DE1052480B - Fadingminderndes Empfangssystem - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein fadingminderndes Empfangssystem für den Empfang frequenzmodulierter
Wellen, das nach dem Diversity-Prinzip mit einer Mehrzahl von Empfängern für unterschiedliche
Übertragungswege arbeitet, wobei die Empfänger so geiegelt sind, daß sie weitgehend gleiche
niederfrequente Signalausgangsspannungen liefern, so daß also die Rauschkomponenten der Ausgangsspannungen etwa umgekehrt proportional den jeweiligen
Empfängereingangsspannungen sind, und bei dem ferner die Empfängerausgangs spannungen additiv
in einem, Amplitudenverhältnis überlagert werden, das etwa umgekehrt proportional dem Amplitudenverhältnis
der entsprechenden Rauschspannungen ist.
Bei derartigen nach dem Diversity-Prinzip arbeitenden Empiangssystemen ist es bereits bekannt, die
verschiedenen Empfänger auf eine automatisch arbeitende Umschalteinrichtung arbeiten zu lassen. Diese
automatische Umschalteinrichtung wählt aus den verschiedenen Empfängerausgangsspannungen diejenige
aus, die die geringste Rauschkomponente aufweist. Es findet hierbei ein vollständiges und. augenblickliches
Umschalten von einem Empfänger auf den anderen statt. Dieses Umschalten bringt aber eine Reihe von
Nachteilen mit sich:
Das augenblickliche vollständige Umschalten, gibt in der Wiedergabe Unstetigkeiten im Geräuschpegel.
Es ist bekannt, daß sich die menschliche Hörempfindung sehr rasch auf einen, Geräuschpegel einzustellen
und dann das Hören des Geräusches weitgehend auszuschalten vermag. Bei einer augenblicklichen
Änderung der Geräuschstärke wird aber das Geräusch in das Bewußtsein des Hörenden zurückgerufen
und dadurch stärker empfunden als bei gleichbleibender oder sich nur langsam ändernder Stärke.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Systeme dieser Art besteht darin, daß dann, wenn in der Wiedergabe
des einen Empfängers ein in kurzen Abständen auftretendes starkes Geräusch wie Krachen usw. und in
der Wiedergabe des anderen Empfängers ein praktisch gleichbleibender Geräuschpegel wie Rauschen, usw.
vorkommt, ein fortwährendes Umschalten von einem Empfänger auf den anderen eintritt, das selbst eine
Quelle für erhebliche Geräusche sein kann.
Es ist auch bekannt, zu diesem Umschalten von einem Empfängerausgang auf den anderen eine
Schaltanordnung mit parallel arbeitenden Elektronenröhren zu benutzen, von welchen stets nur eine entsperrt
ist. Neben den bereits beschriebenen Nachteilen weist ein solcher elektronischer Umschalter noch den
erheblichen Nachteil auf, daß er besonders leicht zum Schwingen neigt. Ein solches Schwingen macht aber
die richtige Arbeitsweise einer solchen Schaltung unmöglich.
Fadingminderndes Empfangssysteni
Anmelder:
James Robert Day1
Peconic, N.Y. (V.St.A.)
James Robert Day1
Peconic, N.Y. (V.St.A.)
