Nachrichten=Übertragungseinrichtung mit ultrahochfrequentem Träger. Die bekannten Übertragungsverfahren mit sehr kurzen elektrischen Wellen, insbesondere Dezimeterwellen, arbeiten meist so, dass die zu übertragende, die Nachricht enthaltende niederfrequente Schwingung dem Ultrahoch frequenzträger als Amplitudenmodulation oder - neuerdings vorzugsweise - als Frequenz- modulation aufmoduliert wird.
Der Empfän ger ist dabei fast immer als Überlagerungs- empfänger ausgebildet, da eine unmittelbare Verstärkung der Ultrahochfrequenz mit den heutigen Mitteln nicht möglich ist und ander seits eine Verstärkung und Filterung vor der Demodulation bekanntlich wünschenswert ist.
Das Überlagerungsverfahren stellt jedoch recht hohe und bei sehr kurzen Wellen nur unter grossem Aufwand (Temperaturregler, Nachlaufeinrichtungen oder dergl.) erfüll bare Anforderungen an die Frequenzkonstanz des Senders und des Überlagerungsoszillators des Empfängers, da deren Differenz die Zwi schenfrequenz des Empfängers bestimmt und zu breite Zwischenfrequenzbandfilter nicht zweckmässig sind.
Es ist ein Übertragungsverfahren be kannt, bei dem zunächst ein sinusförmiger Zwischenträger mit der Nachricht frequenz- moduliert und dann mit diesem frequenz- modulierten Zwischenträger die von einem quarzstabilisierten Oszillator exzeugte Ultra hochfrequenz amplitudenmoduliert wird.
Die Einrichtung nach der Erfindung, bei der eine ultrahochfrequente Trägerschwin- gung-mit einem mit der Nachricht frequenz- modulierten Zwischenträger amplitudenmodu- liert ist, kennzeichnet sich dadurch,
dass der die Ultrahochfrequenz erzeugende Oszillator keine Mittel zur Frequenzstabilisation besitzt und dass empfängerseitig die Ultrahochfre quenz ohne Anwendung des Überlagerungs- prinzips gleichgerichtet und der dabei ent standene frequenzmodulierte Zwischenträger verstärkt wird.
Bei Verwendung eines amplitudenmodu- lierten Zwischenträgers ist es an sich bekannt, die Empfangsfrequenz unmittelbar gleichzu richten. (Funk-Bastler 1931, S.51 und 310). Bei diesem Übertragungsverfahren lassen sich jedoch nicht so hohe Sendeleistungen und so hohe Empfängerempfindlichkeit erreichen.
In der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert.
Fig. ja zeigt einen, frequenzmodulierten, sinusförmigen Zwischenträger während einer Periode der Niederfrequenz. Da die Ampli tude des Zwischenträgers konstant bleibt, ist es im Gegensatz zu den bisher üblichen Über tragungsverfahren möglich, den ultrahoch- frequenten Träger dauernd hundertprozentig in der Amplitude durchzumodulieren. Es ent stehen nach Fig.1b Wellengruppen, die bald grössere Länge und entsprechend grösseren Abstand voneinander, bald kleinere Länge und. kleineren Abstand haben.
Daher wird der Ultrahochfrequenzsender nicht dauernd, son- dern angenähert impulsartig betrieben, so dass seine mittlere Verlustleistung verhältnis mässig klein bleibt, oder dass man umgekehrt bei gegebener Verlustleistung während der Sendeperiode die Spannungen und Ströme in der Senderöhre wesentlich höher wählen kann als bei dem Amplitudenmodulationsverfahren mit schwankendem Modulationsgrad. Durch die momentane Erhöhung der Betriebsspan nung kann man die Laufzeiteinflüsse weit gehend herabsetzen und sehr gute Wirkungs grade auch bei kurzen Wellen erzielen.
Diese Herabsetzung der Laufzeiteinflüsse ist für die verschiedenen Zwischenträgerperioden die gleiche, da in jeder die gleiche maximale Spannung auftritt.
