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Verfahren zur Wiedergabe von durch Impuls-Phasen-oder Impuls-Frequenzmodulation übertragenen Signalen
Zur Übertragung von Signalen mittels einer modulierten Trägerschwingung ist es bekannt, die sogenannte Impulsmodulation, insbesondere
Impulsphasenmodulation, anzuwenden. Bei dieser
Modulationsart werden Impulse der Träger- schwingung ausgesendet, deren Dauer klein ist im Verhältnis zu ihrem gegenseitigen Abstand und wobei dieser gegenseitige Abstand sich entsprechend dem Augenblickswert eines zu übertragenden Signals ändert. Bei Impuls- phasenmodulation ist die mittlere Anzahl von
Impulsen je Zeiteinheit (Grundfrequenz genannt) konstant und ist die Zeitdifferenz zwischen dem Augenblick, in dem die Impulse auftreten und in dem sie im unmodulierten Zustand auftreten würden, dem Augenblickswert des wiederzugebenden Signals proportional.
Der gegenseitige Abstand der Impulse charakterisiert somit jeweils die Änderung des Augenblickswertes des
Signals.
Bei Impulsfrequenzmodulation ist die Anzahl von Impulsen je Zeiteinheit vom Augenblickswert des Signals abhängig und ist somit der gegenseitige Abstand der Impulse dem Augenblickswert und nicht der Änderung desselben proportional.
An der Empfangsseite werden die auf diese Weise ausgesandten Impulse nach Gleichrichtung einer Einrichtung zugeführt, die sie in dem ausgesandten Signal entsprechende Amplituden- änderungen umwandelt.
Bei den bekannten Empfängern erfolgt das Umsetzen der Impulsphasenmodulation in Amplitudenänderungen durch Hinzufügung von Impulsen mit der Grundfrequenz der empfangenen Impulse (Taktimpulse) zu den Signalimpulsen und die Zuführung beider zu einer Einrichtung mit zwei Gleichgewichtslagen, die jeweils beim Empfang des ersten von zwei aufeinanderfolgenden Impulsen von dem einen Gleichgewichtszustand in den anderen und beim folgenden Impuls umgekehrt umkippt. Im Ausgangskreis einer solchen bekannten Einrichtung entstehen auf diese Weise längere Impalse, deren Frequenz konstant ist, aber deren Zeitdauer sich mit dem Augenblickswert des wiederzugebenden Signals ändert.
Die gebildeten breiten Impulse konstanter Frequenz und veränderlicher Zeitd'mer werden dann summiert, wodurch nach Aussieben der Impulsfrequenz Amplitudenänderungen ent- stehen, die mit dem zu übertragenden Signal übereinstimmen.
Bei den bekannten Empfangseinrichtungen für
Impulsphasenmodulation sind somit zur Wieder- gabe des zu übertragenden Signals zusätzliche
Impulse (Taktimpulse) erforderlich, die entweder mit den Signalimpulsen auf die Trägerschwingung moduliert ausgesandt oder an der Empfangsseite erzeugt werden müssen.
Die Erfindung bezweckt eine Einrichtung zur
Umwandlung von Impulsen veränderlichen gegen- seitigen Abstandes in Amplitudenänderungen, bei der Taktimpulse entbehrt werden können.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erzielt, dass die Impulse in einen sägezahnförmigen Strom bzw. in eine sägezahnförmige Spannung umgewandelt werden, u. zw. derart, dass die Zeit, während welcher die Vorderflanke erzeugt wird, von dem Abstand zwischen den Impulsen abhängig ist, während die Zeit, während welcher der Rücklauf auftritt, konstant ist und die Stromoder Spannungsänderung während dieser konstanten Zeit immer die gleiche ist.
Zweckmässig erfolgt die Umwandlung der Impulse in einen sägezahnförmigen Strom bzw.
Spannung mittels einer nicht selbstschwingenden Einrichtung zur Erzeugung eines sägezahnförmigen Stroms bzw. Spannung, die von den Impulsen gesteuert wird, wobei während der Zeit zwischen dem Auftreten zweier Impulse die Vorderflanke des Sägezahnes erzeugt wird, und die Impulse den Rücklauf des Sägezahnes einleiten, und Massnahmen getroffen sind, wodurch das Ausmass des Rücklaufes für jeden Impuls das gleiche ist.
In einem Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach der Erfindung werden die Impulse einem Steuergitter einer zwischen dem Auftreten zweier Impulse gesperrten Schirmgitterröhre zugeführt, vorzugsweise einer Pentode, die von den Impulsen leitend gemacht wird.
Es folgt eine nähere Erläuterung an Hand der Zeichnung, in der die Fig. 1 a bis l d einige Kurven darstellen, die zur Erläuterung des Erfindungsprinzips dienen, während Fig. 2 schematisch ein Empfangsgerät für Impuls-
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phasenmodulation zeigt, in dem eine Ausführungs- form der erfindungsgemässen Einrichtung zur
Verwendung kommt.
Fig. 1 a zeigt eine Kurve, die einen Teil des zu übertragenden Signals darstellt. Die ent- sprechende Impulsphasenmodulation ist in Fig. 1 b wiedergegeben. Hiebei ist die mittlere Anzahl der Impulse je Zeiteinheit konstant, aber ihre
Phase ist dem Augenblickswert des zu über- tragenden Signals proportional ; mit anderen
Worten die mittlere Frequenz der Impulse (Grundfrequenz) ist konstant, aber die Zeit- differenz zwischen dem Augenblick, in dem die
Impulse auftreten und in dem sie im un- modulierten Zustand auftreten würden, ist dem
Augenblickswert des zu übertragenden Signals proportional. Der Augenblick, in dem die Impulse auftreten, ist somit phasenverschoben, wodurch sich die Benennung als Impulsphasenmodulation rechtfertigt.
Bei den bekannten Einrichtungen zur Um- wandlung von Impulsen von der in Fig. 1 b dargestellten Art in Amplitudenänderungen, werden die kurzen Impulse mit veränderlichem
Abstand in breite Impulse konstanter Frequenz und veränderlicher Zeitdauer umgewandelt, wie dies beispielsweise in Fig. 1 c dargestellt ist, worauf das wiederzugebende Signal veränderlicher
Amplitude diesen Impulsen entnommen wird.
Gemäss der Erfindung hingegen werden die
Impulse nach Fig. 1 b in einen sägezahnförmigen
Strom bzw. Spannung von der in Fig. 1 d dar- gestellten Art umgewandelt, die darin besteht, dass die Zeit, während welcher die Vorderflanke erzeugt wird, also sich die sägezahnförmige
Spannung in einer bestimmten Richtung ändert, im vorliegenden Fall also die Zeit, in welcher sie zunimmt, von dem Abstand zwischen den
Impulsen abhängig ist, wogegen die Zeit, während welcher der Rücklauf auftritt, also sich die sägezahnförmig Spannung in entgegengesetzter Richtung ändert, im vorliegenden Fall abnimmt, konstant ist und die Abnahme während dieser Zeit immer die gleiche ist.
Bei der in Fig. 1 d dargestellten Kurve nimmt der Strom bzw. Spannung in dem Zeitraum zwischen zwei Impulsen zu und während der Impulsdauer ab. Man kann den erfindunggemässen Effekt aber auch erzielen, wenn der Strom oder die Spannung in dem Zeitraum zwischen zwei Impulsen abnimmt und während der Impulsdauer zunimmt.
BeiderinFig. 2 dargestelltenbeispielsweisenAusführungsform einer erfindungsgemässen Empfangsvorrichtung für Impulsphasenmodulation werden die in einer Antenne 1 empfangenen Trägerwellenimpulse einer Mischstufe 2 zugeführt und mittels der von einem örtlichen Oszillator 3 erzeugten Schwingungen in eine von Impulsen modulierte Zwischenfrequenzträgerwel1e umgewandelt. Diese Trägerwelle wird gegebenenfalls nach Verstärkung in einer Detektorröhre 4 gleichgerichtet und die im Ausgangskreis der Detektorröhre auftretenden Impulse, deren
Charakter der Fig. 1 b entspricht, einem so- genannten Impulswiederholer 5 zugeführt, in dem die nach Gleichrichtung erhaltenen Impulse in neue Impulse von konstanter Amplitude und Zeitdauer umgewandelt werden.
Zweckmässig werden die gleichgerichteten Impulse dem Impulswiederholer über einen Begrenzer zugeführt, der einen Schwellenwert hat, wodurch verhütet wird, dass unterhalb des Schwellenwertes liegende Störungen einen Impuls im Ausgangskreis des Impulswiederholers 5 auslösen.
