-
Funksystem Die Erfindung bezieht sich auf ein Funksystem mit Sende-Empfangs-Geräten,
insbesondere Richtfunkanlage, dessen Sende-Empfangs-Gerät auf eine geringe Anzahl
von in einem geschlossenen Frequenzband gelegenen Festfrequenzen fest abstimmbar
oder abgestimmt sind und bei dem als Überlagerungsenergie der Überlagerungsstufe
in dem Empfänger wenigstens ein Teil der hochfrequenten Ausgangsenergie des diesem
Sende-Empfangs-Gerät zugehörigen Senders vorgesehen ist.
-
Beispielsweise bei der Montage von Hochspannungsleitungen oder bei
an zwei mehrere Kilometer auseinanderliegenden, im Arbeitsablauf zusammengehörenden
Arbeitsstellen werden häufig Funksysteme zur Verständigung der an den einzelnen
Stellen Tätigen benötigt. Für diese Funksysteme kommen entweder KurzwellengeräteoderauchRichtfunkgeräteinBetracht,
die als Sende-Empfangs-Geräte ausgebildet sind. Für derartige Geräte ist es dann
üblich, beispielsweise sechs oder zwölf Hochfrequenzkanäle in einem gewissen Frequenzband
vorzusehen. Das einzelne Sende-Empfangs-Gerät kann dann mittels eines Rastschalters
od. dgl. auf einen dieser Kanäle eingestellt werden. Vor allem aus Gründen der Empfangsempfindlichkeit
werden bei derartigen Systemen meist Überlagerungsempfänger angewendet, die jedoch
den Nachteil haben, daß sie auf der geforderten Empfangsfrequenz, die sich aus der
Oszillatorfrequenz und der Zwischenfrequenz als Summen- oder Differenzfrequenz ergibt,
außerdem noch empfangsbereit auf der sogenannten Spiegelfrequenz sind. Zwar kann
die Signalaufnahme bei der Spiegelfrequenz in vielen Fällen durch eine Vorselektion
stark geschwächt werden, doch sind auch dann noch die Empfangsverhältnisse schwierig;
denn wegen der bei diesen Systemen in der Regel weit vom vorgesehenen Frequenzband
abliegenden Spiegelfrequenzen ist die Gefahr von Störungen noch dadurch gegeben,
daß beispielsweise im Spiegelfrequenzbereich ein relativ starker Sender und auf
der Empfangsfrequenz ein relativ schwacher Sender arbeitet. Das ist auch dann der
Fall, wenn zur Erzielung einer besseren Selektion die Spiegelfrequenz durch entsprechende
Wahl der Empfängerzwischenfrequenz weit von der Empfangsfrequenz abliegt; abgesehen
davon, daß dann das frei von störenden Sendern zu haltende Frequenzband noch größer
sein muß.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Schwierigkeiten in
einfacher Weise zu begegnen. Bei einem Funksystem mit Sende-Empfangs-Geräten, insbesondere
Richtfunkanlage, dessen Sende-Empfangs-Gerät auf eine geringe Anzahl von in einem
geschlossenen Frequenzband gelegenen Festfrequenzen fest abstimmbar oder abgestimmt
sind und bei dem als Überlagerungsenergie der Überlagerungsstufe in dem Empfänger
wenigstens ein Teil der hochfrequenten Ausgangsenergie des diesem Sende-Empfangs-Gerät
zugehörigen Senders vorgesehen ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß in der Weise
gelöst, daß der Empfänger des einzelnen Sende-Empfangs-Gerätes als Überlagerungsempfänger
mit einer Zwischenfrequenz ausgebildet ist, die, wie bei Rundfunkempfängern für
sich bekannt, frequenzmäßig etwa der halben Breite des geschlossenen Frequenzbandes
entspricht, und daß die Festfrequenzen einen konstanten gegenseitigen Frequenzabstand
haben und für eine in der frequenztieferen Hälfte des geschlossenen Frequenzbandes
als Empfangsfrequenz dienende Festfrequenz eine im Abstand der Zwischen frequenz
in der frequenzhöheren Hälfte des geschlossenen Frequenzbandes gelegene Festfrequenz
als Überlagerungsfrequenz vorgesehen ist und daß für eine in der frequenzhöheren
Hälfte des geschlossenen Frequenzbandes gelegene, als Empfangsfrequenz vorgesehene
Festfrequenz eine hierzu im Abstand der Zwischenfrequenz in der frequenztieferen
Hälfte des geschlossenen Frequenzbandes gelegene Festfrequenz als Überlagerungsfrequenz
vorgesehen ist, daß ferner im Sender jeweils ein Umschalter für den Steuergenerator
des Senders vorgesehen ist, mit dem wahlweise eine in der frequenztieferen oder
in der frequenzhöheren Hälfte des geschlossenen Frequenzbandes gelegene Festfrequenz
eingestellt werden kann.
