DE1001348B - Linearer Modulator fuer elektrische Schwingungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Gewöhnlich benutzt man zur Amplitudenmodulation ein Schaltelement mit nichtlinearer Strom-Spannungs-Kennlinie, das man mit der Trägerfrequenzspannung schwach und mit der Modulationsspannung stark aussteuert. Um dabei eine unverzerrte Modulation zu erzielen, ist es erforderlich, daß sich die Steilheit des Modulators proportional der Modulationsspannung ändert. Diese Bedingung ist nur bei einer quadratischen Kennlinie des Modulators erfüllt. Bisher gibt es noch keine Schaltelemente, deren Kennlinie über ein längeres Stück streng nach einer quadratischen Funktion verläuft. Insbesondere weichen die Kennlinien von Elektronenröhren, die wegen der leistungslosen Steuerung, Verstärkung und leichten Trennbarkeit der Stromkreise für die Modulations- und Trägerfrequenz vorzugsweise als Modulator verwendet werden, sowohl bei kleinen als auch großen Anodenströmen erheblich von der quadratischen Charakteristik ab. Bei kleinen Strömen gehen alle Kennlinien im Anlaufstromgebiet in die Exponentialcharakteristik, bei starken Strömen infolge der Raumladungsbegrenzung in die Raumladungskennlinie über. Ersterer Teil der Kennlinie ist zu krumm, letzterer zu gerade, und nur ein kleiner mittlerer Abschnitt ermöglicht eine Amplitudenmodulation mit kleinen Verzerrungen. Es ist daher vielfach gebräuchlich, nur diesen Teil zur Modulation zu verwenden und den kleinen, so erzielten Modulationsgrad nachträglich dadurch zu erhöhen, daß ein Teil des Trägers durch eine Kompensationsschaltung unterdrückt wird. Hierdurch kann der Modulationsgrad auch bei kleinster Kennlinienaussteuerung auf 100 °/₀ und mehr erhöht werden, wobei allerdings auch die unerwünschten Störmodulationen infolge Brumm- und Rauschspannungen usw. relativ gleich viel ansteigen.

Das im vorstehenden beschriebene bekannte Verfahren erfordert eine Trägerkompensation, bei der keinerlei Phasendrehung des verbleibenden Trägerrestes gegenüber der ursprünglichen Trägerspannung auftritt, weil die Modulationsseitenbänder sonst . phasenmäßig unsymmetrisch zum verbleibenden Träger zu liegen kommen, was bekanntlich zu starken Modulations Verzerrungen führt. Aus diesem Grund ist dieses Verfahren nur schwer bei Sendern durchführbar, die in weiten Frequenzbereichen kontinuierlich abstimmbar sind, und erfordert auch meistens eine besondere Nachstimmung, mit der bei der jeweils angestellten Trägerfrequenz auf den kleinsten Modulationsklirrfaktor eingestellt wird.

Aus dem gleichen Grund hat sich ein anderes Verfahren, das einen nachträglichen Trägerzusatz erfordert, kaum eingebürgert. Bei diesem verwendet man zur Modulation eine Gegentakt-, Ring- oder Sternschaltung, die die Eigenschaft hat, nur die Nutzseitenbänder voll zu liefern und gradzahlige Klirrseitenbänder zusammen mit dem Träger zu unterdrücken.

Weitere bekannte Verfahren beruhen darauf, die durch die nicht quadratische Kennlinie des Modulators ent-Linearer Modulator für elektrische
Schwingungen

Anmelder:

Rohde & Schwarz, München 9,
Tassiloplatz 7

Horst Träger und Hans-Egon Ramundt, München,
sind als Erfinder genannt worden

stehenden Modulationsverzerrungen dadurch zu kompensieren, daß man die an den Modulator angelegte Modulationsspannung geeignet vorverzerrt. Dieses kann durch die Anwendung eines geeigneten, nichtlinearen Modulationsverstärkers oder besser automatisch durch eine Modulationsgegenkopplung geschehen. Bei letzterer wird in bekannter Weise ein Teil der verzerrungsfrei gleichgerichteten Ausgangsspannung des Modulators direkt oder nachZwischenverstärkung gegen dieModulationsspannung geschaltet. Das Verfahren läßt sich zusätzlich bei allen Modulationsarten anwenden. Die Modulationsgegenkopplung ermöglicht häufig eine erhebliche Verringerung der Modulationsverzerrungen, erfordert jedoch einen großen Aufwand und ermöglicht, wenn die Träger- und die Modulationsfrequenz nicht sehr weit relativ auseinanderliegen, nur sehr kleine Gegenkopplungsgrade, weil es sonst nicht gelingt, für die Rückkopplungsschleife dasStabilitätskriterium von Nyquist einzuhalten, was zu wilden Schwingungen der Modulationsschaltung führt. In vielen Geräten ist die Modulationsgegenkopplung auch noch deshalb unzweckmäßig, weil der Gegenkopplungsgrad und damit auch der erzielte Modulationsgrad von der Trägeramplitude abhängt, wodurch nur bei konstanter Trägeramplitude der Modulationsgrad der Modulationsspannung proportional bleibt.

