann auf folgende Weise zustande :
Es ist = S. e, anderseits S = K. e,., worin K eine beliebig zu wählende Konstante, 8 die Steilheit, il, den Anodenstrom und eg1, eg2 die Gitterspannungen bedeuten. Durch Einsetzen ergibt sich
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Führt man also z.
B. beiden Gittern das empfangene Frequenzgemisch (im nachfolgenden Empfangsspektrum genannt) zu (Fig. 1), so erfolgt eine Quadrierung und damit die Bildung der Kombinationsfrequenzen, d. h. die Demodulation, ohne dass eine niehtlineare Beziehung zwischen Anodenstrom und jeder einzelnen Gitterspannung vorliegt. Diese Anordnung hat vor dem Audion den Vorzug, dass die ohne unzulässige Verzerrung zu verarbeitende Amplitude sehr gross sein kann, denn es tritt keine Verlagerung der Gitterruhepotentiale ein, die beim Audion Anlass zu zusätzlicher schädlicher Anodengleichrichtu'ng ist. Gleichzeitig entfällt die sowohl lineare wie nichtlineare Verzerrungen hervorrufende Kombination Gitterkondensator-Gitterableitwiderstand.
Im Vergleiche zum Anodengleichriehter hat diese Anordnung den Vorteil, dass der Arbeitspunkt beider Gitter leicht so gelegt werden kann, dass mit zunehmender Amplitude die mittlere Steilheit des bestrichenen Gebietes abnimmt, also ein weicher Sehwingungseinsatz in Rückkopplungsschaltungen erfolgt.
Es ist selbstverständlich möglich, entsprechend dem verschieden grossen Aussteuerbereieh beider Gitter dem einen nur einen Teil der Spannung des andern zuzuführen (Fig. 2).
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Auch eine selbsttätige Lautstärkereglung ist mit dieser Anordnung möglich, indem man eine von der Amplitude der Trägerwelle abhängige Veränderung des Anodengleichstromes zur Erzielung einer ver- änderliehen Vorspannung entweder beider gesteuerter Gitter oder des die Steilheit regelnden Gitters allein benutzt. Dies kann bei der für die Schaltungsbeispiele gewählten Röhre durch Einschalten eines Widerstandes W in die Kathodenleitung erfolgen (Fig. 3).
Die Demodulation durch Verwendung der multiplikativen Wirkung der Spannungen zweier verschiedener Gitter einer Röhre ergibt besondere Vorteile, wenn den beiden Gittern verschiedenartige Spannungen zugeführt werden. Der einfachste derartige Fall ist der des Überlagerungsempfanges eines unmodulierten Senders. In diesem Falle wird man dem einen Gitter die Empfangsfrequenz, dem andern die Überlagererfrequenz zuführen und auf diese Weise eine Entkopplung des Überlagerers erreichen (Fig. 4). Man kann auch durch Rückkopplung eines der beiden Gitter mit einem abgestimmten Kreis in der Anodenleitung die Überlagererfrequenz herstellen und dem andern Gitter die Empfangsfrequenz aufdrüeken, wobei man von der bei Selbstüberlagererschaltungen notwendigen, die.
Empfindlichkeit herabsetzenden Verstimmung des Eingangskreises befreit wird und gegenüber Fremdüberlagerungsschaltungen eine Röhre spart (Fig. 5).
Von besonderer Wichtigkeit erscheinen diejenigen Anordnungen, in denen beim Empfang modulierter Schwingungen dem einen Gitter das Empfangsspektrum, dem andern eine Wechselspannung von der Frequenz der Trägerwelle des zu empfangenden Senders aufgedrückt wird. Beim Empfang amplitudenmodulierter Sender mit Demodulatoren, deren Wirkungsweise auf nichtlinearen Stromspannungsbeziehungen beruhen, entstehen die Kombinationsfrequenzen zwischen jeder der im Empfangsspektrum enthaltenen Frequenzen und jeder ändern. Die Folge davon ist, dass mehrere frequenzbenaehbarte Sender gleichzeitig demoduliert werden, also im Ausgang des Demodulators die Modulationsfrequenzen aller empfangenen Sender vorhanden sind.
Durch Anwendung hochfrequenter Selektionsmittel werden die Amplituden der im Empfangsspektrum enthaltenen ungewünschten Sender nach Möglichkeit so geschwächt, dass auch die Amplituden der entstehenden ungewünschten Modulationsfrequenzen klein sind gegen die Amplitude der Modulationsfrequenzen des gewünschten Senders. (Die Amplitude einer Kom- binationsfrequenz ist direkt proportional dem Produkt der Amplituden der beiden Ursprungsfrequenzen. ) Um die erforderlichen Schwächungen, insbesondere bei einem ungünstigen Verhältnis der Feldstärken (sehwacher gewünschter Sender und starker Störsender) zu erzielen, ist der Aufwand erheblicher hochfrequenter Selektionsmittel erforderlich, der besonders bei gleichzeitiger Bedienung mehrerer Kreise sehr kostspielig ist.
Nimmt man nun die Demodulation in der Weise vor, dass man dem einen Gitter einer den eingangs gestellten Forderungen genügenden Röhre das Empfangsspektrum, dem zweiten Gitter eine Wechselspannung von der Frequenz der Trägerwelle des gewünschten Senders zuführt, so erfolgt eine Kombinationsfrequenzbildung nur zwischen der Trägerfrequenz einerseits und den andern Frequenzen des Empfangsspektrums anderseits. Hörbare Kombinationsfrequenzen liefern aber dann nur die der Trägerfrequenz hinreichend benachbarten Frequenzen des Spektrums, nicht aber Träger-und Seitenbandfrequenzen der nicht gewünschten Sender untereinander, so dass-völlig lineare Beziehungen zwischen Anodenstrom und der Spannung des Gitters, dem das Empfangsspektrum aufgedrückt ist, vorausgesetzteine hochfrequente Selektion nicht erforderlich ist.
Aber selbst wenn infolge nicht ganz linearer Steuerung ungewünsehte Kombinationsfrequenzen entstehen, so kann durch Wahl eines möglichst linearen Bereichs der Charakteristik und bei hinreichend k1einenAmplituden des Empfangsspektrums die Amplitude der nicht gewünschten Kombinationsfrequenzen klein gehalten werden gegenüber den Amplituden der Kombinationsfrequenzen, die durch die beabsichtigte Multiplikation des Empfangsspektrums mit der zusätzlichen Trägerwechselspannung des andern Gitters entstehen, insbesondere auch durch Wahl einer grossen Amplitude für die Zusatzspannung. Die geschilderte Anordnung hat also Selektionseigenschaften
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mitteln.
Bemerkt sei zu dieser Anordnung noch, dass beim Empfang amplitudenmodulierter Sender mit zwei Seitenbändern die Zusatzträgerwec. hselspannung nicht nur in der Frequenz, sondern auch möglichst genau in der Phase mit der im Empfangsspektrum enthaltenen Trägerwellenspannung des gewünschten Senders übereinstimmen muss. Die Beschaffung der Zusatzspannung wird später erläutert werden.
Während die Demodulation eines von frequenzmodulierten Sendern herrührenden Spektrums mit Anordnungen, die auf nichtlinearen Stroirspannungsbeziehungen beruhen, wegen der gegenüber der Amplitudenmodulation veränderten Phasenlage zwischen Träger und Seitenbandfrequenzen nicht gelingt, so gestattet eine Anordnung der hier beschriebenen Art die Demodulation auch derartiger Frequenzspektren. Es ist nur erforderlich, dem einen Gitter das Empfangsspektrum, dem andern wiederum eine Wechsel pannung von der Frequenz des Trägers des gewünschten Senders zuzuführen, jedoch derart, dass die Zusatzspannung um 900 in der Phase gegen die im Empfangsspektrum enthaltene Trägerwellenspannung gedreht ist.
Ist o) die Kreisfrequenz der Trägerwelle, A (I) die Modulationsniederfrequenz, Sb die Seitenband- aJ11plitude, T die Trägerwellenamplitude, so hat bei Frequenzmodulat : on das Empfangsspektrum die Form
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Die Multiplikation mit einer Spannung M cos (0 t, welche mit der im Spektrum enthaltenen Trägerwellenspannung T cos (0 t in Phasen ist, liefert die die Modulationsfrequenz ergebenden Glieder
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so dass die reinen A to-Glieder die Form annehmen :
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Die Multiplikation'mit einer gegen die im Empfangsspektrum enthaltene Trägerwellenspannung T cos M t um 900 gedrehten Zusatzspannung M sin CI) t dagegen liefert :
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und daraus die reinen A M-Glieder :
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Für die Anordnungen, bei denen dem einen der beiden multiplikativ wirkenden Gitter das Empfangsspektrum, dem andern eine Spannung von der Frequenz der Trägerwelle des gewünschten Senders zugeführt wird, gilt hinsichtlich der Beschaffung dieser Zusatzspannung folgendes :
Im allgemeinen dient hiezu zweckmässig ein am Empfangsort befindlicher Generator. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, aus dem Empfangsspektrum den gewünschten Träger herauszusieben und (eventuell nach weiterer Verstärkung) auf das zweite Gitter zu geben.
Wegen der notwendigen Einhaltung der Frequenzgleichheit und der Phasenbedingungen erscheint es notwendig, Frequenz und Phase der zusätzlichen Spannung durch Frequenz und Phase der im Empfangsspektrum enthaltenen Trägerwellenspannung durch bekannte Mittel (z. B. durch Mitnahme) zu beeinflussen. Man kann auch, zumindest bei der Demodulation amplitudenmodulierter Sender, als Demodulator und Generator die gleiche Röhre verwenden. Es bleibt noch zu bemerken, dass auch in den beiden Anordnungen mit Zusatz der Trägerwechselspannung eine selbsttätige Lautstärkeregelung in der gleichen Weise wie weiter oben beschrieben (zu Fig. 3) durchgeführt werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Demodulatoranordnung zum Empfang elektromagnetischer Schwingungen unter Verwendung einer Mehrgitterröhre, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungen, aus welchen durch multiplikative Einwirkung aufeinander die Kombinationsfrequenzen gebildet werden, zwei verschiedenen Gittern zugeführt werden, wobei'die Steilheit der Anodenstromkennlinie, bezogen auf die Spannung des einen Gitters, durch die Spannung des andern Gitters beeinflusst wird.