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Schaltung zur Störungsbekämpfung bei Radioempfangsgeräten.
Das Problem der Störbefreiung ist für das gesamte drahtlose Nachrichtenwesen wichtig. Ein grosser Teil der in Betracht kommenden Störungen (atmosphärische Entladungen, Störungen durch mit Funkenübergang arbeitende Geräte usw. ) haben den Charakter von aufeinanderfolgenden Einzel- stössen mit steilen Spannungsanstieg (s. Fig. 1), die mittels Fourierschen Integralq'dargestellt, ein kontinuierliches Frequenzband von Null bis Unendlich ergeben, so dass in jedem beliebigen betrachteten Frequenzintervall Komponenten vorhanden sind. Dabei iibertreffen in der Regel die Spannungspitzen der Storungsstosse bei weitem die Amplitude der aufzunehmenden Schwingung.
Derartige Störungen lassen sich durch Erhöhung der Selektivität nicht beseitigen, weil in dem kontinuierlichen Frequenzband, als welches die steilstirnige Störung aufgefasst werden kann, auch die Empfangsfrequenz enthalten ist. Zwar ist die Amplitude, welche die Störung in dem abgestimmten Selektionskreis (oder Bandfilter) hervorruft, wesentlich kleiner als die Spannungsspitze des Storungsstosses, sie kann aber trotzdem von gleicher Grössenordnung wie die Amplitude der aufzunehmenden Schwingung sein. und bewirkt dann eine schwere Beeinträchtigung des Empfanges.
Nach Breisig (Heaviside) verhält sich die in einem Selektionsbandfilter durch Stosserregung angeregte Spannungsamplitude B zu der Stirnhöhe zu des erregenden Spannungsstosses (s. Fig. 2) so, wie die Bandbreite M des Durchlässigkeitsbereiches des Bandfilters zu seiner mittleren Frequenz
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Nehmen wir (was den Verhältnissen bei Rundfunkempfang entspricht) ein Bandfilter mit einer Bandbreite von 104 Bs an, deren Mittelwert bei 106 Hz liegt, so verhält sich
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Daraus folgt, dass periodische steilstirnige Spannungsstösse # also der häufigste Typus der Empfangsstorungen-auch durch sorgfältigste Frequenzselektion nicht unschädlich gemacht werden können, wenn ihre Amplitude etwa 100mal so gross ist, als die des zu empfangenden Signals. Daran kann auch die bekannte Verwendung von Amplitudenbegrenzern nach erfolgter Selektion nichts ändern.
Erfindungsgemäss wird zur Vermeidung dieses Übelstandes eine Amplitudenbegrenzung vor der Hauptselektion vorgenommen. Man bringt zu diesem Zwecke vor dem Resonanzkreis bzw. vor dem Bandfilter, das die engere Frequenzauswahl vorzunehmen hat, ein Begrenzungsorgan, also ein nicht lineares System an, das z. B. für Schwingungen bis zu dem doppelten Wert der Trägerwellenamplitude des zu empfangenden Signals durchlässig ist. Um zu zeigen, dass diese erfindungsgemässe Einrichtung ein wirksames Mittel zur Störbefreiung ist, sollen die folgenden drei Fälle unterschieden werden : a) Von der Antenne kommt nur die Störspannung allein mit der Amplitude A = 100 B. Durch das nichtlineare System (Amplitudenbegrenzer z. B.
Gleichrichter oder Elektronenröhre) wird die Störspannung auf 2 B, also auf den fünfzigsten Teil herabgedrückt, und am Ende des Bandfilters
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e) Da wir es mit einem nichtlinearen System zu tun haben, so müssen wir noch als den dritten Fall betrachten, dass Störspannung und Empfangsträgerwelle beide gleichzeitig ankommen. Hier tritt eine neue Erscheinung auf. Durch die Störspannung wird die Bpgrenxungsröbre übersteuert und die Empfangsträgerwelle verschwindet daher während des Vorhandenseins der Störspannung am Gitter der Begrenzungsröhre. Hiedurch entsteht eine Fremdmodulation der Empfangsträgerwelle
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Um nun zu verhindern, dass die Originalmodulation durch längere Zeit unterdrückt bleibt, muss gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dafür gesorgt werden, dass die Störspannung rasch abfliessen kann. Zu diesem Zwecke wird der Begrenzungsröhre eine Kondensatorkette vorgeschaltet, die so bemessen ist, dass sie die zu empfangende Frequenz nicht merklich schwächt, für tiefere Frequenzen jedoch einen Nebenschluss darstellt. (Bei Rundfunk im Normalwellenbereich können ohne Schaden für die Qualität der Wiedergabe die Frequenzen bis etwa 500.000 Hz unter- drückt bzw. geschwächt werden. ) Dadurch wird es erreicht, dass die Übersteuerung der Begrenzungsröhre nur während einer sehr kurzen Zeit erfolgt.
(Bei Rundfunkempfang etwa 10-5 Sekunden. ) Eine solche ganz kurz dauernde Unterbrechung des Empfanges durch Ausfall der Modulation ist praktisch kaum zu bemerken.
Die einfachste Form einer Kondensatorkette, welche die erwünschte Störspannungsableitllng besorgen kann, ist ein einziges Glied, das aus einem Kondensator und einem Widerstand besteht, wie in Fig. 3 beispielsweise dargestellt. In dieser Figur bilden Ci und r] die vorerwähnte Kondensatorkette. Für Rundfunkempfang im Normalwellenbereieh wird etwa Cj = 20 C1ìJ und i, = 50.000 Ohm gewählt, so dass die Zeitkonstante Cj etwa 10-6 sek wird. Eine Störspannung in der Antenne nach Fig. 2 wird dann am Gitter der Begrenzungsröhre eine Spannung hervorrufen, die nach einem Exponentialgesetz (Fig. 3 rechts) mit der Zeitkonstante 10-6 sek abklingt.
Nach der Zeit 10-5 sek wird bereits nur mehr der e"= 17500ste Teil der ursprünglichen Amplitude vorhanden sein, daher praktisch vernachlässigbar sein.
Die Spannungsbegrenzung kann auf beliebige Art erfolgen, etwa in an sich bekannter Weise durch gegensinnig geschaltete Gleichrichter oder Dioden oder wie in Fig. 3 dargestellt, durch eine Triode, wobei als untere Begrenzung der untere Knick der Anodenstromkennlinie und als obere Begrenzung die Wirkung der bei positiven Spannungswerten auftretenden Gitterströme dient. Beide Grenzen sollen möglichst scharf sein. Man wird also im Beispiel der Fig. 3 eine steile Röhre mit scharfem unteren Knick der Anodenstromkennlinie wählen und legt ausserdem zur Begrenzung der positiven Amplituden in die Gitterzuleitung einen Widerstand f2, in welchem der Gitterstrom einen Spannungabfall verursacht. Die Gitterstromkennlinie soll daher ebenfalls einen scharfen unteren Knick aufweisen.
Wenn es sich um den Empfang eines starken Ortssenders handelt, so dass man mit etwa O'l Volt TrÅagerwellenamplitude rechnen kann, so stellt man die Begrenzung mit zirka + 0'2 Volt ein. Dies kann erreicht werden, wenn man eine Triode mit einer Steilheit von rund 1 Milliampère pro Volt verwendet, deren Anodenruhestrom auf etwa 0'2 Milliampère eingestellt ist. Der Widerstand R2 kann beispielsweise mit 30.000 Ohm gewählt werden.
Um Verzerrungen des Empfanges durch die Begrenzungseinrichtung zu verhüten, müssen die Grenzen und der Arbeitspunkt so gewählt werden, dass der lineare Aussteuerungsbereich grösser ist, oder mindestens gleich gross ist als die Summe der Amplituden sämtlicher Trägerwellen. Diese Bedingung ist bei Orts-bzw. Bezirksempfang von selbst erfüllt, da gegenüber dem Orts-oder Bezirkssender die andern Sender mit vernachlässigbar kleiner Intensität in der Empfangsantenne erscheinen, so dass man praktisch nur die von dem Orts-oder Bezirkssender in der Empfangsantenne erzeugte Hochfrequenzspannung zu berücksichtigen hat. Dagegen müssen bei Fernempfang sämtliche an den Amplitudenbegrenzer gelangenden Trägerwellen berücksichtigt werden.
Um also die Zahl dieser Trägerwellen zu vermindern, damit man den Abstand der Grenzen nicht allzu weit wählen muss, kann man auch vor dem Amplitudenbegrenzer V ein Bandfilter (Vorselektion) anbringen, dessen Bandbreite jedoch genügend gross gemacht werden muss (bei Rundfunk etwa 105 Hz), damit einerseits die Dauer des Ausgleichsvorganges, hervorgerufen durch eine stossartige Störung, sehr kurz (bei Rundfunkempfang etwa kleiner als 10-5 sek) wird und anderseits der Spitzenwert dieses Ausgleichsvorganges gegenüber dem des ursprünglichen Stossvorganges nicht allzusehr verkleinert wird.
Bei Fernempfang rücken die Grenzen des Amplitudenbegrenzers auch so nahe zusammen, dass diese mit einer normalen Röhre kaum zu verwirklichen wären. Um dem abzuhelfen, wird gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung eine dem Begrenzungsorgan entsprechende periodische Vorverstärkung vorgeschaltet, wodurch eneicht wird, dass die Empfangsströme den Amplitudenbegrenzer gerade in solcher Stärke erreichen, dass ihre Amplitude etwa die Hälfte des durch die Grenzen gegebenen linearen Aussteuerungsbereiches ausmacht. Fig. 4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer entsprechenden Schaltanordnung. BFi ist ein Bandfilter mit der Bandbreite von
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des Empfängers). V, ist eine Schirmgittervorverstärkerstufe und V2 ist die Begrenzungsröhre.
Um von der Schwankung der Empfangsintensität unabhängig zu sein, kann man als Vorverstärker V,
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