Im Gegensatz zu den beschriebenen bekannten verzerrungsarmen Modulationsverfahren, die alle darauf beruhen, die bei der Spannungsaussteuerung des Modulators, an der nicht streng quadratischen Kennlinie auftretenden Verzerrungen durch geringe Aussteuerung oder durch zum Teil recht kritische Kompensationsmaßnahmen zu verringern, gestattet die Erfindung unmittelbar eine verzerrungsfreie Modulation bis nahezu 100% Modulationsgrad. Erfindungsgemäß ist nämlich ein linearer Modulator für elektrische Schwingungen mit schwacher Aussteuerung seiner Strom-Spannungs-Kennlinie durch die Trägerspannung durch eine Kennlinie gekennzeichnet, die einen linearisierten Zusammenhang zwischen Steilheit für die Trägerfrequenz und dem Modulatorstrom besitzt, der

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gleichzeitig von solcher Größe eingeprägt wird, daß er in einem linearisierten Zusammenhang mit der Modulationsspannung steht. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Modulator mit nahezu linearem Zusammenhang zwischen seiner Steilheit für die Trägerfrequenz und seinem modulationsfrequenten Strom einen modulationsfrequenten Strom eingeprägt erhalten, der wenig und etwa gerade so viel von einem linearen Zusammenhang mit der Modulationsspannung abweicht, daß einen Modulator mit exponentieller Kennlinie eine lineare Modulation ergibt. Dieser Fall ist deswegen von großer Bedeutung, weil sowohl die exponentiell Kennlinie z. B. durch Benutzung sehr kleiner Anodenströme als auch die lineare Kennlinie durch Gegenkopplung fast beliebig genau realisierbar sind. Erreicht man für den Modulator nicht ganz die exponentiell Kennlinie, wie das in der Praxis häufig vorkommen wird, da man z. B. den Anodenstrom des Modulators nicht genügend klein

angelieferten Modulationsspannung u. durch die Potenzfunktion

die modulierte Trägerfrequenzamplitude der Modulations- ίο halten kann, so ist es zweckmäßig, die Gegenkopplung spannung proportional wird. Dies folgt aus der im nach- des Modulationsverstärkers nur so weit zu treiben, daß stehenden dargestellten Ableitung. Der vom Modulations- durch die verbleibenden Verzerrungen eine teilweise verstärker gelieferte Strom i, der zugleich der Ruhestrom Kompensation der Modulationsverzerrungen auftritt, des Modulators ist und durch eine nur schwache Träger- Dieses findet in der Dimensionierungsvorschrift nach frequenzaussteuerung nur noch unwesentlich beeinflußt 15 Formel (6) seinen Ausdruck, wird, soll in einem bestimmten Zusammenhang mit der Wie sich aus der Formel (4) ergibt, ist bei der Expo-

nentialkennlinie die Steilheit dem Strom proportional.

Man kann daher dieselbe verzerrungsfreie Modulation wie mit der Exponentialkennlinie bei einem solchen eingeprägten Strom erhalten, der in einem linearen

Zusammenhang mit der Modulationsspannung steht, ausgedrückt. Hierbei ist C₁ eine Konstante und m der
Exponent der Potenzfunktion, z. B. = 3/2 für eine Raumladungskennlinie. Durch den Strom i ist nun zugleich
wegen der Stromeinprägung die Steilheit S des Modu- 25
lators für die Trägerfrequenzaussteuerung u gegeben.
Der gewonnene Ausgangsstrom des Modulators ist dann
auf der Trägerfrequenz — S · u. Bei einer gegebenen

i =

stehen. Dieses sei

Kennlinienfunktion des Modulators

i = C₉

S = A = A-.

/M-I

du

wenn man dafür sorgt, daß für die dynamische Trägerfrequenzaussteuerung der Kennlinie die Steilheit dem eingeprägten Strom proportional wird.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung erläutert. Darin sind verschiedene Ausführungsbeispiele dafür dargestellt. Insbesondere läßt die Fig. 1 einen linearen Modulator erkennen, bei welchem eine Glühkathodendiode verwendet ist. Die Fig. 2 bis 5 und 7 bis 9 zeigen Pentoden, bei denen ein der Modulationsspannung proportionaler Anodenstrom eingeprägt wird, und zwar bei Fig. 2 über einen Vorwiderstand in die Kathode, bei Fig. 3 über einen Modulationsverstärker in Anodenausgangsschaltung in das Schirmgitter der Modulatorröhre, bei Fig. 4 und 5 über einen Kathodenausgangsverstärker in die Kathode der Modulatorröhre. Die Anordnung nach Fig. 6 dient zur Erläuterung der bei der Berechnung des Kathodeneingangswiderstandes benutzten Bezeichnungen. Die Anordnungen nach den Fig. 7 und 8 lassen durch Gegenkopplungsmaßnahmen die Einprägung eines mit der Modulationsspannung linear gesteuerten Anodenstromes für die Modulatorröhre zustande kommen. Bei der Anordnung nach Fig. 9 wird die von der Modulatorröhre in den Nutzwiderstand gespeiste modulationsfrequente Stromkomponente kompensiert.

Fig. 1 zeigt eine Glühkathodendiode 1, die in dem erfindungsgemäß benutzten Anlaufstromgebiet eine streng exponentielle Kennlinie besitzt. Die Diode wird über einen Hochpaß 2 mit der Trägerfrequenz u gesteuert, die hoch gegen die Modulationsfrequenz sein soll. Ist der in die Kathode transformierte Resonanzwiderstand des Schwingkreises 3, der auf die Frequenz von u_a abge-

ist. Für jeden Kennlinienexponenten des Modulators . · , · . ■,, · ·,· · , _c, ··,·,, ·,. 1 _A

.,, j s . t_ ,. , ^r ,.. . _rr ,. . stimmt ist, klein gegen die reziproke Steilheit-r der

gibt es daher einen bestimmten zugehörigen Kennlinien- 55 ^{D ö} 5

exponenten des Modulationsverstärkers, für den die Modulationsverzerrungen Null werden. Folgende Tabelle zeigt für einige Exponenten η die zugehörigen Exponen-

Durch Einsetzen ziehung:	i durch	von u aus (2)	η	in (3)	folgt	die Be-
		S =	bestimmt.			(4)
wobei sich	(1) 1	• C1 · um	Damit	wird
	η			(5)

Lineare Modulation erfolgt dann, wenn 5 der Modulationsspannung proportional wird; dieses ist erfüllt, wie man aus (5) sehen kann, wenn

n—l m = 1

(6)

ten m für lineare Modulation.

