DE456898C - Verfahren, um aus Empfangsanlagen fuer Nachrichtenuebermittlung Stoerungen grosser Amplitude auszuscheiden - Google Patents

Description

Zweck der Erfindung ist, eine sinusförmige Schwingung von Störungen größerer Amplitude zu befreien, die sich ihr überlagern können. Fälle dieser Art sind oft in Empfangsanlagen für Nachrichtenübermittlung, besonders auf drahtlosem Wege, anzutreffen, und zwar handelt es sich in der Hauptsache um sogenannte aperiodische Störungen.

Die Lösung der Aufgabe ist bereits mit verschiedenen Mitteln versucht worden. Eine Reihe der verwendeten Einrichtungen nutzt Resonanzwirkungen aus. Die hierdurch erzielbare Wirkung wird begrenzt durch den Absolutwert der Amplitude der Signalschwingung; überschreitet die Amplitude einen bestimmten Grenzwert, dann wird die Wirkung unzureichend.

Es ist auch versucht worden, Störungen auszuscheiden ohne Anwendung von Resonanzkreisen. Man hat jedoch gefunden, daß eine Unterdrückung der Störungen ohne eine gleichzeitige Schwächung der Signalschwingungen nicht möglich ist. Oft wird die Signalschwingung, die. man rein darstellen wollte, so sehr geschwächt erbalten, daß das erzielte Ergebnis verschwindet gegenüber der Energieverminderung, die stets die Betriebssicherheit herabmindert.

Einen beachtlichen technischen Erfolg haben solche Einrichtungen gezeitigt, bei denen die zu empfangende Energie zwei Systemen zugeführt wird, die im wesentlichen aus zwei gegeneinandergeschalteten Stromkreisen bestehen, deren einer die Gesamtenergie, d.h. Signalenergie und Störuhgsenergie, deren anderer hingegen nur Störungsenergie aufnimmt bzw. wieder abgibt. Es hat sich gezeigt, daß solche Einrichtungen die grundsätzlichen Bedingungen für ein Ausscheiden von Störungen erfüllen.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet ebenfalls zwei differentiell geschaltete Stromkreise, und nach der Erfindung wird der eine Stromkreis so ausgebildet, daß er die Gesamtschwingung praktisch verzerrungsfrei aufnimmt, wogegen dem anderen Stromkreise ein Schwellenwert für seine Erregung gegeben wird, der durch den Absolutwert der Amplitude der Signalschwingung bestimmt ist. Das Verfahren gestattet eine nahezu vollkommene Kompensation der Störungsenergie in den gegeneinandergeschalteten

Stromkreisen, so daß letzten Endes fast ausschließlich die Signalschwingung übrigbleibt, und zwar dn einem Energiebetrage, der nur infolge der unvermeidlichen Verluste um einen stets klein zu haltenden Betrag kleiner ist als die Einfallsenergie. Der erforderliche Schwellenwert für die Erregung des einen Teilstromkreises kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Man kann für diesen Zweck beispielsweise mit Vorteil den sogenannten remanenten Magnetismus eines ferromagnetischen Materials, vorzugsweise des Eisens, nutzbar machen. In diesem Falle enthält der praktisch nur die Störungsenergie aufnehmende bzw. weiterleitende Teilstromkreis außer rein elektrischen Teilen auch ferromagnetische Teile, und die für die Unterdrückung der Signalschwingung notwendige Remanenz stellt man durch Verwendung eines Dauermagneten im Nutzkraftfluß oder aber durch eine unabhängige Gleichstromerregung des Eisenkreises her. Hinsichtlich der Wirkung läßt sich eine so entstehende Einrichtung vergleichen mit einem mechanischen Schwingungssystem, dessen bewegte Teile fest gekoppelt sind mit einer im wesentlichen nur in der Ruhelage wirksamen Reibungshemmung.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens kennzeichnet sich daher durch die Verwendung eines elektromechanisch bewegten Teiles, der eine in der Ruhelage wirksame Reibungshemmung besitzt. Es ist hier also ein Relais vorhanden, das in Analogie zu der Vorspannung schwingender Federn einen Schwellenwert hat, der erst überschritten werden muß, damit überhaupt eine Bewegung eintritt, die dann aber von der Reibungshemmung nur in einem stets vernachlässigbaren Betrage beeinflußt wird. Versuche haben ergeben, 'daß die notwendigen Bedingungen in vollkommener Weise erfüllt werden, wenn der mechanisch bewegte Teil in Resonanz schwingt. In diesem Falle braucht die durch die Reibungshemmung in der Ruhelage ausgeübte sogenannte Haftkraft nur gering zu sein, weil der Energiebedarf im Resonanzzustande überhaupt außerordentlich Idein ist. Als Verkörperung dieses Lösungsgedankens entstehen Resonanzrelais, deren Schwinganker mit einer zusätzlichen Reibungshemmung versehen sind. Bei diesen Relais ist sowohl der Schwinganker als auch die Wicklung, gegebenenfalls in Verbindung mit einem Kondensator, auf die Signalschwingung abgestimmt. Von Vorteil ist es in einem solchen Falle, wenn auch der andere Teilstromkreis auf die Signalschwingung abgestimmt ist. Dieser Teil-Stromkreis wird im allgemeinen ausschließlich rein elektrische Teile enthalten.