Vertreter: Dr. A. Ullrich, Patentanwalt,
Heidelberg, Bismarckstr. 17
Heidelberg, Bismarckstr. 17
Beanspruclite Priorität:
V. St. v. Amerika vom 24. Juni 1955
V. St. v. Amerika vom 24. Juni 1955
James Robert Day, Peconic, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
Es sind auch bereits drahtlose Übertragungssysteme mit mehreren einen gemeinsamen. Ausgang speisenden
Empfängern bekannt, bei welchen sich hinter jedem Empfänger automatisch gesteuerte Verstärkerstufen
üblicher Art für die mit Rauschen überlagerten Signale, wie sie vom Empfänger gegeben werden, angeordnet
sind. Von dieser Stufe wird bei den bekannten Systemen mittels eines Hochpasses eine Rauschkomponente
abgetrennt, um verstärkt gleichgerichtet zu werden und als Gittervorspannung für die Verstärkerstufe
zu dienen. Alle diese Verstärkerstufen sind weitgehend voneinander unabhängig, und die
Überlagerung der von den einzelnen Empfängern stammenden Signale erfolgt hinter diesen Stufen auf
dem Steuergitter der gemeinsamen Endröhre. Eine Schaltung dieser Art hat den Nachteil, daß die Überlagerung
der Signale und die Steuerung der Zwischenverstärkerstufen getrennt sind. Hieraus folgt, daß die
Endleistung sehr stark von der Stärke der Störung abhängt. Sind beispielsweise sämtliche Empfänger gestört,
so werden auch sämtliche Zwischenverstärkerstufen gedrosselt. Die sich ergebende Endleistung ist
nur gering. Somit ist der in den Empfängern vorgenommene Schwundausgleich wieder rückgängig gemacht,
der aber bei den heutigen Anforderungen an die Empfangstechnik nicht mehr vermißt werden
kann.
Schließlich ist es bei derartigen Systemen bekannt, auf Grund des Nutz-zu-Störsignal-Verhältnisses die
Schirmgitterspannung der im übrigen völlig unabhängig voneinander arbeitenden Endverstärkerröhren
809 76W392
ein - und auszuschalten. Eine solche Schaltung ist aber zweifellos ebenfalls mit den Nachteilen einer Schalteinrichtung
verbunden, wie sie oben angeführt sind. Es ist auch bekannt, statt des völligen Ein- und Ausschaltens
der Schirmgitterspannung diese auf Grund des Störpegels zu erhöhen oder zu erniedrigen. Bei
einer solchen Anordnung wird aber der durch die einzelnen Empfänger erzielte Fadingausgleich praktisch
wieder aufgehoben.
Demgegenüber ist gemäß der Erfindung in der Uberlagerungsschaltung eine der Anzahl der Empfänger
entsprechende Anzahl von Verstärkerröhren vorgesehen, von denen jede einem bestimmten Empfänger
zugeordnet ist; den Steuergittern, dieser Röhren werden neben einer konstanten Vorspannung die
Ausgangsspannungen sowie die gleichgerichteten negativen Rauschspannungen der jeweils zugeordneten
Empfänger zugeführt, während diese Röhren einen gemeinsamen Kathoden-Belastungswiderstand aufweisen,
von dem die resultierende Ausgangsspannung des Empfangssystems abgenommen wird.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß zugleich derjenige, Kanal, der am meisten gestört ist, auch am
meisten gedrosselt wird und im Endergebnis trotzdem die Schwundregelung erhalten bleibt. Darüber hinaus
ist die Überlagerung nach der Erfindung im, Vergleich zu den Schaltungen bekannter Art erheblich einfacher
und übersichtlicher, obwohl Schwund und Störung gleichzeitig weitgehend vermindert werden, während
die bekannten Vorrichtungen immer nur das eine auf Kosten des anderen zu vermindern vermögen.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der eine der Anzahl der Empfänger
entsprechende Anzahl zusätzlicher Steuerröhren benutzt wird, von denen jede einem bestimmten Empfangszweig
zugeordnet ist, denen je eine durch Gleichrichtung der Rauschspannung in dem zugehörigen
Empfangszweig gewonnene Vorspannung in der Weise zugeführt wird, daß diese Röhren eine wesentliche
Dämpfung des gemeinsamen Ausgangssignales der Überlagerungsröhren bewirken, sobald die Signale in
allen Empfangszweigen gleichzeitig einen nutzbaren Schwellenwert unterschreiten.
Vorteilhaft wird hierbei die Dämpfung durch die Röhre im Ausgangskreis der Überlagerungsröhren
bewirkt, die durch Einwirkung der Steuerröhren entsperrt wird und dadurch eine Dämpfung des Ausgangssignales
bewirkt, sobald die Steuerröhren durch Zuführung entsprechend hoher negativer Vorspannung
gleichzeitig gesperrt sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben:
Fig. 1 zeigt einen Schaltplan gemäß einer Ausführungsfoitn der Erfindung,
Fig. 2 einen vereinfachten Schaltplan zur Erläuterung der Wirkungsweise des Überlagerungsstromkreises
und
Fig. 3 einen schematischen Schaltplan, der die Wirkung des Überlagerungsstromkreises erläutert.
In Fig. 1 sind zwei Empfänger 1 und 2 gezeigt, die für fadingmindernden Empfang räumlich getrennt
voneinander angeordnet werden oder mit verschiedenen Frequenzen arbeiten oder mit Antennen an
verschiedenen Standorten verbunden sind. Es kann natürlich eine beliebige Anzahl solcher Empfänger
benutzt werden, die in der Weise, wie es nachfolgend beschrieben wird, miteinander gekoppelt sind. Um die
Beschreibung übersichtlicher zu gestalten., wird eine Schaltung mit nur zwei Empfängern erläutert. Die
Empfänger sind so konstruiert, daß sie eine Ausgangs-
spannung erzeugen, die aus den Signalen 5*1 und ^2 besteht, die für gewöhnlich im wesentlichen gleiche
Amplituden haben und in Wechselbeziehung miteinander stehen oder in dem Sinne miteinander verbunden
sind, daß sie sich in derselben Weise zur selben Zeit verändern. Die Empfänger 1 und 2 liefern
auch Rauschausgangsspannungen TVl bzw. N 2. Wenn die empfangenen Signale an den Empfängern 1 und 2
eine gleiche Amplitude haben, sind die Rauschausgangsspannungen iVl und N 2 auch gleich, vorausgesetzt,
die Empfänger sind gleich. Sind die empfangenen Signale an den beiden Empfängern nicht gleich,
SOi sind die Rauschausgangsispannungen ungleich und etwa umgekehrt proportional der Amplitude der empfangenen
Signale. Empfänger, die diese Kennzeichen haben, sind beispielsweise für frequenzmodulierte
Wellen die bekannten Empfänger mit Begrenzern und für amplitudenmodulierte Wellen die bekannten Empfänger
mit automatischer Verstärkungsregelung. Der Ausgangskreis des Empfängers 1 ist mit einem Hochpaßfilter
12 gekoppelt, vorzugsweise über eine trennende Elektronenröhre 11. Im Interesse der Deutlichkeit
der Wiedergabe wird angenommen, daß die Modulationsfrequenzen im System in einem Bereich
von 200 bis 200000 Hz liegen; das Hochpaßfilter 12 kann deshalb eine Grenzfrequenz von ungefähr
300 000 Hz haben, die über der höchsten Modulationsf requenz liegt. Die Ausgangsspannung des Filters 12
enthält deshalb keine Nutzfrequenzen., sondern nur einen Teil der Rauschspannung Ni. Diese Rauschspannung
wird über einen Verstärker 13 auf einen Belastungswiderstand 14 gegeben, Die Rauschspannung,
die am Widerstand 14 abgegriffen wird, wird durch den Gleichrichter 15 gleichgerichtet, der so' gepolt ist,
daß er eine negative Vorspannung für das Steuergitter 19 der Röhre Tl erzeugt, die in einem Siebkreis geglättet
wird, der aus einem Widerstand 16, einem Kondensator 17 und einem Widerstand 18 besteht.
Außerdem werden die Signale Sl und die Rauschfrequenzen N1 dem Steuergitter der Röhre Tl über
einen Kondensator 20 zugeführt.
In gleicher Weise wird die Ausgangsspannung des Empfängers 2 über ein Hochpaßfilter 22 geleitet, das
zweckmäßig über eine trennende Elektronenröhre 21 mit dem Ausgang des Empfängers gekoppelt ist. Die
Ausgangsspannung des Hochpaßfilters wird dann im Verstärker 23 verstärkt und auf den Belastungswiderstand 24 übertragen, mit dem, ein Gleichrichter
25 zur Erzeugung einer negativen Vorspannung gekoppelt ist. Die Vorspannung wird, durch den Widerstand
26 und den Siebkondensator 27 geglättet, über den Widerstand 28 auf das Steuergitter 29 der Röhre
T2 übertragen. Die Signalausgangsspannung S2 und die Rauschausgangsspannung N 2 des Empfängers 2
werden ferner über den Kondensator 30 auf das Steuergitter der Röhre T2 gegeben.
Die Anoden der Röhren Tl und T2 sind über einen Belastungswiderstand 55, z. B. einen Transformator
oder einen sonstigen Scheinwiderstand, oder auch direkt mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle
von z.B. 1501 Volt verbunden. Die Kathoden 33 und 34 der Röhren Tl und T2 sind auch miteinander verbunden
und führen zum negativen Pol der Spannungsquelle (—150 Volt) über einem Widerstand 35, der den
Belastungswiderstand für die Röhren Tl und T2 bildet. Die nutzbare Signalausgangsspannung wird
am Widerstand 35 erzeugt und kann mit Hilfe einer Ausgaiigsleitung 36 abgenommen werden. Sie kann
auch am Anodenwiderstand 55 — sofern vorhanden — abgenommen werden.
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Es wird nun die Wirkung der Schaltung erklärt.
Die Röhren Tl und T2 können als zwei Quellen mit parallel gelegten Ausgängen betrachtet werden.
Die Belastung für die eine Röhre ist dann der Scheinwiderstand, der von der anderen gebildet wird. Wenn
man den Fall annimmt, daß zwei Röhren vorhanden sind, und voraussetzt, daß die von den Gleichrichtern
15 bzw. 25 abgenommenen Spanmuingen Null und die Signale gleich sind, dann ändern sich die Kathodenpotentiale
der Röhren T1 und T 2 in derselben Weise; es wird deshalb keine gegenseitige Beeinflussung auftreten.
Obgleich die Röhren parallel geschaltet Sindj arbeitet in diesem Fall jede für sich, ohne durch die
andere beeinflußt zu Aver den. Dies trifft nur zu, wenn die Signale an den Gittern bezüglich Amplitude und
Phase gleich sind.
Fig. 2 zeigt in vereinfachter Form die Stufe mit den Röhren Tl und T2 von Fig. 1, und mit den
Spannungsquellen für 5*1, Nl und Cl sowie 6*2, N2
und C 2, die mit den Steuergittern der Röhren verbunden sind, wobei Cl und C2 die aus den Rauschspannungen
erzeugten Gleich spannungen, Nl und N 2 die Rauschspannungen und Sl und S2 die Signalspannungen
darstellen. Es wird zunächst von der Annahme ausgegangen, daß die Spannungen Sl und S2
gleich sind, Da in diesem Fall, wie vorher erklärt wurde, keine gegenseitige Beeinflussung erfolgt und
da Kathodenverstärker einen Verstärkungsfaktor von etwa 1 aufweisen, erscheint an der gemeinsamen
Kathodenklemme K ein Signal Sl=S2. Wenn aber eines der Signale, z. B. S2, gleich Null wird, so wirkt
die Kathodenspannung der Röhre T2 den Veränderungen der Kathodenspanniung der Röhre T1 entgegen,.
In diesem Fall bildet die Röhre T 2 eine zusätzliche Belastung für die Röhre Tl, deren Größe
gleich ihrer eigenen inneren Impedanz ist. Dies hat zur Folge, daß ihre Ausgangsspannung gegenüber
dem unbelasteten Zustand praktisch halbiert wird. Dies bedeutet, daß sich die gewünschte End-Signalspannung
aus den halben Einzeilsignalspanuungen zusammensetzt:
Sl S2
Diese unmittelbare Addition der Signalspannungen ergibt sich daraus, daß die von den verschiedenen
Empfängern aufgenommenen Signale kohärente Schwingungen darstellen, die phasengleich überlagert
werden.
Im Gegensatz zu den Signalen fehlt den Rauschkomponenten die Eigenschaft der Kohärenz. Es ist
deshalb auch keine phasengleiche Überlagerung der Rauschspannungen möglich. Die sich in dem Schal
tungssystem nach der Erfindung ergebende Überlagerung der Rauschkomponenten entspricht einer Summierung
der Rauschintensitäten. Da die Verstärkung der Rauschkomponenten in gleicher Weise wie die
Verstärkung der Signalkomponenten geschieht, ergibt sich eine Gesamtrauschintensität, die der Summe der
Quadrate der halben Rauschspannungen entspricht. Zieht man hieraus die Quadratwurzel, so. erhält man
die mittlere Rausch-EndspannungiVs:
Da für die Verwertung der Signale im allgemeinen deren Intensität von Bedeutung ist, muß das Verhältnis
von Signalintensität und Rauschintensität betrachtet werden. Es ergibt sich hierbei, daß tatsächlich bei
mehreren überlagerten Empfängerausgängen das mit
dem bestem Signalintensitäts-Rauschintensitäts-Verhältnis durch die in dieser Hinsicht weniger guten
Empfängerausgangsspannungen verbessert wird. Bei der obigen Voraussetzung, bei der N I=N 2 ist, was
bei gleichen Funkzeichen vorkommt, ergibt sich eine Verbesserung des Ausgangssignals in bezug auf das
Verhältnis der Signalspannung zur Rauschspannung von ]T2: 1, in bezug auf das Verhältnis der abgegebenen
Signalintensität zur Rauschintensität also- von 2:1. Entsprechend ergibt sich, wenn drei Signale
unter denselben Voraussetzungen überlagert werden, eine Verbesserung dieses Verhältnisses von 3 : 1, bei
vier überlagerten Signalen eine Verbesserung des Verhältnisses von 4 : 1 usw.
Nun wird die Überlagerungswirkung betrachtet, wenn die Rauschausgangsspannungen der beiden
Empfänger nicht gleich sind. Es wird angenommen, daß der Empfänger 1 augenblicklich ein starkes und
Empfänger 2 ein schwaches Signal empfängt. In diesem Falle ist Nl kleiner als N 2. Wenn die Röhren
Tl und T2 keine verschiedenen Vorspannungen hätten, entspräche die Ausgangsleistungssumme, soweit
es das Rauschen anbetrifft, dem quadratischen Mittelwert hinsichtlich, des normalen Rauschens Nl
und des stärkeren Rauschens N2, und da die Signale gleich sind, bedeutet dies eine Verschlechterung in der
überlagerten Ausgangsspannung. Nun ist aber die Vor- oder S teuer spannung C 2 für die Röhre T 2 stärker
negativ als die Vorspannung C1 für die Röhre Tl. Dies trägt dazu bei, daß die Röhre T2 so vorgespannt
wird, daß ihr Anodengleichstrom abnimmt und ihre Steilheit erniedrigt wird, was andererseits ihren
Innenwiderstand als Generator erhöht. Die Wirkung dieses beträchtlichen Widerstandswechsels wird in bezug
auf Fig. 3 erklärt.
In Fig. 3 sind Gl und G2 die äquivalenten Generatorspannungen,
die auf die Röhren Tl und T2 einwirken, und Rl und R 2 sind die betreffenden inneren
Widerstände. Wenn, wie bereits beschrieben wurde, durch Erhöhung der Vorspannung G 2 dem stärkeren
Rauschen N2 entsprechend der Wert von R2 erhöht wird, wird der Anteil von G 2, der an den Ausgangsklemmen
X und Y erscheint, herabgesetzt, wenn R1
seinen ursprünglichen niedrigen Wert beibehält. Es ist zu bemerken, daß sich dies nur auf nicht miteinander
in Wechselbeziehung stehende Signale bezieht.
So kann man erkennen, daß es durch geeignete Propcwtionierung der Verstärkungen der Verstärker 13
und 23 (Fig. 1) und Einstellung der Betriebsbedingungen der Röhren Tl und T2 möglich ist, ihre Steilheit
difrercntiell zu steuern, um unter allen Umständen eine günstigste Überlagerung, hinsichtlich eines
schwachen Eauschens in der Ausgangsspannung, zu erhalten. Weiterhin hat diese Differentialsteuerung
mit Hilfe der Vorspannungen keine Wirkung auf die Signalamplitude, die durch identische Zeichen erzeugt
wird.