Tabelle I

Kennlinienexponent

des Modulators .... η =

Kennlinienexponent
des Modulationsverstärkers m =

3/2

3/2

Exponentialfunktion

Die Tabelle behandelt in ihrer letzten Spalte den interessanten Fall, daß sich bei Einprägung eines durch Diode, so entsteht am Schwingkreis eine Ausgangsspannung u_a, die der Steilheit S proportional ist. Zur linearen Steuerung der Steilheit S wird der Diode über einen linearen Verstärker 4 ein Strom eingeprägt, der der Modulationsspannung u_m proportional ist. Damit diese Stromeinprägung möglichst vollkommen erfolgt, wird entweder dem Verstärker 4 z. B. durch Stromgegenkopplung ein Ausgangswiderstand gegeben, der

sehr groß gegen — ist, oder es wird der Widerstand 5

vorgeschaltet, für den dieselbe Bedingung gilt. Unter den angegebenen Voraussetzungen ist die Ausgangsamplitude u_a proportional der Modulationsspannung u_m, was eine verzerrungsfreie Modulation bedeutet. In vielen

die Modulationsspannung linear gesteuerten Stromes in 70 Fällen wird ein ausreichend großer Modulationsgrad

5 6

erzielbar sein, wenn man der Diode einfach über einen den Anodenstrom, der von der Modulationsquelle 8 in Widerstand 5 einen u_m proportionalen Strom direkt den Kathodenkreis eingekoppelt wird, nur schwach aus. von der Modulationsquelle 6 einspeist. Um eine Kathodengegenkopplung zu vermeiden, ist die Um zugleich mit der Modulation eine Verstärkung des Kathode mit dem Kondensator 9 oder auch mit einem HF-Trägers zu erzielen, kann man ähnliche Modulations- 5 Serienschwingkreis überbrückt, der praktisch nur für die anordnungen statt mit Zwei- auch mit Mehrpolröhren Träger, nicht aber für die tiefere Modulationsfrequenz ausrüsten. Alle Röhren besitzen die erwünschte Expo- einen wechselstrommäßigen Kurzschluß darstellt. Da nentialcharakteristik bei sehr kleinen Anodenströmen. der Innenwiderstand der Modulationsquelle niederohmig Zur Erzielung einer höheren Verstärkung wird man aber sein soll, wird zur erforderlichen Stromeinprägung ein vorzugsweise Röhren benutzen, die noch bei stärkeren io Widerstand 10 vorgeschaltet, der groß gegen den Ka-Anodenströmen einen exponentiellen Kennlinienverlauf thodeneingangswiderstand ist. Falls die Röhrenkennlinie haben. Regelröhren erzielen dieses z. B. durch eine in dem ausgenutzten Bereich nicht streng exponentiell unstetige Gitterwendelung. Auch die modernen steilen verläuft und z. B. bei großen Anodenströmen etwas Röhren mit kleinen Gitter-Kathoden-Abständen und weniger steil mit der Steuerspannung ansteigt, ist es feindrahtigen dichten Gitterwendeln haben in guter 15 vorteilhaft, wenn auch der eingeprägte Strom nicht ganz Näherung, insbesondere bei hoher Schirmgitter- bzw. in einem linearen Zusammenhang mit der Modulations-Anodenspannung, noch bis zu verhältnismäßig starken spannung u_m steht. Eine geeignete Eingangsstrom-Strömen den erwünschten Kennlinienverlauf. Auch bei Modulationsspannungs-Beziehung ergibt sich bei einem stärkeren Anodenströmen, bei denen das Exponential- bestimmten Widerstand 10, bei dem ein Minimum des gesetz für die Kennlinien nicht mehr gilt, läßt sich trotz- 20 Modulationsklirrfaktors herrscht. Eine weitere Verbessedem in guter Näherung ein linearer Zusammenhang rung kann durch Anwendung eines Widerstandsnetzzwischen Steilheit für die Trägerfrequenz und Anoden- werkes an Stelle des Widerstandes 10 erfolgen, das zum strom erzielen, wenn man das Schirmgitter zusätzlich Teil aus nichtlinearen Widerständen, z. B. Kristalldioden mit der Modulationsspannung mitsteuert, so daß bei oder spannungsabhängigen Widerständen, gebildet wird, wachsendem Anodenstrom die Schirmgitterspannung 25 Bei optimaler Entzerrung wird dann die Dimensioniesinkt. Hierdurch wird die Inselbildung herabgesetzt, rungsvorschrift nach Formel (6) in jedem Kennlinienteil was bei gleichem Anodenstrom die Steilheit der Röhre am besten eingehalten.

heraufsetzt, wodurch die Steilheit bis zu stärkeren Ähnlich wie in die Kathode kann man mit Hilfe eines Strömen stromproportional ansteigt. Dieses ist ins- Modulationsverstärkers mit großem Innenwiderstand besondere dann von großer Bedeutung, wenn man bei 30 auch in die Anode einen der Modulationsspannung progegebenem Außenwiderstand mit dem Modulator eine portionalen Strom einprägen. Da bei Röhren mit Schirmgrößere Ausgangsspannung der modulierten Träger- gitter der Anodenstrom dem Schirmgitterstrom oberhalb frequenz erzielen will. Da der Anodenstrom der Modu- des Kennlinienknickes im Anodenstrom-Anodenspanlatorröhre erfindungsgemäß der Modulationsspannung nungs-Kennlinienfeld fast genau proportional ist, kann proportional oder nahezu proportional ist, kann man die 35 man die Stromeinprägung bei Pentoden auch am Schirmzusätzliche Steuerung des Schirmgitters sowohl von der gitter vornehmen. Wegen des großen Eingangswider-Modulationsspannung als auch vom Anodenstrom oder Standes am Schirmgitter muß der Innenwiderstand der dem zu diesem proportionalen Schirmgitterstrom ab- Modulationsquelle erheblich größer sein als bei Einleiten. Als einfachste Lösung bietet sich somit die von strömung in die Kathode.

