Verfahren und Einrichtung zur elektrischen Fernverständigung. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur elektrischen Fernverständigung derjenigen Art, bei welcher die wenigstens angenähert auf Grundfrequenz abgestimmte Senderstation modulierte Hochfrequenzschwin- gungen abgibt. Im Gegensatz zu den bekann ten Systemen dieser Art sollen nun jene Schwingungen nicht partiell, sondern rein moduliert sein.
Unter "rein modulierten Hochfrequenz schwingungen" versteht man zunächst solche Schwingungen von hoher Frequenz
EMI0001.0004
deren Amplitude der Hauptsache nach im Rhythmus von Zeichenwellen (z. B. Sprechwellen) von der Niederfrequenz
EMI0001.0006
nach dem Gesetz <I>B</I> sin (PI + c:
) geändert wird, wobei<I>B</I> die Amplitude der modulierenden Zeichenwelle, <I>t</I> die Zeit und cP einen beliebig angenommenen Phasenwinkel bedeutet und mindestens Q konstant bleibt, so dass bei konstantem P und B die modulierte Welle sich in zwei Wellen konstanter Amplitude zerlegt, die eine von der Frequenz
EMI0001.0011
die andere von der Frequenz
EMI0001.0012
Die Frequenz
EMI0001.0013
kann als Grundfrequenz bezeichnet werden.
Im weiteren Sinne versteht man unter ,rein modulierter Schwingung" jede Schwin gung, welche der Hauptsache nach aus zwei Komponenten von den soeben definierten Fre quenzen
EMI0001.0014
und oder sogar aus nur
EMI0001.0015
einer derselben besteht. (Selbstverständlich sind .Komponenten mit konstanter Amplitude gemeint.) Unter "partiell modulierten Schwingungen11 versteht man solche Schwingungen, die sich der Hauptsache nach in drei Komponenten von den Frequenzen
EMI0001.0019
und
EMI0001.0020
zerlegen lassen. Die Komponente von Fre quenz
EMI0001.0021
wird als "unmoduliert\1 bezeich net.
Bei den bisher bekannten Syste men wurden nun die drei Komponenten der partiell modulierten Schwingungen unabhängig voneinander gesandt und an der Empfangs station wieder miteinander vereinigt.
Die Erfinderin hat nun gemerkt, dass die Aussendung der unmodulierten Komponente nicht nötig ist. Man kann an der Empfangs station ankommende rein modulierte Wellen zum Beispiel mit in der Empfangsstation lokal erzeugten unmodulierten Wellen der Frequenz
EMI0002.0004
überlagern und die Zeichen aus den so kombinierten Wellen mit Hilfe eines Detektors wahrnehmen.
Dass man durch Nichtaussendung der un- modulierten Komponente, also durch Aussen dung voll rein modulierten Schwingungen Energie sparen wird, ist ohne weiteres klar: während der Ruhepausen, wo keine Zeichen ausgesandt werden, wird dann überhaupt keine Energie ausgesandt. Während der Ar beit kann sich auch eine erhebliche Erspar nis ergeben, da die durch die Komponente von der Frequenz
EMI0002.0009
in der partiell modu lierten Welle repräsentierte Energie um ein Mehrfaches grösser sein kann, als die mit den andern Komponenten ausgesandte.
Die Energie, welche auf der Empfangsstation für die Erzeugung der im vorhergehenden Ab satz erwähnten lokalen Welle von der Fre quenz
EMI0002.0011
nötig wird, kann relativ sehr schwach sein.
Praktisch erhält malt nun beim 11l:odu- lieren zunächst immer partiell modulierte Schwingungen. --Man kann aber Vorkehrungen treffen, um die unmodulierte Komponente der vom Modulator gelieferten Wellen zu ver hindern, an die Senderantenne oder sonstige Wellenaustrittstelle der Senderstation zu ge langen.
Man kann ferner auch die Aussendung der einen oder andern Komponente der im engeren Sinne rein modulierten Schwingung, also der Komponente von der Frequenz
EMI0002.0023
oder
EMI0002.0024
unterdrücken, dadurch, dass man die Sendevorrichtung auf eine dieser Fre quenzen abstimmt. Es werden bei dieser Anordnung nur Schwingungen einer Frequenz,
EMI0002.0025
bezw.
EMI0002.0027
übertragen; auf diesem Wege können Zeichenwellen von Sprechfre quenz mit grosser Deutlichkeit empfangen werden.
Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet ferner eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens, deren Senderstation eine Quelle für Hochfrequenzwellen, eine für Niederfre- quenzwellen und einen Modulator besitzt, welcher die Hochfrequenzwellen durch die Niederfrequenzwellen moduliert. Erfindungs- gemäss ist die Senderstation derart ausge bildet, dass die Amplitude der ausgesandten Wellen direkt proportional der Amplitude der genannten Niederfrequenzwellen wird.
Die vorliegende Erfindung ist anwendbar nicht nur auf drahtlose Telephonie und draht lose Telegraphie, sondern auch auf Hochfre- quenz-Telephonie und -Telegraphie mit Draht.
Die Zeichnung betrifft drei Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes als Ein richtungen für drahtlose Telephonie.
Fig. 1 veranschaulicht die Senderstation und Fig. 2 die Empfangsstation des ersten Beispiels; Fig. 3 betrifft das zweite Beispiel; Fig. 4 betrifft das dritte Beispiel.
In Fig. 1 ist 1 ein Dynamo oder sonstige elektrische Hochfrequenz-Stromquelle zur Er zeugung einer ungedämpften Grundwelle von der unhörbaren holten Frequenz
EMI0002.0055
\? ist eine als Telephonsprecher ausgebildete --Nieder- frequenz-Stromquelle. Mit Hilfe voll Kopp lungspulen 3 und 4 ist der Generator 1 mit eitlem Stromkreis 5 gekoppelt; in ähnlicher Weise ist mit letzterem der Telephonsprecher 2 mit Hilfe von Spulen 6 und 7 gekoppelt.
Der Stromkreis 5 kann mittelst eines Kon- densators 8 auf die Grundfrequenz abgestimmt werden. 9 und<B>10</B> sind zwei gleiche Drei element-Vakuumröhren, welche im gekrümm- ten Teil ihrer Charakteristik benutzt werden und dadurch als Modulatoren arbeiten. Der Heizdraht 11 von Modulator 9 ist durch den Leiter 13 mit dem Gitter 12 des Modulators 10 verbunden. Desgleichen ist das Gitter 14 des Modulators 9 mit dem Heizdraht 15 von Modulator 10 mittelst der Leitung 16 verbunden.
Die Leitungen 13 und 16 sind je mit einer Armatur des Kon densators 8 in Verbindung. Die Spannung des Kondensators 8 ist die Summe von zwei Komponenten, nämlich einer von der Grund frequenz
EMI0003.0005
und einer von der Sprechfre quenz
EMI0003.0006
Die Primärkreise, d. h. die Git terkreise der beiden Modulatoren, enthalten jeder den Kondensator 8, aber in umgekehr tem Schaltungssinne, so dass die zwei Gitter spannungen entgegengesetzte Phasen bekom men (vergleiche Pfeile a und a', welche mo mentanen Stromrichtungen entsprechen mögen).
Die in den Sekundärkreisen 17 und 18 (mit gemeinsamem Stück 21) der Modulatoren 9 und 10 entstehenden Wellen bestehen jedoch aus zweierlei Komponenten, nämlich aus sol chen von gleichen Phasen (vergleiche Pfeile b und b') und aus solchen von entgegenge setzten Phasen (vergleiche Pfeile c und c'); zu den letzteren gehören die Komponenten mit Grundfrequenz.