-
Es ist zwar von der Empfangstechnik im UKW-Bereich her bekannt, die
Zwischenfrequenz so festzulegen, daß sie wenigstens gleich dem halben Unterschied
der beiden Grenzfrequenzen des gesamten UKW-FM-Rundfunkbereiches liegt. Dies ist
jedoch eine andere Problemstellung, denn es soll dabei vermieden
werden,
daß zwei um die doppelte Zwischenfrequenz auseinanderliegende Sender durch Empfang
auf der Spiegelfrequenz gleichzeitig am Empfängerausgang erscheinen. Ferner ist
es bei den entsprechenden Empfangsgeräten für diesen Bereich stets so, daß die Oszillatorfrequenz
im ganzen Bereich höher oder in wohl sehr wenigen Fällen im ganzen Bereich niedriger
als die Empfangsfrequenz liegt.
-
Es ist andererseits durch die deutsche Auslegeschrift 1002
805 ebenfalls für sich bekannt, bei einem Sendeempfänger mit der modulierten
Oszillatorfrequenz zu senden und auf der um die Zwischenfrequenz des Empfängers
versetzten Frequenz zu empfangen und zur Frequenzumsetzung ebenfalls die modulierte
Oszillatorfrequenz zu verwenden. Nähere Beziehungen zum Erfindungsgegenstand lassen
sich jedoch dieser Auslegeschrift nicht entnehmen, denn dieser liegt das Problem
zugrunde, die bei dem genannten Sendeempfänger auftretende Rückkopplung zwischen
Nükrofon und Telefon zu vermeiden.
-
Erst durch die wahlweise Benutzung des beim Empfangsmischer entstehenden
oberen und unteren Seitenbandes wird jedoch die beim erfindungsgemäßen Funksystem
angestrebtelFrequenzbandeinsparung erreicht.
-
Weitere Vorteile ergeben sich beim Erfindungsgegenstand dann, wenn,
wie an sich bekannt, der Hochfrequenzausgang des Senders in dem einzelnen Sende-Empfangs-Gerät
außer mit der zugehörigen Antenne noch mit der Überlagerungsstufe des Empfängers
hochfrequenzmäßig verbunden ist.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Erfindungsgegenstandes besteht
darin, daß der Ausgang des Senders des einzelnen Sende-Empfangs-Gerätes über einen
Schalter wahlweise mit der zugehörigen Antenne oder mit der Überlagerungsstufe des
dem Gerät zugehörigen Überlagerungsempfängers verwendbar ist.
-
Als zweckmäßig hat es sich außerdem erwiesen, wenn als Schalter eine
Brückenschaltung, insbesondere aus Leitungsabschnitten, vorgesehen ist, deren Übertragungseigenschaften
zwischen den einzelnen Brückenzweigen mittels steuerbarer Impedanzen, insbesondere
mit Varactordioden, einstellbar sind.
-
Es ist ferner vorteilhaft, bei dem für das erfindungsgemäße Funksystem
vorgesehenen Sendeempfänger in die gemeinsame Antennenzuleitung, zumindest jedoch
in die Empfängerzuleitung ein Filter einzuschalten, dessen Bandbreite gleich der
Gesamtbandbreite der aneinandergereihten Kanäle des Funksystems ist.
-
Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert, das ein Richtfunksystem, beispielsweise für den Bereich der Zentimeterwellen,
betrifft, bei dem die einzelnen Sende-Empfangs-Geräte beispielsweise mit scharf
bündelnden Antennen versehen sind. Das System kann auch im Bereich der Dezimeterwellen,
der Meterwellen oder im Bereich der Kurzwellen arbeiten, ebenso wie statt der Richtantennen
zumindest für Einzelantennen Rundstrahlantennen vorgesehen werden können.