Wenn einer der Empfänger, z. B. 1, ein stärkeres Signal als dei andere empfängt, dann wird die der
Röhre T1 zugeführte Vorspannung geringer, und die Röhre 2" 1 bewirkt einen starken Stromfluß durch den
Widerstand 35, der eine hohe Vorspannung in der anderen Röhre erzeugt. Ein Empfangszweig, in dem ein
starkes Zeichen empfangen wird, bewirkt also, daß der Einfluß der Rauschkomponenten von den Empfangszweigen,
die schwache Signale empfangen, reduziert wird.
Um sicherzustellen, daß die nutzbaren Signale S an den ÜberlagerungsröhrenTl und T2 im wesent-
Claims (3)
1. Fadingminderndes Empfangssystem für den Empfang frequenzmodulierter Wellen, das nach
dem Diversity-Prinzip mit einer Mehrzahl von
Empfängern (1, 2) für unterschiedliche Übertragungswege arbeitet, wobei die Empfänger so
geregelt sind, daß sie weitgehend gleiche niederfrequente Signalausgangsspannungen (SI, S2)
liefern, so daß also die Rauschkomponienten (N 1, N 2) der Ausgangsspannungen etwa umgekehrt
proportional den jeweiligen Empfängereingangsspannungen sind, und bei dem ferner die Empfängerausgangsspannungen
additiv in einem Amplitudenverhältnis überlagert werden, das etwa umgekehrt proportional dem Amplitudenverhältnis
der entsprechenden Rauschspannungen ist, wobei die Beeinflussung der Amplituden der Signalspannungen
durch die Rauschspannungen in der Weise bewirkt wird, daß jedem Empfängerausgang
ein im wesentlichen nur Rauschspannungskomponenten enthaltendes Frequenzband entnommen
und nach Gleichrichtung als Gittervorspannung für Elektronenröhren der Überlagarungsschaltung
verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in derÜberlagarungsschaltung eine der Anzahl der Empfänger (1, 2) entsprechende
Anzahl von Verstärkerröhren (Tl, T 2) vorgesehen ist, von denen jede einem bestimmten
Empfänger zugeordnet ist, daß den Steuergittern (19, 29) dieser Röhren neben einer konstanten
Vorspannung die Ausgangs spannungen sowie die gleichgerichteten negativen Rauschspannungen der
jeweils zugeordneten Empfänger zugeführt werden, und daß diese Röhren einen gemeinsamen
Kathodenbelastungswiderstand (35) aufweisen, von dem die resultierende Ausgangs spannung des
Empfangssystems abgenommen wird.
2. Empfangssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine der Anzahl der Empfänger
entsprechende Anzahl zusätzlicher Steuerröhren (ΓΜ1, TM 2), von denen jede einem bestimmten
Empfangszweig zugeordnet ist, denen je eine durch Gleichrichtung der Rauschspannung in dem
zugehörigen Empfangszweig gewonnene Vorspannung in der Weise zugeführt wird, daß diese
Röhren eine wesentliche Dämpfung des gemeinsamen Ausganigssignals der Überlagerungsröhren
(Tl, T2) bewirken, sobald die Signale in allen Empfangszweigen gleichzeitig einen nutzbaren
Schwellenwert unterschreiten.
3. Empfangssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung durch eine
Röhre (TM) im Ausgangskreis der Überlagerungsröhren (Tl, T2) bewirkt wird, die durch Einwirkung
der Steuerröhren (TM1, TM2) entsperrt wird und dadurch eine Dämpfung des Ausgangssignals bewirkt, sobald die Steuerröhren (TM1,
TM 2) durch Zuführung entsprechend hoher negativer Vorspannungen gleichzeitig gesperrt sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 836 206, 869 360;
schweizerische Patentschrift Nr. 265 990;
französische Patentschrift Nr. 1 074 100.
Deutsche Patentschriften Nr. 836 206, 869 360;
schweizerische Patentschrift Nr. 265 990;
französische Patentschrift Nr. 1 074 100.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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