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Einrichtung zur telephonischen oder telegraphischen tjbertragung von Nachrichten.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Übertragung elektrischer Signale, bei welcher eine Trägerwelle von hoher Frequenz, die in Übereinstimmung mit einer Signalwelle niederer Frequenz moduliert wird, zur Übermittlung des Signals dient. Die Erfindung ist besonders geeignet zur drahtlosen
Telephonie und Telegraphie und für Hochfrequenzübermittlung auf Leitungen und im allgemeinen dort, wo eine sogenannte Hochfrequenzträgerwelle auf der Sendestation erzeugt und dort in Übereinstimmung mit Signalwellen niederer Frequenz, wie sie z. B. in bekannter Weise durch die Sprache erzeugt werden, moduliert wird.
Ein Merkmal der Erfindung besteht in der Erzeugung verhältnismässig schwacher Hochfrequenz- schwingungen von im wesentlichen konstanter Amplitude, die in Reihe mit den Signalströmen niederer
Frequenz dem Eintrittsstromkreis eines Elektronenrohrenverstärkers aufgedrückt werden. Die Erfindung macht ferner von der Tatsache Gebrauch, dass die Verstärkercharakteristik einer Elektronenröhre der
Audiontype von der dem Gitter aufgedrückten Spannung abhängt.
Wenn die Verstärkung der Hoehfrequenzschwingungen, d. h. das Verhältnis der verstärkten zu den unverstärkten Werten, sich in Übereinstimmung mit den Änderungen der elektromotorischen Kraft der Telephonwellen niederer Frequenz ändert, so wird die verlangte Modulation erhalten, denn es wird dann eine Hochfrequenzwelle erzeugt, deren Amplitude eine genaue Reproduktion der Telephonwelle ist und welche dann zur wirksamen Übertragung über eine Leitung oder zur Ausstrahlung für eine Antenne, weiter verstärkt werden kann..
Fig. 1 zeigt die charakteristische Kurve einer Elektronenröhre der Audiontype. Fig. 2 zeigt die
Form der Stromkurve im Abgabestrqmkreis der Röhre. Fig. 3 zeigt die Stromkurve in der Antenne.
Fig. 4 zeigt die getroffene Einrichtung.
Bei der Beurteilung der Modulation werden die Ausdrücke "vollkommen" und "vollständig" in folgender Bedeutung gebraucht. Eine "vollkommene" Modulation betrifft eine solche Veränderung in der Amplitude der Hochfrequenzwellen, dass diese Amplitude eine lineare Funktion oder direkt proportional der Spannung der modulierenden Stromquelle niedriger Frequenz ist. Dies ist deshalb notwendig, damit die Umhüllende der modulierten Hochfrequenzwellen ein vollkommenes Abbild der modulierenden Welle niederer Frequenz darstellt.
Eine "vollständige" Modulation ist eine solche, bei welcher der grösste negative Wert der zugeführten niederfrequenten Energie die modulierten Hochfrequenzschwingungen gerade auf den Nullwert der Amplitude bringt. Wenn dies der Fall ist, so wird die Übertragung am wirksamsten sein, denn die Hoch- frequenzschwingungen sind gerade gross genug, das Maximum der Niederfrequenzschwingungen zu tragen.
Mit andern Worten, das Kurvenbild der Niederfrequenzschwingungen, wie es in der Umhüllenden der Hochfrequenzschwingungen gezeigt wird, wird bis auf dieNullinie gebraeht, indem nichts von diesem Bild durch die Nullinie abgetrennt wird und anderseits nichts von der Hochfrequenz zwischen der Umhüllenden und der Nullinie unausgenutzt bleibt.
Die Modulation soll an Hand der charakteristischen Kurve der Elektronenröhre, die in Fig. 1 dargestellt ist, erklärt werden. Diese Kurve stellt die Beziehung zwischen dem abgegebenen Strom und der aufgenommenen Spannung der Röhre dar. In dieser Kurve zeigt die Abscisse die Spannung an der
Eintrittsseite der Röhre und die Ordinate den abgegebenen Strom.
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. Wenn wir die Wirkung in zwei verschiedenen Punkten 0 und F der Kurve betrachten, so ist es klar, dass, wenn wir eine gleiche positive Spannung C D oder F G am Gitter hinzufügen, der Raumstrom durch diese gleiche Zunahme in der Gitterspannung bei F beträchtlich mehr zunimmt als bei a. Die
Verstärkung wird dann bei F grösser sein als bei C. Nehmen wir nun an, dass die Linie C-D oder die gleiche Linie F--z-G einen kleinen Zuwachs der Hochfrequenzspannung bedeute, während der Raumstrom, herrührend von der Batterie des Abgabestromkreises, durch die auf das Gitter vom Punkte C zu Punkt F aufgedrückte Niederspannung geändert wird.
