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Radiosender.
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Modulation von Trägerschwingungen in ihrer Phase gemäss der zu übertragenden Signalfrequenz. Solche in der Phase den Signalen entsprechend modulierte Hochfrequenzschwingungen sind, gleiche Übertragungsenergie vorausgesetzt, weniger als amplitudenmodolierte Wellen den sogenannten Fading- oder Schwunderscheillungen unterworfen und sie ermöglichen bei entsprechender Anordnung auch, im Gegensatz zur Amplitudenmodulation, ein Arbeiten des Senders mit voller Ausgangsenergie, während bei Amplitudenmodulation die Energie verringert und der Sender etwa mit einem Viertel der vollen Ausgangsenergie betrieben werden muss.
Zur Phasenmodulation von Radiosendern wurde bereits vorgeschlagen, die Tragersehwingungen vermittels eine Selbstinduktion und einen Kondensator enthaltender Kreise zu modulieren, die in ihrer t Lage zur Resonanz durch Beeinflussung ihrer elektrischen Grössen durch die Signalströme verändert werden ; welche Beeinflussung jedoch nicht nur ziemlich umständlich und in ihrer Wirkung beschränkt ist, sondern auch an Reinheit der Modulation zu wünschen übrig lässt.
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung. bei der diese Nachteile vermieden und die Vorteile der Phasenmodulation für Radiosender dadurch voll zur Auswirkung gebracht werden, dass die Phasenmodulation in rein regelbarer und besonders wirksamer Weise unmittelbar in den Röhren des Radiosenders selbst hervorgerufen wird ;
u. zw. besteht die Erfindung im wesentlichen darin, dass die Trägerenergieque, lle durch Eingangskreise mit den Steuergitter zweier Thermionenröhren verbunden ist, von denen entweder die mit den Steuergitter verbundenen Eingangskreis oder die mit den Anoden verbundenen Ausgangskreise je eine Reaktanz enthalten, deren Vorzeichen einander entgegengesetzt sind (d. h. eine Induktion bzw. eine Kapazität enthalten oder induktiv bzw. kapazitiv in bezug auf die Frequenz der Trägerwellen sind), und dass durch geeignete, mit der Modulierpotentialquelle verbundene Kreise die innere Impedanz der beiden Röhren, deren Anoden durch einen Ausgangskreis verbunden sind, den Modulierpotentialen entsprechend geändert wird.
In den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung durch Ausführungsbeispiele von phasenund frequenzmodulierten Sendern gemäss der Erfindung veranschaulicht.
Die Fig. 1 zeigt einen Sender für die Übertragung von phasenmodulierter Energie, die Fig. la und 1" stellen Vektordiagramme dar und die Fig. 2 bis 6" zeigen verschiedene Abänderungen und Einzelheiten der Erfindung.
In dem in Fig. 1 dargestellten Sender für die Übertragung von phasenmodulierter Energie wird die Trägerenergie von einem Schwingungsgenerator 2 einer künstliehen Übertragungsleitung 4 zugeführt, die mit einem Widerstand 6, dessen Wert der Wellenimpedanz oder dem Widerstand der Leitung 4 gleich ist, endet. Der Generator 2 kann ein kristallgesteuerter Oszillator oder irgendein anderer Generator für Schwingungen von im wesentlichen konstanter Frequenz sein. Entsprechend der Natur der Leitung 4 mit dem Endwiderstand 6 treten bei der betreffenden Trägerfrequenz nur wandernde Wellen in dem induktiven Teil 8 der Leitung 4 auf.
Die Steuerelektroden oder Gitter j ! ss, 13 der Elektronenröhren 14, 16 sind durch Blockkondensatoren 18, 20 mit verschiebbaren Anschlusspunkten 22,24 der Induktionswieklung 8 verbunden. Die Punkte 22,24 sind so gewählt, dass sie weniger als 180 , z. B. 90 , auf der wandernden Welle voneinander entfernt liegen. Daher werden um 90 gegeneinander verschobene Spannungen von derselben Trägerfrequenz von der Quelle 2 den Gittern der Röhren 14, 16 zugeführt.
Die vektorische Beziehung dieser Spannungen ist in Fig. l" für den besonderen Fall von 900 Phasenverschiebung dargestellt, in der E, C die dem Gitter der Röhre 14 und EI, die dem Gitter der Röhre 16
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eine resultierende Spannung E,. auf, wie in Fig. 1" dargestellt ist. Diese Spannung hat dieselbe Frequenz wie die von der Quelle 2 gelieferte Spannung.
Die Trägerquelle 2 kann auch die Form von zwei mechanisch gekuppelten Wechselstromgeneratoren haben, so dass sie Spannungen, die um 900 oder um irgendeine andere gewünschte Anzahl von Graden auseinanderliegen, erzeugen können ; in welchem Falle der Ausgang jedes der beiden Generatoren je mit dem Gitter und der Kathode einer der Röhren verbunden wird. Die Übertragungsleitung zur Erzielung einer vorausbestimmten Phasenverschiebung kann auch durch ein Netzwerk von Widerständen, Induk- tionen und Kapazitäten, dem Energie konstanter Frequenz zugeführt wird, ersetzt werden, wobei jede
Röhre mit Teilen des Netzwerkes verbunden wird, an denen Spannungen mit der gewünschten Phasen- differenz auftreten.
Durch Änderung des Ausganges jeder der beiden Elektronenentladungsvorrichtungen 14, 16 in entgegengesetztem Sinne kann die resultierende Spannung E,. jede beliebige Phase erhalten, wie E',. in Fig. 1" zeigt. Diese Phasenverschiebung wird erzielt, indem die verstärkte Spannung E,,, die in dem Ausgangskreis infolge der Verstärkerwirkung der Röhre 14 auftritt, verhältnismässig verringert und die verstärkte Spannung E", die von der Röhre 16 herrührt, vergrössert wird-oder umgekehrt.
Um diese entgegengesetzte Änderung der Spannungen in den Ausgängen der Röhren 14, 16 zu erzielen, wird Modulierenergie von einer geeigneten Quelle 24, die durch einen Gegentaktverstärker 26 verstärkt wird, in entgegengesetzter Phase den Schirmgittern 28, 30 der Röhren M, 16 zugeführt, wodurch die innere Impedanz der beiden Röhren in entgegengesetztem Sinne verändert wird, was eine Änderung der Ausgänge der beiden Röhren in entgegengesetztem Sinne zur Folge hat. Wie aus Fig. 1" ersichtlich ist, bewirkt dies eine Phasenverschiebung der in dem Ausgangskreis 18 auftretenden resul- tierenden Energie E,..
Die auf diese Weise in dem Ausgangskreis der Röhren 14, 16 auftretende phasenmodulierte Energie kann dann durch einen geeigneten Verstärker 32 verstärkt und durch eine geeignete Antenne 34 in Form elektromagnetischer Wellenenergie in den Raum ausgestrahlt werden.
Wie die Fig. 1" ersehen lässt, beträgt bei der bisher beschriebenen Anordnung der höchstmögliche Betrag der Phasenverschiebung 90 . Die Resultierende E',. kann zwischen den Grenzen E' und E, nach Massgabe der Modulierfrequenz zur Verschiebung gebracht werden. Der Betrag der Phasenverschiebung ist proportional der Amplitude der Modulierpotentiale. Die Phasenverschiebung ist jedoch nicht auf 900 beschränkt, da auch ein grösserer Winkel, z. B. 180 , oder ein kleinerer, z. B. 45 , verwendet werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Um das Ausmass der Phasenmodulation zu vergrössern, kann der Apparat 32 irgendeine bekannte
Form eines Frequenzmultiplikators enthalten. Frequenzvervielfachung der phasenmodulierten Welle in dem Ausgang der Röhren 14 und 16 verursacht eine vergrösserte Phasenverschiebung in der Energie mit vervielfachter Frequenz, die der Ordnung der harmonischen bzw. der Ordnung der Frequenzver- vielfachung entspricht.
Um die durch die Phasenmodulation eingeführte Amplitudenmodulation zu beseitigen, kann dem
Frequenzmultiplikator ein Amplitudenbegrenzer 40 vorgeschaltet werden, der von beliebiger Bauart sein kann, vorzugsweise aber von einer solchen ist, die mit Sättigung arbeitende thermionisehe Vorrieh- tungen enthält. Auf den Frequenzmultiplikator kann, falls erwünscht, ein Kraftverstärker 38 folgen.
In Fig. 2 sind die Steuerelektroden eines Paares thermionischer Übertrager oder Verstärker durch Leitungen mit einem Blockkondensator 5 verbunden, der seinerseits wieder mit einer Quelle 2 von im wesentlichen konstanten Hochfrequenzsehwingungen verbunden ist. Die Schwingungen der Quelle 2 werden durch den Kondensator 5 den Gitterelektroden 10 und 12 im wesentlichen gleichphasig aufgedrückt. Die relative Phase dieser Schwingungen wird jedoch verschoben, da die dem Gitter der Röhre 16 zugeführten Schwingungen durch ein die Phase vorrüekendes Mittel in der Form eines veränderbaren Kondensators V C hindurchgehen, während die Schwingungen dem Gitter der Röhre 14 durch ein die Phase verzögerndes Mittel in der Form einer Induktanz J R zugehen.
Die Anoden sind untereinander und mit einem Speicher-oder Schwungkreis T C verbunden, der eine Induktanz und eine veränderbare Kapazität enthält. Dieser Kreis ist auf Resonanz mit den von der Quelle 2 gelieferten Schwingungen abgestimmt. Die etwas in der Phase verschobenen, den Steuerelektroden der Röhren 14 und 16 aufgedrückten Schwingungen werden in den Röhren 14 und 16 verstärkt, und die Energie aus den Röhren 14 und 16 tritt dann in dem Kreis T C mit einer Phasenverschiebung auf, deren Betrag durch die mittels der Schaltelemente V 0 und I R bewirkte Phasenverschiebung gegeben ist. Das Anodenpotential für den Kreis T C wird über eine Leitung L von dem posi- tiven Pol einer Stromquelle B zugeführt.
Strom für die Heizfäden der Röhren 14 und 16 liefert die Quelle B durch die Leitungen 19.
Ein Weg geringer Impedanz für die durch die Röhren 14 und 16 gehenden Hochfrequenzschwingungen ist mittels des Nebensehlusskondensators C geschaffen, der zwischen einem Ende des Kreises T C und den Fäden der Röhren eingeschaltet ist und so die Quelle B überbrückt. Normales Gleichstromvorspannpotential für die Steuerelektroden 10 und 19 wird über Widerstände Ji bzw. durch eine Leitung zuge- führt, die einen Punkt der Sekundärwicklung des Moduliertransformators 17 mit einem verschiebbaren
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Punkt des Potentiometers P1 verbindet, das im Nebenschluss zu einem Teil der Batterie B oder einer andern Stromquelle liegt.
Für die in den Eingangskreisen der Röhren 14 und 16 auftretenden Hochfrequenzschwingungen, von denen ein Teil durch die Widerstände R1 und R2 geht, ist ein Weg geringer Impedanz zu den Heizfäden durch die Nebenwegkondensatoren C, vorgesehen, die die Enden der Widerstände Ri und R2 mit der Heizfadenzuleitung 19 verbinden.
Die Primärwicklung des Moduliertransformators 17 ist mit irgendeiner Quelle 24 von Modulierpotentialen derart verbunden, dass Modulierpotentiale in entgegengesetzter Phase den Steuerelektroden 10 und 12 der Röhren 14 und 16 zugeführt werden.
Es sei nun angenommen, dass keine Modulierfrequenzen den Steuerelektroden der Röhren 14 und 16 aufgedrückt werden. Es liegt dasselbe Gleichstromvorspannpotential an den Steuerelektroden, und die den Steuerelektroden aufgedrückten Hochfrequenzsehwingungen sind im wesentlichen in Phase, da sie nur durch die gleichen, aber in verschiedenem Sinne, wirkenden Impedanzen der Induktanz I R bzw.
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gleich viel Energie zuführen wie der Anodenkreis der Röhre 16.
Diese Energien haben verschiedene Phase, und die von dem Kreis T C dem Frequenzmultiplikator bzw. der nächsten Stufe zugeführte Energie wird eine resultierende Phase haben, die durch die Phasen der getrennten, von den Röhren 14 und 16 zugeführten Energien bestimmt ist, so dass in diesem Falle die Trägerschwingungen keine Änderung oder
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Die dem Kreis T C von der Röhre, die das höchste positive Modulierpotential an ihrer Steuerelektrode hat, zugeführte Energie wird eine grössere Amplitude haben als die von der Röhre mit dem geringeren positiven Modulierpotential dem Kreis T C zugeführte Energie. Dies ist eine Folge des Umstandes, dass das effektive, an das Gitter einer Röhre gelegte Potential die innere Impedanz der Röhre, die Verstärkung durch dieselbe und andere charakteristische Merkmale derselben ändert.
Jede dieser Veränderlichen ihrerseits beeinflusst nun den Betrag der dem Anodenkreis der Röhre zugeführten Energie. Daher wird bei einer Änderung der effektiven Potentiale der Steuerelektroden der Röhren 14 und 16 mit entgegengesetzter Phase durch die Modulierpotentiale der Quelle 24 den Betrag der Energie, die die Röhren 14 bzw. 16 dem Kreis T C zubringen, in entgegengesetztem Sinne (differential) geändert.
Dies bewirkt eine entsprechende differentiale Änderung der Phase der Schwingungen in dem Kreise T C.
Die grösstmögliche Phasenabweiehung des Trägers bzw. der Trägerwelle ist durch die Einstellung der Impedanzen V C und I R der Phasenverschiebungskreise bestimmt. Die Phasenverschiebung der in dem Kreise T C resultierenden Energie ist daher durch die Einstellungen der Phasenverschiebungskreise begrenzt. Die Frequenz der Phasenabweichung des Trägers ist durch die Modulierfrequenz gegeben. Der Betrag der Phasenabweiehung des Trägers ist durch die Amplitude der Modulierfrequenz bestimmt und ist dieser proportional. Der Betrag der Phasenverschiebung oder-abweichung des Trägers oder der Schwingungen im Speicherkreis T C kann daher durch die Einstellung der mit dem Eingang der Röhren verbundenen Phasenverschiebungskreise begrenzt werden.
Das Ausmass der Phasenverschiebung oder-abweichung des Trägers oder der Speicherkreisschwingungen ist durch den Betrag bzw. die Differenz der von den beiden Röhren gelieferten Energien und durch die Phasendifferenz derselben bestimmt. Mit andern Worten, die Phasenverschiebung der Schwingungen in dem Kreis T C ist das Ergebnis der zunahme der von einer Röhre gelieferten Energie, während die von der andern Röhre gelieferte Energie um den gleichen Betrag abnimmt infolge der Phasendifferenz in der von jeder Röhre gelieferten Wechselstromenergie, und sie ist proportional dieser Zu-und Abnahme. Die Phasenveränderungen, die in der oben beschriebenen Weise auftreten, werden von dem Kreis T C, gegebenenfalls durch einen oder mehrere Frequenzmultiplikatoren vervielfacht oder vergrössert, dem Nutzkreis 31 zugeführt.
Die Schirmgitterelektroden 28 und 30 sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich, mit einem verschiebbaren Punkt eines Potentiometers P2 verbunden, das im Nebenschluss zur Batterie B liegt. Diese Anordnung ermöglicht eine Regelung der Verstärkung der Röhren 14 und 16, da, wie bekannt, die dem Schirmgitter einer Thermionenröhre zugeführten Potentiale in hohem Masse die Verstärkung der Röhre durch Änderung ihrer Impedanz bestimmt. Hochfrequenzschwingungen werden von der Batterie B durch Überbrückungskondensatoren C1 abgehalten, die zwischen die Sehirmgitterelektroden 24 und 25 und die Heizfadenzuleitung 19 geschaltet sind.
Gewöhnlich und besonders bei Verwendung hoher Frequenzen bewirkt die Gitter-Heizfaden-und
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erreichenden Erregungsspannung, während die Gitter-Heizfaden-und Sehirmgitterkapazität Ki der Röhre 14 eine Vergrösserung der Erregungsspannung des Gitters 10 zur Folge hat. Anders ausgedrückt, wirkt die Kapazität K1 in der Röhre 14 zum Teil der induktiven Impedanz des Schaltelementes I R entgegen und verringert dadurch die Gesamtimpedanz zwischen der Quelle 2 und dem Gitter 10, wodurch die Erregungsspannung an dem Gitter 10 erhöht wird ; während die Kapazität K2 in der Röhre 16 einen Teil der Erregung an dem Gitter 12 zur Erde ableitet und dadurch auf diese einen verringernden Einfluss ausübt.
Dies ergibt einen unausgeglichenen Zustand, der eine störende Verzerrung in dem resultierenden signalmodulierten Träger zur Folge hat.
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Diese Verzerrung kann gemäss der Erfindung überwunden werden, indem die Erregungsspannung der Gitter entsprechend ausgeglichen wird. Dies kann durch verschiedene Massnahmen erreicht werden, doch haben die meisten derselben Nachteile, die ihre Anwendung nicht erwünscht erscheinen lassen. Eine solche Massnahme besteht darin, den Wert der Widerstände Ri und RJ im Verhältnis zu dem der
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wird und ein geregelter ausgeglichener Zustand nur angenähert erreicht werden kann.
Zweckmässig wird ein ausgeglichener Zustand gemäss der Erfindung durch Einführung eines ver- änderbaren Widerstandes R S oder allenfalls eines festen Widerstandes, in Reihe mit der Induktanz I R geschaltet, erreicht. Durch entsprechende Wahl des Widerstandes R S, der vorzugsweise induktionsfrei ist, kann die Amplitude der Erregungsspannung an dem Gitter der Röhre 14 ebenso gross wie die an dem Gitter der Röhre 16 gemacht werden. Bei einer vektoriellen Analyse dieses Phasen verzögerungskreises sieht man, dass RS den Phasenverzögerungswinkel um ein geringes verkleinert ; dies kann aber durch eine geringe Vergrösserung der Induktanz von I R wettgemaeht werden. Auf diese Weise kann durch unabgeglichene Erregung verursachte Verzerrung ohne die üblichen Nachteile verhütet werden.
Die Elemente R Sund 1 R können auch durch eine Eisendrahtinduktanz mit geeigneten elektrischen Abmessungen ersetzt werden.
In der Anordnung der Fig. 3 wird die Trägerfrequenz mittels eines Transformators T auf einen abgestimmten Kreis, der eine Induktion I und eine Kapazität C enthält, übertragen. Die in diesem Kreise auftretenden Trägerfrequenzschwingungen werden in Phase den Steuergitter 10 und der Röhren und 16 aufgedrüekt. Der Anodenkreis der Röhre 14 enthält einen aus veränderbarer Kapazität und Selbstinduktion bestehenden abgestimmten Kreis 26, der Anodenkreis der Röhre 16 einen gleichen Kreise. Die Modulierpotentiale werden von einer Quelle 24 über einen Modulationsfrequenzverstärker 2J und einen Transformator 17 den Schirmgitterelektroden 28 und 30 zugeführt.
Der Kreis 26 wird derart (auf die induktive Seite des Resonanzpunktes) abgestimmt, dass er für die mittlere Trägerfrequenz einen induktiven Widerstand bildet, der Kreis 36 derart (auf die kapazitive Seite des Resonanzpunktes), dass er für die mittlere Trägerfrequenz als kapazitiver Widerstand wirkt. Der erstere Kreis bewirkt daher ein
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Nacheilen und Voreilen kann jedes beliebige Ausmass haben ; es können z. B. beide 45 betragen, so dass im ganzen zwischen den Trägerspannungen in den beiden Kreisen eine Phasendifferenz von 90 entsteht.
Die Modulierpotentiale werden in entgegengesetzter Phase den Schirmgittern der Modulatorröhren zugeführt und modulieren in diesen die Trägerwelle differential. Die Differentialmodulation der Trägerwelle zusammen mit der darauf folgenden Phasenverschiebung des Trägers bewirkt in der mit den Kreisen 26 und 36 gekoppelten Wicklung 18 eine resultierende Spannung, die zwischen 90 als Grenze schwankt mit einer der Modulationsfrequenz entsprechenden Frequenz und in einem durch die Amplitude der Modulationsfrequenzpotentiale bestimmten Ausmass.
In diesem Modulator wird die Phasenmodulation durch Phasenverschiebung zweier Teile des differential modulierten Trägers erzeugt ; während bei den früheren Anordnungen Phasenmodulation durch differentiales Modulieren zweier in der Phase verschobener Teile des Trägers bewirkt wurde.
Die resultierende phasenmodulierte Welle kann unmittelbar verwertet werden oder sie kann in 40 in ihrer Amplitude begrenzt, in. 32 in der Frequenz vervielfacht und allenfalls auch verstärkt und, falls erforderlich, noch durch einen Kraftverstärker 38 dem Antennenkreis. 34 zugeführt werden.
In Fig. 4 ist 2 eine Quelle konstanter Schwingungen, wie z. B. ein kristallgesteuerter oder ein durch eine lange Leitung in seiner Frequenz geregelter Oszillator. Der Oszillator 2 ist parallel durch Blockkondensatoren C C mit den Steuergitter 10, 12 der Röhren 14, 16 verbunden, die als Sehirmgitter- röhren dargestellt sind, obwohl auch Dreielektrodenröhren verwendet werden können. In letzterem Falle können Neutralisierungskreise erforderlieh sein. Die Anoden der Röhren 14 und 16 sind mit Speicherkreisen M bzw. N verbunden, die eine veränderbare Kapazität und eine Induktion enthalten.
Die Wechselstromkreise der Röhren 14 und 16 sind geschlossen, indem die unteren Enden der Kreise Mund N durch Kondensatoren 01 mit der geerdeten Seite des Kreises 19 verbunden sind, der Heizstrom von der Quelle B den Kathoden der Röhren zuführt. Die Speisekreise für die Anoden sind durch Leitungen geschlossen, die die Enden der Induktanzen mit der Quelle B verbinden. Der Kreis M ist durch einen Blockkondensator 0 mit einem Ende des Phasenverzögerungselementes I L, der Kreis N durch Bloekkondensator 0 mit einem Ende des Phasenvorrückungselementes Q verbunden. Die andern Enden der beiden Phasenverschiebungselemente sind miteinander und mit dem Gitter S der Röhre I in der Modulierstufe verbunden.
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Der Wechselstrom-Anoden-Kathoden Kreis der Röhre I enthält die Anode, den Speicherkreis R. den Kondensator 01 und den geerdeten Schenkel der Kathode K. Der Gleichstrom-Anoden-Kathoden-Kreis
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der Röhre I enthält die Anode, die Induktanz des Kreises R, einen Teil der Stromquelle B1 und die Kathode K. Der Kreis R kann durch einen parallel zur Induktanz liegenden veränderbaren Kondensator auf die gewünschte Frequenz abgestimmt werden. Das Potential für die Sehirmgitterelektrode der
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Die Quellen Bund B1 könnpn von beliebiger Art sein, wie z. B. Akkumulatorenbatterien, Motorgeneratorsätze, Röhrengleichrichter.
Der Kreis R ist über einen Blockkondensator U mit der Stufe 50 verbunden, die Begrenzungvorrichtungen und entweder Frequenzmultiplikatoren oder Verstärker oder beides enthalten kann. Die letzte Stufe ist durch Übertragungsleitungen V-V mit der Antenne verbunden.
Die Signalfrequenzquelle 24 ist mit der Primären eines Signalfrequenztransformators 17 verbunden, dessen Sekundäre mit den Speicherkreisen M und N der Röhren 14 und 16 verbunden ist. Die Hochfrequenzen in diesen werden durch die Überbrückungskondensatoren C'i von dem Modulierfrequenztransformator 17 und der mit ihm verbundenen Signalquelle 24 abgehalten.
Die geeigneten Vorspannpotentiale werden den Steuergittern 10 und 12 mittels einer Leitung von dem Potentiometer P, das im Nebenschluss zu einem Teil der Gleichstromquelle B liegt, zugeführt. Die Potentiale für die Schirmgitter der Röhren 14 und 16 werden mittels einer Leitung von einem Punkt des Potentiometerwiderstandes P1, der parallel zur Quelle B liegt, abgenommen. An den Schirmgittern auftretender Wechselstrom wird durch Überbrückungskondensatoren an der Quelle B vorbei abgeleitet, wie aus der Figur ersichtlich ist.
Im Betrieb liefert der Oszillator 2 gleiche Beträge von Hochfrequenzerregungsspannung an jedes der Steuergitter 10 und 12. Wenn keine Signalfrequenz den Anoden der Röhren 14 und 16 zugeführt wird, wird diese Hochfrequenzenergie in gleicher Weise verstärkt und, wenn erwünscht, in der Frequenz vervielfacht in den Röhren 14 und 16 bzw. den Kreisen Mund N. Dies ergibt sich aus dem Umstand, dass gleiche Potentiale den Elektroden der zwei Röhren zugeführt werden und die Kreise 111 und N die gleiche Charakteristik haben.
Ferner wird, da die Impedanzen des Phasenverzögerungselementes IL und des Phasenvorrückungselementes Q praktisch die gleiche Grösse haben, die an das Gitter S der Röhre I gelangende Hochfrequenzenergie von dem Kreis M und von dem Kreis N die gleiche Intensität haben.
Die Energien werden gleichen Phasenwinkel haben, d. h. die eine voreilend und die andere nacheilend mit Bezug auf die Durehschnittsphasenlage. Die resultierende Phase der dem Gitter von den Kreisen M und N zugeführten Erregungsenergie wird in diesem Falle in der Mitte zwischen den Phasenwinkeln der zwei getrennten, von den Kreisen M und N gelieferten Energien liegen. Die Röhren 14 und 16 verstärken oder können, wenn es erwünscht ist, so eingerichtet werden, dass sie die Trägerfrequenz verviel-
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und in Frequenz vervielfacht oder verstärkt oder beides in 50 werden, von wo die Trägerenergie durch die Übertragungsleitungen der Antenne zugeführt wird, durch die sie in den Raum ausgestrahlt wird.
Wenn nun von der Signalquelle 24 Signalfrequenz ausgesendet wird, so werden die Potentiale der Anoden der Röhren 14 und 16 in Signalfrequenz mit entgegengesetzter Phase oder mit, ändern Worten, differential"verändert. Konstante positive Spannung ist in gleicher Weise an die Anoden der Röhren 14 und 16 gelegt, u. zw. von der Batterie oder QuelleB über die Mittenabzweigung der Sekundärwicklung des Transformators 17, von deren Enden das Potential den Anoden zugeführt wird. Es sei nun der Zeitpunkt in dem Signal angenommen, in dem die Anode der Röhre 14 einen Spannungsausschlag in positivem Sinne und die Anode der Röhre 16 einen Ausschlag derselben Grösse, aber in negativem Sinne erhalten hat.
Die Trägerenergie wird den Gittern 10 und 12 der Röhren 14 und 16 in gleichen Teilen zugeführt.
Ein Teil wird im Verstärker 14 verstärkt und tritt im Kreis M auf, während der andere, im Verstärker 16 verstärkt, im Kreis N auftritt. Diese Verstärkung ist nicht gleich, weil die verstärkten Energien in den zwei Verstärkern 14 und 16 differential in der Amplitude moduliert sind, so dass die durch die zwei Ver- stärker gelieferten Trägerenergien gleichen Phasenwinkel haben, aber eine Amplitude, die mit der Signalfrequenz sich ändert und der Signalintensität proportional ist. Infolge der Anordnung des modulertransformators 17 erfolgt diese Änderung der Amplitude in entgegengesetztem Sinne für die zwei Verstärker um einen Durchschnittswert. Diese Differentialwirkung erhöht den Energieausgang der Röhre 14 und des Kreises M, während sie den der Röhre 16 und des Kreises N um den gleichen Betrag erniedrigtoder umgekehrt.
Die Phase der zwei dem Gitter S der Rölire Izugeführten Hochfrequenzenergienwird gleich sein, aber die Energien werden entgegengesetzten Phasenwinkel haben, und in diesem Falle wird die von dem Kreise M durch das Phasenverzögerungselement 1 L zugeführte Energie grösser sein als die von dem Kreis N durch das Phasenbeschleunigungselement Q zugeführte.
Diese zwei differentialmodulierten Trägerenergien werden dem Gitter S mit verschiedenen Phasenwinkeln infolge der Wirkung der Phasenversdiebungselemente 1 L und Q aufgedrückt. Die Impedanzen von I L und Q sollen gleich gehalten sein. so dass sie gleiche Wirkung auf die Amplitude der von den Kreisen M und N an das Steuergitter S abgegebenen Trägerenergien haben. Es treten also an dem Gitter S zwei
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Trägerenergien von derselben Frequenz auf, die eine konstante Phasendifferenz haben, deren Amplituden sich aber differential um einen konstanten Durchschnittswert ändern.
Mit andern Worten, die gesamte dem Gitter S zugeführte Energie ist konstant und der Phasenwinkel zwischen den zwei Teilen derselben ist ebenfalls konstant ; jeder dieser beiden Teile wird verstärkt oder in Frequenz vervielfacht oder beides in der Röhre I und an den Anodenkreis der Röhre abgegeben. Der Anodenspeicherkreis R von I hat nur einen Freiheitsgrad, d. i. die Trägerfrequenz oder eine gewünschte Harmonische der Trägerfrequenz, auf die der Kreis abgestimmt ist, so dass nur ein oszillierender Strom in ihm auftreten kann. Wegen der Phasendifferenz der zwei in den Speieherkreis gespeisten Energien wird die Phase des oszillierenden Stromes in diesem durch die Trägerenergie mit der grösseren Amplitude in höherem Masse bestimmt bzw. gegen die Phase dieser Energie zu verschoben.
Der Betrag dieser Verschiebung ist proportional dem Überschuss an Energie des einen Teiles der Trägerenergie gegenüber dem andern. Das Ausmass der Verschiebung in der Phase der Trägerenergie ist begrenzt durch den Wert der Reaktanzen der Phasenverschiebungs- elemente-t. L und (, wie oben dargelegt worden ist. Das Ergebnis ist eine Trägerenergie in dem Kreis R der Röhre I von im wesentlichen konstanter Amplitude, aber mit wechselndem Phasenwinkel. Die Fre- quenz dieser Phasenwinkelveränderung ist die Signalfrequenz, und der Grad oder Betrag der Phasen- abweichung ist proportional der Amplitude des Signals. Das Ausmass der Phasenmodulation ist ebenfalls durch die Werte der Phasenverschiebungselemente I L und Q geregelt.
Wenn die Energien in den Speicherkreisen M 1 und N linear amplitudenmoduliert in entgegengesetzter Phase sind, so ist die Phase der im Anodenspeicherkreis der Röhre I auftretenden Energie linear phasenmoduliert.
Auch in diesem Falle wird durch Phasenverschiebung zweier Teile eines differential modulierten Trägers phasenmoduliert.
Frequenzmodulierte Signale können in einfacher Weise, z. B. mit einer Einrichtung, empfangen werden, bei der die Signalenergie von einem Verstärker aufgenommen und einer, z. B. aus in Reihe geschalteten Induktionen und parallel geschalteten Kapazitäten bestehenden, an ihrem Ende offenen oder kurzgeschlossenen Übertragungsleitung zugeführt werden, in der sich aus der einfallenden und der reflektierten Energie eine vereinigte Energie ergibt, deren Amplitude sich ändert, wenn die Signalfrequenz mit der Signalmodulation sich ändert und eine Phasendifferenz zwischen den einfallenden und den reflektierten Wellen in der Leitung hervorruft.
Von zwei verschiedenen Punkten der Leitung, die derart gelegen sind, dass die Änderungen der resultierenden Amplitude einander entsprechend entgegengesetzt sind, wird die Signalenergie dann den Steuerelektroden von zwei in Gegentakt geschalteten Detektoren aufgedrückt, aus deren Anodenkreis die demodulierten Signale schliesslich über einen Transformator od. dgl. einer Wiedergabevorrichtung zugeführt werden.
Phasenmodulierte Signale werden in einfacher Weise, z. B. mit in Gegentakt geschalteten Gleichrichterröhren, empfangen, deren Steuerelektroden gleichphasig mit der von einem Verstärker od. dgl. aufgenommenen (unfiltrierten) Signalenergie durch einen Transformator versorgt werden, dessen Sekundäre in Reihe mit einer Gittervorspannquelle in einer Leitung liegt, die die Kathoden der Röhren mit dem Mittelpunkt der Sekundären eines andern Transformators verbindet, deren Enden mit den Steuer-
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u. zw. in der Form von filtrierter, d. h. von ihrer Modulation befreiter Signalenergie, die der Primären dieses Transformators z. B. durch einen ebenfalls mit dem Eingangsverstärker verbundenen Kristallfilterkreis zugeführt wird.
Phasenmodulation bedeutet, die Phase der Schwingungen eine Anzahl von Graden zu verschieben, während Frequenzmodulation bedeutet, den Betrag der Phasenänderung eine Anzahl von Perioden zu verschieben. Wenn phasenmodulierte Signale in einem für den Empfang von frequenzmodulierten Signalen eingerichteten Empfänger empfangen werden, so bewirkt der eigenartige Unterschied zwischen den in der Frequenz und den in der Phase modulierten Signalen, dass der Signalausgang des Empfängers für frequenzmodulierte Signale sich in der Amplitude so ändert, wie sieh die Frequenz des Signals in dem Eingang des Empfängers ändert. Die Folge davon ist, dass der Hörfrequenzausgang dieses Empfängers verzerrt wird und einen Ausfall an niedrigen Frequenzen hat.
Der Ausgang des Empfängers wird, statt für alle Frequenzen gleich zu sein, wie die gestrichelte Linie der Fig. 5b andeutet, proportional der dem Eingang des Empfängers aufgedrückten Signalfrequenz sein, wie die volle Linie der Fig. 5a zeigt. Um diese Verzerrung auszugleichen, kann ein Filter-oder Korrekturkreis angewendet werden, in dessen Ausgang die Amplitude der Signalfrequenz verkehrtproportional der Frequenz der dem Eingang des Kreises auf- gedrückten Signale ist, wie die vollgezeichnete Kurve in Fig. 5b zeigt. Dadurch werden die Signale derart korrigiert, dass phasenmodulierte Signale in einem Empfänger für frequenzmodulierte Signale empfangen werden können.
Aus dem vorstehenden ergibt sich, dass durch die Anwendung entsprechender Korrekturen an den
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erhalten werden kann, die in einem Phasenmodulationsempfänger empfangen werden kann. Eine entsprechend Anordnung ist in Fig. 5 schematisch veranschaulicht, in der die Quelle 24 der Signalfrequenzen mittels eines Korrekturkreises X K mit einem Frequenzmodulator F M verbunden ist. Der Frequenzmodulator kann unmittelbar oder über einen Amplitudenbegrenzer 40, Frequenzmultiplikator 32, Kraft-
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verstärker 38 usw. mit einem Last-oder Nutzkreis verbunden werden.
Der zwischen Frequenzmodulator und Signalquelle geschaltete Korrekturkreis soll eine Charakteristik haben, wie sie Fig. 5a zeigt ; das bedeutet, dass die Amplitude der Signale in dem Ausgang dieses Filters proportional der Frequenz der dem Eingang des Filters angedrückten Signale sein soll. Dieser Filter-oder Korrekturkreis kann von beliebiger Form sein und beliebige bekannte elektrische Elemente enthalten, die die ihnen aufgedrückten Signale in der gewünschten Weise verzerren ; er kann z. B., wie Fig. 5c zeigt, eingerichtet sein.
In dem in Fig. 5c beispielsweise dargestellten Korrekturkreis werden die Hörfrequenzen der Primärwieldung des Transformators 80 zugeführt und von dem an seine Sekundäre gelegten Potentiometer P über einen Widerstand 81 der Steuerelektrode einer Röhre 82 aufgedrückt, die über eine Induktanz 84 und eine Stromquelle 86 mit der Kathode der Röhre verbunden ist. Der Widerstand 81 ist im Vergleich zur Impedanz oder Reaktanz der Induktanz 84 sehr gross. Dies bewirkt, dass der Strom durch die Elemente 81 und 84 im wesentlichen von dem Widerstand 81 abhängt, so dass ein konstanter Strom unabhängig von Frequenz durch diese zwei Elemente fliesst.
Der Spannungsabfall längs der Induktanz 84 ist durch den Ausdruck SfU, in dem L die Induktion, I den Strom und f die Frequenz bedeutet, gegeben ; er ist daher proportional der Frequenz, da L und I konstant sind. Bei dieser Anordnung soll der Widerstand des Potentiometers klein im Vergleich zum Widerstand 81 sein. Die korrigierten Signale können mittels eines Transformators 87 dem Frequenzmodulator zugeführt werden.
Die umgekehrte Verzerrung findet statt, wenn frequenzmodulierte Wellen in einem Phasenmodulationsempfänger empfangen werden. Die Signale werden in der durch die volle Linie der Fig. 5b angedeuteten Weise verzerrt und können korrigiert werden, indem man sie durch einen Kreis mit einer solchen Charakteristik schickt, dass die Signale in der durch Fig. 5a veranschaulichten Weise verzerrt werden.
Daraus ergibt sich, dass Modulationen in einem Phasenmodulator erzeugt werden können, die ohne Verzerrung in einem Frequenzmodulationsempfänger empfangen werden können, durch Anwendung einer Anordnung, wie sie in Fig. 6 schematisch veranschaulicht ist. Bei dieser Anordnung werden die Signalschwingungen über einen Korrekturkreis K Keinem Phasenmodulator Ph M zugeführt, der unmittelbar oder über einen Amplitudenbegrenzer usw. mit dem Nutzkreis verbunden ist. Der Korrekturkreis soll so angeordnet und eingerichtet sein, dass er die durch ihn gehenden Signale in der in Fig. 5 & angedeuteten Weise verzerrt ; d. h., dass die Amplitude in dem Ausgang des Korrekturkreises sich im umgekehrten Verhältnis zur Frequenz der dem Eingang des Kreises aufgedruckten Signale ändert.
Ein solcher Korrekturkreis ist beispielsweise in Fig. 6a dargestellt. Die zu korrigierenden Signale werden der Eingangswicklung eines Transformators 80 aufgedrückt, dessen Sekundärwicklung mittels
EMI7.1
verbunden ist. Die Steuerelektrode der Röhre 82 ist über eine Kapazität 88 und eine Strom-bzw. Spannungsquelle 86 mit der Kathode der Röhre verbunden. Der Widerstand 81 hat im Vergleich zur Impedanz der Kapazität 88 eine hohe Impedanz für den Signalstrom. Der durch die Kreiselemente 81, 88 gehende Strom ist hauptsächlich durch den Widerstand 81 bestimmt.
Dies hat zur Folge, dass der Strom durch 81, 88 konstant ist, unabhängig von der Frequenz, so dass die Spannung an der Kapazität 88 verkehrt proportional der Frequenz des aufgedruckten Signals ist, da die Impedanz des Kondensators 88 sich im umgekehrten Verhältnis zur Frequenz des an seine Klemmen gelegten Signals ändert. Die an den Ausgangselektroden der Röhre 82 auftretenden verzerrten Potentiale können mittels eines Transformators dem Phasenmodulator zugeführt und in der üblichen Weise weiter übertragen werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Phasenmodulation von Trägerschwingungen entsprechend der zu übertragenden Signalfrequenz, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerenergiequelle durch Eingangskreis mit den Steuergitter zweier Thermionenröhren verbunden ist, von denen entweder die mit den Steuergitter verbundenen Eingangskreis oder die mit den Anoden verbundenen Ausgangskreise je eine Reaktanz enthalten, deren Vorzeichen einander entgegengesetzt sind, und dass durch geeignete, mit der Modulierpotentialquelle verbundene Kreise die innere Impedanz der beiden Röhren, deren Anoden durch einen Ausgangskreis verbunden sind, den Modulierpotentialen entsprechend geändert wird.