DE484341C - - Google Patents

Description

Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Einrichtung zur Fernübertragung mittels Hochfrequenz, bei welcher zwecks Erhöhung der Sendewirkung sowie mit Rücksicht auf eine Schwächung bzw. Unterdrückung der durch die Trägerfrequenz hervorgerufenen Interferenz diese Trägerfrequenz ganz oder zum großen Teil unterdrückt werden kann. Dies wird gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch bewirkt, daß man als Sendestrom einen Mehrphasenhochfrequenzstrom benutzt, dessen einzelne Phasenkomponenten einander für gewöhnlich kompensieren oder ausgleichen und daher in einem den Phasen gemeinsamen Nutzstromkreis keine Wirkung hervorbringen können, solange nicht irgendeine Störung des Gleichgewichtszustandes in dem erregenden Mehrphasensendestromkreis stattfindet. Eine solche Störung wird durch Modulation der einen Stromkomponente des Sendestroms hervorgerufen, wie sie beispielsweise durch Überlagerung der in der menschlichen Stimme oder in der Musik enthaltenen Frequenzen geschehen kann. Das Zustandekommen dieser Wirkung ergibt sich unter beispielsweiser Zugrundelegung eines Dreiphasenstroms aus der folgenden Betrachtung, wobei der Einfachheit halber statt des durch die Modulation erzeugten Bandes von Frequenzen eine einzige Modulationsfrequ-enz angenommen sein soll. Mathematisch ausgedrückt kann eine Trägerfrequenz E sin ω t," wenn sie durch eine niedrige einfache Frequenz K sin ρ t moduliert wird, gemäß der bekannten Formel geschrieben werden.

e = E₁ (1 -j- K sin p t) sin ω ί, (1)

wobei O <cK < den »Prozentsatz der Modulation« darstellt und ω = 2 π X Hochfre- .;. quenz und ρ=2 π X Modulationsfrequenz be^J deuten. Durch trigonometrische Umformung der Gleichung (1) kann diese wie folgt umgeschrieben werden: ^

e = E₁ sin ω t -\ ■—- cos (ω — ρ) t cos (ω -f- p) t.

Das heißt, bei , der Modulierung einer einzigen Frequenz wird die modulierte Welle aus drei Komponenten bestehen, nämlich der unmodulierten Trägerkomponente und aus zwei modulierten Komponenten, welche beziehentlich aus der Trägerfrequenz plus der modu-

lierten Frequenz und der Trägerfrequenz minus der modulierten Frequenz zusammengesetzt sind. Bei der wirklichen Radiotelephonie wird natürlich statt des Modulierungs-5 organs für eine einzige Frequenz ein Frequenzband auftreten, und unter diesen Umständen wird Gleichung (2) in folgender Beziehung geändert: Der erste Ausdruck (E₁SiTiWt)bleibt unverändert. Der zweiteÄusdruck und der dritte Ausdruck werden, der-art geändert, daß statt einfacher Frequenzen die Ausdrücke für eine Reihe von Frequenzen eintreten, welche beziehentlich die Trägerfrequenz plus einer jeden Niederfreqüenz- komponente des. Modulierungsorgans und die

1 ^KEi ,

, .. · .·■ e^l = -—= cos (w — p)

welche Gleichung, wie ersichtlich, nur aus zwei Gliedern besteht. Unter der Annahme, daß das modulierende Organ eine Mehrzahl von Frequenzen enthält, würde die Gleichung (3) sich in zwei allgemeine Ausdrücke entwickeln lassen, von welchen jeder eine Reihe von einfachen Frequenzkomponenten enthält, wie vorher erwähnt ist. Alle diese Trägerfrequenz minus jeder Niederfrequenzkomponente des Modulierungsorgans darstellen. Es wird, alsdann die Hauptfrequenz oder die uiimodulierte Komponente übertragen, welche durch den ersten Ausdruck in der Gleichung (2) sowie von zwei Frequcnz-'biälnidern, dargestellt wird, welche oberhalb und unterhalb der Hauiptfreqoi-enz. gelegen sind.