Es ist klar, dass sodann die Verstärkung der Hochfrequenz- welle grösser ist, in dem Masse, als das Potential, auf welchem das Gitter durch die Niederfrequenz erhalten wird, vom Punkte 0 gegen den Punkte der Figur ansteigt. Nimmt man an, dass die normale Gitterspannung, wenn weder Hochfrequenz noch Niederfrequenz dem Aufnahmestromkreis zugeführt wird, eine solche ist, dass der Raumstrom durch AM gegeben ist, dann wird, wenn die Niederfrequenzwelle mit gleichen negativen und positiven Werten zugeführt wird, die den Raumstrom darstellende Linie in gleichen hori- zontalen Distanzen beiderseits von AM bewegt werden, und die Verstärkung in irgendeinem Augenblick wird von dem Punkte der Charakteristik, in welchem der Verstärker arbeitet, abhängen, d. h.
von der
Form der Niederfrequenzspannungskurve, und wird tatsächlich proportional der Neigung der Charakteristik in dem in Frage kommenden Punkte sein. Wenn nun noch Hoehfrequenzsehwingungen auf das Gitter aufgedrückt werden, so wird der Hochfrequenzstrom im Abgabestromkreis in seiner Stärke vom Betrage der Verstärkung abhängen, d. h. von dem Teile der Charakteristik, in welchem der Verstärker arbeitet und daher von der Form der Niederfrequenzspannungskurve.
Die Bedingung für eine "vollständige" Modulation, wie sie eben definiert wurde, ist erfüllt, wenn die Niederfrequenzspannung eine solche ist, dass der Raumstrom von seinem Werte bei P bis zu seinem Werte bei B, welcher Null ist, sich ändert. Theoretisch muss für"vollkommene"Modulation die zugeführte
Niederfrequenzenergie gross sein im Verhältnis zur zugeführten Hochfrequenzenergie im Modulator, damit die Verstärkerwirkung sich nicht merklich durch die Hochfrequenzschwingungen ändert, sondern nur von der Niederfrequenzspannung allein abhängt.
Theoretisch ist der beste Wert für das Verhältnis der beiden Spannungen unendlich gross, was natürlich praktisch nicht durchführbar ist ; doch wurde gefunden, dass eine genügend gute Modulation gesichert werden kann, wenn die Niederfrequenzspannung an der Aufnahmeseite des Modulators drei bis zehnmal so gross ist, als die Hoehfrequenzspannung. Die"vollkommene"Modulation erfordert ferner, dass die charakteristische Kurve parabolisch ist, in welchem Falle der Raumstrom proportional dem
Quadrate der Eintrittsspannung, wie von B an gemessen, sein wird. Unter diesen Bedingungen wächst die Neigung der Kurve, die ein Mass für die Verstärkung ist, linear vom Punkte B zum Punkte L an.
Unter diesen Bedingungen einer "vollständigen" und "vollkommenen" Modulation wird der Strom im
Abgabestromkreis des Modulators die Form wie in Fig. 2 haben, wenn eine sinusförmige Niederfrequenz aufgedrückt wird.
Wenn die Energie über einen Schwingungstransformator geht, welcher wirksam nur die Hoch- frequenzenergie des Modulators übermittelt, so wird ein Hochfrequenzstrom von der Form der Fig. 3 bleiben, wobei die punktierte Linie die Achse der sinusförmigen Umhüllenden der Hochfrequenzschwin- gungen zeigt.
Mit Rücksicht auf das Obige ist es erforderlich, Hochfrequenzträgerwellen zu erzeugen von einer
Energie, die gleich oder nicht grösser ist als die der niederfrequenten Sprechsignalwellen, die übermittelt werden sollen. Wenn die letzteren von einem normalen Mikrophon ausgehen, also schwach sind, müssen auch die erzeugten Hochfrequenzsehwingungen ebenfalls schwach oder von noch geringerer Intensität sein, damit sie durch Telephonströme wirksam moduliert werden können.
Die Einrichtung, welche für die verlangten Zwecke für zweckmässig gefunden wurde, zeigt Fig. 4, in welcher JLeineElektronenrohre als Verstärker mit einem evakuierten Gefäss 2, darstellt, das die Kathode 3,
Anode 4 und Hilfselektrode 5 enthält. Kathode 3 wird durch die Batterie 6 bis zum Glühen erhitzt und durch die Batterie 7 mit Bezug auf die Elektrode 5 positiv erhalten. Der Raumstrom, der zwischen der
Kathode 3 und Anode 4 fliesst, kann durch den Gleichstromgenerator 8 geliefert werden. Letzterer hat in dem Kondensator 9 einen Nebenschluss, der an Kapazität genügend hoch ist, um sowohl für die Nieder- als auch für die Hochfrequenzströme einen Weg von niederer Impedanz zu bieten.
Der Aufnahmestrom- kreis des Verstärkers A enthält die Kathode 3, Batterie 7, Potentiometer 10, die Sekundärwicklung. 11 des Schwingungstransformators 12 und die Gitterelektrode. 5. Die Primärwicklung 13 des Transformators 12 ist mit einem Hochfrequenzgenerator 14 irgendwelcher Art verbunden. Ein Mikrophon 16 ist in Reihe mit einer Batterie 16im primären Stromkreis eines Transformators 17 geschaltet, dessen Sekundärwicklung mit dem Potentiometer 10 des Empfangsstromkreises des Verstärkers in Verbindung steht. Der Abgabe- stromkreis des Verstärkers enthält die Anode 4, Wicklung 18 des Schwingungstransformators 19, den
Kondensator 9 mit dem parallel gelegten Generator 8 und die Kathode 3.
Werden keine telephonischen Impulse aufgedrückt, so dient die beschriebene Anordnung einfach zur Erzeugung von Hochfrequenzströmen im Abgabestromkreise mit derselben Wellenform, wie sie vom Generator 14erzeugtwurden, nurvongrösserer Amplitude. Wennaher durch den Transformator 17aufdenAuf- nahmestromkreis elektromotorische Kräfte von Sprechfrequenzwirken, sowird, da die Sprechwellenzwischen
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mehr oder weniger negativ. Diese Veränderung im Potentiale der Elektrode 5 hat die Wirkung, dass die
Verstärkerenergie des Verstärkers in Übereinstimmung mit den Änderungen in der elektromotorischen
Kraft der Telephonströme variiert.
Da die durch die Röhre erzeugte Verstärkung von dem Verhalten des inneren Widerstandes der Röhre zu der Impedanz des Kreises, auf welchen sie einwirkt ; abhängt, so sieht man, dass die Potentialänderung an der Elektrode 5 die Wirkung hat, dass die Impedanz des Weges der
Elektronenentladung zwischen Kathode 3 und Anode 4 verändert wird, und da dieser Weg im Abgabe- stromkreis des Verstärkers liegt, so folgt, dass die Impedanz des Abgabestromkreises in Übereinstimmung mit den Änderungen der telephonischen elektromotorischen Kräfte variiert wird. Es wird daher in der Wicklung 18 des Transformators 19 ein Hochfrequenzstrom erzeugt, dessen Amplitude sich mit der Änderung der Amplitude der aufgedrückten telephonischen elektromotorischen Kräfte ändert, d. h. die
Einhüllende der Hochfrequenzwelle wird eine genaue Reproduktion der Telephonwelle sein.
Das Potentiometer 10 kann aus zwei Widerständen bestehend angenommen werden, von denen einer in Reihe mit der Sekundärwicklung des Transformators 17 und der andere parallel zur Sekundär- wicklung und zum ersten Widerstand liegt. Durch den zweiten Widerstand wird für die Hochfrequenz- schwingungen, die durch den Generator 14 erzeugt werden, ein Nebenschlussweg zur Wicklung 17 geschaffen.
Durch Verstellen des Schleifkontaktes im Widerstand 10 kann der Betrag an Hochfrequenzenergie eingestellt werden, der derart abgeführt wird, so wie auch die Grösse der Niederfrequenzenergie reguliert werden.
Da es für eine vollständige und effektive Modulation erforderlich ist, dass der Energiewert der aufgedrückten Telephonwelle grösser ist, als der Wert der erzeugten Hochfrequenzschwingungen, so ist klar, dass die Energie der modulierten Hochfrequenzwellen, die im Transformator 19 erzeugt werden, zur Ausstrahlung von einer Antenne zu gering ist. In einem solchen Falle kann die Energie auf den zur
Ausstrahlung erforderlichen Wert in irgendeiner bekannten Weise verstärkt werden. Anderseits kann aber die Hochfrequenzenergie zu stark sein, dann ist es notwendig, die telephonische Energie zu verstärken, bevor die beiden Energien auf einen gemeinsamen Verstärker aufgedrückt werden.
Es hat sich als wünschenswert herausgestellt, die Impedanz des äusseren Abgabestromkreises ziemlich klein zu halten, damit die charakteristische Kurve des Verstärkers sich nicht wesentlich mit dem Strom im Abgabestromkreis ändert.
Obgleich in dem vorliegenden Falle der Transformator 17 als direkt mit einem Mikrophon 15 ver- bunden dargestellt ist, so ist klar, dass dieser Transformator mit einer Telephonleitung verbunden sein kann und als Vorrichtung dient, um auf eine Antenne für drahtlose Telephonie oder ein anderes Hoeh- frequenzsystem telephonische oder andere Nachrichten, die über Fernleitungen empfangen worden sind, zu übertragen. Es ist also klar, dass die geeignete Anordnung auch für telegraphische Übertragung geeignet ist, indem man einfach einen Telegraphentaster anstatt des Mikrophons 15 verwendet und einen Unter- brecher von irgendeiner verlangten Frequenz beifügt.
Es ist auch ohneweiters klar, dass, obgleich die
Erfindung hauptsächlich zum Gebrauche für Signalsysteme, die vorzugsweise für modulierte Ströme verwendet werden, geeignet ist, dieselbe wenn erforderlich dort verwendet werden kann, wo immer es erwünscht ist, Wellen oder periodische Störungen zu modulieren, ohne Rücksicht darauf, wozu der modulierte Strom oder das Mittel, in welchem die Störungen erzeugt werden, benutzt wird.
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