In manchen Fällen ist für die Kompensation aperiodischer Störungen eine größtmögliche Symmetrie der gesamten Einrichtung erwünscht. Man wird also beiden Teilstromkreisen elektromechanisch bewegte Teile einordnen, so daß man beispielsweise mit zwei Resonanzrelais gleicher Zeitkonstanten arbeitet. Im Regelfalle wird alsdann nur der Schwinganker des einen Resonanzrelais mit einer in der Ruhelage wirksamen Reibungshemmung ausgerüstet, während der Anker des anderen Relais frei schwingt. Es ist aber auch möglich, beiden Schwingankern eine Reibungshemmung zu geben. In diesem Falle müssen die sogenannten Haftkräfte der Reibungshemmung natürlich verschieden groß sein, und an die eine Reibungshemmung wird man im übrigen die Forderung stellen, daß die von ihr ausgeübte Haftkraft kleiner ist als die in Kauf zu nehmende Unvollständigkeit der Kompensation.

Die erfindungsgemäßen Einrichtungen beschränken sich natürlich nicht auf die Verwendung von Resonanzrelais. Für die Um-Wandlung elektromagnetischer in mechanische Energie können auch andere Vorrichtungen benutzt werden, beispielsweise Mikrophonkontakte, Änderungen der Kapazität von Kondensatoren durch Bewegung einer BeIegung oder eines Dielektrikums mit zonenweise verschiedenen Dielektrizitätskonstanten u. dgl.

Der notwendige Schwellenwert für den elektromechanisch bewegten Teil kann gleichfalls durch verschiedene Hilfsmittel hergestellt werden, für die die Reibungshemmung nur ein Beispiel darstellt. Ein anderes Hilfsmittel entsteht !beispielsweise dadurch, daß man die bei mechanischen Resonatoren bekannte Hippsche Kontakteinrichtung dem Sonderfall anpaßt. In einem solchen Falle wird man vielfach damit auskommen, daß man dem Schwinganker eine solche Eigenschwingung gibt, daß die Signalschwingung zu ihr harmonisch ist. Wichtig ist für alle Fälle die Frequenzunabhängigkeit der den Schwellenwert bestimmenden Hilfseinrichtungen.

Mit !besonderem Vorteil läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren in solchen Empfangsanlagen nutzbar machen, in denen man die Zeichen und. Störungen Umwandlungen unterwirft, bevor sie den beiden differentiell geschalteten Teilstromkreisen zugeführt werden. Auf diese Weise lassen sich sehr gute Resultate beim Vorhandensein aperiodischer Störungen erzielen.

Die Abbildungen veranschaulichen schematisch einige Ausführungsbeispiele der Einrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. sie geben einige Er-

läuterungsschemata zu einzelnen Ausführungsformen. Insbesondere zeigt:

Abb. ι das Schaltschema einer Einrichtung, deren einer Teilstromkreis einen eisenhaltigen Transformator enthält,

Abb. 2 ein Erläuterungsschema für die Wirkung der Einrichtung nach Abb. i,

Abb. 3 eine Einrichtung, bei der beide Stromkreise elektromechanisch bewegte Teile ίο enthalten, deren einer mit einer Reibungshemmung ausgerüstet ist,

Abb. 4 das Schaltschema einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung mit verschieden aufgebauten Teilstromkreisen,

Abb. 5 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung mit vorgeschalteter künstlicher Leitung,

Abb. 6 ein Erläuterungsschema zu den Abb. 4 und 5 und

Abb. 7 ein weiteres Erläuterungssdiema zu diesen Abbildungen.

Nach Abb. 1 arbeitet der Stromkreis AA auf eine Dreielektrodenröhre D durch Vermittl'ung zweier Transformatoren T₁ und T₂. T₁ ist ein Transformator mit fein unterteiltem Eisenkern, T„ ist ein einfacher Lufttransformator. Abb. 2 veranschaulicht die Hysteresiskurve des Transformators T₁. Die Strecke ON ist ein Maß für den remanenten Magnetismus, den man, sei es durch Dauermagneten, sei es durch Fremderregung mit Gleichstrom, auf einen bestimmten Wert bringen kann, durch den dann der Schwellenwert für die Erregung des Sekundärkreises des Transformators T₁ gegeben ist. Es tritt eine Hemmung durch molekulare Reibungskräfte bei der zyklischen Magnetisierung auf, so< daß die in Abb. 2 veranschaulichte Kurve bekannte Gestaltsveränderungen erleidet, die sich besonders auf die Teile MM der Kurve beziehen. Die so entstehenden, der in Abb. 2 gezeichneten Kurve mehr oder weniger ähnlichen zyklischen Magnetisierungskurven entsprechen den zu kompensierenden Störungen. Die sinusförmigen Signalströme schwächerer Amplitude dagegen erzeugen zyklische Magnetisierungskurven, die die Form von Ellipsen mit großer Exzentrizität haben, deren große Achse nur wenig zur Abszissenachse OH geneigt ist. Die sinusförmigen Signalströme rufen im Transformator T₁ stets nur eine vernachlässigbar kleine wirksame Magnetisierung hervor, so daß dieser Transformator praktisch nur die Störungsenergie transformiert. Im Lufttransformator T₂ dagegen wird die gesamte Energie praktisch verzerrungsfrei übertragen, da die Verluste in ihm stets vernachlässigbar klein gehalten werden . können. Die Sekundärkreise beider Transformatoren sind differentiell geschaltet, so daß im Anodenkreis der Röhre D nur" die Signalströme zur Wirkung kommen, die man dann in bekannter Weise auf einen Resonanzkreis R überträgt, der die in der Differentialschaltung begonnene Selektierung vollendet.

Nach Abb. 3 erregt der Stromkreis AA zwei gleiche polarisierte Elektromagnete B₁ und B₂, deren Anker F₁ und F₂ entsprechend dem Gesamtstrom bewegt werden. Der Anker F₁ ist mit einer Reibungshemmung G₁ H ausgerüstet, die den Schwellenwert für die Erregung des ihm zugeordneten Sekundärkreises bestimmt. Dieser Anker F₁ spricht demnach - nur auf bedeutende Störungsströme an, während der Anker F₂ sich entsprechend dem Gesamtstrom bewegt.

Durch die Bewegung der beiden Anker ändern sich die Luftspalte der ihnen zugeordneten Elektromagnete B_z und B₄, in deren Wicklungen Ströme induziert werden, die dann in Gegeneinanderschaltung auf die Dreielektrodenröhre D einwirken, so daß auch in deren Anodenkreis wiederum praktisch die reine Signalschwingung auftritt, die wie in Abb. ι einem Resonanzkreis R zugeführt wird.

In den Abb. 4 und 5 ist der die Gesamtschwingung praktisch verzerrungsfrei aufnehmende Stromkreis aus rein elektrischen Teilen aufgebaut, während der andere Stromkreis außer rein elektrischen noch elektromechanisch bewegte Teile enthält. Gezeichnett ist ein Resonanzrelais, dessen Schwinganker die bereits in Abb. 3 dargestellte Reibungshemmung besitzt. Hier ist also wieder eine doppelte Umwandlung vorhanden, nämlich die Umwandlung einer rein elektrischen Schwingung in eine mechanische Schwingung und die Rückumwandlung dieser mechanischen 10c Schwingung in eine sekundäre elektrische Schwingung.

Der Stromkreis AA kann bei diesen Beispielen dazu dienen, einen beliebigen Apparat, insbesondere einen Empfänger für Nachrichtenübermittlung, zu steuern. Im Falle der drahtlosen Übermittlung kann man entsprechend der geläufigen Übung entweder auf die Frequenz der Hertzschen Wellen oder auf die Modulierung einer hörbaren oder auch unhörbaren Frequenz hinarbeiten.

Nach Abb. 4 arbeitet der Sammelstromkreis auf zwei verschiedene Zweige. Der eine Zweig enthält einen polarisierten Elektromagneten B₁, der einen Schwinganker F₁ erregt, dessen Bewegungen durch Änderung des Luftspaltes einen Strom im polarisierten Elektromagneten S₃ erzeugen. Der Schwinganker F₁ ist auf die Signalschwingung abgestimmt und im übrigen mit einer Reibungshemmung G, H ausgerüstet. Der andere Zweig enthält einen ersten Stromkreis U, L₁,

C₁, der durch einen hohen Ohrnschen Widerstand^ gedämpft ist. Der Koppkmgsgrad/C ist regelbar, der Kondensator C₁ einstellbar.. Dieser Stromkreis erregt einen Resonator Z/₂, C₂, der auf die Signalschwingung abgestimmt ist und dessen Dämpfung durch den" regelbaren Ohmschen Widerstand S₂ eingestellt wird. Dieser aus rein elektrischen Teilen aufgebaute Resonanzstromkreis ist mit dem

ίο Sekundärkreis des transformierenden Resonanzrelais differentiell auf die Dreielektrodenröhre D geschaltet, deren Anodenstromkreis einen Strom J₃ führt, der praktisch nur aus Signalstrom besteht und der in üblicher Weise auf den Resonanzkreis R übertragen wird.

Die rein elektrischen Resonatoren übertragen hier die Gesamtschwingung praktisch verzerrungsfrei, während bei richtiger Einstellung der Reibungshemmung G₁H des Schwingankers F₁ des transformierenden Resonanzrelais dessen Sekundärstromkreis praktisch lediglich die Störungsströme abbildet. Durch Einstellung des Kopplungsgrades der rein elektrischen Schwingungskreise läßt es sich leicht erreichen, daß eine fast vollkommene Kompensation der Störungen im Differentialstromkreis eintritt.

Nach dem Schaltschema der Abb. 5 erregt der Stromkreis AA eine künstliche Leitung, die durch eine Spule LL und durch eine bestimmte Zahl von Kondensatoren C gebildet wird, die beispielsweise gleichmäßig entlang der Spule LL verteilt und mit Erde verbunden sind. Die künstliche Leitung ist durch die Impedanz Z am Ende geerdet, um Reflexionen der Einfallswelle zu vermeiden. Der künstlichen Leitung gibt man im allgemeinen eine Länge, die ein wenig größer ist als die Länge einer Welle des aufzunehmenden Zeichens. Mittels dreier Abgreifkontakte P₁, P₂ und P₃ kann der künstlichen Leitung Strom in verschiedenen Punkten entnommen werden. Die gleiche Erregerwelle trifft nacheinander die Anzapfstellen der Kontakte P₁, P₂, P₃, die je mit einem Potentiometer O₁Q₁, O₂Q₂ und O₅Q₃ verbunden sind. Diese Potentiometer dienen in bekannter Weise dazu, die Teilamplituden der Störungswellen richtig zu bemessen. Im gezeichneten Beispiel mögen beispielsweise die Kontakte P₁ und P₃ so angeordnet sein, daß ihr Abstand einer Wellenlänge des Zeichens entspricht. Weiterhin mögen die Potentiometerkontakte Q₁ und Q₃ so eingestellt sein, daß sie die Schwächung aufheben, die bei der Fortpflanzung der Einfallswelle über die künstliche Leitung unvermeidlich ist. Diese Potentiometerkontakte Q₁, Q₃ sind mit dem Gitter bzw.. mit. 6<3 dem Heizfaden einer Dreielektrodenröhre X verbunden, in deren Anodenkreis das- trans- j formierende Resonanzrelais B₁, F₁, G₁ H₁ B₃ eingeschaltet ist, dessen Schwinganker P₁ auf die Periode des aufzunehmenden Zeichens abgestimmt ist. Die auf den Eisenkern B₃ aufgebrachte Sekundärspule liegt im Zuge der Leitung, die vom Potentiometerkontakt Q₂ zum Gitter der Dreielektrodenröhre Y führt, in deren Anodenstromkreis der dem aufzunehmenden Signal entsprechende Strom /₃ auftritt, der dann auf den Resonanzkreis R übertragen wird.' Der Heizfaden der Röhre Y wird zweckmäßig geerdet.

Die beschriebene Einstellung der Abgreifkontakte der künstlichen Leitung und weiterhin der Potentiometerkontakte bewirkt, daß die dem aufzunehmenden Zeichen entsprechende Welle auf das Gitter und den Heizdraht der Röhre X gleichsinnig einwirkt, so daß der Anodenstrom dieser Röhre der Gesamtschwingung entspricht. Beim jedesmaligen Auf treffen des zu übertragenden Zeichens auf die Abgreifstellen der Kontakte P₁ und P₃ wird auf den Schwinganker F₁ des transformierenden Resonanzrelais ein kurzer Stromstoß übertragen, der j adoch bei passender Einstellung der Reibungshemmung G, H keine Bewegung des Schwingankers hervorzuheben imstande ist. Eine Störung von beachtlicher Amplitude dagegen gelangt beim Einfall zunächst über den Abgreifkontakt P₁ zum Gitter der Röhre X und nach Ablauf einer vollen Periode des. Zeichens über den Abgreifkontakt P₃ zum Heizfaden dieser Röhre. Sieht man vorübergehend von der Wirkung der Reibungshemmung G₁H des Schwingankers P₁ - ab, dann würde auf ihn durch den ersten Stoß die schwach gedämpfte Schwingung übertragen, die durch die Kurve U der Abb. 6 dargestellt wird. Der zweite Stoß würde zu einer gleichartigen Schwingung nach Ablauf der Zeit T Veranlassung geben (vgl. die Kurve U₁ der Abb. 6). Der Schwinganker P₁ ist also bestrebt, eine Bewegung auszuführen, die der geometrischen Summenkurve U-^U₁ der Abb. 7 entspricht. Nun ist bei einem guten Schwinganker eines

—%— ^l-

Resonanzrelais das Verhältnis

%,—-U m

sehr

klein, jedenfalls beträchtlich kleiner als ¹J₁₀₀ (die Abb. 7 kann die Verhältnisse nur in starker Verzerrung wiedergeben). Die Reibungshemmung, die ohne nennenswerten Einfluß auf den Anfang aa der resultierenden Schwingung ist, widersetzt sich der Wirkung durch den nachfolgenden Teil der Schwingung (vgl. die schraffierten Kurvenbögen in Abb. 7). Die Folge davon ist, daß das aufzunehmende Zeichen nicht auf den zum Eisenkern -B₃ gehörigen Stromkreis des transforniierenden": Resonanzrelais übertragen, wird, daß aber hier die Störung einen Strom her-

vorruft, der die Form einer vollen Zeichenperiode und eine Amplitude hat, die proportional der Stärke der Störung ist.

In der Röhre Y findet somit eine Kompensation statt. Es ist zu beachten, daß der Augenblick des Entstehens der Störungsstromstöße durch die Stellung des Abgreifkontaktes B₂, ihre Amplitude dagegen durch die Stellung des Potentiometerkontaktes Q₂

ίο regelbar ist. Dies ermöglicht in allen Fällen eine praktisch vollkommene Kompensation, so daß der Resonanzkreis R stets ein vollständig ausgereinigtes Zeichen empfängt.

Die Schaltung nach Abb. S läßt sich auf vielfache Weise abändern. So kann man z. B. einige zusätzliche Röhren mit einer künstlichen Leitung von nur einer halben Wellenlänge des zu empfangenden Zeichens benutzen, derart, daß eine Störung auf den Schwinganker F₁ zwei Stöße von gleichem Vorzeichen ausüben würde, die jedoch zeitlich um den Betrag einer halben Periode voneinander getrennt sind.

Man ist nicht auf die Verwendung einer Reibungshemmung beschränkt, sondern kann auch hier zur Durchführung der Erfindung die magnetische Hysteresis oder auch die dielektrische Hysteresis benutzen.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren, um aus Empfangsanlagen für Nachrichtenübermittlung Störungen großer Amplitude auszuscheiden, die einer sinusförmigen Schwingung überlagert sind, unter Benutzung zweier gegeneinandergeschalteter Stromkreise, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Stromkreis die Gesamtschwingung praktisch verzerrungsfrei aufnimmt, dem anderen Stromkreis hingegen ein durch den Absolutwert der Amplitude der Signalschwingung bestimmter Schwellenwert für seine Erregung gegeben wird.
2. 2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahr ens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der praktisch verzerrungsfrei arbeitende Stromkreis ausschließlich rein elektrische, der andere Stromkreis hingegen sowohl elektrische als auch ferromagnetische Teile enthält.
3. 3. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der praktisch verzerrungsfrei arbeitende Stromkreis ausschließlich rein elektrische, der andere Stromkreis hingegen sowohl elektrische als auch elektromechanisch bewegte Teile enthält.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der beiden Stromkreise, und zwar vorzugsweise der nicht ausschließlich rein elektrische Teile enthaltende Stromkreis, auf die Signalschwingung abgestimmt ist.
5. 5. Abänderung der Einrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stromkreise auf die Signalschwingung abgestimmt sind und elektromagnetisch bewegte Teile enthalten.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Stromkreise ein Resonanzrelais enthält und daß der Schwinganker des einen Resonanzrelais eine in der Ruhelage wirksame Reibungshemmung besitzt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

   B2RUH. GEbnucKT ω der reiChsdruckersi.