Regelröhren her bekannte gleitende Schirmgitterspan- 40 Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine Anodenstromeinnung an, die einfach durch einen Schirmgitterwiderstand prägung am Schirmgitter der Modulatorröhre 11. Die vorgenommen wird, der für die Trägerfrequenz wechsel- Trägerspannungsquelle 12 liefert wieder die Spannungsstrommäßig überbrückt, für die Modulationsfrequenz aussteuerung am Gitter, während die Modulationsaber wirksam sein muß. In einigen Fällen wird man spannung u_m die Verstärkerröhre 13 steuert. Durch ein starkes Gleiten der Schirmgitterspannung besser über 45 Pentodenschaltung und Gegenkopplung an den Kaeinen eigenen Verstärker erzielen, den man am besten thodenwiderständen 14, 15 und 16 besitzt diese Stufe mit der Modulationsspannung speist. Durch eine geeig- einen hohen Ausgangswiderstand gegen den Eingangsnete Gegenkopplung kann man dabei dem Verstärker widerstand am Schirmgitter der Röhre 11, wodurch' einen so kleinen Ausgangswiderstand geben, daß sich nicht nur der Schirmgitter-, sondern auch der diesem auch für die Trägerfrequenz eine wechselstrommäßige 50 proportionale Anodenstrom eingeprägt wird. Der Kon-Überbrückung des Schirmgitters erübrigt. Durch Ver- densator 17 überbrückt das Schirmgitter der Röhre 11 wendung nichtlinearer Widerstände im Gegenkopplungs- für die Trägerfrequenz, ist aber für die Modulationskreis kann man auch noch das Herabgleiten der Schirm- frequenz so hochohmig, daß er wie auch die Drossel 18 gitterspannung mit wachsendem Anodenstrom so steuern, den Ausgangswiderstand der Modulationsquelle 19 nur daß die Steilheit über einen großen Kennlinienteil genau 55 unwesentlich herabsetzt. Zur Erzielung eines möglichst proportional mit dem Anodenstrom ansteigt, was bei kleinen Modulationsklirrfaktors wird die Kathode der linearer Stromaussteuerung des Modulators zu einer Röhre 13 durch ein Netzwerk von Widerständen gegenverzerrungsfreien Modulation führt. gekoppelt, von denen mindestens einer spannungs-Am leichtesten kann man den Ausgangsstrom der abhängig ist. Der Ausgangsstrom der Röhre 13 weicht Modulationsquelle direkt oder über einen Verstärker in 60 dann bei geeigneter Dimensionierung so weit vom die Kathode der Modulatorröhre einspeisen, da der linearen Fall ab, daß die Dimensionierungsvorschrift Kathodeneingangswiderstand (gleich der reziproken Steil- (Formel 6) weitgehend erfüllt wird.

, ., 1, . _r , ., ,. . , joj α Fig. 4 zeigt eine Anordnung, die als Modulations-

neit —j ziemlich niederohmig ist, so daß der Ausgangs- ,.· , ,? ·,-..., __n . ,, .? , ... , , ,,

S' 0 > 00 verstarker die Rohre 20 m Kathodenverstarkerschaltung

widerstand der Modulationsquelle dagegen leicht groß 65 benutzt. Hiermit ist die Modulatorröhre 21 in Kathodengemacht werden kann. In Fig. 2 ist eine entsprechende eingangsschaltung direkt oder über den Widerstand 22 einfache Modulationsschaltung als Beispiel gezeigt. In galvanisch gekoppelt. Damit der Ausgangsstrom der Röhre 7 ist infolge einer der vorstehenden Maßnahmen Röhre 20 möglichst gut der Röhre 21 eingeprägt wird, die Steilheit für die Trägerfrequenz dem Kathodenstrom muß der Ausgangswiderstand der Röhre 20 einschließlich proportional. Die Trägerspannung u steuert am Gitter 70 der Schaltung groß gegen den Eingangswiderstand der

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Röhre 21 gemacht werden. Dies kann durch die Ver- über hinaus ist es möglich, das störende Absinken des wendung einer wesentlich weniger steilen Röhre für den Modulationsgrades auf hohen Modulationsfrequenzen Modulationsverstärker als für den Modulator geschehen, durch den Kondensator 33 durch eine geeignete Dimenaber auch bei gleichartigen Röhren durch die Einführung sionierung obiger Zeitkonstanten mindestens zum Teil der Widerstände 22, 23 oder 24 erreicht werden. Auch 5 zu kompensieren. Hierdurch sinkt auf hohen Moduin Fig. 4 bedeutet wieder u die Trägerspannung, u_m die lationsfrequenzen der Kathodeneingangswiderstand der Modulationsspannung und u_a die modulierte Ausgangs- Röhre 27, weshalb hier mehr Strom eingeprägt wird, als spannung. ohne diese Maßnahmen möglich wäre. Der Widerstand 30

