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Anordnung zur Demodulation amplitudenmodulierter Schwingungen.
Die bekannten Demodulatoren für den Empfang amplitudenmodulieiter Sender beruhen auf nichtlinearen Stromspannungsbeziehungen. Dabei ist das quadratische Glied von massgebender Bedeutung.
Führt man einer derartigen Anordnung ein Spektrum hochfrequenter Spannungen zu, wie es z. B. durch nebeneinanderliegende Frequenzbänder einiger Telephoniesender dargestellt wird, so entstehen die Summen-und Differenzfrequenzen aller im Spektrum vorhandenen Frequenzen untereinander. Das Spektrum sei dargestellt durch :
EMI1.1
Die bei der Quadrierung dieses Ausdrucks (also der Multiplikation mit sich selbst) entstehenden Frequenzen sind :
EMI1.2
Das bedeutet aber, dass je zwei Frequenzen, die in tonfrequentem Abstand voneinander liegen, auch eine Tonfrequenz liefern, dass also-solange keine Siebmittel (Resonanzkreise) vorhanden sind-z. B. alle Modulationsniederfrequenzen sämtlicher im demodulierten Spektrum arbeitender Telephoniesender hörbar werden.
Da die Amplitude der sich bildenden Summen-und Differenzfrequenzen proportional ist dem Produkt der Amplituden der beiden Ursprungsfrequenzen, kann man die Amplitude ungewünschter Kombinationsfrequenzen dadurch klein halten, dass man die Amplitude beider Ursprungsfrequenzen oder wenigstens einer von beiden klein hält. Man wendet daher Resonanzkreise an, um die Amplituden der Träger-und Seitenbandfrequenzen der nicht gewünschten Sender klein zu halten gegen die Amplitude der Träger-und Seitenbandfrequenzen des gewünschten Senders.
Damit ein hinreichend grosser Amplitudenunterschied zwischen den Modulationsniederfrequenzen des gewünschten und des ungewünschten Senders auch bei ungünstigem Verhältnis der Feldstärken (starker Störsender) entsteht, muss ein erheblicher Aufwand an Selektionsmitteln (mehrere abgestimmte Kreise) getrieben werden.
Man sieht nun leicht, dass sich die Verhältnisse grundlegend ändern müssen, wenn es gelingt, eine Demodulatoranordnung zu schaffen, bei der nicht die Kombinationsfrequenzbildung aller im Spektrum vorhandenen Frequenzen untereinander, sondern nur die Bildung der Kombinationsfrequenzen zwischen Trägerfrequenz des gewünschten Senders einerseits und sämtlichen andern Frequenzen des Spektrums anderseits erfolgt. Tonfrequenzen können dann nur aus der Kombination der Trägerfrequenz mit ihr hinreichend benachbarten anderen Frequenzen, vorzugsweise also den dieser Trägerwelle zugeordneten Seitenbändern, entstehen.
Theoretisch wären bei einer derartigen Anordnung hochfrequente Selektionsmittel nicht mehr erforderlich, vielmehr würde es genügen, vor dem auf den Demodulator folgenden Niederfrequenzverstärker das Niederfrequenzspektrum in gewünschter Breite auszusieben, damit nicht die im Demodulator entstehenden hochfrequenten Kombinationsfrequenzen untereinander in den folgenden
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Verstärkerstufen infolge der unvermeidlichen Verzerrungen erneut zur Bildung störender niederfrequenter Kombinationsfrequenzen Anlass geben können.
Der gewünschte Effekt wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das Spektrum
EMI2.1
nicht mit sich selbst, sondern mit einer Wechselspannung von der Trägerfrequenz (os,,) des gewünschten Senders multipliziert wird. Es entstehen dann die Kombinationsfrequenzen :
EMI2.2
Praktisch lässt sich naturgemäss dieser Effekt nicht völlig rein darstellen.
Da es aber, wie bereits oben ausgeführt, nicht darauf ankommt, dass die Modulationsfrequenzen der nicht gewünschten Sender überhaupt nicht entstehen, sondern vielmehr nur darauf, dass das Amplitudenverhältnis zwischen gewollten Kombinationsfrequenzen und nicht gewollten Kombinationsfrequenzen gross genug ist, so besitzt eine derartige Anordnung jedenfalls brauchbare Selektionseigensehaften ; es besteht daher die Möglichkeit, die notwendigen Selektionseigenschaften einer Empfangsanlage statt durch Resonanzkreise ganz oder teilweise durch einen Demodulator der beschriebenen Art darzustellen.
Für die praktische Durchführung der Multiplikation seien folgende Beispiele gegeben :
Die zu demodulierenden hochfrequenten Spannungen mögen dem Steuergitter einer beliebigen Röhre zugeführt werden, wobei die Ruhespannung des Gitters so eingestellt ist, dass die Röhre auf einem möglichst linearen Teil ihrer Anodenstrom-Gitterspannungscharakteristik arbeitet (eine Bedingung, die z. B. auch durch Kleinhalten der Eingangsamplituden stets annähernd erfüllt werden kann). Eine Kombinationstonbildung erfolgt dann nur soweit, als eben die Charakteristik in dem bestrichenen Gebiet tatsächlich nicht linear ist. Verwendet man nun z. B. eine Röhre mit ausgesprochen schleichende Cha- rakteristik, ähnlich den bekannten Exponentialröhren, so kann man durch Einstellung des Arbeitspunktes die Steilheit des bestrichenen Gebietes verändern.
