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Verfahren zur Modulation von Sendern.
Zur Modulation von Sendern sind Verfahren bekannt, bei denen eine Energieersparnis dadurch erzielt wird, dass Trägerfrequenz und Seitenbänder voneinander getrennt, getrennt verstärkt und getrennt ausgesendet werden. Diese Verfahren haben den Vorteil, dass der Trägerverstärker mit hohem Wirkungsgrad, d. h. in überspanntem Zustande arbeiten kann und nur der Seitenbandverstärker mit geringem Wirkungsgrad zu arbeiten braucht. Dabei ist es jedoch nicht möglich, beide Verstärker auf eine gemeinsame Antenne arbeiten zu lassen, weil durch Rückwirkung der Impedanzänderungen in der Antenne der stark überspannte Trägerverstärker bei wachsendem Modulationsgrad weniger Leistung abgibt.
Wollte man diese Leistungsverminderung vermeiden, so müsste man im unterspannten Zustand des Trägerverstärkers arbeiten, wodurch jedoch die ganze Energieersparnis, die man erzielen wollte, wieder verloren ginge. Man hat daher, wie schon angegeben, beide Verstärker auf getrennte Antennen arbeiten lassen, die möglichst voneinander entkoppelt sind, entweder durch grosse räumliche Entfernung oder durch zusätzliche Mittel zur Gegenkopplung. Hiedurch ist eine Rückwirkung der Impedanzänderungen derjenigen Antenne vermieden, auf die der Seitenbandverstärker arbeitet, nämlich die Rückwirkung auf den Ausgangskreis des Trägerverstärkers. Dies hat jedoch den Nachteil einer doppelten Antennenanlage und damit grosser Anschaffungskosten und grossen Raumbedarfs.
Die Erfindung schlägt vor, Trägerverstärker und Seitenbandverstärker auf einen gemeinsamen Nutzkreis arbeiten zu lassen, und gibt Mittel an zur Vermeidung der geschilderten Rückwirkung des Seitenbandverstärkers auf den Trägerverstärker. Diese Mittel liegen in einer Umkehrung der Impedanzänderung dieses gemeinsamen Nutzkreises und der Impedanzänderung der Endstufe des Trägerverstärkers, d. h. bei einem Anwachsen der Impedanz im Nutzkreise wird die Impedanz des Ausgangskreises des Trägerverstärkers vermindert. Dies geschieht durch Einschalten einer Leitung zwischen Trägerverstärkungsausgang und Nutzkreis, welche von der Länge X/4 ist und bekanntlieh diese Eigenschaft der Impedanzumkehrung hat.
Im folgenden sind der Stand der Technik und die Erfindung erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer bekannten Sendeanordnung, die mit getrennten Träger-und Seitenbniverstärkern versehen ist. Fig. 2 zeigt in einer ähnlichen Darstellung, wie Fig. 1 es ist, den Grundgedanken der Erfindung. Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, welche diesen Grund- gelanken betrifft, Fig. 4 ist ein Schaltbild zu Fig. 3, Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise von Verstärkern der Anordnung nach Fig. 2, Fig. 6 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Art von Verstärkern, die in der neuen Anordnung verwendbar ist. Fig. 7 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung von Verzerrungen, die in Verstärkern der letzten Art vorkommen, Fig. 8 eine graphische Darstellung, welche sich auf die Erfindung bezieht, Fig. 9 ein Schaltbild zu Fig. 8.
Es bedeutet die Steuerstufe, 1 die Stufe, in der die Seitenbänder vom Träger getrennt werden, wobei der Träger unterdrückt wird, Il den Seitenbandverstärker, Ei die Endstufe des Seitenbandverstärkers, Al die Antenne, die das Seitenband oder die Seitenbänder ausstrahlt. Die Modulation erfolgt über den Modulationsverstärker M, der sich vor der Stufe 1 befindet. Der Träger wird von der Steuerstufe S abgezweigt, im Trägerverstärker III verstärkt und über die Endstufe B, zu der Antenne geführt.
In Fig. 2, die den Grundgedanken der Erfindung darstellt, sind möglichst dieselben Bezugszeichen benutzt wie in Fig. 1. Die beiden Endverstärker arbeiten auf eine gemeinsame Antenne A. In
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die Zuleitung von E2 zur Antene A ist ein Glied 01 eingeschaltet, welches eine Phasendrehung des Trägers um 90 bewirbt. DieseDrehunghat die Wirkung, dass beiAnwachsen der Impedanzim Antennen-
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geschieht gemäss der weiteren Erfindung dadurch, dass ein Glied Cl, welches die Phase um 90 in entgegengesetzter Richtung dreht, vor der Endstufe eingeschaltet wird. Wo dieses Glied eingeschaltet ist, ist an sich gleichgültig. Es kann auch vor dem Verstärker Ill liegen oder zwischen Stufen dieses Verstärkers.
Mit dem gleichen Erfolge kann die Drehung durch O2 auch in dem Zweige des Seitenband- verstärkers. Ei vor diesem geschehen. O2 kann z. B. als Brücke ausgebildet sein. Der hiedurch bedingte Verlust kann leicht durch den Verstärker III wieder ausgeglichen werden, wobei dann natürlich O2 zwischen 8 und 111 eingeschaltet sein müsste. Man kann aber auch für L2 ein Kettenglied irgendwelcher Ausbildung benutzen. 01 kann in derselben Form ausgebildet sein, wie für O2 angedeutet worden ist.
Da die Leistung bei 01 jedoch sehr gross ist, wird man zweckmässig von der Ausbildung des Gliedes als Phasenbrücke oder Kettenglied absehen und eine Energieleitung, z. B. ein konzentrisches Hochfrequenzkabel, von solcher Länge einschalten, dass die Phasendrehung um 900 hiedurch erreicht ist. Man kann dieses Kabel z. B. auf eine Trommel aufwickeln oder es im Bogen zum Antennenkopplungshäuschen hinführen. Die erste Anordnung hat den Vorteil, dass nur eine einzige Energieleitung vom Sender zur Antenne geführt zu werden braucht.
Wie die Leistungsabgabe der Endstufe E bei kleiner werdender Ausgangsimpedanz ansteigt, ist in Fig. 3 dargestellt. Dort ist die Ausgangsleistung N über der Ausgangsimpedanz Z aufgetragen.
Der Scheitelpunkt der Kurve gibt die Grenze zwischen überspanntem und unterspanntem Zustand an.
Links der gestrichelten Linie g arbeitet man im unterspannten, rechts davon im überspannten Zustand.
Da, wie schon erwähnt, der Trägerverstärker mit hohem Wirkungsgrad arbeiten soll, liegt der Arbeitspunkt im überspannten Gebiet, z. B. im Punkt T. Diesem Arbeitspunkt entspricht eine gewisse Ausgangsleistung N 1 und eine Ausgangsimpedanz Z 1. Wird die Ausgangsimpedanz Z 1 verkleinert, z. B. auf Z 2, so steigt die Leistung auf N 2 an. Der Arbeitspunkt verschiebt sich dabei von P nach P'.
Diese Mehrleistung bei kleiner werdender Impedanz ist an sich bekannt. Es hat jedoch bisher an Mitteln gefehlt, ein Anwachsen der Impedanz im Antennenkreise in eine Abnahme der Ausgangsimpedanz des Verstärkers zu verwandeln. Diese Mittel sind der Erfindung gemäss durch das Glied Ci gegeben. Wie die Vorstufen II, III des Seitenband-bzw. Trägerverstärkers ausgebildet sind, interessiert im Zusammenhange mit der Erfindung nicht. Die Stufe 1, in der die Trennung der Seitenbänder vom Träger erfolgt, kann z. B. in bekannter Weise als Gegentaktstufe ausgebildet sein, an deren Eingang die Modulationsspannung gegenphasig, der Träger gleichphasig zugeführt wird. In unbesprochenem Zustande ist die Schaltung ausbalanciert, d. h. im Anodenkreise der Gegentaktstufe heben sich die Trägerströme auf.
Bei besprochenem Zustande wird das Gleichgewicht entsprechend den Modulationsspannungen so gestört, dass im Anodenkreise der Gegentaktstufe entsprechend den den Gittern aufgedrückten Modulationsspannungen Hochfrequenzdifferenzströme fliessen. Die prinzipielle Schaltung für eine solche Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt.
In der Anordnung nach Fig. 4 wird an den Klemmen 1, 2 die Modulationsspannung, an den
Klemmen 3, 4 der Träger zugeführt. Am Ausgang 5,6 werden nur die Seitenbänder abgenommen.
Mit gleichem Erfolge kann auch eine Schaltung verwendet werden, die den Träger selektiv aussiebt, z. B. mit Hilfe eines Schwingkristalles.
In Fig. 5 ist der modulierte Träger a mit einem Modulationsgrad von 100% gezeigt. Nach der Trennung von Seitenband und Träger ergeben sich die Linienzüge b für den Träger, c für die Seitenbänder. Der Träger b wird im Trägerverstärker III, Fig. 2, die Seitenbänder c werden im Seitenbandverstärker II weiter verstärkt.
Zur Energieersparnis kann die Endstufe des Seitenbandverstärkers, die in unterspanntem Zustande arbeitet, als B-Verstärker ausgebildet sein. In Fig. 6 sind die Verhältnisse für einen solchen Verstärker angegeben. Der Arbeitspunkt P liegt im unteren Knick der idealisierten Kennlinie K. Die Seitenbänder 8'werden dem Gitter der Stufe zugeführt und im Anodenkreise nach Verstärkung formgetreu abgenommen. Der Ruhestrom einer solchen Anordnung ist im unmodulierten Zustande gleich Null. die wirkliche Kennlinie einer Verstärkerröhre hat jedoch im unteren Ende keinem scharfen
Knick, wie er in Fig. 6 gezeigt ist, sondern läuft in allmählicher Krümmung in die Nullinie über. Infolge dieser Krümmung entstehen hinter der Endstufe Verzerrungen, die der Stärke der Krümmung entsprechen.
Wie diese Verzerrungen zustandekommen, ist in Fig. 7 gezeigt. Wenn der Arbeitspunkt in den Punkt P der wirklichen Kennlinie K gelegt wird, ergeben sich am Ausgang des Verstärkers infolge der Krümmung nicht formgetreue Kurvenzüge, sondern die Kurven werden verflacht, wie bei a dargestellt ist. Legt man den Arbeitspunkt auf den Punkt P', also dahin, wo der gerade Teil der Kenn-
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drückt werden sollte, wird jedoch noch mitverstärkt und bewirkt nun seinerseits ebenfalls eine Verzerrung. Die dem Arbeitspunkt P'entsprechenden Kurvenzüge sind mit b bezeichnet.
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Zur Vermeidung dieser nichtlinearen Verzerrungen wird gemäss der weiteren Erfindung vorgeschlagen, in den Gitterkreis des B- Verstärkers einen Einweg-Gleichrichter, z. B. eine Diode zu schalten, die die eine Hälfte der Seitenbänder abschneidet. Die Arbeitskennlinie des Gleichrichters in diesem Falle möglichst geradlinig zu wählen. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist in Fig. 8 gezeigt. Der Arbeitspunktist der Punkt P am Ende des geraden Teiles der Kennlinie K. Infolge der Gleichrichtung durch die Diode werden dem Gitterkreise der Röhre nur Kurvenzüge der eingezeichneten Form zugeführt, die ihnen entsprechenden spiegelbildlichen Kurvenzüge jedoch abgeschnitten.
Da der Punkt P nicht auf der Nullinie liegt, ergibt sich wieder ein Ruhestrom J, der aber, wie schon erwähnt, nicht störend wirkt, da er im Verhältnis zum Gesamtstrom gering ist. Im Anodenkreise des Verstärkers, also nach Verstärkung, kann nunmehr ein formgetreues, d. h. verzerrungsloses Kurvenbild der zugeführten Kurve abgenommen werden. Zur Erzielung der beabsichtigten Wirkung ist ein Gitterstrom notwendig.
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kreises der Stufe kann die Grundwelle ausgesiebt werden, so dass man beide Seitenbänder in der ursprünglichen Form erhält.
Gemäss der weiteren Erfindung wird der Arbeitspunkt, wie bisher üblich, in den Schnittpunkt der Kennlinie des B-Verstärkers mit der Nullinie gelegt und die Arbeitskennlinie des Gleichrichters so gewählt, dass Verzerrungen, die durch die Krümmung der Verstärkerkennlinie entstehen, durch die Krümmung der Gleichrichterkennlinie kompensiert werden. Als Gleichrichter können Röhren dienen, z. B. in Form von gasgefüllten oder Vakuumröhren, die gegebenenfalls gittergesteuert sind.
Durch die neue Anordnung ist also erreicht, dass bei Arbeiten des Trägerverstärkers in überspanntem Zustande eine Erhöhung der Nutzkreisimpedanz keine Leistungsverminderung, sondern eine Leistungserhöhung bewirkt. Somit wird gegenüber den bisher bekannten Anordnungen, die gleichfalls in überspanntem Zustande arbeiten, an Platz-und Anlagekosten gespart, da eine der bisher üblichen Antennenanordnungen fortfällt. Es ist lediglich der erwähnte Mehraufwand an Energieleitung von À/4 Länge notwendig, welcher der beschriebenen 90 -Verschiebung dient. Dieser Mehraufwand fällt aber gegenüber dem erzielten Vorteil nicht ins Gewicht.
Durch die Erfindung ist es möglich, Trägerverstärker und Seitenbandverstärker auf einen gemeinsamen Nutzkreis arbeiten zu lassen. Daher lässt sich das Verfahren der getrennten Verstärkung nunmehr gemäss einem Merkmal der Erfindung auf Hochfrequenzübertragungsanlagen anwenden, die mit Leitern arbeiten. Dies ist aus den erwähnten Gründen mit den Mitteln, die bisher vorgesehen worden sind, nicht möglich.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Modulation von Sendern, bei denen Träger und Seitenbänder getrennt verstärkt werden und der Trägerverstärker zur Erhöhung des Wirkungsgrades im überspannten Zustand arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass beide Verstärker auf einen einzigen Nutzkreis arbeiten und Impedanzänderungen, die im Nutzkreis erfolgen, im Ausgangskreise des Trägerverstärkers umgekehrt werden.