Die Schaltung nach Fig. 4 eignet sich besonders zur bestimmt das Frequenzgebiet, in dem das typische VerModulation mit einem breiten Frequenzband, z. B. mit io halten bei tiefen in das bei hohen Frequenzen übergeht, einem Videogemisch. Der benötigte Spannungspegel u_m Durch das ÄC-Glied, Widerstand 30 mit Kondensator 28, ist klein. Die Röhre 21 läßt sich leicht auch auf hoher wird nämlich bei hohen Frequenzen die Steuerung des Trägerfrequenz bis auf einen beliebig kleinen Trägerrest Gitters durch die Spannung zwischen den beiden Kazusteuern. Durch die Benutzung getrennter Gitter zur thodenwiderständen unwirksam, so daß nur noch der Steuerung mit der Träger- und Modulationsfrequenz ist 15 kapazitive Teiler aus den Kondensatoren 28 und 29 eine leichte elektrische Trennung der zugehörigen Strom- wirksam ist. Der schädlichen Wirkung des Kathodenkreise und ihrer Filter möglich. Soll die Stufe z. B. in einem kondensators kann man ferner noch dadurch entgegen-Meßsender aus dem Oszillatorschwingkreis trägerfrequenz- wirken, daß man die Widerstände 22, 23 oder 24 der mäßig gespeist werden, so ist bei Abstimmung des Oszil- Fig. 4 so weit kapazitiv überbrückt, daß bei hohen Frelators über einen weiten Frequenzbereich zur losen An- 20 quenzen, bei denen ein Teil des zur Einströmung an kopplung ein verhältnismäßig hochohmiger kapazitiver Röhre 21 zur Verfügung stehenden Kathodenstromes Teiler, der auch kontinuierlich regelbar gemacht werden durch den Kondensator abgezweigt wird, mehr Strom kann, besonders geeignet. zur Verfügung steht, da sich hier die Kathodengegen-

Fig. 5 zeigt eine geeignete Anordnung, die der nach kopplung bzw. die Anoden- oder Schirmgitterrück-Fig. 4 ähnelt. Der Schwingkreis 25 des Oszillators ist 25 wirkung der Röhre 20 verringert. Auch die Schaltung in über einen kapazitiven Rohrteiler 26 mit dem Gitter der Fig. 5 macht durch Einfügung des Kondensators 34 Modulatorröhre 27 gekoppelt. Um die Verstimmung des parallel zum Anodenwiderstand 35 des Modulations-Oszillators beim Spannungsregeln möglichst klein zu Verstärkers 36 von dieser Maßnahme Gebrauch, halten, wird man bei gegebener Minimalteilung des Rohr- Bei den beschriebenen Modulationsanordnungen nach

teilers eine Kleinhaltung der Kapazität 28 anstreben, 30 Fig. 1 bis 5 wird jeweils der Strom dem Modulator von die im wesentlichen aus der Ausgangskapazität des Rohr- einem getrennten Modulationsverstärker oder einer teilers und der Gittererdkapazität der Röhre 27 besteht. Modulationsquelle eingeprägt, deren Ausgangswider-Bei dieser Dimensionierung gelangt jedoch nicht nur an stand groß gegen den Eingangswiderstand des Modulators die Kathode der Röhre 27, sondern auch über Konden- ist. Dies ist erforderlich, weil bei Selbsteinprägung des sator 29 an ihr Gitter ein Teil der am Kathodenwider- 35 Stromes durch Spannungssteuerung an einer Elektrode stand wirksamen Modulationsspannung. Dieses erhöht, des Modulators bei der erfindungsgemäßen Benutzung wie sich zeigen läßt, den elektronischen Kathoden- einer Exponentialkennlinie natürlich auch der geeingangswiderstand R_e der Röhre 27. Wenn man die an steuerte Strom exponentiell mit der Modulationsspannung der Kathode auftretende Spannung durch den in die und nicht, wie gefordert, linear ansteigen würde. Für Röhre einfließenden Strom dividiert, gelangt man unter 40 eine Selbsteinprägung des Modulatorstromes ist ohne Zugrundelegung der aus Fig. 6 ersichtlichen Impe- besondere Maßnahmen nur die quadratische Kennlinie danzen Z zu folgender Formel für R_e: brauchbar, weil bei ihr nach Dimensionierungsvorschrift 6

und Tabelle I für verzerrungsfreie Modulation derselbe

2? = _- . . (7) Kennlinienexponent, nämlich 2, sowohl für den Modu-

S -^i , 1 45 lator als auch für den Modulationsverstärker, der die

Z₁ + Z₂ \L_sg Stromeinprägung vornimmt, benötigt wird. Dies besagt,

daß hier beide, Modulator und Modulationsverstärker,

Bei großem Verstärkungsfaktor μ_δί, des Schirmgitters durch dieselbe Röhre realisiert werden können, die dann in bezug auf das Steuergitter ist näherungsweise sowohl mit der Modulations- als auch Trägerspannung

50 gesteuert wird. Diese besondere Eigenschaft der quadra-

R ₌ JL -^i + ^₂ /g\ tischen Kennlinie ist der Grund, weswegen sie bislang

" S ' Z₁ bei kleiner Trägerfrequenzaussteuerung angestrebt wurde.

Da sie, wie ausgeführt, aber nur über Teile der realisier-

Bezieht man also im Gegensatz zu Fig. 5 den Gitter- baren Kennlinien in genügender Näherung praktisch ableitwiderstand 30 auf Masse, so besitzt die Schaltung 55 erfüllt ist, wird sie vorteilhaft erfmdungsgemäß durch für tiefe Frequenzen einen kleineren Kathodeneingangs- eine über ein großes Kennlinienstück genauer realisierwiderstand der Röhre 27 als für hohe Frequenzen; da bare Kennlinie ersetzt, für die die Steilheit für die Trägerzudem der Quellwiderstand der Ersatzmodulations- frequenz dem Modulatorstrom proportional ist, der von quelle für hohe Frequenzen kleiner wird, wird hier die solcher Größe eingeprägt wird, daß er in einer lineari-Stromeinprägung besonders schlecht. Es ist deshalb 60 sierten Beziehung zur Modulationsspannung steht, besser, für tiefe Frequenzen den Eingangswiderstand Durch Anwendung eines weiteren Erfindungsmerkmals

der Röhre 27 in Fig. 5 zu erhöhen, indem man ist bei einem Modulator mit nichtlinearer Stromspannungsden Gitterableitwiderstand 30 an eine Anzapfung des kennlinie eine angenähert modulationsspannungspropor-Gesamtkathodenwiderstandes 31 und 32 legt. Bei Wahl tionale Selbststromeinprägung möglich. Hierzu linearigleicher Zeitkonstanten des Kondensators 29 mit Wider- 65 siert man den Ausgangsstrom des Modulators für die stand 32 und des Kondensators 28 mit Widerstand 31 Modulationsfrequenz durch Gegenkopplung. Die die

ι j Tir j. ^zi + ^zi ι χ. τ- tL\ λ j. j. Modulatorstufe oder eine Modulationsverstärkerstufe

kann man den Wert —±—;—- (nach Fig. 6) konstant , ■, ~ ·, , ■ j -u· -u · j i_

Z₁ ^{K 6 ;} steuernde Gegenkopplungsspannung wird hierbei durch

frequenzabhängig machen und erzielt so einen frequenz- Spannungsabfall an einem Widerstand erzeugt, der vom unabhängigen Eingangswiderstand der Röhre 27. Hier- 70 modulationsfrequenten Ausgangsstrom des Modulators

9 10

oder von einem proportionalen Teil desselben durch- Modulation benötigte Strom-Steuerspannungs-Charakte-

flossen wird, z. B. vom Anoden- oder Kathoden- oder ristik der Röhre 49 erhalten bleibt.

Schirmgitterstrom einer Pentode. Vom Prinzip der soeben beschriebenen Gegenkopplung,

Fig. 7 zeigt hierfür als Beispiel eine Anordnung, in die im Gegensatz zur bekannten Modulationsgegenkoppder die Modulatorröhre 37 direkt von der Modulations- 5 lung keinerlei Gleichrichtung im Gegenkoppelkreis besitzt, quelle am Gitter gesteuert wird. Damit in Röhre 37 noch kann man auch bei Anordnungen nach den Fig. 1 bis 5, bei starken Anodenströmen die Steilheit stromproportional also bei Stromeinprägung durch einen Modulationsveranwächst, wird die Schirmgitterspannung zusätzlich stärker, Gebrauch machen. Dies ist dann von Vorteil, mit dem Kathodenausgangsverstärker 38 gesteuert, der wenn man die Stromeinprägung durch einen zu kleinen einen so kleinen Ausgangswiderstand besitzt, daß sich io Verstärkerausgangs- oder zu großen Modulatoreingangsfür die Trägerfrequenz eine hochfrequenzmäßige Erdung widerstand nicht in einem idealen linearen Stromdes Schirmgitters erübrigt. Der Kathodenverstärker 38 Modulationsspannungs-Zusammenhang vornehmen kann, wird selbst wieder von der Verstärkerstufe 39 gespeist, wie es an sich auf Grund der erfindungsgemäßen Moduladie ihrerseits von der Modulationsquelle 40 gesteuert torcharakteristik wünschenswert wäre. Die praktische wird, wodurch letztlich bei steigendem Strom durch den 15 Ausbildung solcher Schaltungen kann ähnlich sein, wie Modulator 37 seine Schirmgitterspannung absinkt. Damit es in den Fig. 7 und 8 gezeigt wurde, nur daß hier statt trotz des so erzwungenen guten linearen Zusammenhanges der Gittersteuerung der Modulatorröhre durch die Moduzwischen der Steilheit der Modulatorröhre für die Träger- lationsfrequenz wieder eine Einströmung in die Modufrequenz und ihrem Anodenstrom der Anodenstrom latorröhre, z. B. am Schirmgitter, vorzugsweise jedoch an proportional mit der Modulationsspannung u_m ansteigt, 20 der Kathode, vorgenommen wird. Wegen der so schon die einfach das Gitter der Röhre 37 steuert, besitzt die recht gut realisierten linearen Einströmung wird man Modulationsröhre eine Stromgegenkopplung für die bei diesen Schaltungen meistens schon mit kleinen Modulationsfrequenz. Dieses wird durch den Kathoden- Gegenkopplungsgraden auskommen, um einen sehr widerstand 41 bewirkt, der eine dem Kathoden-und damit kleinen Modulationsklirrfaktor zu erzielen,
auch dem Anodenstrom proportionale zusätzliche Steuer- 25 Eine hervorragende Eigenschaft aller Schaltungen, die spannung an die Kathode der Röhre 37 anlegt, wodurch auf der Erfindung beruhen, ist die, daß die bei anderen bei einem großen Gegenkopplungsgrad für den Anoden- Modulationsverfahren sonst stark verzerrt auftretende strom der Röhre 37 ein annähernd linearer Zusammen- modulationsfrequente Stromkomponente im Ausgangshang zwischen der Modulationsspannung und dem kreis des Modulators hier infolge der Stromeinprägung modulationsfrequenten Anodenstrom erzwungen wird. 30 im Takte der Modulationsspannung unverzerrt oder Damit diese Gegenkopplung für die Trägerfrequenz un- nahezu unverzerrt ist. Diese Tatsache ermöglicht es, wirksam wird, ist der Kathodenwiderstand 41 mit dem den modulationsfrequenten Ausgangsstrom nahezu voll-Kondensator 42 überbrückt. Der Stabilisator 43 gibt ständig zu kompensieren. Hierfür besteht besonders bei dem Gitter der Röhre 37 eine größere positive Vor- im Ausgangskreis unabgestimmten Modulationsanordspannung, was die Anwendung eines recht großen Ka- 35 nungen, wie sie z. B. wegen ihres kleinen Frequenzganges thodenwiderstandes ermöglicht, so daß auch bei stark vorzugsweise in Meßsendern benutzt werden, ein großes heruntergesteuertem schwachem Anodenstrom der Röhre Bedürfnis. Hier wird einfach ein der Modulations-37 ein ausreichender Gegenkopplungsgrad herrscht. Der spannung proportionaler Strom zusätzlich über den Widerstand 44 und Kondensator 45 dienen im Gitter- Arbeitswiderstand im Modulatorausgangskreis geleitet, kreis zur Entkopplung der Trägerfrequenz- von der 40 so daß dadurch der modulationsfrequente, durch den Modulationsquelle 40. Am Schwingkreis 46 kann dann Modulator gesteuerte Strom kompensiert wird,
die modulierte Ausgangsspannung abgenommen werden. Fig. 9 zeigt hierfür ein einfaches Beispiel. Die Modulnfolge des Stabilisators 47 ist eine Gleichstromkopp- lationsquelle 57 steuert den Modulationsverstärker 58, lung der Modulationsquelle 40 mit der Röhre 39 möglich. der zur Erzielung einer linearen Verstärkung und eines Dadurch wirkt die oben beschriebene Schirmgitter- 45 großen Ausgangswiderstandes den Kathodenwiderstand 59 steuerung der Modulatorröhre 37 auch noch für eine aufweist. Über einen weiteren großen gemeinsamen Gleichstromkomponente der Modulationsspannung. Kathodenwiderstand 60 mit der Röhre 61 wird diese

Die Fig. 8 zeigt eine Anordnung, die aus der Modula- gegenphasig gesteuert. Durch Benutzung einer gemeintionsverstärkerröhre 48 und der gleichzeitig als Modula- samen Schirmgitterspannung 62 und eines gleichen tionsverstärker und Modulatorröhre dienenden Röhre 49 50 Kathodenwiderstandes 63 sind die Röhrenkreise der besteht. Die Röhre 49 soll einen exponentiellen Kenn- Röhren 58 und 61 gleichartig aufgebaut und führen inslinienverlauf besitzen und wird über den Kondensator £0 besondere bei einem großen Wert von 5 · R_k, wobei S die von der Trägerspannungsquelle 51 hochfrequenzmäßig mit Gegenkopplung wirksame Steilheit und R_k den gesteuert. Über den Widerstand 52 erhält das Gitter der Widerstand 60 bedeutet, nahezu gleich große, aber entRöhre 49 zugleich die tonfrequente Modulationsspannung, 55 gegengerichtete Anodenströme, die sich am Arbeitsdie in der Röhre 48 verstärkt wird und von der Modula- widerstand 64 für den Modulator nahezu aufheben, so tionsquelle 53 stammt. Damit der Anodenstrom der daß die Ausgangsspannung u_a weitgehend frei von der Röhre 49 in einem linearen Zusammenhang mit der Modulationsfrequenz ist. Die Röhre 65, die durch eine Modulationsspannung u_m steht, wird am Anodenwider- gleitende, mit Hilfe des Widerstandes 66 erzeugte Schirmstand 54, der durch den Kondensator 55 für den hoch- 60 gitterspannung einen linearen Zusammenhang zwischen frequenten Trägerstrom überbrückt ist, eine Gegen- der Steilheit für die Trägerfrequenz und dem eingeprägten kopplungsspannung abgegriffen, die dem Kathoden- Kathodenstrom aufweist, erhält ihren Kathoderistrom widerstand 56 der Röhre 48 zugeführt wird. Durch die von Röhre 58. Für die Trägerfrequenz u der Quelle 67 beschriebene Gegenkopplung, die wegen der großen zwei- ist die Kathode der Modulatorröhre 65 mit Kondenstufigen Verstärkung sehr hoch gemacht werden kann, 65 sator 68, der für die Modulationsfrequenz unwirksam wird eine gute Linearisierung der Beziehung zwischen sein soll, überbrückt. Kondensator 69 hebt die durch Modulatoranodenstrom und Modulationsspannung u_m Widerstand 66 verursachte Schirmgittergegenkopplung erzielt. Andererseits ist infolge des Kondensators 55 oder für die Trägerfrequenz auf.

etwaiger weiterer Siebglieder die Gegenkopplungsschleife Die im vorstehenden behandelten Ausführungsbeispiele

für die Trägerfrequenz unwirksam, wodurch die zur 70 betreffen ausnahmslos die Anwendung der Erfindung

auf dem Gebiet der Amplitudenmodulation. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Sie läßt sich vielmehr in allen Schaltungen verwenden, bei denen ein linearer Zusammenhang zwischen Steuerspannung und Steilheit benötigt wird. So kann ein steuerbarer, z. B. zur Frequenzmodulation durch Parallelschalten zu einem Oszillatorschwingkreis benutzbarer Blindleitwert durch Anwendung einer 90° betragenden Phasenverschiebung zwischen der Eingangsträgerspannung und dem Modulatorausgangsstrom, z. B. durch Reaktanzröhren, herbeigeführt werden. Ebenso lassen sich durch Anwendung der Erfindung auch steuerbare Wirkwiderstände realisieren.

Auch auf dem Gebiet der elektronischen Rechenmaschinen kann die Erfindung Anwendung finden, z. B. zur Produktbildung zweier Rechengrößen, wobei die im Modulator entstehende Schwebungsamplitude dem Produkt aus Träger- und Modulationsamplitude proportional ist.

Claims (18)

20 Patentansprüche:

1. Linearer Modulator für elektrische Schwingungen mit schwacher Trägerfrequenzaussteuerung, gekennzeichnet durch eine Kennlinie, die einen linearisierten Zusammenhang zwischen Steilheit für die Trägerfrequenz und dem Modulatorstrom besitzt, der gleichzeitig von solcher Größe eingeprägt wird, daß er in einem linearisierten Zusammenhang mit der Modulationsspannung steht.