Es ist leicht, die Kennlinie so zu gestalten,
EMI2.3
EMI2.4
EMI2.5
EMI2.6
Es tritt also die oben verlangte Multiplikation und damit eine Kombinationsfrequenzbildung, bezogen auf die Trägerfrequenz, auf. Für den gewünschten Effekt kommt es also nun nur noch darauf an, das Amplitudenverhältnis zwischen Empfangswechselspannung einerseits und zusätzlicher Trägerwellenspannung anderseits so zu wählen, dass die gewünschte Kombinationstonbildung mit der Trägerfrequenz gross ist gegen die ungewünschte Kombinationstonbildung durch die Krümmung des von den Eingangswechselspannungen bestrichenen Bereiches der Charakteristik.
Weit eleganter lässt sich die Multiplikation mit einer Mehrgitterröhre durchführen, die so beschaffen ist, dass sich die Steilheit) der Anodenstromkennlinie, bezogen auf die Spannung eines Gitters, durch die Spannung eines andern Gitters (ego) einstellen lässt. Diese Bedingung erfüllt z. B. eine Schutz- gittelTöhre, die mit einem zwischen Anode und Schutzgitter befindlichen Hilfsgitter ausgerüstet ist.
Durch die Einstellung der Hilfsgitterspannung wird die Steilheit des Steuergitters beeinflusst. Führt man in einer solchen Anordnung dem Steuergitter die Empfangswechselspannungen zu, wobei man wiederum den Arbeitspunkt und die Amplitude so wählt, dass der bestrichen Teil der Kennlinie als geradlinig angesehen werden darf, und drückt man anderseits dem Hilfsgitter eine Wechselspannung von der Frequenz des Trägers auf, so gelten die bereits oben abgeleiteten Gesetze, d. h. es tritt auch hier vorzugsweise eine Kombinationsfrequenzbildung zwischen Trägerfrequenz einerseits und den Frequenzen des Empfangsspektrums anderseits ein.
Es sei darauf hingewiesen, dass in diesem Falle das Amplitudenverhältnis nur insoweit von Belang ist, als wiederum die gewünschte Kombinationsfrequenzbildung stärker sein soll als die nicht gewünschte, wozu aber bei entsprechender Dimensionierung der betreffenden Röhre durchaus nicht erforderlich zu sein braucht, da die Amplitude der zusätzlich ausgedrückten Trägerwellespannung gross im Verhältnis zu den Eingangswechselspannungen ist.
Bezüglich der Beschaffung der zusätzlichen Trägerwellenspannung ist zu bemerken, dass hiezu im allgemeinen ein am Empfangsort befindlicher Generator dienen kann. Es besteht aber auch die Möglichkeit, aus dem Empfangsfrequenzgemisch den gewünschten Träger herauszusieben und weiter zu verwenden, unter Umständen nach weiterer Verstärkung der Trägerfrequenz allein. Mit Rücksicht darauf,
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dass die Anordnung vorzugsweise eine Ersparnis an hochfrequenten Selektionsmitteln bezweckt, wird dem örtlichen Generator der Vorzug zu geben sein.
Voraussetzung für das einwandfreie Arbeiten ist selbstverständlich, dass die Zusatzwechselspannung genau in der Frequenz mit der Trägerwelle des gewünschten Senders übereinstimmt, so dass man unter Anwendung bekannter Mittel die Frequenz des Generators durch die Frequenz der Trägerwelle beeinflussen muss (z. B. durch Mitnahme). Weiterhin ist bei den üblichen amplitudenmodulierten Telephoniesendern mit zwei Seitenbändern nicht nur eine Übereinstimmung in der Frequenz, sondern auch eine Übereinstimmung in der Phase zwischen Originalträger und zugesetztem Träger notwendig.
Insbesondere bei der Verwendung von Mehrgitterröhren besteht natürlich die Möglichkeit, ähnlich wie dies bei den Überlagerern normaler Zwischenfrequenzempfänger üblich ist, Demodulation und Schwingungserzeugung in ein und derselben Röhre vorzunehmen.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass bei dem beschriebenen Demodulator infolge der geringen oder gar nicht vorhandenen Kombinationstonbildung beliebiger Frequenzen untereinander auch der niederfrequente Klirrfaktor sehr viel kleiner ist als bei einem Demodulator, dessen Wirkungsweise auf Quadrierung beruht.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Anordnung zur Demodulation amplitudenmodulierter Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Bildung von Kombinationsfrequenzen zwischen dem Empfangsspektrum und der Trägerfrequenz des gewünschten Senders führende Multiplikation von Spannungen dieser beiden Frequenzen in der Weise vorgenommen wird, dass eine Wechselspannung von der Frequenz des Empfangsspektrums einer Gitterelektrode einer Elektronenröhre mit einer solchen Amplitude aufgedrückt wird, dass diese einen im wesentlichen linearen Bereich der Anodenstrom-Gitterspannungskennlinie bestreicht und dass die Steilheit der Kennlinie im Rhythmus der Trägerfrequenz geändert wird.