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Verfahren zur Interferenzvernxinderung bei Richtfunksystemen Die Erfindung
bezieht sich insbesondere auf ein mit Frequenzmodulation geringen Modulationsindexes
arbeitendes Richtfunksystem, das insbesondere zur Vielkanalübertragung bestimmt
ist und bei dem die Übertragung mittels eines einzigen Frequenzpaares in beiden
Richtungen über wenigstens eine mit Frequenzumsetzung arbeitende Zwischenstation
erfolgt. Unter einem geringen Modulationsindex wird hierbei verstanden, daß das
Verhältnis A f : f kleiner als 1 oder höchstens in der Größenordnung von
1 ist, wobei A f den Frequenzhub der Modulationsfrequenz f bedeutet.
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Richtfunksysteme mit einem einzigen Frequenzpaar werden aus Gründen
der Frequenzersparnis benutzt und haben häufig den in der F i g. 1 schematisch dargestellten
Aufbau. In der einen Endstelle I ist der Sender S der einen Verkehrsrichtung zusammen
mit dem Empfänger E der anderen Verkehrsrichtung über eine Antennenweiche W mit
einer gemeinsamen Richtantenne A, beispielsweise einer Parabolspiegelantenne, verbunden.
Der Verkehr mit einer Endstelle II, die gleichartig aufgebaut ist, erfolgt über
wenigstens eine Zwischenstation Z, die für jede Übertragungsrichtung einen Empfänger
und einen Sender umfaßt. Auch hier werden - von den Richtantennen A aus - der jeweilige
Empfänger und Sender der beiden Übertragungsrichtungen über Weichen W zusammengefaßt.
Der Empfänger besteht meist aus einem Frequenzumsetzer U bzw. U',
deren
jeder aus Gründen der Betriebssicherheit aus einem gesonderten Umsetzoszillator
O bzw. O' gespeist wird. An den Ausgang der Umsetzer U, U' sind Sendeverstärker
SV bzw. STV' angeschaltet. Nimmt man beispielsweise an, daß von der Endstelle I
aus mit einer mittleren Frequenz von 4000 MHz gesendet wird, so wird die Frequenz
des Umsetzoszillators O meist derart gewählt, daß die Ausgangsfrequenz f 2 der Zwischenstelle
Z hiergegen etwa um 100 oder 200 MHz versetzt ist. In der Endstelle wird mit der
Frequenz f 1' gesendet, die möglichst gleich der Frequenz f 1 sein soll. Diese Frequenz
f 1' wird dann in der Zwischenstelle Z mittels U', O' in die Frequenz
f 2' umgesetzt, die wenigstens nahezu mit der Frequenz f 2 übereinstimmt.
In einer derartigen Richtfunkanlage zeigt sich, daß - wegen der endlichen Antennenrückdämpfung
-beispielsweise die von der Endstelle II ausgesendeten Wellen mit der Frequenz f
1' und die Wellen mit der Frequenz f 1 in dem Empfänger der Zwischenstelle Z zur
Bildung einer Interferenz Anlaß geben. Das beruht darauf, daß die Frequenzen
f 1 und f 1' infolge der in den Endstellen vorgesehenen Oszillatoren
und der aus Gründen der Betriebssicherheit getrennten Umsetzoszillatoren O, O' nicht
absolut übereinstimmen. Diese Interferenz zeigt sich besonders dann sehr ausgeprägt,
wenn mit niedrigem Modulationsindex gearbeitet wird, was darauf beruht, daß dann
der überwiegende Teil der zur Aussendung gelangenden Hochfrequenzenergie im Träger
enthalten ist; denn vor allem die Interferenz zwischen diesen ist in den Ausgängen
der Demodulatoren der beiden Endstellen I und 1I störend feststellbar. Es wäre an
sich naheliegend, diese Schwierigkeiten, die durch die Interferenzbildung entstehen
- die Interferenz kann sich nämlich im Nutzband als Dauerton (der gegebenenfalls
langsam seine Frequenz ändert) sehr störend auswirken -, dadurch zu vermindern,
daß mit hohem Modulationsindex gearbeitet wird, da dann die Trägerleistung bei richtiger
Wahl des Modulationsindexes wesentlich geringer ist. Dieser Weg ist in der Praxis
indes deshalb nachteilig, weil mit der Erhöhung des Modulationsindexes gleichzeitig
eine wesentliche Erhöhung des Frequenzhubes verbunden ist, die insbesonder bei Vielkanalsystemen
zu einem Wert führen würde, der mit einfachen Mitteln nicht mehr zu beherrschen
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Amplituden der durch
Trägerinterferenz auftretenden Störprodukte wesentlich zu vermindern.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zumindest
einer der Hochfrequenzträger mit wenigstens einer außerhalb des Nutzbandes gelegenen
Frequenz zusätzlich in der Phase oder Frequenz und mit hohem Modulationsindex moduliert
wird.
Zweckmäßig wird die zur zusätzlichen Modulation dienende Frequenz
derart niedrig gewählt, daß sie unterhalb des Nutzbandes liegt. Eine hierfür beispielsweise
geeignete Frequenz ist die im allgemeinen immer zur Verfügung stehende Netzfrequenz
von etwa 50 Hz. Die zusätzliche Modulation kann indes auch mit Vorteil durch eine
hinsichtlich ihres Frequenzspektrums außerhalb des Nutzbandes liegende Rauschspannung
oder eine hierzu hinsichtlich des Frequenzspektrums ähnliche Spannung erfolgen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß - wie bereits dargelegt
- die Interferenzbildung beim einleitend geschilderten Fall nur insoweit störend
ist, als sie zwischen den Trägern auftritt, da bei niedrigem Modulationsindex in
diesem der überwiegende Anteil der Hochfrequenzenergie enthalten ist. Das zur Vermeidung
einer merklichen Störung durch Interferenzbildung zu fordernde Verhältnis der in
dem jeweiligen Empfängereingang interferierenden Wellen muß etwa in der Größenordnung
von 80 Dezibel (db) liegen; ein Wert, der allein durch Erhöhung der Antennenrückdämpfung
in der Praxis praktisch nicht oder nur mit extrem hohem Aufwand erreichbar ist.
Man kommt zur Zeit wegen der sich immer bemerkbar machenden Reflexionen in der Antennenumgebung
bestenfalls auf Werte von etwa 75 db, jedoch nur mit großem Aufwand. Wenn es jedoch
gelingt, die Amplitude der Interferenzschwingung weiterhin zu schwächen, so erniedrigt
sich dieser Wert auf z. B. 80 db, und man kommt in Größenordnungen der Antennenrückdämpfung,
die noch bequem beherrscht werden können. Eine derartige Verminderung der Interferenzamplitude
läßt sich indes, wie der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen gezeigt haben,
dadurch erreichen, daß die Trägerleistung nicht auf eine einzige Frequenz konzentriert,
sondern auf ein breites Frequenzband verteilt wird. Das ist nach der Lehre der Erfindung
dadurch möglich, daß die Wellen in der Endstelle vor der Aussendung zusätzlich frequenzmoduliert
werden, und zwar mit hohem Modulationsindex.
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Die Trägerleistung wird über ein größeres Frequenzband verteilt, aus
dem der eigentliche Träger amplitudenmäßig betrachtet nicht mehr störend hervortritt.
Nimmt man beispielsweise an, daß die zusätzliche Frequenzmodulation mit 50 Hz und
einem Frequenzhub von 20 kHz erfolgt, so erhält man einen Modulationsindex von 400
und dementsprechend eine ziemlich gleichmäßige Verteilung der Trägerleistung über
ein Frequenzband von ± 20 kHz beidseitig der ursprünglichen Trägerfrequenz.
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Ein Frequenzhub von ± 20 kHz bewirkt in einem Breitbandsystem, das
z. B. einige Megahertz Spitzenhub hat, keine wesentliche Verringerung des Aussteuerbereiches
und macht sich somit hinsichtlich der Bemessung des Aussteuerbereiches des Richtfunksystems
nicht störend bemerkbar.
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Der gleiche Erfolg läßt sich erzielen, wenn ein vorzugsweise schmales
Rauschband gleichen Effektivwertes mit tiefliegender Mittenfrequenz verwendet wird.
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Legt man einer Rechnung zugrunde, daß das Richtfunksystem für Telefoniekanäle
üblicher Bemessung (0,3 bis 3,4 kHz) ausgelegt ist, so wird bei einem zusätzlichen
Frequenzhub von ± 20 kHz in beiden Endstellensendern die auftretende Interferenz
um etwa 13 db in der Amplitude vermindert, und da die der Interferenz dann entsprechende
Störleistung in den Einzelkanälen gleichmäßig verteilt ist, gewinnt man noch zusätzlich
3 db durch die Geräuschbewertung. Die Forderungen an die Antennenrückdämpfung vermindern
sich also in dem als Beispiel erwähnten Fall um wenigstens 16 db, und man erhält
für die Antennenrückdämpfung Werte, die sich in der Praxis einfach realisieren lassen.
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In der F i g. 2 ist beispielsweise gezeigt, wie die zusätzliche Modulation
erfolgen kann. Die Anordnung nach F i g. 2 stellt daher einen Endstellensender S
nach F i g. 1 dar. Sie umfaßt einen Modulator M und einen Senderendverstärker
V. Der Modulator M wird von dem die sehr kurzen elektromagnetischen Wellen
abgebenden Oszillator Os gespeist und enthält eine Zuführung 1 für die Einspeisung
der die zu übertragenden Nachrichten enthaltenden Modulation und eine weitere Zuführung
2, über die die Spannung zur zusätzlichen Frequenz- bzw. Phasenmodulation zugeführt
wird. Die Modulationsschaltung M kann in an sich bekannter Weise ausgebildet sein,
also beispielsweise aus einer Reaktanzröhrenschaltung oder aus einem beliebigen
Phasenmodulator od. dgl. bestehen. Zur Modulation können die über die Zuleitungen
1 und 2 zugeführten Spannungen in Reihe oder parallel eingespeist werden. Es ist
auch möglich, den Modulator M mehrstufig aufzubauen und beispielsweise in der einen
Stufe die Modulationszuleitung 1 und in einer anderen Stufe die Modulationszuleitung
2 einzuschleifen. Der Senderendverstärker V dient zur Verstärkung der frequenz-bzw.
phasenmodulierten sehr kurzen elektromagnetischen Wellen des Trägeroszillators
Os.
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Besonders einfach gestaltet sich die Anwendung der Lehre nach der
Erfindung dann, wenn der Trägeroszillator unmittelbar frequenzmoduliert wird. In
der F i g. 3 ist dies beispielsweise für eine Ausbildung des Trägeroszillators Os
als Reflexklystron R dargestellt. Dieses besteht aus einer Kathode 3, einem Stromregelgitter
4, das zur Einstellung des Kathodenstromes dient, einem von der Elektrodenströmung
durchsetzten Resonator 5 und einer der Richtungsumkehr der Elektronenströmung dienenden
Reflektorelektrode 6. Aus dem Resonator 5 wird beispielsweise mittels einer Koppelschleife
7 die Hochfrequenzenergie entnommen. Die Wirkungsweise eines Reflexklystrons wird
als hinreichend bekannt vorausgesetzt, so daß sich ein weiteres Eingehen hierauf
erübrigt. Die Modulation des Reflexklystrons erfolgt in an sich bekannter Weise
dadurch, daß in die Zuleitung zur Refiektorelektrode 6 über einen Modulationsverstärker
M die die Nachricht enthaltende Modulation eingeschleift wird. In gleicher Weise
wird gemäß der Erfindung die zur zusätzlichen Modulation dienende Spannung Ufm eingeschleift,
und zwar über einen Übertrager ü, dessen Primärspannung mittels eines Reglers 8
in der Amplitude eingestellt werden kann. Man hat hierdurch eine Möglichkeit zur
Wahl des Frequenzhubes für die zusätzliche Modulation und über Festlegung der Frequenz
der Spannung Ufm zugleich die Möglichkeit zur Wahl des Modulationsindexes.
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Wie die der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen weiterhin
gezeigt haben, genügt es im allgemeinen, wenn die Lehre nach der Erfindung wenigstens
auf die auszusendenden Wellen einer der Endstellen angewendet wird. Die Lehre nach
der Erfindung ist indes auch auf die auszusendenden Wellen beider Endstellen anwendbar,
in welchem Fall
eine weitere Verringerung der Interferenzamplitude
erzielt wird.
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Bei der Anwendung der Lehre nach der Erfindung ist fernerhin darauf
zu achten, daß die Bandbreite des Richtfunksystems derart groß gewählt ist, daß
der auftretende Spitzenhub noch hinreichend gut bewältigt wird. Beträgt beispielsweise
der Spitzenhub für die eigentliche Nachricht 1 MHz und der Spitzenhub der zusätzlichen
Modulation in einem extremen Fall 500 kHz, so muß die Bandbreite des Systems etwa
6 MHz im Gegensatz zu etwa 5 MHz ohne zusätzliche Modulation betragen (Gesamtbandbreite
des Systems = 2,2 bis 2,5 - [Spitzenhub -!- 2 - Basisbandbreite]). Im allgemeinen
wird jedoch der Spitzenhub der zusätzlichen Modulation klein sein im Vergleich zum
Spitzenhub der zur Nachrichtenübertragung dienenden Modulation, so daß eine Erweiterung
des Durchlaßbereiches im Richtfunksystem nicht erforderlich ist.
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Da durch die Anwendung der Lehre nach der Erfindung eine nennenswerte
Verringerung der Interferenzamplitude erzielt werden kann, hat man bei der Auslegung
der Funkstrecke die Wahl zwischen einer ausgeprägten Verminderung der Interferenzamplitude
durch die zusätzliche Frequenz- bzw. Phasenmodulation mit relativ großem Frequenzhub
oder einer geringfügigen Verminderung der Interferenzamplitude durch zusätzliche
Modulation mit relativ geringem Frequenzhub und einer entsprechend hoch gewählten
Antennenrückdämpfung. Die erste Lösung führt zwar zu verringerten Antennenanforderungen,
aber zu einem merklich vergrößerten Spitzenhub des gesamten Systems. In der Praxis
ist es zweckmäßig, einen Mittelweg zu gehen, der darin besteht, daß die Antennenrückdämpfung
in der Größenordnung von 50 bis 60 db gewählt wird und der Rest bis zu 80 db durch
die zusätzliche Modulation gewonnen wird.
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Die Anwendung der Lehre nach der Erfindung ist keineswegs auf Richtfunksysteme
der vorstehend aus Erläuterungsgründen geschilderten Art beschränkt. Die Lehre kann
z. B. auch dort Anwendung finden, wo in einer Empfangsstelle mehrere voneinander
unabhängige, das gleiche Frequenzpaar benutzende, sich kreuzende Richtfunkstrecken
zusammenlaufen. Die Lehre kann z. B. auch dort Anwendung finden, anwendbar, daß
in einer zwischen frequenzmodulierten, wenigstens nahezu gleichfrequenten Ultrakurzwellenstationen
gelegenen Empfangsstelle die gewünschte Sendestation keinen hinreichend hohen Feldstärkeunterschied
gegenüber der störenden Station aufweist. Es läßt sich außerdem zeigen, daß durch
die Anwendung der Lehre nach der Erfindung nicht nur Trägerinterferenzen, sondern
auch Seitenbandinterferenzen in der Amplitude nennenswert vermindert werden. Die
Lehre ist demzufolge auch dann anwendbar, wenn der Modulationsindex für die Nachrichtenübertragung
größer als 1 gewählt ist.