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Verfahren zum Synchronisieren bewegter Antriebe für Schnell- und Bildtelegraphie.
Die Erfindung dient den Zwecken der Bildübertragung, des Fernsehens, der Schnelltelegraphie
usw., kurz überall dort, wo schwingende oder rotierende Organe auf den miteinander
arbeitenden Stationen synchron gehalten werden müssen. Sie ist ausführbar sowohl
bei der Leitungsübertragung als auch beim drahtlosen Betriebe.- Sie gewährt den
Vorteil, daß die übermittlung einer besonderen Hilfsfrequenz oder von besonderen
Hilfsimpulsen für die Synchronisierung fortfällt.
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Gemäß der Erfindung wird die Trägerwelle, deren Modulation den Frequenzen
und Amplituden der Bildhelligkeitsverteilung oder der sonstigen zu übertragenden
Zeichen entspricht, selber dazu benutzt, um den Synchronismus der beiderseitigen
Triebwerke zu kontrollieren und aufrechtzuerhalten. Der Gedanke der Erfindung besteht
also darin, die Synchronisierfrequenz in eine bestimmte, willkürlich festlegbare
Abhängigkeit von der Trägerfrequenz oder der Bildzerlegungsfrequenz zu bringen und
dadurch die Übertragung einer besonderen Synchronisierfrequenz überflüssig zu machen.
Versuche haben ergeben, daß bei den normalen Graden der Durchmodulierung der Trägerwelle
mit der zu übermittelnden Niederfrequenz der Synchronlauf nach einer der nachstehenden
Methoden gut gesichert werden kann. Es ist übrigens leicht, den Sender so einzustellen,
daß immer die Trägerfrequenz mit genügender Amplitude in dem übertragenen Frequenzspektrum
erhalten bleibt. Eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung der Erfindung besteht
in folgendem: A s' m ender befindet sich ein sorgfältig konstant gehaltener Elektronenröhrengenerator,
der eine Grundfrequenz von beispielsweise i.5oo Hertz erzeugt. Dieser ist in der
Abbildung mit i bezeichnet. Seine Wechselspannung wird in doppelter Weise benutzt:
einmal, um über Verstärker a einen Synchron.-haltungsmotor 3, z. B. ein La Coursches
Rad, zum Antrieb oder zur Intritthaltung der bewegten Gebeeinrichtung, beispielsweise
der Bildsendetrorrimel ,1, zu steuern, zweitens, um über abgestimmte Verstärker
(Frequenzvervielfachungsstufen) 5 und 6 durch das bekannte Mittel der Beeinflussung
der Anodenstromkurve mit oder ohne Zuhilfenahme von Eisendrosseln bzw. -transformatoren
höhere Harmonische der Grundfrequenz i 5oo Hertz selektiv bis auf Leistungen zu
verstärken, die entweder direkt (nach der Modulation) durch Antennen ausgestrahlt
werden oder weiterhin' zur Fremdsteuerung eines drahtlosen Senders 7` dienen. Als
"Beispiel ist zweimalige Verzehnfachung der Grundfrequenz angenommen, so dalf also
eine Welle entsprechend i 5o ooo Hertz i km Länge ausgestrahlt wird. Diese wird
zuvor jedoch noch mittels der .von der Bildhelligkeitsverteilung über Photozelle
8 - und Verstärker 9 gesteuerten Modulationseinrichtung io mit den entsprechenden
niedrigeren Frequenzen und Amplituden moduliert. Die genaue Isonstanthaltung des
Röhrensenders i
erfolgt durch bekannte Mittel, wie konstante Heizung
und Anodenspannung, Abriegelung des Gitters, eisenfreie, wenig belastete Spulen,
Temperaturregulierung usw.
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Auf der Empfangsseite ist gleichfalls ein konstanter Grundfrequenzröhrengenerator
ii vorgesehen. Wir nehmen zunächst an, daß er ebenfalls genau die Frequenz 1, 5oo
Hertz liefere und damit seinerseits einen Synchronmotor in Tritt halte. Das Wesen
der Erfindung liegt nun darin, daß die in der Empfangsantenne schwingende, von.
i gesteuerte Hochfrequenz verglichen wird-mit einer entsprechenden hohen Harmonischen
des Generators i i und daß dieser von Hand oder durch mechanische oder elektrische
Einrichtungen, die durch geeignete Frequenzindikatoren betätigt werden, in seiner
Schwingungszahl so reguliert wird, daß keine oder eine bestimmte, unveränderlich
zu erhaltende Frequenzdifferenz zwischen der ankommenden Hochfrequenz einerseits
und der örtlich durch Vervielfachung gewonnenen Hochfrequenz anderseits besteht.
Der Fall, daß die Frequenzdifferenz (Schwebungston) Null sein muß, läge vor, wenn
man die Frequenz von ii genau wie beim Sender diejenige von i verhundertfachen würde.
In manchen Fällen ist es aber vorteilhaft, mit einer konstanten, am besten hörbar
gewählten Frequenzdifferenz zu arbeiten. Hierzu könnte man dem Generator i i eine
etwas abweichende Grundfrequenz geben und entsprechend die Zahnzahl des von ihm
analog der Senderseite über Verstärker 12 gesteuerten La Courschen Rades 18 abweichend
von derjenigen von 3 wählen, so daß die beiderseitigen Antriebe die gleiche Drehzahl
erhalten. Man könnte das auch durch eine etwas veränderte Zahnradübersetzung , der
Empfangsbildtrommel relativ zu den beim Sender vorhandenen erzielen. Vorzuziehen
ist jedoch folgender Weg: Man gibt i i ebenfalls die konstante Grundfrequenz i 5oo
Hertz, genau wie i, bewirkt jedoch durch die selektiven Verstärker (Frequenzvervielfachungsstufen)
13, 1¢ nicht insgesamt eine Verhundertfachung, sondern eine um ein kleines Vielfaches
davon abweichende Frequenzsteigerung, so z. B. durch Auswahl der i i. und der g.
Harmonischen in der Kaskade 13, 14 eine Vernneunundneunzigfachung. Es muß dann Generator
i i stets so reguliert werden, daß bei richtigem Arbeiten die Frequenzdifferenz
i 5oo Hertz wie folgt angezeigt und bei Abweichungen, der Generator i i. 'auf diese
konstante Frequenzdifferenz zurückreguliert wird.
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Eine sehr geeignete und deshalb in der Abbildung als Beispiel ausgeführte
Indikationsmethode arbeitet stroboskopisch in folgender Weise: Die empfangene, vom
Hochfrequenzverstärker 15 verstärkte Hochfrequenz i oo ;< i 5oo Hertz wird mit
der örtlich vervielfachten Frequenz 99 X i 5oo Hertz gemischt und die im Anodenkreis
einer Gleichrichterröhre 16 entstehenden Schwebungen von der Frequenz i 5oo zum
Aufleuchtenlassen einer .genügend trägheitslosen Lichtquelle, z. B. einer Glimmlampe
17 oder einer Kerr-Zellenlichtsteuerung o. dgl., benutzt. Das Licht von 17 fällt
auf eine symmetrische Figur oder Marke (Schlitz, Spiegel usw.), die auf einer mit
der Drehzahl des La Courschen Rades 18 umlaufenden Scheibe ig angebracht ist. Solange
dann die beleuchtete Marke stillsteht, ist Synchronismus vorhanden, wie ohne weiteres
verständlich. Sobald aber i und i i untereinander abweichen, ändert sich, und zwar
in hohem Maße, die Belichtungsfrequenz der stroboskopischen Marke auf i g, und diese
scheint zu wandern bzw. verschwimmt. Dann muß die Abstimmung des Generators i i
von Hand oder durch eine selbsttätig auf die Frequenzabweichung reagierende Einrichtung
(stroboskopisches Relais, Schwebungsrelais, Momentan; kontakt o. dgl.) entsprechend
korrigiert werden, bis die Marke wieder an der alteh Stelle stillsteht. Da der Röhrengenerator
bei Anwendung der genannten Mittel in seiner Abstimmung leicht, auch über längere
Zeiten, auf 1/10000o konstant zu halten ist, sind beiderseits nur sehr langsame
Veränderungen seiner Frequenz zu erwarten, derart, daß die Nachregulierung von Hand
aus meist genügt. Ein weiterer Vorteil des Röhrengenerators beruht darin, daß seine
Frequenz 'besonders leicht und einfach z. B. mittels eines Drehkondensators oder
Variometers geändert werden kann.
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Die bisher besprochene Einrichtung ist für den Fall der Bildübertragung
noch durch den Detektor 2o und die Niederfrequenzverstärkung 21 der Bildpunkt- oder
Zeichenfrequenzen, endlich die Lichtsteuerzelle 22 und die Empfangsbildtromme123
zu ergänzen.
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Es ist klar, daß man nach vorstehendem Schema auch bei Leitungsübertragung
verfahren kann, wenn man die Grund- und die Trägerfrequenzen entsprechend niedriger
wählt. Natürlich können dabei die Grundfrequenzen der beiderseitigen, i und i i
entsprechenden Generatoren unmittelbar ohne Vervielfachung als Trägerfrequenzen
benutzt werden. Für die stroboskopische Kontrolle am vom örtlichen Generator in
Tritt gehaltenen Empfänger verwendet man dann die ankommende Trägerfrequenz selber,
die dort nur ausreichend für das Aufleuchtenlassen einer Lichtquelle wie oben zu
verstärken ist. Arbeitet man mit Vervielfachung, so sind auch die Zahnteilungen
der La Courschen Räder oder Synchronmotoren entsprechend geringer zu wählen.
In
besonders einfacher Weise läßt sich für Bildübertragung und Fernsehen, bei der Abtastung
des Sendebildes durch Lichtstrahl und Selen- oder Photozelle, die Trägerfrequenz,
dadurch erzeugen, daß man den Lichtstrahl selber im Rhythmus der Trägerfrequenz
schwächt oder unterbricht. Dies geschieht entweder durch eine rotierende Lochblende
o. dgl. mechanische Abschirmungseinrichtungeii oder aber indem eine elektrische
Lichtsteuereinrichtung, z. B. eine Kerr-Zelle nach K a r o 1 u s, den Lichtstrahl
im Takte einer durch einen Röhrengenerator oder durch einen rotierenden Magnetinduktor
o. dgl. erzeugten elektrischen Wechselspannung schwächt oder abblendet. In allen
diesen Fällen läßt sich die für die Synchronisierung wichtige Restamplitude der
Trägerfrequenz gut regeln. Diese Trägerfrequenz muß natürlich von einer höheren
Größenordnung sein als die höchsten vorkommenden bzw. noch zu übertragenden Modulationsfrequenzen.
Der Vorteil eines solchen Verfahrens besteht darin, daß sowohl Trägerfrequenz wie
Modulation in der Photozelle elektrisch zustande-kommen und dafür nur ein und derselbe
Verstärker notwendig ist. Der Modulationsgrad ist unabhängig von Verstärkereinstellungen
bzw. Röhreneinstellungen zwangläufig gegeben.
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Die Synchronisierung von Sender und Empfänger ist hierbei nach der
Erfindung dadurch gegeben, daß die Antriebsdrehzahl. der die Trägerfrequenz liefernden
Lochscheibe oder Sektorblende in passender Übersetzung mit der Drehzahl der Bildtrommel
oder sonstigen Bildzerlegungseinrichtung zwangläufig verkuppelt ist. Gleiches gilt,
wenn man mit Unterbrechung des Lichtstrahls durch eine Kerr-Zelle o. dgl. von einer
rotierenden Wechselstrommaschine (Hochfrequenzmaschine) aus arbeitet, für deren
Antriebstourenzahl. Benutzt man zur elektrischen Steuerung der Kerr-Zelle einen
Röhrensender, so muß dessen Frequenz von der Achse der Bildtrommel aus zwangläufig
kontrolliert und bestimmt werden, z. B. durch eine stroboskopische Lichtmarkenmethode,
wie weiter oben angegeben; oder aber besser, der Röhrengenerator treibt umgekehrt
die Bildtrommel unter Vermittlung eines rückwirkungsfrei von ihm in Tritt gehaltenen
Synchronmotors, wodurch auch wiederum die Trägerfrequenz und die Frequenz des Trommelumlaufs
in ein zwangläufiges Verhältnis zueinander gebracht werden. In allen vorstehend
betrachteten Fällen, in denen die Trägerfrequenz durch Unterbrechung oder Schwächung
des Abtastlichtes am Sender oder auch auf direktem elektrischen Wege (Tongenerator)
in einer Höhe erzeugt wird, die es ohne weiteres gestattet, sie für La Courschc
Zahnrad- oder sonstige Synclironmotoi-en zu verwenden, erfolgt empfängerseitig die
Synchronisierung durch lokale Verstärkung der Trägerfrequenz und Verwendung derselben
entweder unmittelbar zur Intritthaltung eines die Empfangseinrichtung antreibenden
Syn-Chronmotors oder mittelbar zur stroboskopischen, akustischen oder in sonst bekannter
Art bewirkten Kontrolle eines örtlichen, konstant gehaltenen Röhrengenerators, der
seinerseits den die Empfangseinrichtung antreibenden Synchronmotor in Tritt hält.
Letzteres Verfahren erfordert geringere Verstärkung der ankommenden Trägerfrequenz,
da ihre Leistung nur zu Kontrollzwecken ohne größere Energieabgabe zu dienen braucht.
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Die besprochenen Ausführungsformen sollen die Erfindung nur prinzipiell
charakterisieren und sind mannigfacher Abänderungen fähig. Z. B. kann statt eines
Röhrengenerators jeder andere konstante Generator, wie Quarze, Stimmgabeln, Uhrwerke,
Elektromotoren mit Drehzahlregelung usw., benutzt werden. An Stelle des meist besprochenen
stroboskopischen Frequenzvergleichs kann jedes andere bekannte Verfahren Anwendung
finden, beispielsweise Frequenzrelais, Phasenrelais, akustische Schwebungsverfahren
usw.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Frequenzvergleichs beruht z.
B. in der Anwendung von Gleichrichtung der entstehenden Schwebungen durch einen
vom örtlichen Generator angetriebenen Synchronschalter. Je nach der Phase des Schwebungsstromes
gegenüber der Phase des Synchronschalters wird ein positiver oder negativer Stromstoß
über ein polarisiertes Relais geführt, von welchem die Korrektur des örtlichen Generators
in bekannter Weise gesteuert wird. Solange vollkommener Synchronismus vorhanden
ist, ist der Strom, der über den Synchronschalter fließt, bei passender 'Wahl der
Verhältnisse Null.
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Die in der vorstehenden Beschreibung für die Bildzerlegung bzw. Bildzusammensetzung
angenommenen rotierenden Antriebe können natürlich auch durch schwingende Einrichtungen,
z. B. Oszillographenspiegel, Telephonmembranspiegel u. dgl. bekannte Elemente, ersetzt
werden. In solchem Falle findet der Erfindungsgedanke sinngemäß Anwendung zur Steuerung
dieser äquivalenten Organe.
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In welcher Weise maii gemäß der vorstehenden Beschreibung die Grundfrequenz
des oder der angenommenen Generatoren i bzw. - i i vervielfacht, ist an sich gleichgültig.
Statt diese Vervielfachung in der angegebenen Weise auf elektrischem Wege vorzunehmen,
indem man Oberschwingungen der Grundfrequenz selektiv verstärkt, läßt sich natürlich
auch die Trägerfrequenz bzw. die mit dieser örtlich zu vergleichende Hochfrequenz
auf der Empfrngsseite durch ein anderes Vervirl_f.irl-i,ii,«#-mittel
erzeugen.
Ein solches ist z. B. eine auf der Welle des Synchronmotors 3 bzw. 18 sitzende Hochfrequenzmaschine
oder eine Lochscheibe mit einer entsprechend großen Lochzahl, welche den Strahlengang
einer Lichtquelle in hochfrequentem Rhythmus unterbricht und dadurch mit Hilfe eines
lichtelektrischen Indikators entsprechende Frequenzen auslöst. -Es versteht sich,
daß bei allen stroboskopischen Methoden, bei welchen zur Anzeige des etwaigen Phasenwinkels
die Verschiebung einer Lichtmarke o. dgl. benutzt wird, auch die folgende Abänderung
des beschriebenen Verfahrens Anwendung finden kann: Auf der rotierenden Welle befindet
sich ein Spiegel, von dem im gegebenen Augenblick ein Lichtstrahl, der im Rhythmus
der Schwebungen auftrifft, reflektiert wird. Das reflektierte Licht fällt auf eine
Skala, und es wird die Einrichtung nun so einreguliert, daß bei Synchronlauf der
Lichtfleck auf dieser Skala in einer festen Lage verharrt. Bewegung des Lichtflecks
in dem einen oder anderen Sinne zeigt Vor- oder Nacheilung der zu kontrollierenden
Welle an. Diese Bewegung kann mit Hilfe zweier SeIenzellen oder Photozellen in bekannter
Weise zur selbsttätigen elektrischen Korrektur der Synchronisierfrequenz verwendet
werden.
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Nach dem auf der Empfängerseite beschriebenen Prinzip der Einstellung
eines starren Frequenzverhältnisses (zwischenTrägerfrequenz und Synchronisierfrequenz)
kann natürlich auch auf der Sonderseite gearbeitet werden, wenn dort eine gegebene
Hochfrequenz als Ausgangspunkt vorhanden ist, die nicht durch Vervielfachung einer
besonders erzeugten Grundfrequenz entsteht. Um eine Bildzerlegungseinrichtung o.
dgl. am Sender mit der richtigen Drehzahl laufen zu lassen, wird man dann einen
lokalen Grundfrequenzgenerator, und zwar gemäß dem eingangs ausgeführten Beispiel
mit i 5oo Hertz, in gleicher Weise, wie es für die Empfangsseite beschrieben wurde,
an die gegebene Hochfrequenz des Senders anschließen. Die Ausgangshochfrequenz kann
sowohl für Sender wie für Empfänger nicht die lokal erzeugte, tatsächlich zur Übertragung
benutzte, sondern ein und dieselbe vom Geber und Empfänger lokal empfangene und
verstärkte fremde Hochfrequenz sein.
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Was im vorstehenden bezüglich der zwangsweisen Verkettung von Trägerfrequenz
und Synchronisierfrequenz ausgeführt wurde, gilt sinngemäß auch für die Anwendung
der Bildzerlegungsfrequenz selber als Synchronisierfrequenz. Unter Bildzerlegungsfrequenz
ist in diesem Falle ein bei gegebener Zerlegungsgeschwindigkeit und gegebener Unterteilungszahl
des Bildes in Elemente (Raster) definierter Wert zu verstehen, welcher der Anzahl
der in der Zeiteinheit übertragenen Flächenelemente des Bildes gleichzusetzen ist.
Diese Rasterfrequenz selber wird, da sie ja zwangläufig übertragen wird, vorteilhaft
am Empfänger dazu benutzt, einen Synchronmotor in gleicher Weise zu betreiben, wie
dies weiter oben für die Anwendung der Trägerfrequenz ausgeführt worden ist.
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Um die den Synchronlauf steuernde Trägerfrequenz bei der.Bildübertragung
auf bequeme Weise zugleich zum Zwecke der Modulation einzuführen, benutzt man alternativ
zur Erzeugung einer relativ langsamen Trägerfrequenz durch Unterbrechung des Abtastlichtstrahls
prinzipiell und allgemein eine auf bekannte Weise elektrisch erzeugte Frequenz,
welche gleichzeitig die Antriebsdrehzahl des Senders bestimmt, und fügt diese Frequenz
an geeigneter Stelle in die Verstärkungskette ein, welche die Bildpunktfrequenzen
'verstärkt, z. 'B. als hochfrequente Saugspannung der Photozelle, oder indem man
sie auf ein Röhrengitter (Steuergitter oder Raumladegitter o. dgl.) aufdrückt.