Mittelst zweier gleicher Spulen 19 und 20 sind nun die Stromkreise 17 und 18 so mit einer Spule 22 eines Schwingungskreises 23 gekoppelt, dass die induktiven Wirkungen der genannten gleich- phasigen Wellenkomponenten (Pfeile b und b') auf die Spule 22 sich addieren, während die induktiven Wirkungen der Wellenkomponen ten von entgegengesetzten Phasen (Pfeile c und c') sich subtrahieren; zu diesem Zweck haben die Spulen 19, 20 gleichen Wicklungs sinn und gegenüber der Spule 22 gleiche Lage. Durch diese Anordnung soll verhin dert werden, dass partiell modulierte Schwin gungen im Stromkreise 23 entstehen.
Durch Kondensatoren 24, 25, 26 lassen sich die Stromkreise 17, 18, 23 auf eine gemein same Frequenz
EMI0003.0014
oder abstimmen,
EMI0003.0015
wobei P dem mittleren Frequenzwert der Sprechwellen entspricht. Die Spule 22 liegt im Primärkreis eines Verstärkers 27, d. h. einer Dreielement-Vakuum- röhre, welche im geradlinigen Teil ihrer Charakteristik benutzt wird. Der Sekundär kreis des Verstärkers ist mit einer Sender antenne 28 gekoppelt, welche sich auf die selbe Frequenz wie die Stromkreise 17, 18 23 abstimmen lässt.
Zur näheren Erläuterung der Wirkungs weise der Senderstation nach Fig. 1 sollen die folgenden mathematischen Betrachtungen dienen.
Zunächst soll der Fall betrachtet werden, wo die Stromkreise 17, 18, 23 auf die Grund frequenz abgestimmt wären, und zwar nicht zu scharf, so dass Wellen von den Frequenzen
EMI0003.0021
und
EMI0003.0022
noch gleich gut pas sieren können.
Als Beziehung zwischen der Spannung v des Kondensators 8 und dein variablen Teil V' der Sekundärspannung des Modulators 9 sei angenommen: V'=av+bv2+cv3+dv4 <I>(1)</I> wo<I>a, b, c, d</I> Konstanten bedeuten, welche allerdings auch vom äufaern Teil des Sekun därstromkreises abhängen.
Für die modu lierende Wirkung ist das (xlied bv2 am wich tigsten; das Glied av entspricht einer hier ungewünschten Transformatorwirkung. (Die Pfeile .b mögen dem Teil bv2 -E- dv4 entspre chen, die Pfeile c dem Teil av + cvl). <I>Im</I> folgenden darf man doch d = o setzen.
Für v kann man setzen v = 9. sin Qtt -f- B sin (Pt <I>- < ,.-) (2)</I> wobei auf der rechten Seite das erste Glied (mit den Konstanten r1, Q) vom Generator 1 herrührt und das zweite Glied (mit den Kon stanten B, P, cP) vom Telephonsprecher 2.
Aus Gleichungen (1) und (2) folgt: V'= <I>a v</I> + b (A sin Qt)2 -1 -. 2bAB sin (Pt-co) sin Qt -@- b <I>(B</I> sin (Pt-(p) l2 --\- cv3 <I>(3).</I> In dieser Gleichung (3)
können aber die Glieder in sing Qt und in sing (Pt-#o) ver nachlässigt werden, da die durch sie ausge drückten Frequenzen
EMI0003.0068
und
EMI0003.0069
weit von der Frequenz entfernt sind, auf welche die Strom kreise 17, 18, 23 abgestimmt sind; es bleibt daher:
V'- av + -f - 2<I>b</I> r1 <I>B</I> sin (Pt- <B>9)</B> sin Qtt + c v3 <I>(4).</I> Unter analoger 'Vernachlässigung eines Gliedes mit der Frequenz
EMI0004.0012
könnte man ccv durch .A sin QE ersetzen; wodurch recht klar würde, dass im Stromkreis 17 eine nur partiell modulierte Welle fliesst.
Da der variable Teil der Primärspannung des 11lodulator s 9 mit v bezeichnet wurde, muss der variable Teil der Primärspannung des 11lodulators 10 gleich -v gesetzt werden. Der variable Teil V" der Sekundärspannung des 11lodulators 10 wird daher y_"--av+bv -cv3+dr;a oder, nach Analogie mit Gleichung (4):
V"=-av@- -f- 2bAB sin (Pt-9) sin Qt <I>-</I> cv3 <I>(6).</I> (Die Pfeile<I>b'</I> mögen dem Teil bv -+- clv' entsprechen, die Pfeile c' dem Teil -av-cr@3).
Infolge der besondern Schaltung der Spu len 19 und 20 gegenüber der Spule 22 kann man letztere so behandeln, als ob in ihr die Summe V= V' + V" wirken würde. Es ist nun nach Gleichungen (1) und (5) V- <I>2 5</I> v-+ <I>2</I> d v' <I>(7)</I> oder, nach Gleichungen (4) und (6), <I>V</I> -4bAB sin (Pt-cp) sin Qi <I>(8)</I> was eine rein modulierte Welle darstellt, deren Amplitude direkt proportional der Ampli tude B der Sprechwellen ist.
Der Übergang auf den Fall, wo die Strom kreise 17, 18; 23 scharf auf die gemeinsame Frequenz
EMI0004.0045
oder abgestimmt sind,
EMI0004.0047
wird leicht, wenn man zunächst der Glei chung (8) die Gestalt <I>V= 2b</I> A<I>B</I> cos [(Q-P) t+50] <I>-</I> <I>- 2</I> bA <I>B</I> cos [(Q f-P) t-c1 <I>(9)</I> gibt. Je nach der Abstimmung fällt dann das eine oder andere Glied der rechten Seite der Gleichung (9) weg.
Das Resultat, dass zur Antenne eine rein modulierte Welle ge langt; deren Amplitude direkt proportional der Amplitude der modulierenden Wellen ist, bleibt bestehen.
Würde die genaue oder angenäherte Ab stimmung auf Grundfrequenz fehlen, so könn ten während der Ruhepausen, also bei E=0, dennoch keine Wellen von der Grundfrequenz ausgesandt werden, hingegen Wellen von der doppelten Grundfrequenz, was natürlich auch einen Energieverlust darstellen würde. Cxlei- chung (7) wird nämlich für B = 0 bei Ver nachlässigung voll (Z V- b.1:
' (1 __ cos 2 Q t). Bevor die Empfangsstation des ersten Beispiels beschrieben wird, soll die in Fig. 3 dargestellte Senderstation des zweiten Bei spiels behandelt werden.
Nach Fig. 3 sind die Modulatoren 9, 10 der F ig. 1 durch einen einzigen Modulator 51 ersetzt. Letzterer weist einen Heizdraht 52, zwei gleiche ('litter 53, 53' und zwei gleiche Platten 51, 54' in dem evakuierten (llasge- fäss <B>55</B> auf. Der Heizdraht 5:
! ist all die Verbindungsstelle zweier gleicher Spulen 56 und 56' angeschlossen. Dieselben sind induk tiv mit einer Spule 57 eines Stromkreises 58 verbunden, auf welchen die durch den Gene rator erzeugte Grundwelle und die durch das Telephon hervorgerufene Zeichenwelle über tragen werden sollen. Die Platten 54 und 54' stehen mit zwei gleichen Spulen 59 und 59' in Verbindung, die über eine gemeinsame Klemme durch den Leiter 60 mit. dein Heiz draht 52 verbunden sind.
Die Spulen 56 und 56' sind in gleichem Sinne gewickelt und bezüglich der Spule 57 gleich angeord net, so daL> das Potentialgefälle zwischen dem Gitter 53 und dem Heizdraht 52 dem Potentialgefälle zwischen Gitter 53' und Heiz draht 52 entgegengesetzt und gleich ist, was wiederum durch Pfeile a" a' angedeutet sein mag.
Die Spulen 59 und 59' sind in ent gegengesetzten Sinnen gewickelt und haben gleiche Lage gegenüber der Spule 61 eines nur teilweise darg,-stellten, dein Stromkreis 23 von Fig. 1 entsprechenden Stromkreises, so dass, wie in Fig. 1, die induktiven Wir kungen der gleichphasigen Komponenten der Sekundärströme (Pfeile<I>b</I> und<I>b')</I> sich addie ren, während die induktiven Wirkungen der Komponenten von entgegengesetzten Phasen (Pfeile c und c') sich subtrahieren.
Es werde nun auf Fig. 2 übergegangen. Die Empfangsantenne 31 ist auf die gleiche Frequenz abgestimmt wie die Senderantenne in Fig. 1, also nach dem Vorhergesagten entweder unscharf auf die Frequenz
EMI0005.0004
oder scharf auf eine der Frequenzen
EMI0005.0005
und
EMI0005.0006
gleiches gilt für den Schwingungskreis 32, welcher lose mit der Antenne 31 gekop pelt ist und sich über .einen Kondensator 33 schliesst. Parallel zu diesem Kondensator liegt der Primärstromkreis des Verstärkers 34, dessen Sekundärstromkreis 35 lose mit einem zweiten Schwingungskreis 30 gekop pelt ist.
Mit diesem Stromkreis 36, welcher auch auf die genannte Frequenz abgestimmt ist und sich über einen Kondensator 38 schliesst, ist eine elektrische Kraftquelle 37 lose ge koppelt, die kontinuierlich ungedämpfte Schwingungen von der Grundfrequenz
EMI0005.0008
erzeugt. Parallel zum Kondensator 38 liegt der Primärstromkreis eines Detektors 39, dessen Sekundärstromkreis 40 mit einem Te- lephonhörer 41 gekoppelt ist.
Für den Empfang auf der Station nach Fig. 2 lassen sich folgende mathematische Betrachtungen anstellen. Um beide Abstim mungsarten einheitlich zu behandeln, werde für den variablen Teil u der Primärspannung des Detektors 39 gesetzt:
u=Csin (Qt-#,)+rnBcos [(Q-P)t--f-,u]- - nB cos [(Q+P) t-v] (10) wobei auf der rechten Seite das erste Glied (mit den l#,onstanteii C und #,) vom Genera tor 37 herrührt und die zwei anderen (mit den Konstanten<I>B, P,</I> a, <I>v,</I> m, n) von der Antenne 31;
bei der ersten Abstimmungsart setze man 7iz <I>=</I> ra und bei der zweiten Ab stimmungsart entweder gib <I>= o</I> oder<I>n = o.</I>
Für den variablen Teil U der Sekundär spannung des Detektors 39 darf man inner- halb gewisser Grenzen das einfache Gesetz <I>U=</I> au +bu2 (11) annehmen.
In letzterer Formel könnte man nun u durch die rechte Seite von (10) ersetzen und U als Summe von Sinusschwingungen ver schiedener Frequenzen und konstanten Glie dern darstellen. Beachtet man aber, dass
EMI0005.0032
als Frequenz einer Sprechwelle klein gegenüber
EMI0005.0033
bleibt und dass die Hochfre-' quenz
EMI0005.0036
- unhörbar ist, so findet man für den imTelephonhörer41wahrnehmbarenTeilvon U:
<I>b</I> Ci)z <I>B</I> sin (Pt= -@C) -[- -@-- bünB sin (Pt-[-!%-v) <I>-</I> <I>-</I> bmnB2 cos (2Pt-ss-v) <I>(12).</I> Jedes der beiden ersten Glieder des Tri- noms (12) entspricht, für sich allein, einer verzerrungsfreien Wiedergabe der ursprüng lichen Zeichenwelle<I>B</I> sin (Pt-cp),
in einer mit C proportionalen Verstärkung. Ihre Zu sammensetzung ergibt aber doch eine gewisse Verzerrung, indem die Amplitude der Resul tierenden von den beliebigen Phasenwinkeln ,#, ,u, v abhängig ist; bei<I>m =</I> n wird diese Resultierende
EMI0005.0058
Bei der zweiten Abstimmungsart<I>(m= o</I> oder n = o) fällt jene Zusammensetzung und deren Nachteil fort.
Das dritte Glied des Trinoms (12) ent spricht einer ganz verzerrten Wiedergabe der Zeichenwelle<I>B</I> sin (PI<I>-</I> cp). Da ein Fak tor C fehlt, so bleibt diese Wiedergabe rela tiv schwach. Bei der zweiten Abstimmungs art (nz = o oder n = o) verschwindet es ganz.
Die Eigenschaft der verzerrungsfreien Wiedergabe am Telephonhörer 41, bezw. die Reduktion des Trinoms (12) auf eines seiner zwei ersten Glieder, erscheint als Vorzug der zweiten Abstimmungsart. Zur Erzielung dieser Eigenschaft ist es. jedoch nicht nötig, dass die Senderstation, die Antenne 31 und der Stromkreis 32 ganz scharf auf eine der Fre- quenzen
EMI0006.0002
und abgestimmt seien;
EMI0006.0004
es genügt, wenn der Stromkreis 36 ganz scharf abgestimmt ist und die ungewünschte dieser beiden Frequenzen stark unterdrückt.
Aus der Formel (12) geht noch hervor, dass das Vorhandensein des Generators 37 für den Empfang keine absolute Notwendig keit ist. Bei C=O reduziert sich nämlich das Trinom (12) auf sein letztes Glied. Vor ausgesetzt, dass weder in noch ra verschwindet, wird im Hörer 41 eine Zeichenwelle wahr genommen, allerdings mit Verzerrung (Fre quenz
EMI0006.0009
statt ausserdem ist dann
EMI0006.0011
die Amplitude dieser Welle proportional dem Quadrat der Amplitude 1i der Zeichenwelle des Sprechers 2 der Senderstation. Für ge wisse Zwecke kann ein solcher Empfang ge nügen.
Fig. 4 zeigt eine Doppelstation, welche durch 'Vereinigung der Stationen nach Fig. 1 und 2 entstanden ist. Zwischen der gemein schaftlichen Antenne 100 und dem Schwin gungskreis 32 liegt noch ein Stromkreis 62 mit zwei gleichen Zweielement-Vakuumröhren 63 in Parallelschaltung. Der Stromkreis 62 wirkt als Strombegrenzungsvorrichtung, in dem die beiden Vakuumröhren 63 den Strom auf einen gewissen Sättigungswert begrenzen.
Die Doppelstation nach Fig. 4 kann mit einer gleich gebauten Gegenstation in ebenso raschem Wechsel des Sendens und Empfan- gens verkehren, wie bei der gewöhnlichen Telephonie mit Draht, indem dieser Wechsel keinerlei Umschaltung oder sonstige Manipu lation verlangt.
Solange der Sender in Fig. 4 ruht, können die blodulatoren 9 und 10 infolge ihres Zu sammenwirkens an die Antenne 100 keine Energie überleiten; die Doppelstation nach Fig. 4 ist dann auf Empfang von Zeichen aus der Gegenstation eingestellt.
Sobald aber der Sender der Gegenstation ruht, kann man den Sender in Fig. 4 in Tä tigkeit setzen; es wird dann Energie an die Antenne 100 geleitet und von dieser ausge strahlt. Bei diesem Senden wird auch der Empfänger in Fig. 4 erregt, und zwar würde ohne den Begrenzungsstromkreis 62 eine schädliche Überlastung des Empfängers statt finden; da die Senderenergie relativ sehr gross ist.