Für manche Zwecke ist es sehr wünschenswert, die Haupt- öder unmodulierte Trägerfrequenz zu unterdrücken (-E₁ sin ω t) von Gleichung (2), das heißt ihre Übertragung zu verhindern. In diesem Fall wird die Gleichung (2) zur folgenden Gleichung:

Ύζ T?

t COS

-f- p) t,

(3)

e =

E sin ω t + E sin (ω t — 120 °) -j- E sin (w i— 240 °)
= E sin w ί — o,5 E sin ω t — 0,866 E cos w t
— 0,5 E sin w t -f- 0,8666 E cos ω t,= o,

(5)

das heißt die Spannungen der Komponenten gleichen einander aus und betragen Null. Wenn man jetzt bei einer der drei Einphasenkomponenten, beispielsweise dem,ersten Aus-

e¹ = K E sin ρ t sin w t
oder

KE

e¹ =

COS (ω — ρ) t-

KE

COS (tu -j- p) t, (8)

(9)

was mit Gleichung (3) identisch ist, welch letztere sich aus der Gleichung (1) ergibt, wenn die unmodulierte Komponente der Träger-

■::■ frequenz unterdrückt wird, das heißt wenn eine ausgeglichene dreiphasige Hochfrequenzerzeugungs- oder Verstärkungsquelle in der richtigen Weise auf einen einzigen Stromkreis einwirkt, 'beispielsweise auf ein Radioanten-

}:i· nensystem oder ein Paar Telephondrähte oder Drähte der elektrischen Lichtleitung, und die Mödulierung' durch die Stimme oder in anderer: Weise sich nur auf eine der Phasen

Tatsachen sind beim Radiobetrieb wohl bekannt.

Bei einem Dreiphasenhochfrequenzsystem wirken drei Wechselstromspannungen gleicher Schwingungsweite, jedoch mit einem Phasen-Unterschied· von i2o° gleichzeitig auf einen einzigen Stromkreis ein und erzeugen eine resultierende Spannung von der Form:

druck von Gleichung (5), die Modulierung bewirkt, so kann die letztere in folgender Form geschrieben werden:

'·: ■!■'>■- ■'·■> e¹ = E (i -f- K sin pt) sin w t -f E sin (ω t—120 °) -f- E sin (cd t — 240°). (6)

40 Durch trigonometrische Umformung kann man die Gleichung (6) umformen in die Gleichung:

e¹/=- E sin ω t -\- K E sin ρ t sin ω t — 0,5 E sin ω t , .

— 0,866 E cos ω t — 0,5 E sin w t -\- o,866 E cos w t *'' oder

erstreckt, so ist das Ergebnis, daß Strom hoher Frequenz in dem Ladestromkreis, dem Antennensystem oder den Drähten nur während der Modulationsperiode vorhanden ist; die Schwingungsweite dieses Stroms ist direkt proportional dem Modulationsprozentsatz K. Findet keine Modulation statt, so ist K=O, und es fließt kein Hochfrequenzstrom. Die Hauptträgierfrequenz wird auf diese Weise unterdrückt. ^v

Die Erfindung soll nun näher an Hand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden,

welche Ausführungsbeispiele darstellen und in welchen Abb. ι die Anwendung der Erfindung auf ein Raumradiosendesystem darstellt; Abb. 2 ist ein Vektordiagramm, das die Verschiebung der auf der Sendestation erzeugten Hochfrequenzspannungen verdeutlicht, und Abb. 3 verdeutlicht eine abgeänderte Ausführungsform einer Sendestation unter Anwendung der Erfindung, wobei die Energie

to irgendeiner Art vom Belastungseinrichtung bei einem Drahtradiosystem oder einem Raumradiosystem zugeführt wird.

