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Empfänger für phasenmodulierte Hochfrequenzschwingungen Die Erfindung
betrifft Empfänger für phasenmodulierte Hochfrequenzschwingungen und bezieht sich
insbesondere auf Einrichtungen zur selbsttätigen Frequenzregelung für solche Empfänger.
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Zur Scharfabstimmung eines Empfängers auf eine ankommende Grundfrequenz
sind Anordnungen zur selbsttätigen Frequenzregelung bekannt, die auf die Phasenbeziehung
zwischen dem einem Resonanzkreis zugeführten Signal und einem von dem Resonanzkreis
abgegebenen Signal ansprechen. Diese bekannten Schaltungen arbeiten derart, daß
dem Resonanzkreis ein Ausgangssignal entnommen wird, welches die gleiche Frequenz
wie das Eingangssignal hat, und daß aus dem Eingangssignal ein modulierendes Signal
abgeleitet wird, welches symmetrisch um eine bestimmte Phasenlage liegt. Es ist
auch bekannt, die vervielfachte Frequenz eines Hilfsgenerators mit der vervielfachten
Empfangsschwingung in der Phase zu vergleichen und eine Regelspannung zu bilden,
die durch Steuerung des Generators eine Nachstellung bewirkt. Die bekannten Schaltungen
sind nur bei Anwendung auf im wesentlichen sinusförmig verlaufende Modulationsspannungen
wirksam, da eine Unsymmetrie der Modulation den Pegel des Signals beein$ußt, das
dazu dient, den Empfänger abzustimmen.
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Gemäß der Erfindung ist der Empfänger für phasenmodulierte Hochfrequenzschwingungen,
dessen Demodulator die Empfangsschwingung und als Hilfsschwingung eine wieder auf
die Frequenz der Empfangsschwingung herabgeteilte Oberwelle der Empfangsschwingung
zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberwelle mittels eines Schwingkreises
hoher Güte unmittelbar an einer Stelle des Empfängers abgenommen ist, an welcher
Oberwellen der Empfangsschwingungen auftreten, und daß der Schwingkreis durch an
sich bekannte Mittel selbsttätig mittels einer Regelspannung auf die Frequenz der
Oberwelle abgestimmt ist, die von einer Phasenbrücke geliefert ist, der die Oberwelle
und die Empfangsschwingung zugeführt sind.
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In einer Ausbildungsform der Erfindung wird die Oberwelle nach einer
Begrenzerstufe entnommen. Zweckmäßig ist mit dem Schwingkreis hoher Güte ein Kathodenverstärker
verbunden, der über eine im Kathodenkreis liegende Induktivität mit dem Schwingkreis
rückgekoppelt ist.
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Nach einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung ist zwischen dem
Schwingkreis hoher Güte und der Phasenbrücke ein Begrenzer eingeschaltet.
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Die an sich bekannten Mittel zum Abstimmen des Schwingkreises hoher
Güte enthalten zweckmäßig einen im Kapazitätswert durch eine elektrische Spannung
steuerbaren Kondensator.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale des Erfindungsgegenstandes gehen
aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor, die in den Figuren
dargestellt sind.
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Fig. 1 zeigt eine Schaltung gemäß der Erfindung; Fig. 2 a bis 2 h
zeigen verschiedene Wellenzüge, die an einzelnen Punkten der Schaltung auftreten,
und Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines Empfängers gemäß der Erfindung.
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Der in Fig. 3 dargestellte Empfänger macht von dem Grundgedanken der
Erfindung Gebrauch und dient dazu, Nachrichten zu empfangen, die einer Trägerwelle
durch Phasenmodulation aufgedrückt sind. Der Empfänger enthält eine Empfangsantenne
10, welche die ankommende modulierte Trägerschwingung aufnimmt, die z. B. aus einem
sinusförmigen Signal besteht, das Phasenverschiebungen von 0, 120 und 240° gegenüber
einer Zeit 0 aufweist. Der Empfänger kann auch die Energie direkt von dem Sender
über ein koaxiales Kabel od. dgl. aufnehmen.
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Das von der Antenne 10 aufgenommene Signal wird der Empfängereingangsstufe
12 zugeführt. Diese Stufe 12 kann entsprechende Verstärker enthalten, welche den
Abfall der Signalamplitude auf dem 1Jbertragungsweg ausgleichen, und außerdem kann
ein Bandpaßfilter in der Stufe vorgesehen sein. Außerdem
kann die
Stufe 12 Einrichtungen zur Anpassung der Schaltung an die Antenne oder das Kabel
aufweisen, damit die übertragene Energie möglichst vollständig aufgenommen wird.
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Die modulierte Schwingung, die am Ausgang der Stufe 12 auftritt,
wird direkt einer Begrenzerschaltung 14 zugeführt und von dieser einem Phasendetektor
16
zugeleitet. Um die der Trägerschwingung aufmodulierte Information zu erhalten,
sind in der Empfängerschaltung Einrichtungen vorgesehen, die eine Empfangsschwingung
ableiten, deren Schwingungsverlauf gleich dem der Trägerwelle von der Modulation
ist.
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Um ein solches Bezugssignal abzuleiten, wird die Ausgangsschwingung
der Begrenzerstufe 14 einem Resonanzkreis 18 zugeführt, der weiter unten ausführlich
beschrieben und auf die dritte Oberwelle der Trägerfrequenz abgestimmt ist. Von
dem Resonanzkreis 18 wird die dreifache Frequenz einer Frequenzteilerschaltung
20 zugeführt. Die Teilerschaltung 20
kann eine übliche Zählerschaltung
sein, die in der Lage ist, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das eine Frequenz hat,
die nur ein Bruchteil der Eingangsfrequenz ist. Die Ausgangsspannung der Frequenzteilerschaltung
20 enthält eine Schwingung, die die gleiche Frequenz wie die Trägerwelle und eine
konstante Phase aufweist. Diese Schwingung wird, nachdem sie einen Phasenschieber
22 durchlaufen hat, als Bezugssignal innerhalb des Empfängers benutzt. Der Phasenschieber
22 enthält Schaltelemente, welche die Phase der Eingangsschwingung um 30° verschieben.
Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung der Teilerschaltung um 90° gegenüber dem
Eingangssignal verschoben, das eine der obengenannten Phasenlagen hat. Der Vergleich
des phasenverschobenen Bezugssignals der Stufe 22 mit den drei phasenmodulierten
Trägerschwingungen wird innerhalb des Phasendetektors 16 durchgeführt. Wenn das
Bezugssignal eine Phasenverschiebung von 90° gegenüber dem Eingangssignal hat, dann
ist die Ausgangsspannung des Phasendetektors 16 gleich Null. Die beiden anderen
Phasenlagen der Trägerschwingung geben andererseits positive bzw. negative Ausgangsspannungen.
Auf diese Weise erfolgt die übertragung der Information mit Hilfe von drei verschiedenen
Phasenlagen der Trägerschwingung.
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Die Schaltung des Resonanzkreises 18, der die Bezugsschwingung der
dreifachen Frequenz erzeugt, ist in Fig. 1 im einzelnen dargestellt. Sie enthält
einen Parallelresonanzkreis 24 mit einem Kondensator 26
und einer Spule
28. Eine Reihenschaltung mit einem festen Kondensator 30 und einem veränderlichen
Kondensator 32, dessen Aufgabe weiter unten erläutert wird, liegt parallel zu dem
Parallelresonanzkreis 24. Ein Widerstand 34 verbindet das eine Ende des Parallelresonanzkreises
24 mit dem Ausgang der Begrenzerstufe 14 (Fig. 3). Der Parallelresonanzkreis 24
hat eine hohe Güte Q_ und ist auf die dritte Oberwelle der von der Antenne 10 aufgenommenen
Frequenz abgestimmt. Dieser Resonanzkreis hoher Güte erzeugt ein Bezugssignal auch
während kurzer Unterbrechungen, die beim Empfang der Trägerschwingungen infolge
von Schaltvorgängen oder atmosphärischen Störungen auftreten können. Das Bezugssignal
läuft infolge des zyklischen Austauschs von Energie zwischen den induktiven und
kapazitiven Elementen des Resonanzkreises weiter.
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Die mit normalen Induktivitäten erreichbare Kreisgüte ist jedoch oft
nicht ausreichend, um eine günstige Betriebsweise zu erhalten, besonders wenn Störungen
in der Ionosphäre auftauchen und wenn starkes Rauschen vorhanden ist. Um daher die
effektive Kreisgüte des Resonanzkreises 24 zu erhöhen, sind Einrichtungen vorgesehen,
um das erzeugte Signal zu verstärken. Für diesen Zweck ist das eine Ende des Resonanzkreises
24 an die Steuerelektrode einer üblichen Triode 36 angeschlossen, die als Kathodenverstärker
geschaltet ist. Die Anode der Röhre 36 ist an den Pluspol B -I- einer Spannungswelle
angeschlossen; die Kathode liegt an dem anderen Ende des Resonanzkreises 24 über
eine Reihenschaltung mit einem Widerstand 38 und einer Spule 40, die induktiv mit
der Spule 28 gekoppelt ist.
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Die Röhre 36 verstärkt die dreifache Frequenz des Resonanzkreises
24; das an der Kathode der Röhre 36 auftretende verstärkte Signal hat die richtige
Phasenlage, um das an der Spule 28 auftretende Signal zu verstärken. Auf diese Weise
wird ein Teil des der Röhre 36 entnommenen Signals über die Spule 40 in richtiger
Phasenlage in dem Resonanzkreis 24 rückgekoppelt. Der Grad der Rückkopplung wird
durch den Widerstand 38 bestimmt.
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Infolge der Rückkopplung hat der Resonanzkreis 24 eine hohe Kreisgüte
Q, also eine sehr schmale Resonanzkurve. Um ein günstiges Verhalten und möglichst
hohe Empfindlichkeit zu erzielen, sind Einrichtungen vorgesehen, um den Parallelresonanzkreis
24 selbsttätig scharf auf eine Frequenz abzustimmen, die das Dreifache der Frequenz
des von der Antenne 10 aufgenommenen Signals ist. Diese Einrichtung kann
als Diskriminatorschaltung 42 ausgebildet sein, welche die Phase der Ausgangsschwingung
der Begrenzerstufe 14 mit der Phase der dreifachen Frequenz am Ausgang der Röhre
36 vergleicht und aus der Phasenbeziehung dieser Schwingungen ein resultierendes
Signal ableitet, welches dem Kondensator 32 zugeführt wird.
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Die Schwingung des Resonanzkreises 24 wird nach der Verstärkung in
der Röhre 36 einer Begrenzerschaltung zugeführt, welche zwei entgegengesetzt gepolte
und in Reihe geschaltete Dioden 44 und 46 enthält. Ein gemeinsamer Verbindungspunkt
zwischen den Dioden 44 und 46 ist an die Anode der Röhre 36 über einen Widerstand
48 sowie einen Kondensator 50 angeschlossen, während der andere gemeinsame Verbindungspunkt
zwischen den Dioden 44 und 46 an dem Verbindungspunkt zwischen der Spule
40 und dem Resonanzkreis 24 liegt.
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Das begrenzte Signal der Dioden 44 und 46 wird unmittelbar der Steuerelektrode
einer üblichen Triode 52 zur Verstärkung zugeführt. Das verstärkte Signal dreifacher
Frequenz der Röhre 52 wird direkt der Frequenzteilungsstufe 20 (Fig. 3) über einen
Kondensator 54 und einen Widerstand 56 zugeleitet. Die Schwingung dreifacher Frequenz,
die an der Anode der Röhre 52 auftritt, wird ferner der Steuerelektrode einer üblichen
Triode 58 zur weiteren Verstärkung zugeleitet. Die Rechteckschwingung dreifacher
Frequenz an der Steuerelektrode der Röhre 58 erzeugt einen rechteckig verlaufenden
Strom in der Primärwicklung eines Transformators 60, der in dem Anodenkreis
der Röhre 58 liegt, und dient zum Vergleich mit dem begrenzten Signal der Begrenzerstufe
14.
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Die Ausgangsspannung der Begrenzerstufe 14 wird in ähnlicher Weise
einer Steuerelektrode einer üblichen Triode 62 zur Verstärkung zugeführt. Ein
ähnlicher
Rechteckstrom wird in der Primärwicklung eines Transformators 64 erzeugt, der an
die Anode der Röhre 62 angeschlossen ist. Die Sekundärwicklungen der Transformatoren
60 und 64 sind in einer Phasendetektorschaltung miteinander verbunden, die in der
Lage ist, die Phase der Bezugsschwingung dreifacher Frequenz mit der der begrenzten
Schwingung des Schwingungskreises der Begrenzerschaltung 14 zu vergleichen. Zu diesem
Zweck sind die Enden der Sekundärwicklung des Transformators 64 an entsprechende
Pole entsprechender Dioden 66 und 68 angeschlossen. Die anderen Pole der Dioden
66 und 68 liegen an den gegenüberliegenden Enden eines in der Mitte angezapften
Widerstandes 70. Die Sekundärwicklung des Transformators 64 ist mit einer Mittelanzapfung
versehen; die Sekundärwicklung des Transformators 60 liegt zwischen dieser Mittelanzapfung
und der Mittelanzapfung des Widerstandes 70. Ein Kondensator 72 überbrückt
den Widerstand 70 und ist mit einer Belegung direkt an eine Belegung des Kondensators
32 angeschlossen, während die andere Belegung mit der anderen Belegung des Kondensators
32 über einen Widerstand 74 verbunden ist.
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Die Beziehung der verschiedenen Wellenzüge gemäß der Erfindung sind
in Fig. 2 a bis 2 h dargestellt. In Fig. 2 a ist die begrenzte Trägerfrequenzschwingung
der Begrenzerstufe 14 für den Fall einer Phasenverschiebung von 0° gegenüber dem
Zeitpunkt 0 dargestellt. Fig. 2b zeigt die begrenzte Schwingung dreifacher Frequenz,
die der Begrenzerschaltung entnommen wird, welche die Dioden 44 und 46 enthält,
wenn das Signal der Fig. 2 a dem Resonanzkreis 24 zugeführt wird.
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Die Schwingungen der Fig. 2 a und 2 b werden dem Diskriminator 42
zugeführt, und die Schwingung der Fig.2c wird dem Kondensator 72 beim Vergleich
dieser Signale entnommen. Der Kondensator 72 integriert das Signal der Fig.2c; das
Ergebnis dieser Integration ist, daß eine positive Gleichspannung dem Kondensator
32 zugeführt wird.
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Der Kondensator 32 hat eine in Abhängigkeit von Schwankungen einer
zugeführten Gleichspannung veränderliche Kapazität und besteht vorzugsweise aus
Plättchen eines nichtlinearen Dielektrikums, z. B. Bariumtitanat, die zwischen zwei
Metallplatten angeordnet sind, denen die Gleichspannung als Vorspannung zugeführt
wird. Der Kondensator 32 kann auch aus einer in Gegenrichtung vorgespannten Flächendiode,
aus einer Neonröhre, die zwischen zwei Metallplatten liegt, oder anderen Vorrichtungen
bestehen, z. B. einer üblichen Reaktanzröhrenschaltung, die alle an sich bekannt
sind und bei einer Veränderung der Gleichspannung eine Veränderung der Kapazität
ergeben.
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Es ist klar, daß Veränderungen der Kapazität des Kondensators 32 die
Abstimmung des Resonanzkreises 24 beeinflussen. Auf diese Weise wird der Resonanzkreis
24 genau auf die dreifache Frequenz des von der Begrenzerschaltung 14 zugeführten
Signals abgestimmt, wenn die Schwingungen der Fig. 2 a und 2 b dem Diskriminator
42 zugeführt werden.
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Um die Wirkungsweise der Schaltung bei einer Phasenverschiebung des
Signals der dreifachen Frequenz gegenüber dem Eingangssignal zu erläutern, wird
auf die Fig. 2 b bis 2 h Bezug genommen. Fig. 2 d zeigt eine Phasenverschiebung
von 90° der Schwingung dreifacher Frequenz gegenüber der in Fig.2b dargestellten
Lage. Eine Zuführung dieser Schwingang und der in Fig. 2 a dargestellten Schwingung
erzeugt am Diskriminator 42 eine Schwingung 2e, die dem Kondensator 72 zugeführt
wird. Die Integration der Schwingung der Fig. 2 e ergibt die Spannung 0.
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Fig.2f zeigt eine Phasenverschiebung von 180° der Schwingung dreifacher
Frequenz gegenüber der in Fig.2b dargestellten Lage. Wenn eine derartige Schwingung
zusammen mit der Schwingung der Fig. 2 a. dem Diskriminator 42 zugeführt
wird, so ergibt sich eine Schwingung, die in Fig. 2 g dargestellt ist, die nach
der Integration durch den Kondensator 72 eine negative Gleichspannung ergibt.
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Fig. 2 h zeigt die integrierte Ausgangsspannung am Kondensator 72,
wenn das Bezugssignal dreifacher Frequenz kontinuierlich in seiner Phase gegenüber
der ursprünglichen Phasenlage nach Fig. 2b verschoben wird. Man erkennt, daß die
Schwingungsform der Fig.2h sich jeweils nach 120° gegenüber der in Fig. 2 a dargestellten
Grundschwingung wiederholt.
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Das Eingangssignal kann daher in der Phase um 120° verschoben werden,
wie es bei der Anordnung nach Fig. 3 geschieht, ohne daß eine Änderung am Ausgang
der Diskriminatorschaltung eintritt. Die drei Punkte, die eine Phasenverschiebung
von 0, 120 und 240° des Eingangssignals darstellen, sind in Fig. 2h mit
A, B und C bezeichnet.
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Es ist klar, daß die Kapazität des Kondensators 32 sich in Abhängigkeit
von einer Phasenverschiebung zwischen der Eingangsschwingung, die von der Begrenzerschaltung
14 herkommt, und der Schwingung dreifacher Frequenz, die an der Anode der Röhre
52 auftritt, kontinuierlich ändert. Die von der Diskriminatorschaltung 42 erzeugte
Gleichspannung kann daher dazu benutzt werden, um den Resonanzkreis 24 auf die dreifache
Frequenz des an der Antenne 10 empfangenen Signals genau abgestimmt zu halten.
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Die Erfindung wurde in Verbindung mit Schaltungen beschrieben, bei
denen Eingangssignale mit einer Phasenverschiebung von 0, 120 und 240° auftreten.
Es ist jedoch klar, daß die beschriebene Anlage sich auch bei übertragungsanlagen
anwenden läßt, die mit Phasenverschiebung arbeiten und bei denen das Eingangssignal
multipliziert und dann durch eine beliebige ungradzahhge ganze Zahl geteilt wird,
um ein Bezugssignal zum Vergleich mit dem Eingangssignal zu erzeugen.