-
Bei Geräten für ein Funksystem der geschilderten Art dürfen in der
Regel aus Gewichtsgründen und aus wirtschaftlichen Gründen keine hohen Anforderungen
an die Selektivität gestellt werden. Für derartige Geräte ergibt sich für einen
RF-Kanal eine vom Sprechgerät belegte Bandbreite df von etwa 2 fzp
+ AfK. Das entsprechende Frequenzspektrum ist in der F i
g. 1 gezeigt. Darin bedeutet fK die Radiofrequenz des Kanals (Radiofrequenz
# RF-Frequenz = für die drahtlose Übertragung benutzte Frequenz). AfK bedeutet die
für den Kanal beanspruchte RF-Bandbreite bei idealer RF-Selektion. Sie entspricht
etwa dem RF-Kanalabstand; fü ist die Frequenz des Überlagerungsoszillators. Af,
ist die für einen Kanal belegte RF-Bandbreite ohne RF-Selektion und Ap ist die Zwischenfrequenz
des Überlagerungsempfängers, die auf die erste Überlagerungsstufe folgt, betrachtet
vom Antenneneingang aus.
-
Bei Aneinanderreihung von n RF-Kanälen mit einem gegenseitigen Kanalabstand
von AfK wäre die belegte Bandbreite Af" ohne besondere Vorkehrungen gleich 2
- fzF + AfK + (n-1) - AfK
gleich 2 - fzp + n - AfK.
-
Damit die Sendefrequenzen die Empfangsfrequenzen nicht stören, wählt
man bei einem derartigen System in der Regel die Überlagerungsfrequenz so, daß sie
nicht in den Bereich der Sendefrequenzen fällt, wie dies auch in der F i
g. 2 gezeigt ist. Der belegte Frequenzbereich ist in diesem Fall dann gleich
Af, > 3 - n - Afk.
-
Das beim erfindungsgemäßen Funksystem zur Anwendung kommende Frequenzraster
erfordert eine beträchtlich kleinere Bandbreite Afn als das in der F i
g. 2 gezeigte. Das erfindungsgemäße System erfordert weiterhin im Vergleich
zum bekannten System nur die Hälfte an Oszillatorfrequenzen (Sendefrequenz
+ Überlagererfrequenzen). Es wird also nicht nur eine Frequenzbandeinsparung
erzielt, sondern auch eine wesentliche Vereinfachung der Schaltung ermöglicht. Vor
allem ist bei Verwendung von Quarzoszillatoren als Grundoszillatoren des Steuergenerators
im Sender des einzelnen Sende-Empfangs-Gerätes nur eine Vervielfacherkette für die
Sendefrequenzen und Überlagererfrequenzen erforderlich. Ferner ermöglicht das zur
Anwendung kommende Frequenzschema neben dem Wechselsprechbetrieb ohne zusätzlichen
Aufwand auch noch Gegensprechbetrieb. Damit können mit einem Sende-Empfangs-Gerät
des erfindungsgemäßen Funksystems in manchen Situationen auch die Vorteile des Gegensprechens
ausgenutzt werden. Diesem Umstand kommt besondere Bedeutung, vor allem für den Fall
zu, daß das Funksystem als Richtfunksystem ausgebildet ist. In diesem Fall besteht
die, einzelne Geräteantenne, die für den Sender und den Empfänger gemeinsam oder
getrennt vorgesehen sein kann, in der Regel mehr oder weniger als scharf bündelnde
Richtantenne, ausgebildet beispielsweise als Hornstrahler. Beim Einrichten dieser
Geräteantenne und beim Beginn des Sprechverkehrs ist eben die erwähnte Zusatzeinrichtung
von großem Vorteil, weil sie das Zustandekommen des Sprechverkehrs erheblich erleichtert.
-
In der F i g. 3 ist das vorgeschlagene Frequenzraster für eine
RF-Kanalzahl von zwölf dargestellt. fl . . . f" sind hierin
die RF-Kanalfrequenzen. Der Kanalabstand ist (f.-f.-1 = fK). Jeweils zwei Frequenzen
davon, welche einen Abstand gleich der ZF-Frequenz zueinander haben, sind einander
so zugeordnet, daß eine davon bei Wechselsprechen Sendefrequenz, die andere Überlagererfrequenz
ist; bei Gegensprechen ist die eine Sende- und Überlagererfrequenz der Station
A, die andere Sende- und Überlagererfrequenz der Station B.
B
e i s p i e 1
1. Wechselsprechen. auf RF-Kanal 2 Sendefrequenz
f,
Überlagererfrequenz f" 2. Gegensprechen - auf RF-Kanal
3/9
Station A
Sende- # Überlagererfrequenz f3 Station B Sende-
= Überlagererfrequenz fg Bezieht man die Spiegelwellenfrequenzen
- wie weiter oben erläutert - in das belegte RF-Band mit ein, so ergibt
sich eine RF-Belegung .f" # 2n - z1fE also im Beispiel für n # 12
f. = 24 - z1fE.
-
Die F i g. 4 zeigt eine vorteilhafte Schaltungsmöglichkeit
des Gerätes für Wechselsprechen (oberer Teil der Figur) und Gegensprechen. Es sind
zwei Sende-Enipfangs-Geräte gezeigt, die untereinander gleich ausgebildet sind.
Das einzelne Gerät besteht aus einem Sender und einem Überlagerungsempfänger. Der
Sender umfaßt einen Steuergenerator 1 in Form eines quarzstabilisierten Oszillators,
an den durch einen nicht näher dargestellten Umschalter wahlweise einer von zwei
Steuerquarzen 2, 3 als frequenzbestimmendes Element angeschaltet wird. Jeder
der Steuerquarze schwingt auf einem n-tel der Frequenz, die im Senderausgang an
die für den Sender und den Empfänger gemeinsame Antenne 4 abgegeben wird. Vorzugsweise
sind der Empfänger und der Sender gegenseitig entkoppelt an die gemeinsame Antenne
angeschaltet. Dies ist beispielsweise mittels einer Polarisationsweiche
5 erreichbar, wenn das Gerät im Bereich der Zentimeterwellen arbeitet. Die
Vorselektion ist für den Sender und den Empfänger gemeinsam in der Antennenzuleitung
in Form eines Filters 6 vorgesehen.
-
Von den beiden Steuerquarzen schwingt der eine 1
auf der Frequenz
- . fl und der andere auf der n
1
Frequenz - Auf denSteuergeneratorlfolgt,vorn
zugsweise unter Zwischenschaltung eines Verstärkers, ein erster Frequenzvervielfacher
7, z. B. mit der Vervielfachungszahl 10, der die Frequenz des Steuergenerators
auf den Wert von z. B. 10 . f, bzw. 10. f7
11
n
bringt. Darauf folgt vorzugsweise nach weiterer Verstärkung ein zweiter
Frequenzvervielfacher 8 mit einer Vervielfachungszahl von z. B.
50, der die Frequenzen fl bzw. f, abgibt. Die hochfrequente Ausgangsenergie
mit der Frequenz f, bzw. f7 des Vervielfachers 8 wird über
einen weiteren Umschalter 9
entweder der Antennenweiche 5 oder der
Überlagerungsstufe 10 des Überlagerungsempfängers zugef ührt.
-
Die Modulation des Senders erfolgt vorteilhaft als Frequenz- oder
Phasenmodulation im Steuergenerator. In der Zeichnung ist dies durch ein wahlweise
über einen Umschalter 11 auf den Steuergenerator 1 aufschaltbares
Mikrofon 12 schematisch angedeutet.
-
Die im Ausgang der Überlaggerungsstufe 10 des Empfängers auftretende
Zwischenfrequenzenergie enthält die Informationen, demzufolge ebenfalls in Form
einer Frequenz- oder Phasenmodulation und wird nach entsprechender Verstärkung
13 über einen Amplitudenbegrenzer 14 einem Frequenzdiskriminator
15
zugeführt. Die in dessen Ausgang auftretende Niederfrequenzenergie wird
nach Verstärkung 16 einer Wiedergabevorrichtung 17, z. B. einem Kopfhörer
oder einem Lautsprecher, zugeführt.