In den Zeichnungen ist in Abb. 1 ein Sendesystem mit Elektronenröhren dargestellt, bei welchem mit 1 ein Dreiphasenhochfrequenzstromerzeuger dargestellt ist. Der Generator 1 sendet den Strom in die Spulen 2, 3 und 4, welche in Stennschaltulng (F-Schaltung) verbunden sind und die primären Spulen der drei Gittertransformatoren darstellen und deren Sekundärspulen 5, 6 und 7 ebenfalls in Sternschaltung angeordnet und alsdann mit dan Gittern vom Vakuumröhren 8, 9 und ι ο verbunden sind. Nach der Darstellung haben alle Gitter durch die Batterie 11 negative Vorspannung, deren positiver Pol bei 12 geerdet ist. In Reihenschaltung mit der Sekundärspule 7 und dem Gitter der Röhre 10 ist die Sekundärspule 13 eines Audiofrequenzmodulierungstransformators 14 verbunden. In Reihenschaltung mit der Primärspule 15 befindet sich das Mikrophon 16 und die Batterie 17. Ein Umwegkondensator 18 liegt in Nebenschaltung mit der Sekundärspule 13 des Transformators 14. Die Glühfäden der Röhren sind schematisch nach der Darstellung als im Punkt 12, geerdet gezeichnet. Die Platten der Röhren 8, 9 und 10 sind beziehentlich durch die Spcrrkondensatoren 22, 23 und 24 mit den Induktionsspulen 19, 20 und 21 verbunden. Diese ihrerseits liegen in Sternschaltung, deren gemeinsamer Punkt bei 12 geerdet ist. Die Platten werden von einer Hochpotentialquelle erregt, welche von einer Batterie 25 dargestellt wird, und zwar vermittels der Hochfrequenzdrosselspulen 26. Der negative Pol der Batterie 27 ist bei 12 geerdet. Mit den Spulen 19, 20 und 21 sind Sekundärspulen 27, 28 und 29 induktiv gekoppelt, welche in der richtigen Polarität mit Bezug auf die Antenne 30 und die Erdung 12 in Reihenschaltung verbunden sind.

Die Wirkungsweise des Stromkreises ist folgende: Vom Stromerzeuger 1 und durch die Koppelung zwischen den Spulen 2-5, 3-6 und 4-7 werden drei gleiche Hochfrequenzspannungen, welche um 120° in der Phase verschieden sind, wie sich aus dein Vektordiagramm von Abb. 2 ergibt, an die Gitter der Verstärkerröhren 8, 9 und 10 angelegt, welche der Annahme nach in ,ihren Eigenschaften annähernd gleich sein sollen. Bei richtiger Einstellung der austretenden Stromkreise dieser Röhren und ohne Modulation am Mikrophon 16 wird kein Strom in dem Antennenstromkreis fließen infolge der vorher beschriebenen ausgleichenden Wirkung der drei Phasen. Sobald Modulation, beispielsweise durch die Stimme, am Mikrophon 16 stattfindet, so wird dieser Ausgleichszustand infolge der Änderung der Eigenschaften der Röhre 10 gestört, welche dadurch entsteht, daß man eine Audiofrequenzspannung deniGitterstrornkreis aufpreßt, und ein Stromstoß von Hochfrequenzstrom der durch Gleichung (9) gegebenen Form wird in dem Antennenstromkreis auftreten. Die nicht .modulierte Trägerfrequenz wird gehindert, die Antenne zu 'erreichen, oder wird unterdrückt. ■.':,■■■■■

Statt als Ladestromkreis eine Antenne zu · benutzen, kann man sich eines örtlichen Reihenstromkreises bedienen, wie er in Abb. 3 dargestellt ist, welcher aus Induktionsspulen 27, 28 und 29, einer Kapazität 31 und einem '. Widerstand 32 besteht und die Kennzeichen eines Liniennetzsystems darstellt.

In Abb. ι wird die Modulation an dem Gitter einer der drei Verstärkerröhren in der gewöhnlichen Weise bewirkt. In Abb. 3 ist eine Methode dargestellt, um die Modulation an der Anodenplatte einer der Röhren zu bewirken. Bei diesem Schema liefert die Batterie 25 die nötige Plattenspannung durch Hochfrequenzdrosselspulen 26 wie vorher. In Reihenschaltung mit einer dieser Spulen befindet sich jedoch eine sehr große Eisenkerninduktanz 33. Die Platte der Modulationsröhre 34 ist verbunden mit einem Abzweigungspunkt zwischen der Induktanz 33 ^ und der Hochfrequenzdrosselspule 26. Der Gitterstromkreis der Röhre 34 enthält die Sekundärspule 35 eines Modulationstransformators und einer Vorspannbatterie 36. Der primäre Stromkreis dieses Transformators ^;i enthält die primäre Windung 37, das Mikrophon 16 und die Batterie 17. In Reihenschaltung mit den Hochfrequenzdrosselspulen in der Gleichstromspeisung der Röhren 8 und 9 kann der Widerstand 38 eingeschaltet sein, ^: dessen Wert gleich dem Gleichstromwiderstand der Induktanz 33 ist. Die Widerstände 38 haben die Aufgabe, die an die Röhren 8 und 9 angelegte Plattenspannung ebenso hoch zu halten wie die an die Röhre 10 angelegte >: ■ Spannung und auf diese Weise die Aufrechterhaltung j des Hochfrequenzausgleichs des Systems zu unterstützen, wenn es auch nicht immer notwendig ist, diese Widerstände zu benutzen. - ■■

Wenn ein Modulationsorgan, beispielsweise

die Stimme, auf das Mikrophon 16 in Gemäßheit der wohlbekannten Theorie einwirkt, wird die an die Röhre io angelegte Plattenspannung dementsprechend geändert, und ein Stromstoß erscheint in dem Ladestromkreis 27, 28, 29, 31 und 32. Infolge des Ausgleichszustands des Systems wird eine Störung des Ausgleichs demgemäß auch eine Unterdrückung der unmodulierten Komponente des ausgehenden Stroms erzeugen.

Obschon in einem jeden der Kathodenstromkreise Strombatterien dargestellt sind und eine Batterie zur Erzielung des Anodenpotentials hier benutzt wird, so ist doch darauf hinzuweisen, daß Stromerzeuger oder irgendeine andere Energiequelle vorhanden sein kann und daß die zeichnerischen Darstellungen nur dem Zweck dienen, um Energiequellen zu verdeutlichen. Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise in zwei Ausführungsformen dargestellt, es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß die Stromkreisanordnungen, die hier dargestellt sind, nur beispielsweise bildliche Darstellungen sind und daß die Grundsätze der vorliegenden Erfindung ganz allgemein bei verschiedenen Systemen anwendbar sind, bei welchen eine mehrphasige Energiequelle vorhanden ist und die Energie für gewöhnlich in mehreren Stromkreisen ausgeglichen ist. Indem man den Gleichgewichtszustand der Stromkreise dadurch stört, daß man die Energie in einer ihrer Phasen moduliert, ist man imstande, einem Arbeitsstromkreis von allgemeiner An-Wendungsfähigkeit Hochfrequenzenergie aufzudrücken, wähnend die unmodulierte Komponente der Hochfrequeinzträgerwelle sowohl wähnend als zwischen den einzelnen Aufzeichnungsperioden unterdrückt wird. Man kann an der Empfangsstelle verschiedene Methoden benutzen, um die Trägerfrequenz wiederherzustellen und auf diese Weise die empfangenen Aufzeichnungen in der richtigen Form wiederzugeben.

Aus einer Betrachtung der in Abb. 1 und 3 dargestellten Stromkreise und aus Gleichung (5) ergäbt sich, daß, wenn die Höchstwerte jeder der drei Phasenspannungen nicht alle gleich sind, sie in keinem Augenblick sich zu Null zusammenaddieren. Das heißt, es werden dann zwischen den Modulationsperioden in dem Ladestromkreis Hochfrequenzströme auftreten. Während der Modulierung wird ein nicht ausgeglichener Zustand dieser Art auch eine nicht modulierte Komponente des Trägerstromkreises ergeben, deren Schwingungsweite dem Grade der Gleichgewichtsströmung proportional ist.

Beispielsweise kann Gleichung (6) in fol- go gender Weise umgeschrieben werden:

e¹ = 0,8 E (1 -f K sin ρ t) sin w t -f E sin (ω t — 120 °) -f E sin (ω t — 240 °), (10)

was mathematisch bedeutet, daß zwei von dien Diieiphasenspannungen Höchstwerte haben, die gleich; E sind, ^wähnend derjenige der

dritten Spannung (0,8 E) beträgt oder weniger als diesen Wert ausmacht. In der üblichiem Weise entwickelt, liefert Gleichung (10) die folgende Gleichung:

e¹ = 0,8 E sin w t -\~ ο,8 Ζ£ E sin ρ ί sin ω t ~ 4ο ' — ο,866 E

= — 0,2 E sin οι ί -j" ο,8 if Zi sin ρ ί sin ω ί

ζγ · , 0,8KZ?
= — 0,2 h sin α» ί -j cos (u> — ρ) ι ■

was der Form der Gleichung (2) entspricht,

d. h. die Gleichung enthält eine unmodulierte Trägerfrequenzkomponente von verminderter Schwingungsweite.

Der geringe Grad der Gleichgewichtsstörung kann bei der praktischen Ausführung auf verschiedene Weise erhalten werden, beispielsweise indem man die Koppelung bei einem der Stromeintrittstransformatoren 2-5, 3-6 oder 4-7 oder bei einem der Stromaustrittstransformatoren 19-27, 20-28, 21-29 fester ausführt als die Koppelung der beiden übrigbleibenden Transformatoren, wodurch man in dem ersten Fall eine höhere Spannung dem eintretenden Strom einer der Verstärkungsröhren 8, 9, 10 aufdrückt oder, im zweiten Fall eine höhere Austrittsspannung - 0,5 E sin ω t

cos ω t — 0,5 E sin ω t -f- 0,866 E cos ω t

o,8KE

cos (αϊ -f ρ) t,

von einer der Verstärkungsröhren nach dem Ladestromkreis entwickelt. Bei der praktischen Ausführung ist bei einem gewissen dreiphasigen Erzeugraigselem'ent, welches willkürlich in gieringiem Grade aus dem Gleich- 11c gewichtszustand gebracht worden ist, beobachtet worden, daß das Wurzelmi.ttel aus dem Quadrat des Antennenstromkreises während der Modulierung im Durchschnitt 0,5 Ampere betrug, während beim Nichtvorhandensein 11; der Modulierung der verbleibende Antennenstromkreis 0,03 Ampere betrug.

Unter gewissen Bedingungen ist es sehr vorteilhaft, die unmodulierte Komponente des Trägerfrequenzstromkreises nicht zu unterdrücken, sondern in dem Ladestromkreis einen kleinen Bruchteil der unmodulierten

Trägerkomponente fließen zu lassen oder sowohl während als auch zwischen den Modulationsperioden zu übertragen, und es ist ohne weiteres ersichtlich, daß dies durch die hier dargestellten Stromkreise und das hier dargestellte Verfahren erzielt werden kann.

Während die Spulen 2, 3 und 4; 5, 6 und 7 und 19, 20 und 21 nach der vorliegenden beispielswieisen Darstellung Steinverbindung (Y)

to aufweisen, können sie auch in Deltaschaltung vterbuindiein sein (Δ)· Inder dargestellten beispielsweisen Ausführungsform sind die Windungen induktiv gekoppelt; es ist jedoch hervorzuheben, daß auch andere Formen zur Koppelung benutzt werden können.

In Abb. ι und 3 sind zwei Methoden der Modulierung dargestellt; doch ist nicht beabsichtigt, den Erfindungsbereich auf irgendeine besondere Art der Modulierung zu beschränken, sondern es ist zu bemerken, daß jede Modulationsmethode, die auf eine der drei Phasen derart einwirken kann, daß dadurch ein ausgeglichener oder halbausgeglichener Zustand gestört wird, in den Bereich der Ansprüche der Erfindung fällt.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Fernübertragung mittels Hochfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen eines Mehrphasenstromkreises derart auf einen gemeinsamen Nutzkreis arbeiten, daß die unmodulierten Hochfrequenzströme aller Phasen sich in ihrer Gesamtwirkung auf den Nutzkreis ausgleichen, und daß die Modulation in einer oder auch in mehreren Phasen derart erfolgt, daß dieses Gleichgewicht gestört wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Phasen an die Gitterelektroden von Elektronenröhren (8, 9, 10) angelegt sind, von denen eine mit einer Modulationseinrichtung versehen ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung (13, 14, 15, 16, 17, 18) im Gitterkreis der betreffenden Röhre (10) liegt (Abb. 1).
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsröhre (34) parallel zum Anodenkreis der betreffenden Röhre (10) liegt (Abb. 2).
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 unter Verwendung von Dreiphasenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die vor und hinter den Elektronenröhren (8, 9, 10) der einzelnen Phasen angeordneten Koppelungsspulen sternförmig geschaltet sind.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelung der Phasen mit dem Nutzkreis so bemessen ist, daß keine vollständige Kornpensation eintritt, so daß eine schwache Trägerkomponente bestehen bleibt.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung der Anoden der Elektronenröhren von der Hochspannbatterie (25) aus über Hochfrequenzdrosselspulen (26) erfolgt und in den Speisekreis der modulierten Phase gegebenenfalls noch eine Eisendrossel (35) eingeschaltet ist.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichgewichtsstörung durch Änderung des Koppelungsgrades eines der vor oder hinter den Elektronenröhren belegenen Transformatoren ©der Iinduktanzen (2-5, 3-6, 4-7, 19-27, 20-23, 21-29) hervorgebracht wird.
9. 9] Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der induktiv mit dem Sendestromkreis gekoppelte Nutzstromkreis von einem geschlossenen, gegebenenfalls mit Kapazität (31) und Widerstand (32) versehenen Stromkreis gebildet wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen