DE1112557B

DE1112557B - Nach dem Verschiedenheitsverfahren arbeitende radioelektrische Empfangsanlage

Info

Publication number: DE1112557B
Application number: DEC18250A
Authority: DE
Inventors: Paul Mandel
Original assignee: CIE GENERALE D ELECTRICITE SOC; Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: CIE GENERALE D ELECTRICITE SOC; Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1958-02-17
Filing date: 1959-01-21
Publication date: 1961-08-10
Also published as: NL105714C; GB870648A; FR1191628A; US3031569A; NL236166A

Description

Es ist bekannt, daß die Signale in Funksprecheinrichtungen, die mit Hertzschen Wellen arbeiten und bei denen die Wellen zwischen Sender und Empfänger mehrere Wege verschiedener Länge benutzen können, Intensitätsschwankungen unterliegen, die auf die verschiedenen Phasendifferenzen zurückzuführen sind, die zwischen den Wellen bestehen, die sich auf verschiedenen Wegen fortgepflanzt haben. Um die Auswirkungen derartiger Änderungen, die zum völligen Verschwinden des Signals führen können, abzuschwächen, kann man bekanntlich die Signale ein und derselben Information auf zwei oder mehr Übertragungswegen empfangen, die so angeordnet sind, daß keine merkliche Wechselbeziehung zwischen den Pegeländerungen der auf diesen Wegen empfangenen Signale besteht. So kann man zu diesem Zweck beispielsweise zwei oder mehr Empfangsantennen benutzen, von denen jede einzelne von der oder den anderen um eine bestimmte Strecke entfernt ist, oder man kann mit demselben Signal mehrere Trägerwellen modulieren, deren Frequenzen weit genug auseinander liegen. Dieses Verfahren ist unter der Bezeichnung/>Versehiedenheiteverfahren« bekannt.

Am Ausgang der Empfänger kann man die Signale auf verschiedene Weise verwerten; man kann beispielsweise nur das beste Signal behalten, d. h. dasjenige, welches den größten Verhältniswert Signal zu Grundgeräusch aufweist, und dieses selbsttätig auswählen; man kann aber auch auf permanente Weise die Signale der verschiedenen Empfangskanäle kornbinieren. Das zuletzt erwähnte Verfahren liefert besonders vorteilhafte Ergebnisse, weil es nicht nur die Empfangssicherheit erhöht, sondern auch gestattet, ein resultierendes Signal zu gewinnen, dessen Verhältnis Signal zu Grundgeräusch größer ist als das größte Verhältnis Signal zu Grundgeräusch der einzelnen auf den verschiedenen Wegen empfangenen Signale. Es vermeidet außerdem vorübergehende störende Erscheinungen, die beim Umschalten auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die das eine oder andere dieser beiden Empfangsverfahren verbessert.

Es ist bekannt, daß die Vergrößerung des Verhältnisses Signal zu Grundgeräusch, die das Verfahren der kontinuierlichen Kombination ermöglicht, auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß einerseits die Leistung der Geräusche, anderseits die Amplituden der Signale sich addieren, wenn keinerlei Korrelation zwischen den Geräuschen besteht, was dann der Fall ist, wenn sie hauptsächlich aus den Geräuschen am Eingang der Empfänger bestehen.

Genauer gesagt, man kann durch passende Wahl

Nach dem Verschiedenheitsverfahren
arbeitende radioelektrische Empfangsanlage

Anmelder:

Compagnie Generale d'Electricite Soc. An., Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Leinweber, Patentanwalt,
München 2, Rosental 7

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 17. Februar 1958 (Nr. 758 433/58)

Paul Mandel, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

des Verstärkungsgrades der in den verschiedenen Kanälen benutzten Verstärker erreichen, daß das Leistungsverhältnis von Signal zu Grundgeräusch gleich der Summe der Leistungsverhältnisse von Signal zu Grundgeräusch in den verschiedenen Kanälen ist.

Ein wissenschaftlicher Beweis für diese bemerkenswerte Erscheinung ist in einer Notiz von D. G. Brennan im Oktoberheft 1955 der Zeitschrift »Proceedings of the IRE« auf S. 1530 zu finden. Der Verfasser stellt eindeutig fest, daß die Spannungsverstärkungen für die verschiedenen kombinierten Wege umgekehrt proportional der Leistung des Grundgeräusches des betreffenden Weges und direkt proportional der Quadratwurzel aus dem quadratischen Mittelwert des Signals abhängig von der Zeit sein müssen.

Werden die Pegel der empfangenen Signale vor der Kombination so gesteuert, daß sie auf den zugehörigen Wegen die gleiche Amplitude haben, dann ist das Ergebnis einfacher; man kann dann in jeden Kanal ein Stromkreiselement, den sogenannten »Folgeschalter« (Kombinator), einfügen, dessen Verstärkungsgrad umgekehrt proportional der Geräuschleistung des betreffenden Kanal ist. Die Gleichheit der Amplituden der in den verschiedenen Kanälen empfangenen Signale ist in den Frequenzmodulations-Einrichtungen im allgemeinen befriedigend und kann in den Einrichtungen zur Amplitudenmodulation durch Anwendung bekannter Schaltanordnungen erreicht werden.

Die Vorrichtung nach der Erfindung betrifft eine Empfangseinrichtung, die von dem Versehiedenheits-

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verfahren Gebrauch macht für den Fall, daß das Verhältnis der Amplituden der demodulierten Signale zueinander am Ausgang der Empfänger konstant ist. Die Vorrichtung bezweckt, zuerst Spannungen zu liefern, die nur von den Verhältnissen der Geräuschleistungen abhängen.

In den Fällen, in denen man das Verfahren der permanenten Kombination von ρ Signalen benutzt, dienen diese Spannungen als Steuerspannungen für einen Folgeschalter, der ρ Verstärker für die Signale der verschiedenen Wege vereinigt, wobei die veränderlichen Verstärkungsgrade dieser Verstärker nur von den genannten Steuerspannungen abhängen und im umgekehrten Verhältnis zu den Geräuschleistungen auf den genannten Wegen stehen.

Für den Fall, daß man das Verfahren in der Weise benutzt, daß man den besten Weg aussucht, dienen diese Spannungen als Steuerspannungen für einen »Folgeschalter«, der ρ Eingänge besitzt, die an die miteinander verbundenen Wege angeschlossen sind, und eine Wählvorrichtung benutzt, deren Arbeitsweise nur von diesen Steuerspannungen abhängt und in an sich bekannter Weise so betrieben wird, daß er an den gemeinsamen Ausgang denjenigen der ρ Kanäle anschließt, in welchem das Verhältnis Signalstärke zu Geräuschstärke am größten ist. ;V, >-.-<-,.■

Es sind bereits nach dem Verschiedenheits-verfahren arbeitende radioelektrische Empfangseinrichtungen bekannt mit zwei verschiedenen Empfängern, an deren Ausgang jeweils ein Filter geschaltet ist, das die Trennung der Signalspannung und der Geräuschspannung erlaubt. Die Signalspannung des einen Kanals und die Steuerspannung, die durch Verstärkung und Gleichrichtung der Geräuschspannung dieses Kanals ausgesandt wird, werden an das Gitter einer Elektronenröhre eines Folgeschalters gelegt. Die Signalspannung des anderen Kanals und eine Steuerspannung, die auf die gleiche Weise von der Geräuschspannung des anderen Kanals ausgeht, werden an das Gitter einer zweiten Elektronenröhre dieses Folgeschalters gelegt. Ein einziger Endempfänger ist dabei in den gemeinsamen Ausgangskreis dieser beiden Röhren des Schalters angeordnet. Die von jedem Kanal beeinflußte Verstärkung des Folgeschalters ist der Differenz der auf diese Weise angelegten Steuerspannungen proportional.

Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art werden die an das Gitter jeder Röhre des Schalters gelegten Steuerspannungen durch getrennte Verstärkung der Geräuschspannungen jedes Kanals gewonnen, so daß jedes Gitter lediglich die von dem entsprechenden Kanal ausgehende Spannung erhält. Daraus ergibt sich, daß die Ausgangsspannung des Schalters

ίο endgültig der Differenz zwischen den Geräuschspannungen der beiden Kanäle proportional ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt demgegenüber Mittel, mit deren Hilfe erreicht wird, daß die Differenz der Steuerspannungen der Gitter der Elektronenröhren des Folgeschalters dem Verhältnis der Geräuschspannungen der beiden Kanäle proportional ist, wodurch in dem Endempfänger ein optimales Signal-Geräusch-Verhältnis sichergestellt wird. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Mittel zur Trennung der Geräuschsignale am Ausgang jedes Empfängers Bandfilter sind, die auf verschiedene Frequenzen für jeden Empfangskanal eingestellt sind, daß die Mittel zur Verstärkung, die an den Ausgang dieser Filter geschaltet sind, durch einen beiden Kanälen gemeinsamen linearen Verstärker mit konstanter Ausgangsleistung gebildet sind und daß am Ausgang dieses gemeinsamen Verstärkers jeweils Filter angeordnet sind, die auf dieselbe Frequenz abgestimmt sind wie die Filter am Ausgang der Empfänger, um die Geräuschsignale der verschiedenen Kanäle von neuem zu trennen, damit die Geräuschspannungen, die am Ausgang jedes dieser Filter gleichgerichtet und an die Gitter der Elektronenröhren gelegt sind, dem Verhältnis zwischen der Geräuschleistung jedes dieser Kanäle und der Geräuschgesamtleistung der beiden Kanäle proportional sind. Der gemeinsame Verstärker muß eine gute Linearität aufweisen, damit die Geräuschspannungen der verschiedenen Kanäle alle denselben Verstärkungsgrad haben. Unter diesen Voraussetzungen und unter Bezeichnung der Ausgangsleistung des genannten Verstärkers mit C genügen die Leistungen der Störgeräusche der verschiedenen Kanäle am Ausgang des Verstärkers den Gleichungen:

N₁' =

C-N,

JV₁-J- N₂ + ... N_p

• N ' =

C-N_n C-N₁,

N₁ +N₂ + . ..N_n N₁ + N₂ + ...N₁,

N₁, N₂,... N„ bezeichnen die Energieinhalte (Lei- 50 und N₁, N₂' ... NJ die Energieinhalte (Leistungen) stungen) der Geräusche der ausgewählten Kanäle der entsprechenden Störgeräusche am Ausgang des gell, 2 ... ρ am Eingang des gemeinsamen Verstärkers meinsamen Verstärkers.

Nach Trennung mit Hilfe von Filtern erhält man durch quadratische Gleichrichtung Steuerspannungen, die proportional N₁',... N_p' sind und folgenden Gleichungen genügen:

U₁ =

CN₁

N₁ + N, J-... +

CN» CN_n

N₁ + N₂ + ... + N_n N₁ +N₂ + ...N₁,

In dem folgenden Beispiel, welches den Rahmen der Erfindung in keiner Weise einschränken soll, sondern lediglich die Wirkungsweise der Vorrichtung nach der Erfindung leichter verständlich machen wird, ist die Anwendung der Erfindung für den Fall einer Anlage beschrieben, die nach dem Verschiedenheitsprinzip bei permanenter Kombination zweier Kanäle arbeitet.

Die Anwendung der Vorrichtung nach der Erfindung auf eine Anlage mit einer beliebigen Anzahl von Kanälen würde offensichtlich durch aufeinanderfolgende Gruppierungen von Kanalpaaren erfolgen müssen. Bei drei Kanälen liefert beispielsweise die Zusammenschaltung der beiden ersten Kanäle ein resultierendes Signal, bei dem das Verhältnis Signal zu Störgeräusch gleich der Summe der Verhältnisse

Signal zu Störgeräusch der beiden Kanäle ist. Verbindet man nun dieses resultierende Signal mit dem Signal des dritten Kanals, nachdem die Signale alle auf den gleichen Pegel angehoben worden sind, dann erhält man ein neues Signal, dessen Verhältnis Signal 5 zu Geräusch gleich der Summe der Verhältnisse Signal zu Geräusch der drei Kanäle ist. Dieses Resultat ist offensichtlich für jede beliebige Anzahl von Empfangskanälen ganz allgemein gültig, ganz gleich, wie sie zusammengestellt sind, weil die Verhältnisse Signal zu Störgeräusch sich immer ergänzen müssen, vorausgesetzt, daß die Signale bei identisch gleich hohem Pegel kombiniert werden.

Die Figuren der Zeichnung zeigen ein Beispiel für eine Empfangsanlage mit zwei Kanälen.

Fig. 1 ist ein Gesamt-Blockschaltbild; Fig. 2 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit für die Frequenzbänder, bei denen die Störgeräuschspannungen abgenommen sind, und

Fig. 3 zeigt den Verlauf der Steuerspannung des Kombinationsverstärkers in Abhängigkeit von dem Logarithmus des Verhältnisses der Geräuschleistungen in den beiden Übertragungskanälen.

In Fig. 1 bezeichnen R₁ und R₂ die Empfänger der beiden Kanäle, deren Ausgangssignale auf den gleichen Pegel eingeregelt werden. Die Information besteht beispielsweise aus den Signalen der Gesamtheit aller Kanäle einer Mehrf achübertragungsanlage und nimmt für jeden der beiden Empfänger ein und dasselbe Frequenzband ein, das sich von F₁ bis F₂ Hertz erstreckt.

Am Ausgang jedes Empfängers sind zwei Kreise in Parallelschaltung vorgesehen: Der eine Kreis dient zur Übertragung des Signals und führt über einen Kondensator^ (oder K₂) zu dem Gitter G₁ (oder G₂) einer der Röhren L₁ (oder L₂), die einen Folgeschalter mit Verstärker (Kombinationsverstärker) bekannter Bauart bilden; der andere Stromkreis dient unter Zuhilfenahme des Bandfilters F₁ (oder F₂) zur Auswahl des Geräusches.

Die Fig. 2 zeigt die relative Lage der Bandpässe F₃-F₁ und F₅-F_g der Filter F₁ und F₂ zu dem Signalband F₁-F₂. Die Lage und die Breite der Bänder F^-F₁ und F₅-F₆ sind so gewählt, daß die in diesen Bändern entnommenen Geräuschleistungen proportional der Geräuschleistung in dem Signalband sind.

Die Geräuschspannungen, die von den FiItQTaF₁ und F₂ ausgehen, werden auf einen gemeinsamen Verstärker V gegeben. Dieser Verstärker enthält einen Stromkreis für automatische Verstärkungsregelung mit einem Detektor D, der gegebenenfalls mit einem Hilfsverstärker V₁ verbunden sein kann. Die so geschaffene Einrichtung zur Verstärkungsregelung ist genau genug, um im Bereich normaler Verwendung der Anlage die Ausgangsleistung des Verstärkers V konstant zu halten.

Wie bereits ausgeführt, muß der Verstärker V eine ausreichende Linearität haben, damit die am Ausgang erscheinenden Störgeräuschleistungen für die Empfangskanäle im gleichen Verhältnis zueinander stehen wie die von den Filtern ausgewählten Geräuschleistungen.

Am Ausgang des Verstärkers V werden die Geräuschspannungen durch die Filter F₁' und F₂' voneinander getrennt, deren Bandpässe die gleichen sind wie diejenigen der Filter F₁ und F₂.

Es ergeben sich also für die Leistungen, die den in den Kanälen 1 und 2 ausgewählten Grundgeräuschen entsprechen, am Ausgang des Verstärkers V folgende Werte:

JV₁' =

CN,

₁ +N₂

und N' =

CN,

N₁ +N₂

Quadratische Detektoren D₁ und D₂ sind an den Ausgang der Filter F₁' und F₂' angeschlossen und liefern folgende Spannungen:

CN₁ N₁ +N₂

und U., =

CN₂ N₁ +N₂

die nur von den Verhältnissen der Geräuschleistungen abhängen.

Diese beiden Spannungen werden nun über die Widerstände ρ₁ und ρ₂ an die Gitter G₁ und G₂ der Röhren L₁ und L₂ des Kombinationsverstärkers angeschlossen, der beispielsweise so aufgebaut sein kann wie der in einem Aufsatz von Mark in der Zeitschrift »Proceeding of the IRE«, Oktober 1955, S. 1287 und 1288, beschriebene Verstärker. Die Kathoden der Röhren L₁ und L₂ liegen beide an einer Belastungsimpedanz ρ.

Die Schaltanordnung ist so aufgebaut, daß die Gewinne der beiden Kanäle nach Verstärkung durch die Röhren L₁ und L₂ nur von der Differenz der Spannungen U₁ und U₂ am Ausgang der Detektoren D₁ und D₂ abhängen. Diese Spannung hat den Betrag

E= U₁-

-U₂ = C

„ N,-N.

1 —

N₁ +N₂

2

= C

N₁

und ihre Änderung in Abhängigkeit von dem Logarithmus des Verhältnisses der Geräuschleistungen ist in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt.

Diese Spannung ist für N₁ = N₂ Null und ist gleich + C für

und sie ist gleich — C" für

1 N₁
log —- = — ου .
N₂

Die Polaritäten von EZ₁ und U₂ sind so gewählt, daß die Verstärkung des Kombinationsverstärkers eines jeden Kanals mit zunehmender Geräuschleistung des betreffenden Kanals abnimmt.

Der Folgeschalter (Kombinationsverstärker) liefert gleiche Verstärkungen in den beiden Kanälen, wenn N₁ = N₂ (E = 0), und er hebt die Verstärkung desjenigen der beiden Kanäle auf, dessen Geräuschleistung erheblich über derjenigen des anderen Kanals hegt (E = ± C).

Auf diese Weise kann man für den Kombinationsverstärker diejenige Verstärkung erreichen, welche für die kombinierten Signale das beste Verhältnis Signal zu Geräusch liefert. Tatsächlich entfernt sich dieses Verhältnis Signal zu Geräusch für beliebige Verhältnisse der Geräuschleistungen nicht merklich von seinem optimalen Wert, weil sich die Verstärkungsgrade des Kombinationsverstärkers mit den Steuerspannungen ganz gleichförmig ändern.

Es ist leicht einzusehen, daß die Vorrichtung nach der Erfindung in einer Schaltanordnung verwendet

werden kann, die nach dem V-ersehiedenheHS%^rfahren durch Auswahl des besten Kanals arbeitet. Die Verstärker für permanente Kombination, deren Verstärkungsgrade eine stetige Funktion der Steuerspannungen sind, werden in diesem Falle durch Organe ersetzt, die zwei Schaltzustände einnehmen können: einen Übertragungszustand und einen Sperrzustand; außerdem können sie bei bestimmten Werten der Steuerspannung ganz plötzlich von dem einen Betriebszustand in den anderen kippen.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Nach dem V-ejFseMiedenlielisYerfahren arbeitende radioelektrische Empfangsanlage mit wenigstens zwei Kanälen, für die jeweils ein Empfänger, Mittel zur Trennung, Verstärkung und Gleichrichtung der Geräuschspannungen am Ausgang dieses Empfängers sowie eine Elektronenröhre vorgesehen sind, an deren Gitter die von jedem Empfangskanal ausgesandten Signale wie auch die getrennten, verstärkten und gleichgerichteten Geräuschspannungen gelegt sind, wobei ein einziger Endempfänger in den gemeinsamen Kathodenkreis dieser Röhren derart eingeschaltet ist, daß die Verstärkungen der letzteren von der Differenz

der an ihre Gitter gelegten gleichgerichteten Geräuschspannungen abhängen, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mittel zur Trennung der Geräuschsignale am Ausgang jedes Empfängers Bandfilter (F₁, F₂) sind, die auf verschiedene Frequenzen für jeden Empfangskanal eingestellt sind, daß die Mittel zur Verstärkung, die an den Ausgang dieser Filter geschaltet sind, durch einen beiden Kanälen gemeinsamen linearen Verstärker (F) mit konstanter Ausgangsleistung gebildet sind und daß am Ausgang dieses gemeinsamen Verstärkers jeweils Filter (F₁', F₂') angeordnet sind, die auf dieselbe Frequenz abgestimmt sind wie die Filter am Ausgang der Empfänger, um die Geräuschsignale der verschiedenen Kanäle von neuem zu trennen, damit die Geräuschspannungen, die am Ausgang jedes dieser Filter gleichgerichtet (über D₁, D₂) und an die Gitter der Elektronenröhren (L₁, L₂) gelegt sind, dem Verhältnis zwischen der Geräuschleistung jedes dieser Kanäle und der Geräuschgesamtleistung der beiden Kanäle proportional sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 836 206.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 677/146 8.61