Ein entsprechender Vorteil ergibt sich auch für die Gleichrichtung auf der Empfän gerseite. Da alle bekannten Gleichrichter bei kleinen Empfangsspannungen quadratisch arbeiten und bei Amplitudenmodulation des halb auch der Modulationsgrad quadratisch eingeht, ist infolge der hundertprozentigen Modulation der ankommenden Dezimeter welle die Empfindlichkeit des Gleichrichters am günstigsten.
Durch den Gleichrichter (Detektor, An odengleichrichter oder Audion), der auf die Empfangsantenne unmittelbar folgt, wird der frequenzmodulierte Zwischenträger herausge holt. Die Niederfrequenz selbst entsteht hier bei noch nicht, da gemäss Fig. 1b der Schwin gungsmittelwert über einen bestimmten, meh rere Perioden des Zwischenträgers umfassen den Zeitabschnitt konstant bleibt.
Der Zwi schenträger wird dann in üblicher Weise ver stärkt, gegebenenfalls in seiner Amplitude begrenzt und darauf durch Umwandlung der Frequenzmodulation in eine Amplitudenmo- dulation und anschliessende Gleichrichtung in bekannter Weise demaduliert. Die Anforde rungen am die Frequenzkonsstanz des Senders sind verhältnismässig gering. Quarzsteuerung oder Nachstimmeinrichtungen kommen ganz in Fortfall.
Trotzdem können die Kreise des Zwischenträgerverstärkers des Empfängers, die ja auf die festliegende Zwischenträger- frequenz abgestimmt sind, verhältnismässig schmalbandig sein, was auch in bezug auf das Rauschen günstig ist.
Gemäss einer verbesserten Ausführungs form der Erfindung werden die obenerwähn- ten Vorteile des höheren Wirkungsgrades am Sender und der grösseren Empfindlichkeit des Gleichrichters noch wesentlich gesteigert, wenn man aus dem sinusförmigen Zwischen träger einen rechteekförmigen ableitet, indem aus jeder Periode des sinusförmigen Zwi schenträgers (Fig.la) ein Impuls von einer der jeweiligen Periodendauer proportionalen Länge gemacht (F'ig. 1e) und mit diesen Impulsen der Sender amplitudenmoduliert wird (Fix.
Id). Während eines Impulses kann man den Sender mit sehr hoher Spannung betreiben und auf diese Weise auch bei kür zesten Wellen ausgezeichnete Leistungen und Wirkungsgrade erhalten. Man kann z. B. mit Trioden noch bei einer Wellenlänge von etwa 10 cm einen Wirkungsgrad von 25 % erzielen, während der Wirkungsgrad der gleichen Röhre ohne Anwendung dieser Massnahme ganz wesentlich kleiner ist. Entsprechend steigt die mittlere abgebbare Leistung! der Röhre. Die Impulsmodulation ist an sich bekannt.
Bei den bisherigen Verfahren hatte jedoch entweder die Impulsdauer stets den gleichen Wert, wobei die Impulsfrequenz-entsprechend der Modulation verändert wurde, oder es wurde bei gleichbleibender Impulsfrequenz die Impulsdauer im Takte der Modulation verändert. In diesen Fällen lieferte die Gleich richtung unmittelbar die Niederfrequenz. Bei der in Fig.le und ld dargestellten Impuls folge ändern sich hingegen Impulsdauer und Impulsfrequenz gegensinnig, so dass der Effektivwert wie bei einem sinusförmigen, frequenzmodulierten Träger und der Mittel wert konstant bleibt.
Wesentlich ist dabei, dass im Gegensatz zu den bekannten Zeit- mo,dulati@onsverfahren am Empfänger nach,der Gleichrichtung die Impulsfolge, die im vor liegenden Fall den frequenzmodulierten Zwi schenträger darstellt, verstärkt und frequenz- demoduliert wird. Die Erzeugung der Impulse aus dem zu nächst sinusförmigen Zwischenträger kann z. B.. durch Verzerrerschaltungen in an sich bekannter Weise erfolgen.
Zum Beispiel kann man: in den Abstimmkreisen des frequenz- modulierten Zwischenträgergenerators einen übereätt besten Eisentransformator anschalten, der gegebenenfalls nach entsprechender Ver stärkung die ,geeigneten Impulsspannungen für den Dezimeterwellensender abgibt.
In Fig. 2 ist dieses Verfahren schematisch dargestellt. Die Niederfrequenz NF frequenz-, moduliert den Zwischenträgergenerator ZG. Dann, folgt dler Verzerrer Yz, der die zur Amplitudenmodulation des Dezimeterwellen- senders U erforderlichen Impulse liefert. Auf der Empfängerseite befindet sich der Gleich richter G, der Zwischenträgerverstärker ZV und der Frequenzdemodulator und Nieder frequenzverstärker F.
Zur Übertragung verschiedener Nachrich ten können verschiedene frequenzmodulierte Zwischenträger vorgesehen sein, die den glei chen ultrahochfrequenten Träger amplituden- modulieren, am Empfänger durch G1elohrich- tung herausgeholt, durch Filter voneinander getrennt und darauf getrennt verstärkt und frequenzdemoduliert werden.
Eine weitere verbesserte Ausführungs form des Erfindungsgegenstandes ergibt sich bei Anwendung des Pendelrückkopplungs- empfanges.
Beim gewöhnlichen Pendelaudion, dem man eine einfach amplitudenmodulierte Hoch frequenz aufdrückt, ist die Pendelfrequenz, also die Frequenz, mit welcher die Selbst erregung unterbrochen wird, bekanntlich grö sser als die Modulationsfrequenz. Im vorlie genden Fall müsste also die Pendelfrequenz grösser als die Zwischenträgerfrequenz sein. Es bereitet jedoch Schwierigkeiten, die Pen delfrequenz zwischen der Ultrahochfrequenz und der Zwischenträgerfrequenz unterzu bringen.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten @vird die Pendelfrequenz gerade gleich der Zwischenträgerfrequenz gewählt. Beim übli- ehen Pendelaudion wäre es nicht möglich, die Pendelfrequenz in den Modulationsfrequenz- bereich zu legen, da diese dort im höchsten Masse stören würde, zudem auszufiltern wäre, und da störende Schwebungsfrequenzen auf treten würden.
Bei Verwendung eines fre- quenzmodulierten Zwischenträgers und Wahl der Pendelfrequenz gleich der Zwischen trägerfrequenz fallen diese Schwierigkeiten fort. Schwebungsfrequenzen - können nicht auftreten, insbesondere dann nicht, wenn der Oszillator für die Pendelfrequenz, der bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 mit 0 bezeichnet ist, durch die von der Pendel rückkopplungsstufe P und einen angeschlos senen besonderen Gleichrichter G gelieferte, gleichzeitig ,
durch einen Verstärker V ver stärkte Zwischenträgerschwingung mitge nommen wird. Diese Mitnahme würde im Falle eines amplitudenmodulierten Zwischen- trägers und bei grossem Modulationsgrad scharf auf den Zwischenfrequenzträger abge stimmte, sehmalbandige Oszillatorkreise vor aussetzen.
Bei Frequenzmodulation kann man diese Schwierigkeit vermeiden, also auf be sonders frequenzkonstante und daher teure Abstimmkreisse verzichten, wenn man den Oszillator und die Mitnahme so ausbil det, dass dem Oszil#lator auch die Frequenz modulation des Zwischenträgers mitmacht. Es soll also stets die augenblickliche Fre quenz z des Zwischenträgers gleich der vom Pendeloszillator erzeugten Frequenz sein.
Dazu muss (für, die den Pendeloszillator 0 steuernde, am Ausgang des Verstärkers V auftretende Zwischenträgeramplitude) der Mitnahmebereich des Oszillators mindestens gleich dem Frequenzhub des Zwischenträgers sein.
Aus dieser Bemessung ergeben sich noch weitere Vorteile. Während bei Fig.3 ange nommen ist, dass an den Ausgang des Ver stärkers V eine Begrenzerstufe B zur übli chen Amplitudenbegrenzung angeschlossen ist, woran sich ein Umwandler U zur Um wandlung in eine amplitudenmodulierte Schwingung, ein zweiter Gleichrichter G' zur Gewinnung der niederfrequenten Modu- lationsschwingung, ein Niederfrequenzver- stärker V und ein Wiedergabegerät T (Kopf hörer) anschliessen, kann man den Begrenzer B sparen,
wenn man gemäss Fig. 4 die Stufen <I>U, G',</I> V', <I>T</I> an den Ausgang des Pendel- oszillators 0 anschliesst. Dort ist nämlich wegen der Sättigung der sich selbst begren zenden Oszillatorröhre praktisch stets die gleiche Amplitude der Pendelfrequenz vor handen, während die Frequenzmodulation in folge der Mitnahme mitgemacht wird.
Man kann sogar den Umwandler Ü spa ren, wenn man die Stufen<I>G', V', T</I> gemäss Fig. 5 an den Ausgang der Pendelrückkopp- lungsstufe P anschliesst. Ferner kann man die Stufen <I>G', V', T</I> an den Ausgang des Zwi- schenträgerverstärkers V anschliessen, wie Fig. 6 zeigt. Wegen der höheren Verstärkung gegenüber der Anordnung nach Fig.5 kann man dann vielfach auf den Niederfrequenz verstärker V' verzichten.
Schliesslich kann man auch auf den zweiten Gleichrichter G' verzichten, da der Gleichrichter G auch be reits die Nutzmodulationsfrequenz entstehen lässt. Man kann dann etwa das Wiedergabe gerät T, wie in Fig. 6 in gestrichelten Linien dargestellt, unmittelbar an den Ausgang des Verstärkers V anschliessen.
Dass die Schaltung nach Fig.5 möglich ist, beruht darauf, dass am Ausgang der Pen- delrückkopplungsstufe P der Ultrahochfre- quenzträger nicht nur wie am Eingang mit dem Zwischenträger, sondern gleichzeitig mit der Nutzmodulationsfrequenz (Niederfre quenz) amplitudenmoduliert ist.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig.6 beruht darauf, dass am Ausgang des Verstärkers V der Zwischenträger nicht nur mit der Nutzmodulationsfrequenz frequenz- moduliert, sondern gleichzeitig amplituden- moduliert ist. Diese Verhältnisse ergeben sich aus der Betrachtung von Mg. 7, welche die Vorgänge in der Pendelrückkopplungsstufe bei Mitnahme des Pendeloszillators 0 durch den frequenzmodulierten Zwischenträger ver anschaulicht.
Die kleinen, stark ausgezogenen Schwingungszüge stellen die von der An tenne A empfangenen Hochfrequenzimpulse dar, die bald entsprechend dem frequenz- modulierten Zwisehenträber (vergl. Fig. 1e, 1d) in kürzeren Zeitabschnitten aufeinanderfol gen und dabei selbst kürzer sind, wie Fig. 7a zeigt, und bald gemäss Fig.7b länger sind und in längeren Zeitabschnitten aufeinander folgen.
Die Mitnahme wirkt sich so aus, dass die erzeugte Pendelfrequenz stets genau gleich der Zwischenträ,gerfrequenz, d. h. gleich der Impulsfrequenz ist.. Die Frequen-, mit der die Stufe P bald selbsterregt arbeitet, bald gedämpft wird, ist also stets gleich der Impulsfrequenz.
Jedoch spricht sich der Zwang, den Oszillator 0 von seiner Eigen frequenz, die er bei fehlender Fremderregung durch den Zwischenträger annehmen würde, auf die Zwischenträgerfrequenz hinzuziehen, darin aus, dass zwischen der Pendelschwin gung und der Zwischenträgerschwingung ein mehr oder weniger grosser Phasenunterschied besteht. Dieser Phasenunterschied wird um so grösser, je stärker der Oszillator 0 von seiner Eigenfrequenz weggezogen werden muss.
Es sei z. B. angenommen, dass die bei der Frequenzmodulation höchst vorkommende Zwischenträgerfrequenz (Fig. 7a) mit der un- beeinflussten Oszillatorfrequenz genau über einstimmt. Dann ist gemäss Fig. 7a zwi schen Pendelschwingung und Zwischenträger schwingung kein Phasenunterschied vorhan den (wenn man keine besonderen Phasen glieder vorsieht).
Bei der niedrigsten Zwi- schenträgerfrequenz gemäss Fig.7b eilt hin gegen die Pendelschwingung um fast 90 nach. Die durch Selbsterregung entstandene ultrahochfrequente Ausgangsschwingung der Stufe P, die in Fig. 7 in dünn ausgezogenen Linien dargestellt ist, hat daher im einen Fall (Fig. 7a) nur einen kleineren Teil der Selbst erregungshalbperiode zur Aufschaukelung zur Verfügung, im andern Fall (Fig. 7b) fast die ganze Halbperiode.
Man sieht daraus, dass die ultrahochfrequente Ausgangsschwingung der Stufe P unmittelbar mit der Niederfre quenz amplitudenmoduliert ist, da sich ja der Zustand nach Fig.7a im Takte der Nieder frequenz in den nach Fig. 7b verwandelt und wieder zurückkehrt. Infolgedessen tritt nach Gleichrichtung dieser Ausgangsschwingung, also am Ausgang von G oder V, die nieder frequente Modulation unmittelbar auf.
Durch geeignete Phasenbedingungenbezw. gegebenenfalls zusätzliche Phasenschieber kann man erreichen, dass für die eine Grenze der ZZwischenträgerfrequenz die Ausgangs amplitude von Pnahezu null ist, während sie für die andere Grenzfrequenz nahezu den grösstmöglichen Amplitudenwert annimmt.
Die Umwandlung der Nutzmodulation, die ja zunächst als Frequenzmodulation des Zwischenträgers vorliegt, in eine Amplitu- denmodulation des Hauptträgers und gleich zeitig in eine Amplitudenmodulation des Zwischenträgers erfolgt also hier nicht durch ein frequenzabhängiges Filter, sondern durch eine frequenzabhängige Verschiebung der Enfdämpfungszeiten.
Fig. 8 zeigt ein ausführlicheres Schaltbild eines Empfängers nach Fig. 6, wobei die Stufen G' und Y' fortgelassen sind und der Kopfhörer T unmittelbar an den Ausgang der Verstärkerstufe Y angeschlossen ist.
Die Pendelrückkopplungsstufe P ist als selbst erregte Dezimeterwellenstufe in Dreipunkt schaltung mit zwei abgestimmten Lecher- schwingkreisen L, und L, zwischen Anode und Gitter einerseits und zwischen Gitter und Kathode anderseits ausgebildet. An den Anodenlecherschwingkreis L, sind die Emp fangsantenne<I>A</I> und eine Diode D (entspre chend dem Gleichrichter G in Fig. 6) ange koppelt.
Die entsprechend Fig.7 verstärkte und umgewandelte ultrahochfrequente Schwin gung wird durch die Diode D gleichgerichtet und der Verstärkerstufe Y zugeführt, deren Anodenschwingkreis K1 breitbandig ist und wenigstens annähernd auf die eine Grenz frequenz des frequenzmodulierten Zwischen trägers abgestimmt ist. In Reihe mit K,. liegt das T'elephon T.
K,. bildet gleichzeitig den Gitterschwing- kreis der Oszillatorstufe 0 zur Erzeugung der Pendelfrequenz. Die Rückkopplung wird zur besseren Entkopplung nicht unmittelbar von dem ebenfalls auf den Zwischenträger abgestimmten Anodenschwingkreis K2 auf IL, ausgeübt, sondern nach dem Grundsatz der $athodenrückkopplung durch die in der Kathodenleitung liegende Spule L.
Die er zeugte und durch den Zwischenträger mit genommene Pendelfrequenz wird dem Gitter der Stufe P so zugeführt, dass diese periodisch angefacht und gedämpft wird. Es ist auch möglich, zur Gewinnung der niederfrequenten Modulationsschwingung an den Ausgang von Y zunächst einen Gleichrichter zur Gewin nung der niederfrequenten Modulations- schwingung anzukoppeln und erst an diesen - gegebenenfalls über einen besonderen Nie derfrequenzverstärker gemäss Fig.6 - das Telephon T 'anzuschliessen.