2. Modulator nach Anspruch 1 mit nahezu linearem Zusammenhang zwischen seiner Steilheit für die Trägerfrequenz und seinem modulationsfrequenten Strom, gekennzeichnet durch die Einprägung eines modulationsfrequenten Stromes, der wenig und etwa gerade so viel von einem linearen Zusammenhang mit der Modulationsspannung abweicht, daß die modulierte Trägerfrequenzamplitude der Modulationsspannung proportional wird.

3. Modulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Glühkathodendiode im Anlaufstromgebiet oder durch eine Kristalldiode im exponentiellen Anfangsgebiet seines Durchlaßbereiches (Fig. 1).

4. Modulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Röhre mit annähernder Exponentialcharakteristik, bei der eine veränderliche Steigung der Gitterwendel, ein Arbeiten im Anlaufstromgebiet und/oder ein kleiner Kathodengitterabstand bei enger Gittersteigung vorliegt.

5. Modulator nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zusätzliche Steuerung des Schirmgitters der Röhre durch eine solche Spannung, die eine Funktion der Modulationsspannung bzw. des Anoden-, Kathoden- oder Schirmgitterstromes der Röhre ist (z. B. Fig. 7).

6. Modulator nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch zusätzliche Steuerung des Schirmgitters durch einen Schirmgitterwiderstand, der nur für die Trägerfrequenz wechselstrommäßig überbrückt ist (Fig. 9).

7. Modulator nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Steuerung des Schirmgitters über einen gegengekoppelten Verstärker mit vorzugsweise kleinem Ausgangswiderstand (Fig. 7).

8. Modulator nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch Einprägung des Anodenstromes durch Steuerung des Schirmgitters oder der Kathode durch eine Modulationsquelle mit einem inneren oder einem in Serie geschalteten äußeren Widerstand, der größer als der Eingangswiderstand des Modulators an der gesteuerten Elektrode ist (Fig. 2 und 3).

9. Modulator nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Einspeisung seines Modulationsstromes an der Kathode über einen großen Vorwiderstand von der Modulationsquelle her (Fig. 2).

10. Modulator nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Einprägung des Modulationsstromes in die Kathode von einem Modulationsverstärker, der in Anodenausgangsschaltung liegt (Fig. 9).

11. Modulator nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch seine Anordnung in Kathodeneingangsschaltung und Anordnung des Modulations Verstärkers in Kathodenausgangsschaltung sowie durch Verwendung einer Röhre geringerer Steilheit für den Modulationsverstärker im Vergleich zur Modulatorröhre, wobei die geringere Steilheit auch durch die Verwendung eines Anodenschirmgitter- oder eines eigenen Kathodenwiderstandes erzielbar ist (Fig. 4 und 5).

12. Modulator nach Anspruch 8, insbesondere für Breitbandmodulatoren, gekennzeichnet durch Kompensation des für höhere Modulationsfrequenzen auftretenden Frequenzganges des Modulationsgrades, indem eine Erhöhung des Modulationsspannungsbedarfs auch für tiefe Frequenzen erfolgt, und zwar durch Anschluß des Gitterableitwiderstandes an eine Anzapfung des Kathodenwiderstandes, wobei die Größe des Gitterableitwiderstandes einen möglichst geringen Frequenzgang vermittelt (Fig. 5).

13. Modulator nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Ebenung des Frequenzganges mittels einer Verringerung des Ausgangswiderstandes des Modulationsverstärkers für hohe Frequenzen durch kapazitive Überbrückung des Anoden-, Schirmgitter- oder des Kathodenwiderstandes für hohe Modulationsfrequenzen des Modulationsverstärkers (Fig. 5).

14. Modulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Einbeziehung in den Modulationsverstärkerkreis unter einer sich selbst gegenüber erfolgenden Einprägung eines mit der Modulationsspannung linear gesteuerten Stromes, indem bei beliebiger Spannungssteuerung mit der Modulationsfrequenz, z. B. am Gitter eines Röhrenmodulators der Spannungsabfall an einem Widerstand, der vom modulationsfrequent gesteuerten Ausgangsstrom oder seinem proportionalen Teil durchflossen wird, zur Gegenkopplung für die Modulationsfrequenz dient, wobei eine Elektrode des Modulators selbst oder des Modulationsverstärkers zur Gegenkopplung steuerbar ist (Fig. 7 und 8).

15. Modulator nach Anspruch 1 mit einer Stromeinprägung durch eine Modulationsquelle oder einen Modulationsverstärker mit solchem Ausgangswiderstand, der größer als der Eingangswiderstand am Modulator ist, gekennzeichnet durch Linearisierung des modulationsfrequenten Ausgangsstromes durch Gegenkopplung mit Hilfe einer Steuerung einer Elektrode des Modulators selbst oder seines Modulationsverstärkers.

16. Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch Einprägung eines der Modulationsquelle unmittelbar oder nach Zwischenverstärkung entnommenen, zum modulationsfrequenten Stromanteil des Modulatorstromes gegenphasigen Stromes in den Nutzwiderstand, an welchem die modulierte Trägerfrequenz abgenommen und der vom Modulatorausgangsstrom durchflossen wird (Fig. 9).

17. Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch Herbeiführung eines steuerbaren, z. B. zur Frequenzmodulation durch Parallelschalten zu einem Oszillatorschwingkreis benutzbaren

Blindleitwertes durch Anwendung einer 90° betragenden Phasenverschiebung zwischen der Eingangsträgerspannung und dem Modulatorausgangsstrom, z. B. durch Reaktanzröhren.

18. Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch seine Anwendung auf elektronische Rechenmaschinen, z. B. zur Produktbildung

zweier Rechengrößen, wobei die im Modulator entstehende Schwebungsamplitude dem Produkt aus Träger- und Modulationsamplitude proportional ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 657 768;
USA.-Patentschriften Nr. 2 263 276, 2 275 020.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen