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Schaltung zur Demodulation einer mit N PhasenwinkelnQ schrittweise
modulierten elektrischen Hochfrequenzschwingung Die Erfindung betrifft eine Schaltung
zur Demodulation einer mit N Phasenwinkeln D schrittweise modulierten elektrischen
Hochfrequenzschwingung der Frequenz f, die einen örtlichen Oszillator der Frequenz
mf aufweist, der mit der empfangenen, phasenmodulierten Welle synchronisiert ist.
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Das Phasentastverfahren ist bekanntlich nicht auf die Übertragung
nur zweier unterschiedlicher Informationen beschränkt, vielmehr können mehrere unterschiedliche
Informationssehritte -übertragen werden. Wenn man beispielsweise N Informationsschritte
übertragen will, moduliert man die elektrische Hochfrequenzschwingung mit
N Phasenwinkeln 0
schrittweise, d. h., die Phase der Hochfrequenzschwingung
wird sprunghaft so geändert, daß die Phase der Schwingung, von einem bestimmten
Phasenwinkel ausgehend, jeweils einen anderen von N Phasenwinkeln einnimmt.
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Um nun eine solche mit N Phasenwinkeln Q modulierte Hochfrequenzschwingung
demodulieren zu können, muß man die Bezugsphasenlage der Hochfrequenzschwingung
kennen. Hierzu ist es bekannt, eine Hilfsschwingung zu verwenden, die als Phasennormal
dient. Diese Hilfsschwingung kann beispielsweise als Pilotfrequenz übertragen und
zusammen mit der Hochfrequenzschwingung empfangen werden. Es ist weiterhin bekannt,
diese Hilfsschwingung in einem örtlichen Oszillator auf der Empfangsseite zu erzeugen.
Hierzu hat es sich als günstig erwiesen, den örtlichen Oszillator auf eine Oberwelle
der einlaufenden phasensprungmodulierten Hochfrequenzschwingung abzustimmen, den
örtlichen Oszillator mit dieser Oberwelle zu synchronisieren und dann aus der Schwingung
des örtlichen Oszillators durch Frequenzteilung eine Schwingung zu erzeugen, deren
Frequenz gleich der Frequenz der phasensprungmodulierten, einlaufenden Hochfrequenzschwingung
ist. Man kann nämlich zeigen, daß dann die Phase der so erzeugten Hilfsschwingung
von der Phasenlage der einlaufenden Hochfrequenzschwingung unabhängig gemacht werden
kann.
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Wie die I-Elfsschwingung empfängerseitig für die Demodulation einer
phasengetasteten Hochfrequenzschwingung erzeugt oder abgeleitet wird, ist nicht
Gegenstand der Erfindung. Dieser Stand der Technik wurde nur deswegen erwähnt, weil
auch die erfindungsgemäße Empfangssehaltung einen örtlichen Oszillator zur Gewinnung
einer das Phasennormal darstellenden Hilfsschwingung verwendet.
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Die Demodulation einer phasengetasteten Hochfrequenzschwingung mittels
einer Hilfsschwingung wurde bisher so durchgeführt, daß man die Phasen unmittelbar
miteinander verglich. Hierzu wurden die beiden Schwingungen einem Phasendetektor
zugeführt, dessen Ausgangsgröße ein Maß für die Phasendifferenz der beiden Schwingungen
war. Das heißt, die Ausgangsgröße des Phasendetektors wurde in gedachte Amplitudenintervalle
zerlegt und die Frage, mit welcher Phasenlage die phasengetastete Hochfrequenzschwingung
eingelaufen ist, durch eine Amplitudenmessung der Ausgangsgröße des Phasendetektors
beantwortet. Eine solche Demodulation einer phasengetasteten Hochfrequenzschwingung
ist aber mit Unsicherheiten behaftet, und zwar insbesondere dann, wenn eine bestimmte
Phasenrelation zwischen der Empfangsschwingung und der Hilfsschwingung zu einer
nur kleinen Ausgangsamplitude am Phasendetektor führt.
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Daher wird nach der Erfindung zur Demodulation einer mit
N Phasenwinkeln 0 schrittweise modulierten elektrischen Hochfrequenzschwingung
ein grundsätzlich anderer Weg beschritten. Die Phasenlage der Empfangsschwingung
wird nämlich nicht mehr aus der Messung der Amplitude der Ausgangsgröße eines Phasendetektors
abgeleitet, sondern vielmehr durch die Bestimmung der zeitlichen Relation zwischen
dem Auftreten einer bestimmten Phasenlage in der das Phasennormal darstellenden
Hilfsschwingung und einer Phasenlage in der Empfangsschwingung.
Eine
Schaltung zum Empfang einer mit N Phasenwinkeln 0 schrittw#Ise m-odulierten
elektrischen Hochfrequenzschwingung der Frequenz f, die einen örtlichen Oszillator
der Frequenz mf aufweist, der mit der empfangenen, phasenmodulierten Welle.,synehronisiert
ist, ist nach -der Erfindung dadurW gekennzeichnet, daß die empfangene Schwingung
zur Zerlegung gemäß ihrer diskreten Phasenwinkel einer an sich bekannten N-stufigen
Ringtorschaltung zugeführt ist, die von der Schwingung des örtlichen-- Oszillators
mit der Frequenz ni f derart um- oder weitergeschaltet ist, daß die Ringtorschaltung
während einer vollen Periode der empfangenen Schwingung einmal umgelaufen ist,
d. h. genau einmal alle möglichen Zustände angenommen hat, derart,
daß an den N Ausgängen, der- Ringtorschaltung die nach Phasenwinkeln zerlegte
empfangene Schwingung erscheint, die das Demödulationsprodukt darstellen.
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Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Empfangsschaltung
sei einmal angenommen, daß für eine übertragung mit I-Elfe einer phasensprunggetasteten
Welle die drei Phasenlagen 0', 1201 und 240' verwendet sind. Dann wird man
den Hilfsoszillator auf die dritte Oberwelle der einlaufenden Sch)#ing-'ung abstimmen.
Weiterhin ist in diesem Fall ein dreistufiger Ringtorzähler vorgesehen, der von
der Schwingung des Hilfsoszillators angesteuert ist. Dadurch wird jedes Tor dieser
Ringtorschaltung währen..d# einer vollen Periode der empfangenen Schwingung genau
einmal geöffnet, und zwar für eine Zeitdauer, die einem Drittel der Periode der
empfangenen Schwingung entspricht. Daß man mit einer solchen Anordnung eine eindeutige
Zerlegung der `#inpfangenen Schwingung nach ihren'.Phasenlagen-erhalten kann, geht
aus folgender Betrachtung hervor.
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Es sei angenommen, daß die.Hilfsschwingung eine bestimmte Stufe der
Torschaltung dann öffnet, wenn der Phasenwinkel der einlaufenden Welle gerade
30'
beträgt. Dann wird die empfangene Schwingung, die allen Stufen der an
sich bekannten Ringtorschaltung parallel zugeführt ist,-von dieser geöffneten Torstufe
durchgelassen. Da die Ringtorschaltung durch die Hilfsschwingung weitergeschaltet
ist, die im vorliegenden Fall die dreifache Frequenz besitzt, wird die nächste Torstufe
der Ringtorschaltung nach 1201 der empfangenen Schwingung geöffnet, also dann, wenn
die einlaufende Schwingung beim Phasenwinkel 1501 angekommen ist.
Die empfangene Schwingung ist somit durch die ursprünglich geöffnete Torschaltung
während einer Zeit hindurchgelaufen, in der ihr Phasenwinkel von 30' ausgehend
bis auf 1500 angewachsen ist. Da nun das Integral einer Sinusfunktion zwischen
30 und 150' eine positive Größe ist, sind die Amplitudenwerte desjenigen
Abschnittes der empfangenen Welle, -der durch die ursprünglich geöffnete
Torstufe der Ringtorschaltung hindurchgelaufen ist, ebenfalls positiv. Durch die
anderen beiden von der Hilfsschwingung nacheinander geöffneten Torstufen der Ringtorschaltungen
läuft die empfangene Welle zwischen Phasenwinkeln von 150
bis 2701
und von 270 bis 30' hindurch. Die Integration einer Sinusfunktio-n
zwischen--diesen -Phasenwinkeln ergibt aber negative Werte-.
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Es kann damit nur am Ausgang einer einzige i n Torstufe des Ringtorzählers
eine positive Größe anliegen, während die Ausgangsgrößen der anderen beiden-Torstufen-negätiv
sind. Dadurch ist em»e eindeutige Zerlegung der empfaiigenen, Welle nach ihren Phasenlagen
möglich.
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In der erfindungsgemäßen Schaltung zum Empfang einer mit
N Phasenwinkeln 0 schrittweise modulierten elektrischenHochfrequenzschwingung
kann der örtliche OsziRator auch mit der Frequenz mf laufen, wie es bereits angegeben
worden ist. Diese Tatsache bedarf einer gewissen Erläuterung. Im Normalfall, wie
er eben beschrieben wurde, ist N=m, d. h. beispielsweise, daß bei
der Verwendung der Phasenlagen von 0', 120' und 240' zur übertragung einer
Nachricht der Hilfsoszillator mit der dreifachen Frequenz schwingt. Verwendet man
nun jedoch beispielsweise die Phasenwinkel 0', 1441 und 288' zur übertragung
einer Nachricht, so sieht man, daß diese Winkel vielfach von 72' sind. Dann
muß man, obwohl nur drei-Phasenlagen für die übertragung der Nachricht ausgenutzt
werden, den örtlichen Oszillator auf die fünfte Oberwelle der empfangenen Schwingung
abstimmen, also N=3, m=5.
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Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen
im einzelnen beschrieb-en werden. Dieser Beschreibung ist eine Schaltung.zum Empfang
einer Hochfrequenzschwingung zugrunde gelegt, die die Information' in- den PhasenlaLyen
0'.
120' und 2401 enthält. -
F i g. 1 zeigt -die Beziehungen-
zwischen den verschieden.en Wellenfornien beziehungsweise Phasenlagen in einem dreiphasenmo-dulierten
System und
erläutert die zeitliche Selektion der auf der empfangenen üochfrdq-uenzschwingung
befindlichen InfQrr mationen; F i g. 2 ist ein Blockschaltbild einer erfmdu.ngs.-gemäßen
Empfangsschaltung.
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In. Fig. 1 sind die Wellenformen eines Dreiphasensystems dargestellt.
Die Phase A ist eine Sinuswelle 186 mit der Phasenverschiebung Null.
Die Phase B hat die Form einer Sinuswelle 188 mit einer Phasenverschiebung
von 1201 und die Phase C die Form einer Sinuswelle 190 mit
einer Phasenverschiebung von 2400. Obgleich nicht alle diese Phasen gleichzeitig
übertragen werden, sind sie in Fig. 1 als gleichzeitig vorhanden dargestellt,
um diesen Punkt der Erfindung zu verdeutlichen.
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Unter den Sinuswellen 186, 188 und 190 sieht man
' eine Welle 192 mit der dreifachen Frequenz. Jedes dritte Maximuin
der Welle 192 entspricht dem Maximum einer der Grundwellen. Zum Beispiel
entspricht d as erste, vierte und siebente Maximum der Welle mit der dreifachen
Frequenz dem ersten, zweiten und dritten Maximum der Sinuswelle 186.
Das zweite,
fünfte und achte Maximum der Welle mit der dreifachen Frequenz entspricht den Maxima
der Phase B, d. h. der Sinusweffe 188. Und in gleicher Weise entsprechen
die Maxima drei, sechs und neun der Welle mit der dreifachen Frequenz bestimmten
Maxima der Sinuswelle 190, d. h. der Phase C.
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Wenn also ein positives Maximum der Welle mit der dreifachen Frequenz
auftritt, ist jedesmal ein positives Maximum einer der Trägerwellen vorhanden, während
die anderen Trägerwellen entweder Null sind oder' negative Werte haben. Diese Beziehung
zwischen den positiven Maxima wird zilni Zweck einer Selbstsynchronisierung benutzt.
Da identsprechende Grundwelle, also die Phase A, die Phase B oder
die -Phase C, dadurch identifiziert wer-# den kann, obdas Maximum der Grundwelle
mit dem
ersten, zweiten oder dritten Maximum der Welle
193
mit der dreifachen Frequenz zusammenfällt, ist es möglich, die übertragene
Phasenverschiebung zu erkennen, indem man diejenige Gruppe von Dreifach-Frequenzwellen
identifiziert, welche der empfangenen Grundwelle entspricht.
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Wenn z. B. die Welle 186 der F i g. 1 eine Trägerwelle
von 1000 Ilz ist, die periodisch um 120 bzw. 2401 verschoben sein kann, dann
müssen die positiven Maxima jedes der empfangenen Signale unweigerlich mit zeitlichen
Abständen von 0,001 Sekunde auftreten. Wegen der Phasenverschiebung von 1201
und 2401 können die positiven Maxima um ± 0,0003 Sekunden verschoben sein.
Auf diese Weise liefert die um 00 phasenverschobene Welle 186 positive
Maxima bei 0,001, 0,002 und 0,003 Sekunden usw. Die 1200 phasenverschobene
Welle 188 hat positive Maxima bei 0,00033, 0,00133, 0,00233 Sekunden
usw. In gleicher Weise liefert die 2401 phasenverschobene Welle 190 positive
Maxima bei 0,00066, 0,00166, 0,00266 Sekunden. Mit Hilfe des elektronischen
Verteilers oder Kommutators der F i g. 2 werden diese Zeitunterschiede benutzt,
um die Phasensignale zeitlich zu trennen.
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Nach F i g. 2 wird die HF-Schwingung von der Antenne 194 aufgenommen
und der Empfänger-Eingangsstufe 196 zugeführt. Von der Eingangsstufe
196
laufen die phasenmodulierten Wellen zu einem örtlichen Schwingkreis
198. Der Oszillator 198 liefert eine Frequenz, die dreimal so groß
ist wie die an-kommende Frequenz und mit der Sendefrequenz ohne Rücksicht
auf die Phasenverschiebung dieser Frequenz gekoppelt wird. Außerdem liefert der
Oszillator 198 eine Steuerfrequenz, mit deren Hilfe die Röhren der Ringtorschaltung
200 gespeist werden. Mit Hilfe dieser Torschaltung speist das eingehende Signal
einen örtlichen Kreis, welcher einer bestimmten Phasenbeziehung entspricht.
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Die Torschaltung 200 kann aus einer herkömmlichen Zählschaltung bestehen,
welche drei normalerweise blockierte Zähleinheiten besitzt, die als Tore betrieben
werden. Das Signal des Oszillators 198 mit der dreifachen Frequenz wird der
Zählschaltung zugeführt, so daß die positiven oder negativen Maxima das Signal in
der Zähleinrichtung um eine Einheit weiterwandern lassen. Jede einzelne Röhre der
Ringtorschaltung wird leitend, wenn sie in dieser Weise eingeschaltet wird, und
läßt das ankommende
Signal durch. Das ankommende Signal, welches über die
Eingangsstufe 196 der Ringtorschaltung 200 zugeführt wird, kann nur von der
Röhre durchgelassen werden, die in diesem Augenblick offen ist. Der Ausgang der
Ringtorschaltung 200 hat also die Form von drei unterschiedlichen Signalen, von
denen jedes einer der Trägerphasen entspricht, die übertragen worden sind. Zu Beginn
der Sendung kann die richtige Phasenbeziehung zwischen dem Sender und dem Empfänger
mit Hilfe einer Bezugsphase, z. B. der Phase A, festgelegt werden. Zu diesem
Zweck läßt man die Ringtorschaltung so lange, bis die richtigen Phasenbeziehungen
hergestellt sind, mit einer falschen Geschwindigkeit laufen. Eine andere
Mög-
lichkeit ist es, die Ringschaltung mit falschen Schritten arbeiten zu
lassen, z. B. indem man nur zwei Stufen verwendet, bis die richtigen Phasenbeziehungen
hergestellt sind. Man kann auch ein Signal mit zwei abwechselnden Phasenverschiebungen
übertragen, um den Ring, die Umlaufgeschwindigkeit oder -folge zu ändern, bis das
Null-Signal auf einer bestimmten Schaltung empfangen wird. Im allgemeinen
können alle verschiedenen Möglichkeiten angewendet werden, um die richtige Phasenbeziehung
zwischen dem Sender und dem Empfänger herzustellen.