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
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deren Amplitude der Hauptsache nach im Rhythmus von Zeichenwellen (z. B. Sprechwellen) von der Niederfrequenz
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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
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die andere von der Frequenz
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Die Frequenz
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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
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und oder sogar aus nur
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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
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und
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zerlegen lassen. Die Komponente von Fre quenz
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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
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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
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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
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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
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oder
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unterdrücken, dadurch, dass man die Sendevorrichtung auf eine dieser Fre quenzen abstimmt. Es werden bei dieser Anordnung nur Schwingungen einer Frequenz,
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bezw.
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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
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\? 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
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und einer von der Sprechfre quenz
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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
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oder abstimmen,
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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
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und
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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
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und
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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
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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
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oder abgestimmt sind,
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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
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oder scharf auf eine der Frequenzen
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und
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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
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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
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als Frequenz einer Sprechwelle klein gegenüber
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bleibt und dass die Hochfre-' quenz
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- 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
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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
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und abgestimmt seien;
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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
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statt ausserdem ist dann
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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.
Method and device for electrical remote communication. The invention relates to a method for electrical remote communication of the type in which the transmitter station, which is at least approximately tuned to the basic frequency, emits modulated high-frequency oscillations. In contrast to the known systems of this type, those vibrations should not be partially but purely modulated.
"Purely modulated high-frequency vibrations" are initially understood to mean vibrations of high frequency
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whose amplitude is mainly in the rhythm of signal waves (e.g. speech waves) from the low frequency
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according to the law <I> B </I> sin (PI + c:
), where <I> B </I> is the amplitude of the modulating symbol wave, <I> t </I> is the time and cP is an arbitrarily assumed phase angle and at least Q remains constant, so that with constant P and B the modulated wave is split into two waves of constant amplitude, one of which is frequency
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the other on the frequency
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The frequency
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can be called the fundamental frequency.
In a broader sense, “purely modulated oscillation” is understood to mean any oscillation which is mainly composed of two components of the frequencies just defined
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and or even from only
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one of them exists. (Of course, components with constant amplitude are meant.) "Partially modulated vibrations11 are those vibrations that are mainly divided into three components of the frequencies
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and
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disassemble. The component of fre quency
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is called "unmodulated \ 1".
In the previously known Syste men, the three components of the partially modulated oscillations were sent independently of one another and reunited with one another at the receiving station.
The inventor has now noticed that it is not necessary to transmit the unmodulated component. Purely modulated waves arriving at the receiving station can be used, for example, with unmodulated waves of the frequency generated locally in the receiving station
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overlay and perceive the characters from the waves combined in this way with the help of a detector.
It is obvious that energy will be saved by not sending the unmodulated component, ie by sending out fully modulated vibrations: no energy at all will be sent out during the pauses in which no signs are sent. During the work, considerable savings can also result, since the components of the frequency
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The energy represented in the partially modulated wave can be several times greater than that emitted with the other components.
The energy used by the receiving station to generate the local wave from the frequency mentioned in the preceding paragraph
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becomes necessary can be relatively very weak.
In practice, when painting 11l: odu- lating, it initially always receives partially modulated oscillations. - However, precautions can be taken to prevent the unmodulated component of the waves supplied by the modulator from reaching the transmitter antenna or other wave exit point of the transmitter station.
One can also emit one or the other component of the strictly modulated oscillation, that is, the component of the frequency
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or
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suppress by tuning the transmitting device to one of these frequencies. With this arrangement only vibrations of one frequency
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respectively
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transfer; in this way, symbol waves of speech frequency can be received with great clarity.
The subject matter of the present invention is also a device for carrying out the method, the transmitter station of which has a source for high-frequency waves, one for low-frequency waves and a modulator which modulates the high-frequency waves by the low-frequency waves. According to the invention, the transmitter station is designed in such a way that the amplitude of the transmitted waves is directly proportional to the amplitude of the low-frequency waves mentioned.
The present invention is applicable not only to wireless telephony and wireless telegraphy, but also to high frequency telephony and wired telegraphy.
The drawing relates to three execution examples of the subject invention as a devices for wireless telephony.
Fig. 1 illustrates the transmitting station and Fig. 2 the receiving station of the first example; Fig. 3 relates to the second example; Fig. 4 relates to the third example.
In Fig. 1, 1 is a dynamo or other high-frequency electrical power source for generating an undamped fundamental wave from the inaudible frequency fetched
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\? is a low-frequency power source designed as a telephone speaker. With the help of fully coupling coils 3 and 4, the generator 1 is coupled to an empty circuit 5; in a similar way the telephone speaker 2 is coupled to the latter by means of coils 6 and 7.
The circuit 5 can be tuned to the basic frequency by means of a capacitor 8. 9 and <B> 10 </B> are two identical three-element vacuum tubes, which are used in the curved part of their characteristics and thus work as modulators. The heating wire 11 of the modulator 9 is connected to the grid 12 of the modulator 10 by the conductor 13. Likewise, the grid 14 of the modulator 9 is connected to the heating wire 15 of the modulator 10 by means of the line 16.
The lines 13 and 16 are each with a fitting of the capacitor 8 Kon. The voltage of the capacitor 8 is the sum of two components, namely one of the basic frequency
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and one of the speech frequency
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The primary circles, i.e. H. the grid circuits of the two modulators each contain the capacitor 8, but in the opposite sense of the circuit, so that the two grid voltages get opposite phases (compare arrows a and a ', which may correspond to the current directions of the current).
The waves occurring in the secondary circuits 17 and 18 (with a common piece 21) of the modulators 9 and 10, however, consist of two types of components, namely those of the same phases (compare arrows b and b ') and those of opposite phases (compare Arrows c and c '); the latter include the fundamental frequency components.
By means of two identical coils 19 and 20, the circuits 17 and 18 are now coupled to a coil 22 of an oscillating circuit 23 in such a way that the inductive effects of the mentioned in-phase wave components (arrows b and b ') on the coil 22 add up, while the inductive effects of the wave components of opposite phases (arrows c and c ') subtract; for this purpose the coils 19, 20 have the same winding sense and opposite the coil 22 the same position. This arrangement is intended to prevent partially modulated vibrations in the circuit 23 from occurring.
By capacitors 24, 25, 26, the circuits 17, 18, 23 can be on a common frequency
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or vote,
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where P corresponds to the mean frequency value of the speech waves. The coil 22 is in the primary circuit of an amplifier 27, i. H. a three-element vacuum tube, which is used in the straight part of its characteristic. The secondary circuit of the amplifier is coupled to a transmitter antenna 28, which can be tuned to the same frequency as the circuits 17, 18, 23.
The following mathematical considerations are intended to explain the effects of the transmitter station according to FIG. 1 in more detail.
First, the case should be considered where the circuits 17, 18, 23 would be tuned to the basic frequency, and not too sharp, so that waves from the frequencies
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and
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can still pass easily.
The relationship between the voltage v of the capacitor 8 and the variable part V 'of the secondary voltage of the modulator 9 is assumed: V' = av + bv2 + cv3 + dv4 <I> (1) </I> where <I> a, b , c, d </I> mean constants which, however, also depend on the outer part of the secondary circuit.
For the modulating effect, the (xlied bv2 is most important; the term av corresponds to an undesired transformer effect here. (The arrows .b may correspond to the part bv2 -E- dv4, the arrows c to the part av + cvl). < I> In the </I> following you can put d = o.
For v one can set v = 9. sin Qtt -f- B sin (Pt <I> - <, .-) (2) </I> where on the right side the first term (with the constants r1, Q) originates from generator 1 and the second element (with the constants B, P, cP) from telephone speaker 2.
From equations (1) and (2) it follows: 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 this equation ( 3)
but the terms in sing Qt and in sing (Pt- # o) can be neglected, since the frequencies they express
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and
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are far from the frequency to which the power circuits 17, 18, 23 are tuned; it therefore remains:
V'- av + -f - 2 <I> b </I> r1 <I> B </I> sin (Pt- <B> 9) </B> sin Qtt + c v3 <I> (4) . </I> Under analogous' neglect of a link with frequency
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one could replace ccv with .A sin QE; which makes it quite clear that an only partially modulated wave is flowing in circuit 17.
Since the variable part of the primary voltage of the modulator 9 was designated by v, the variable part of the primary voltage of the modulator 10 must be set equal to -v. The variable part V "of the secondary voltage of the modulator 10 is therefore y _" - av + bv -cv3 + dr; a or, by analogy with equation (4):
V "= - av @ - -f- 2bAB sin (Pt-9) sin Qt <I> - </I> cv3 <I> (6). </I> (The arrows <I> b '</ I > may correspond to the part bv - + - clv ', the arrows c' to the part -av-cr @ 3).
As a result of the special switching of the coils 19 and 20 with respect to the coil 22, the latter can be treated as if the sum V = V '+ V "were acting in it. According to equations (1) and (5), V- <I> 2 5 </I> v- + <I> 2 </I> dv '<I> (7) </I> or, according to equations (4) and (6), <I> V </ I> -4bAB sin (Pt-cp) sin Qi <I> (8) </I> which represents a purely modulated wave, the amplitude of which is directly proportional to the amplitude B of the speech waves.
The transition to the case where the circuits 17, 18; 23 keen on the common frequency
EMI0004.0045
or are coordinated,
EMI0004.0047
becomes easy if one first uses equation (8) as <I> V = 2b </I> A <I> B </I> cos [(QP) t + 50] <I> - </I> <I> - 2 </I> bA <I> B </I> cos [(Q fP) t-c1 <I> (9) </I> gives. Depending on the tuning, one or the other term on the right-hand side of equation (9) is then omitted.
The result is that a purely modulated wave reaches the antenna; the amplitude of which is directly proportional to the amplitude of the modulating waves remains.
If the exact or approximate tuning to the basic frequency were missing, no waves from the basic frequency could be transmitted during the pauses, i.e. at E = 0, but waves from twice the basic frequency, which of course would also represent a loss of energy. Cx equation (7) becomes full for B = 0 if neglected (Z V- b.1:
'(1 __ cos 2 Q t). Before the receiving station of the first example is described, the transmitter station of the second example shown in FIG. 3 will be treated.
According to FIG. 3, the modulators 9, 10 of FIG. 1 replaced by a single modulator 51. The latter has a heating wire 52, two identical ('litter 53, 53' and two identical plates 51, 54 'in the evacuated (glass vessel <B> 55 </B>). The heating wire 5:
! all the junction of two identical coils 56 and 56 'is connected. The same are inductively connected to a coil 57 of a circuit 58 on which the fundamental wave generated by the generator and the character wave generated by the telephone are to be transmitted. The plates 54 and 54 'are connected to two identical coils 59 and 59', which are connected to the conductor 60 via a common terminal. your heating wire 52 are connected.
The coils 56 and 56 'are wound in the same way and are arranged the same with respect to the coil 57, so that the potential gradient between the grid 53 and the heating wire 52 is opposite and equal to the potential gradient between the grid 53' and heating wire 52, which in turn may be indicated by arrows a "a '.
The coils 59 and 59 'are wound in opposite senses and have the same position with respect to the coil 61 of an only partially illustrated circuit 23 of Fig. 1 corresponding circuit, so that, as in Fig. 1, the inductive We Effects of the in-phase components of the secondary currents (arrows <I> b </I> and <I> b ') </I> add up, while the inductive effects of the components of opposite phases (arrows c and c') subtract.
It will now be passed on to FIG. The receiving antenna 31 is tuned to the same frequency as the transmitter antenna in FIG. 1, that is to say, according to what has been said, either fuzzy to the frequency
EMI0005.0004
or keen on one of the frequencies
EMI0005.0005
and
EMI0005.0006
The same applies to the oscillating circuit 32, which is loosely coupled to the antenna 31 and closes via a capacitor 33. The primary circuit of the amplifier 34, the secondary circuit 35 of which is loosely coupled to a second oscillating circuit 30, is parallel to this capacitor.
With this circuit 36, which is also tuned to said frequency and closes via a capacitor 38, an electrical power source 37 is loosely coupled ge, the continuously undamped oscillations from the fundamental frequency
EMI0005.0008
generated. The primary circuit of a detector 39, the secondary circuit 40 of which is coupled to a telephone receiver 41, lies parallel to the capacitor 38.
The following mathematical considerations can be made for reception at the station according to FIG. 2. In order to treat both types of tuning uniformly, the following is set for the variable part u of the primary voltage of the detector 39:
u = Csin (Qt - #,) + rnBcos [(QP) t - f-, u] - - nB cos [(Q + P) tv] (10) where on the right side the first term (with the l #, constant C and #,) comes from generator 37 and the other two (with constants <I> B, P, </I> a, <I> v, </I> m, n) from the antenna 31;
for the first type of voting, set 7iz <I> = </I> ra and for the second type of voting, either type <I> = o </I> or <I> n = o. </I>
For the variable part U of the secondary voltage of the detector 39, the simple law <I> U = </I> au + bu2 (11) can be assumed within certain limits.
In the latter formula, u could now be replaced by the right-hand side of (10) and U represented as the sum of sinusoidal oscillations of different frequencies and constant terms. But if you take into account that
EMI0005.0032
as a frequency of a speech wave small compared to
EMI0005.0033
remains and that the high frequency
EMI0005.0036
- is inaudible, one finds for the part of U that is perceptible in the telephone receiver 41:
<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> Each of the first two terms of the trinomial (12) corresponds, individually, a distortion-free reproduction of the original waveform <I> B </I> sin (Pt-cp),
in a gain proportional to C. However, their composition results in a certain distortion in that the amplitude of the resulting animals is dependent on any phase angle, #,, u, v; with <I> m = </I> n this resultant becomes
EMI0005.0058
With the second type of voting <I> (m = o </I> or n = o) that composition and its disadvantage are omitted.
The third term of the trinomial (12) corresponds to a completely distorted rendering of the waveform <I> B </I> sin (PI <I> - </I> cp). Since a factor C is missing, this reproduction remains relatively weak. In the second type of vote (nz = o or n = o) it disappears completely.
The property of distortion-free reproduction on the telephone handset 41, respectively. the reduction of the trinomial (12) to one of its first two members appears to be an advantage of the second type of tuning. To achieve this property it is. however, it is not necessary for the transmitter station, the antenna 31 and the circuit 32 to be very focused on one of the frequencies
EMI0006.0002
and be tuned;
EMI0006.0004
it is sufficient if the circuit 36 is very sharply tuned and strongly suppresses the undesired of these two frequencies.
From the formula (12) it can also be seen that the presence of the generator 37 for reception is not an absolute necessity. With C = O the trinomial (12) is reduced to its last link. Given that neither in nor ra disappears, a character wave is perceived in the listener 41, but with a distortion (Fre quenz
EMI0006.0009
instead of besides is then
EMI0006.0011
the amplitude of this wave is proportional to the square of the amplitude 1i of the character wave of the speaker 2 of the transmitter station. Such reception may be sufficient for certain purposes.
FIG. 4 shows a double station which was created by combining the stations according to FIGS. 1 and 2. Between the community antenna 100 and the oscillation circuit 32 is still a circuit 62 with two identical two-element vacuum tubes 63 in parallel. The circuit 62 acts as a current limiting device in which the two vacuum tubes 63 limit the current to a certain saturation value.
The double station according to FIG. 4 can communicate with an identically constructed counter station with just as rapid a change in sending and receiving as in normal telephony with wire, in that this change does not require any switching or other manipulation.
As long as the transmitter is at rest in FIG. 4, the modulators 9 and 10 cannot transfer any energy to the antenna 100 as a result of their interaction; the dual station according to FIG. 4 is then set to receive characters from the opposite station.
But as soon as the transmitter of the opposite station rests, you can put the transmitter in Fig. 4 in action; energy is then passed to the antenna 100 and radiated out from it. During this transmission, the receiver in FIG. 4 is also excited, and without the limiting circuit 62 a harmful overloading of the receiver would take place; because the transmitter energy is relatively very large.