-
Zweckmäßig wird ein zusätzlicher Schalter im einzelnen Sende-Empfangs-Gerät
vorgesehen, durch den ein Steuerquarzpaar z. B. für 1 . fl und
1 . f7
n n
gegen eines der anderen im Gerät vorzusehenden Steuerquarzpaare
austauschbar ist, und zwar um einen raschen Frequenzwechsel zu ermöglichen.
-
Die für den Sender und den Empfänger gemeinsame Vorselektion besteht,
wie bereits erwähnt, aus einem Bandpaßfilter 6. Die frequenzmäßige Breite
des Durchlaßbereiches dieses Bandfilters entspricht vorteilhaft der Breite des Frequenzbandes
fl-f,2 aus der F i g. 3
oder mit anderen Worten, der für das ganze Funksystem
mit seinen z. B. zwölf Kanälen benötigten Bandbreite.
-
Als Frequenzvervielfacher werden vorteilhaft solche mit Varactordioden
gewählt. Wenn, wie angenommen, die Frequenzen f, bis f, im Bereich
der Zentimeteroder, der Dezimeterwellen liegen, wird vorteilhaft die Gesamtvervielfachung
n so hoch gewählt, daß der Steuerquarz des Steuergenerators im Frequenzbereich der
Kurzwellen, vor allem zwischen etwa 10 und 50 MHz, z. B. bei etwa
20 MHz liegt. Die erste Frequenzvervielfachung im Vervielfacher 7 ist dann
so hoch zu wählen, daß mit üblichen Verstärkern, vor allem Transistorverstärkern,
noch eine hinreichend hohe Leistungsverstärkung erhalten wirdvor allem so hoch,
daß der rein passive Vervielfacher 8
eine Eingangsleistung von etwa 200 mW
oder mehr erhält. Die zweite Vervielfachung ist dann so hoch zu wählen, daß sich
die gewünschte Gesamtvervielfachung und damit die geforderte Ausgangsfrequenz ergibt.
-
Wenn es auf eine geringere Streckendämpf ung ankommt, wird vorteilhaft
das Bandfilter 6 mit in die Empfängerzuleitung eingeschaltet. Der Vervielfacher
hat nämlich in der Regel bereits eine ausreichende Selektion zur Unterdrückung von
Nebenwellen.
-
Bei Gegensprechen ist der Umschalter 9 durch eine für die Dauer
des Gegensprechverkehrs aufrechterhaltene Verbindung 18 zu ersetzen. Beispielsweise
kann dies über einen Leistungsteiler erfolgen. Abgesehen von der Schaltung für die
Batteriespannung und das Mikrofon ist es notwendig, die Oszillatorleistung umzuschalten:
bei »Senden« (Wechselsprechen) auf die Antenne, bei Empfangen (Wechselsprechen)
auf den Empfangsmischer, bei Gegensprechen in dem erforderlichen Verhältnis auf
die Antenne und den Empfangsmischer, z. B. etwa gleich 5: 1, wenn die Oszillatorausgangsleistung
3 mW ist und für den Oberlagerer 0,5 mW vorgesehen sind.
-
Eine Ausführungsmöglichkeit für den Schalter 9
und den erwähnten
Leistungsteiler zeigt die F i g. 5.
Der Schalter besteht aus zwei in
Reihe geschalteten 3-db-Richtungskopplern in Hohlleiterausführung, wobei in die
Verbindungsleitungen zwei Varaktoren eingeschaltet sind. Diese Varaktoren bilden
zusammen mit den zugehörigen Leitungsteilen von 0 bis oo steuerbare Blindleitwerte.
Bei Leitwert 0 gelangt die
Oszillatorleistung vom Eingang
1 in den Ausgang 4 zur Antenne, bei Leitwert oo in den Ausgang 2 zum Ernpfangsmischer.
Beliebige Zwischenwerte, z. B. 5: 1,
können eingestellt werden. Vor
allem ist hinsichtlich des Umschalters an Ausführungen gedacht, wie sie in der deutschen
Patentschrift 1069 234 angegeben sind, wobei die dort vorgesehenen Stichleitungen
durch Varactoren im Sinne der vorstehenden Ausführungen ersetzt sind. Weiterhin
ist vorteilhaft, die dort vorgesehene Viereckgabel oder Ringgabel entweder in Leichtbautechnik
oder Microstrip-Technik auszuführen, z. B. durch Änderung der Vorspannungen der
beiden Varactoren.