Die im Ausgangskreis des Impulswiederholers 5 auftretenden Schwingungen werden einer Einrichtung 6 zugeführt, die die Impulse mit veränderlichem Zeitabstand in eine sägezahnförmige Spannung von der in Fig. 1 d abgebildeten Art umwandelt. Die im Ausgangskreis der Einrichtung 6 auftretende sägezahnförmige Spannung wird vorzugsweise über ein Tiefpassfilter 7, das die Grundfrequenz der Impulse aufhält, und über einen Niederfrequenzverstärker 8 einer Wiedergabevorrichtung, z. B. einen Lautsprecher 9, zugeführt.
Die Einrichtung 6 enthält bei der dargestellten Ausführungsform einen nicht selbsterregten Sägezahngenerator mit einem Kondensator 10, der über einen Widerstand 11 aus einer Gleichspannungsquelle 12 aufgeladen wird und sich über eine parallel zum Kondensator geschaltete Entladungsröhre 13 entladen kann. Dem Gitter der Röhre 13 wird eine solche negative Spannung zugeführt, die z. B. von einer Spannungsquelle 14 stammt, dass die Röhre nur während der Zeit leitend ist, in der ein Impuls am Gitter 15 der Röhre 13 auftritt. Die negative Vorspannung ist auch durch richtige Bemessung eines Gitterkondensators und eines Gitterableitungswiderstandes erzielbar. Hiedurch wird die Aufladezeit des Kondensators durch den gegenseitigen Abstand zwischen den Impulsen, die Entladezeit durch die Impulsdauer bestimmt.
Wenn der Abstand zwischen den zugeführten Impulsen konstant ist, entsteht über den Kondensator eine Kippspannung von der Grundfrequenz der zugeführten Impulse und mit konstanter Ampli- tude. Wenn sich aber der Abstand der Impulse entsprechend dem Augenblickswert eines zu übertragenden Signals ändert, entsteht über den Kondensator eine Spannung von der in Fig. 1 d abgebildeten Art, welche Spannung den Verlauf des wiederzugebenden Signals enthält.
Die in Fig. 1 d dargestellte Kurvenform entsteht aber nur, wenn die Abnahme der Kondensatorspannung während jeder Entladezeit immer die gleiche ist. Wenn dies nicht zutrifft, entsteht eine beträchtliche Verzerrung des wiedergegebenen Signals.
Um diese Verzerrung zu verhüten, ist die Röhre 13 als Schirmgitterröhre, u. zw. als Pentode ausgebildet, da eine solche Röhre die Eigenschaft hat, dass oberhalb eines bestimmten, mit der Gitterspannung zusammenhängenden Wertes der Anodenspannung der Anodenstrom praktisch unabhängig von der Anodenspannung ist. Dies
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wiederzugebenden Signals auftretende Minimalanodenspannung die Spannung übersteigt, bei der der Anodenstrom von der Anodenspannung unabhängig ist.
Hiezu ist es nur erforderlich, das wiederzugebende Signal über ein Filter 7 der über den Kondensator 10 auftretenden Spannung von der in Fig. 1 d abgebildeten Art zu entnehmen, wenn die Grundfrequenz der der Einrichtung 6 zugeführten Impulse einen solchen Wert hat, dass diese zu einer Störung bei der Wiedergabe veranlassen könnte. Wenn aber die Grundfrequenz der Impulse ausserhalb des Wiedergabebereiches des Lautsprechers oder ausserhalb des Hörfrequenzbereiches liegt, kann die im Ausgangskreis der Einrichtung 6 auftretende Spannung veränderlicher Amplitude, ohne Zwischenschaltung des Filters 7, dem Lautsprecher 9 zugeführt werden.
Weiter sei bemerkt, dass die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung 6 zur Erzeugung einer Gitterspannung bloss als eine Ausführungsform zu betrachten ist. Nach der Erfindung kann jegliche andere Einrichtung zur Erzeugung eines sägezahnförmigen Stromes zur Umwandlung von durch ein wiederzugebendes Signal modulierten Impulsen in mit diesem Signal übereinstimmende Ampli- tudenänderungen verwendet werden.
Ein Impulswiederholer 5, der in der Empfangskaskade der in Fig. 2 dargestellten Empfangseinrichtung aufgenommen ist, wird zweckmässig zur Vergrösserung der Störbefreiung eines Empfangsgerätes für Impulsphasenmodulation verwendet. Durch diesen Impulswiederholer wird erzielt, dass die der Einrichtung 6 zugeführten Impulse miteinander übereinstimmen.
Die beschriebene Schaltung zur Umwandlung von in der Phase modulierten Impulsen in Amplitudenänderungen, mit anderen Worten zur Gleichrichtung von in der Phase modulierten Impulsen, ist auch brauchbar zum Gleichrichten von durch ein wiederzugebendes Signal in der Frequenz modulierten Impulsen. Bei dieser Modulationsart ist ebenfalls der gegenseitige Abstand der Impulse abhängig von dem Augenblickswert des wiederzugebenden Signals, u. zw. ist die Abweichung von der Anzahl Impulse je Zeiteinheit, die ohne Modulation auftreten würden, dem Augenblickswert des Signals proportional.
Bei Verwendung der Einrichtung nach der Erfindung zur Gleichrichtung der auf diese Weise modulierten Impulse ist es aber erforderlich, dass mit dieser Vorrichtung ein differentüerendes Netzwerk in Kaskade geschaltet ist.
Dies lässt sich wie folgt erklären.
Bei phasenmodulierten Impulsen ist die Phase der Impulse dem Augenblickswert des wiederzugebenden Signals proportional. Der Zeitabstand aufeinanderfolgender Impulse verringert sich mit dem Zeitabstand im unmodulierten Zustand und ist infolgedessen der Änderung des wiederzugebenden Signals mit der Zeit, also dem Gradienten des Augenblickswertes proportional. Wenn man ein solches Signal der
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Einrichtung 6 nach Fig. 2 zuführt, so ändert sich die Grösse der Spannung in den Augenblicken, in denen diese ihre Richtung ändert, proportional zur Phase der Impulse und also zum Augenblickswert des wiederzugebenden Signals.
Bei in der Frequenz modulierten Impulsen ist die Frequenzabweichung der Frequenz im unmodulierten Zustand dem Augenblickswert des wiederzugebenden Signals proportional. Der Abstand der Impulse ist infolgedessen massgebend für den Augenblickswert des Signals und nicht, wie bei Impulsphasenmodulation, für den Gradienten des Augenblickswertes.
Wenn man diese Impulse der Vorrichtung 6 nach Fig. 2 zuführt, so ist die Grösse der Spannung in den Augenblicken, wo diese ihre Richtung ändert, welche Spannung der Phase der Impulse proportional ist, dem Integral des Augenblicks- wertes des wiederzugebenden Signals proportional.
Es ist also ein differentiierendes Netzwerk er- forderlich, um eine Spannung zu erzielen, die dem Augenblickswert des Signals proportional ist.
Vorzugsweise wird die Kaskadenschaltung einer Einrichtung nach der Erfindung und eines differentiierenden Netzwerkes in einem
Empfänger für Impulsfrequenzmodulation zur
Umwandlung der nach Gleichrichtung erhaltenen
Impulse in Amplitudenänderungen des wieder- zugebenden Signals verwendet.
Zusammenfassend sei bemerkt, dass die er- fmdungsgemässe Einrichtung im allgemeinen zur
Umwandlung von in bezug auf den gegen- seitigen Abstand kurzen Impulsen geeignet ist, deren Abstand sich entsprechend dem Augen- blickswert eines wiederzugebenden Signals ändert in mit diesem Signal übereinstimmende Am- plitudenänderungen.
Wenn der gegenseitige Abstand massgebend ist für die Änderung des Augenblickswertes des wiederzugebenden Signals wie bei Impuls- phasenmodulation, so ist die erfmdungsgemässe
Einrichtung ohne weiteres brauchbar. Falls der gegenseitige Abstand massgebend ist für den Augenblickswert selbst, wie bei Impulsfrequenz- modulation, so muss ein differentiierendes Netzwerk in Kaskade geschaltet werden. Es leuchtet ein, dass, wenn die erfmdungsgemässe Vor- richtung bei Modulationsarten zur Anwendung kommt, die eine Kombination der Vorgenannten sind, oder bei denen der gegenseitige Abstand der Impulse auch auf andere Weise mit dem zu übertragenden Signal zusammenhängt, für jeden besonderen Fall ein geeignetes Netzwerk verwendet werden muss.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Wiedergabe von durch Impuls-Phasen-oder Impuls-Frequenzmodulation übertragenen Signalen, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen Impulse den Rücklauf eines Sägezahngenerators derart steuern, dass jeweils beim Eintreffen eines Impulses ein
Rücklauf mit konstanter Amplitude auftritt, so dass das übertragene Signal in der erzeugten sägezahnförmigen Schwingung enthalten ist.