DE504245C - Telegraphieverfahren mit Frequenzmodulation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Mehrfachtelegraphie mit Frequenzmodulation. Um den Schwund (Fading) zu verringern, hat man schon vorgeschlagen, die Sendefrequenz zu wobbeln. Für die Zwecke der Fadingvermeidung bei Telegraphie mit Frequenzmodulation erscheint es daher zweckmäßig, getastete Signale dadurch zu senden, daß man die intermittierende Zeichengebungsfrequenz wobbelt und das Wobbeln am Empfänger wahrnehmbar macht, wodurch gleichzeitig die Probleme des Tastens und des Wobbeins gelöst werden. Dieses erfolgt dadurch, daß Energie von verhältnismäßig kleiner Frequenz getastet wird und die getastete Energie zur Frequenzmodulation benutzt wird, d. h. daß die Sendeenergie in ihrer Frequenz in einer Periode variiert wird, die gleich der niedrigen Frequenz ist, und wobei die Frequenzvariation der Sendeenergie nicht von

ao Amplituden Variationen begleitet ist. Am Empfänger sind analysierende Kreise zu benutzen, die auf eine Frequenz abgestimmt sind, die außerhalb des verwendeten Frequenzbereiches liegen, um die Frequenzvariationen in Amplitudenvariationen umzuändern.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht in einer Verbesserung des Verfahrens der Mehrfachtelegraphie durch Frequenzvariation.

Mehrfachtelegraphie unter Benutzung des oben geschilderten Verfahrens läßt sich dadurch ermöglichen, daß mehrere Tastenenergien von verschiedenen verhältnismäßig niedrigen Frequenzen vorgesehen werden, daß die getrennten Signalenergien addiert werden, um eine komplexe resultierende Signalwelle zu erhalten, und daß dann die resultierende Welle dazu benutzt wird, um die Sendeenergie von verhältnismäßig hoher Frequenz zu frequenzmodulieren. Zwecks Empfanges dieses mehrfachfrequenzmodulierten Trägers wird die empfangene Energie einem analysierenden Kreis aufgedrückt, der auf eine Frequenz abgestimmt ist, die außerhalb des Arbeitsbereiches der ihm zugeführten Frequenz liegt, zum Zwecke, die Frequenzmodulation in Amplitudenmodulation umzuändern; es wird dann die modulierte Amplitudenenergie gleichgerichtet, um eine komplexe Signalwelle zu erhalten, wie sie für die Frequenzmodulation am Sender verwendet wurde, und die gleichgerichtete Energie in ihre Signalenergiekomponenten durch Filter getrennt, um die verschiedenen Originalsignale zu erhalten.

Beim Auswählen der Frequenzen für die Signalträgerwellen hat sich die Schwierigkeit herausgestellt, daß diese Frequenzen nicht in harmonischer Beziehung stehen dürfen. Wenn

aber natürliche Harmonische unterdrückt werden, könnten auch Energien von harmonischen Frequenzen in den Signalträgerwellen verwendet werden. Es ist eine Eigenschaft von Kreisen in Gegentaktschaltung, daß durch ihre Verwendung abwechselnd die geraden bzw. die ungeraden harmonischen Frequenzen unterdrückt werden.

Es ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Gegentaktfrequenzmodulator, durch dessen Anwendung eine viel weitere Auswahl von Tastfrequenzen gestattet wird. Diese Vorrichtung kann man als Gegentaktwobbler bezeichnen. Sie besteht in ihrer allgemeinsten Form aus einer Einrichtung, welche die Abstimmung eines Resonanzkreises von ihrem Mittelwert nach beiden Richtungen hin verändert, und aus einem Modulatorkreis, der diese Einrichtung in entgegengesetzter Phase speist, ao zweckmäßig durch Röhren, deren Steuerelektroden im Gegentakt geschaltet sind.

Einer der Vorteile bei Verwendung von Frequenzmodulation anstatt Amplitudenmodulation ist die Tatsache, daß das notwendige Frequenzband für jeden Sender auf jedes gewünschte Minimum verringert werden kann. Bei Verwendung einer kleinen Frequenzvariation in einer Hochfrequenzträgerwelle kann die prozentuale Variation so klein sein, daß sowohl am Sender als auch am Empfänger Modulierungs- und Demodulierungsschwierigkeiten entstehen. Ferner wird es bei kleinen Frequenzänderungen für das Signal außerordentlich wichtig, die mittlere Frequenz so konstant als möglich zu halten. Die Überwindung dieser Schwierigkeit ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, und zwar geschieht dieses dadurch, daß die Signalenergie von geringer Frequenz dazu benutzt wird, um die Energie von einer Zwischenfrequenz zu frequenzmodulieren, wodurch die prozentuale Variation erhöht wird, und daß dann die Zwischenfrequenzenergie dazu benutzt wird, um den Hochfrequenzträger eines einzigen Seitenbandsenders zu modulieren.
In etwas ähnlicher Art wird die empfangene Welle mit einer Zwischenfrequenz überlagert, bei der die relative Frequenzvariation so groß als gewünscht gemacht werden kann, was von der Größe der gewählten Zwischenfrequenz abhängt.

Bei einem so angeordneten Sender braucht die Quelle der Trägerfrequenz durchaus nicht für Frequenzänderung angeordnet zu sein, denn die Konstanz der Seitenbandamplitude resultiert aus der konstanten Amplitude der Zwischenfrequenzenergie. Daher braucht die Quelle der Trägerfrequenz nur daraufhin ausgebildet zu sein, um konstante Frequenz zu erhalten. Änderungen in der mittleren Frequenz der Zwischenfrequenzenergie sind dann gegenüber der Sendefrequenz ganz klein.

Bei ungünstigen atmosphärischen Bedingungen ist es wünschenswert, die Breite des für die Signalübertragung verwendeten Frequenzbandes zu verringern. In diesem Falle wird es, um die gewünschte Amplitude der Amplitudenmodulation am Empfänger zu erhalten, notwendig, den Dämpfungskoeffizienten des analysierenden Kreises des Empfängers zu verringern. Wenn dies getan ist, findet man, daß die Signalamplitude nicht zugenommen hat; der Grund hierfür ist der sogenannte Schwungradeffekt, daß der wirksame, entdampfte und abgestimmte Resonanzkreis das Bestreben hat, die ihm zugeführten Frequenzen auf einen Mittelwert zu bringen. Um dieses zu beseitigen, muß entweder der Wobbeibereich vermehrt oder die Wobbelfrequenz vermindert werden. Das erstere Mittel würde natürlich gegen den gewünschten Zweck sein, den Frequenzbereich zu schmälern, so daß man den letzteren Weg wählen muß. Um so mehr als die maximale Tastgeschwindigkeit von der Wobbeifrequenz der getasteten Trägerwelle abhängt, folgt daraus, daß es ferner notwendig ist, die Tastgeschwindigkeit zu ermäßigen, was aber unter ungünstigen atmosphärischen Verhältnissen nicht unerwünscht ist.

Demgemäß enthält die Erfindung auch das Einstellen des Frequenzbandes entsprechend den atmosphärischen Bedingungen; ferner das Einstellen des Dämpfungskoeffizienten, des analysierenden Empfängerkreises gemäß der Breite des Frequenzbandes; ferner das Einstellen der Wobbeifrequenz zur Vermeidung des Verlustes von Signalamplitude auf Grund des geringen Dekrementes, das durch eine zu scharfe Resonanzkurve angezeigt wird.

Andererseits ergibt die vorliegende Erfindung bei günstigen Übertragungsbedingungen eine Vermehrung der Tastgeschwindigkeit und er- iqo forderlichenfalls eine Vermehrung der Wobbelfrequenz am Sender, des Dämpfungskoeffizienten des analysierenden Kreises am Empfänger und des Wobbeibereichs am Sender.

Manchmal tritt Schwund auf, der die Signalstärke nur teilweise verringert und deshalb nicht als ernstlich betrachtet werden kann. Jedoch kann solcher Schwund selbst bei einer hörbaren Frequenz auftreten und infolgedessen den Empfang vernichten. Diese Art von Schwund kann bekämpft werden, wenn frequenzmodulierte Signale gesendet werden, indem man die Differenz in dem Charakter der erzeugten Modulationen ausnutzt, um zwischen ihnen zu unterscheiden, indem die Störung eine Amplitudenvariation ist, während das Signal eine Frequenzvariation ist. Um die erstere und nicht die letztere zu eliminieren, können die Verstärkerröhren als Begrenzer angeordnet werden, indem man zweckmäßig die Gitter in einer oder mehreren Stufen des Verstärkers übererregt. Nach der Elimination der Amplitudenvariationen

kann die Frequenzmodulation in Amplitudenvariation überführt werden, um die gesendeten Signale zu erhalten.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung in acht Abbildungen dargestellt.

Abb. ι zeigt einen Mehrfachsender. Abb. 2 und 3 zeigen zwei verschiedene Einrichtungen zur Erzielung einer Frequenzvariation. Abb. 4 zeigt einen Gegentaktfrequenzmodulator. Abb. 5 ist ein Mehrfachempfänger. Abb. 6 bis 8 zeigen Kurven zur Erläuterung der Einstellung im Empfänger.

In Abb. ι bedeutet 2 mehrere Stromquellen von verhältnismäßig niedriger Frequenz f_lt f₂, f₃, die bei Telephonsignalen über dem Hörbarkeitsbereich liegen. Diese Signalenergien werden gesondert durch Tasten 4 gesteuert, können aber auch durch Bildübertragungsrelais oder Mikrophone gesteuert werden. Die verschiedenen Leitungswege führen zu einem gemeinsamen Leitungsweg 6, von dem die gesamte Signalenergie zu einer Einrichtung für Frequenzmodulation geführt wird, beispielsweise dem magnetischen Wobbler 8, der der einzigen Bedingung entsprechen muß, daß er auf einem linearen Teil seiner Kurve betätigt werden muß, damit die Signale in den verschiedenen Leitungswegen nicht zwischenmoduliert werden. Die Frequenzmodulation kann direkt in der Sendeenergie stattfinden oder zweckmäßig zuerst in der Zwischenfrequenzenergie, die dann benutzt werden kann, um die Energie höherer Frequenz für das Sendenfrequenzzumodulieren. Letzterer Fall ist hier dargestellt, und es besteht der Zwischenfrequenzsender aus einer Röhre 12, die durch Kondensatoren 13 mit einem Kreis 14 rückgekoppelt ist, wobei ein Teil der Induktanz des Kreises 14 die Induktanz des Hochfrequenzteiles des magnetischen Wobbiers 8 ist. Die Energie von der Frequenz JP₁ wird durch die Resultante der Frequenzen f^-fa ^usw- frequenzmoduliert, über eine Leitung 15 zu der Niederfrequenzeingangsseite eines Senders 16 mit einem einzigen Band geführt. Die Trägerfrequenz F₂ kann durch einen Kristall 18 gesteuert werden, und es sind die Seitenbänder durch einen Filter 20 abgetrennt, dessen Ausgang in einem Verstärker 22 verstärkt werden kann, bevor die Ausstrahlung von der Antenne 24 erfolgt ist.

Frequenzmodulation kann durch Kapazitätsveränderung anstatt durch Induktanzveränderung erfolgen, wie Abb. 2 zeigt, die einen Teil der Abb. 1 darstellt, bei der der magnetische Wobbler 8 durch einen Kondensator 26 ersetzt ist. Eine Platte dieses Kondensators wird durch den Anker 28 unter dem Einfluß des Elektromagneten 30 in Schwingungen versetzt. Bei dieser Art von Modulation ist es schwieriger, eine lineare Frequenzvariation zu erhalten, jedoch kann man das magnetische Ansprechen des Ankers so einstellen, daß man das gewünschte Ergebnis erhält. Der veränderliche Kondensator kann parallel zu einem festen Kondensator angeordnet werden.

Die Frequenzmodulation kann man auch dadurch erreichen, daß man einen abgestimmten Kreis durch die Verwendung eines Widerstandes im Nebenschluß verstimmt. Dieses ist in Abb. 3 dargestellt, in der ein Teil der Induktanz des Kreises 14 durch eine Röhre 32 überbrückt ist, deren Impedanz durch dieÄnderungen der Gitterspannung verändert wird, die man dadurch erhält, daß man die Signalenergieleitung 6 mit der Kathode und dem Gitter der Röhre koppelt. Im Nebenschluß zum Kathoden-Anoden-Kreis der Röhre 32 kann erforderlichenfalls ein Widerstand 34 angeordnet werden, dessen Einstellung die Frequenzänderung steuert, die man für gegebene Änderungen des dem Gitter zugeführten Potentials erhält.

Abb. 4 zeigt einen Gegentaktfrequenzmodulator. Dieser besteht aus einem induktiven Kreis 15 und einem kapazitiven Kreis 17, beide gesteuert durch Röhren, die parallel zueinander und zu einem Teil der Reaktanz des Kreises 14 angeordnet sind. Im Nebenschluß zum Kondensator 17 liegt eine Hochfrequenzdrossel. Die Modulierungsenergie von der Leitung 6 ist mit den Steuerelektroden der Röhren in Gegenphase go gekoppelt, und es werden die Röhren nur abwechselnd leitend gemacht. Wenn der induktive Kreis 15 als Nebenschluß wirksam gemacht wird, wird die Reaktanz des nebengeschlossenen Teiles der Abstimmspule des Kreises 14 verringert, während bei den anderen Halbschwingungen die Reaktanz erhöht wird, wenn der kapazitive Kreis 17 parallel geschaltet wird. Mit diesem ausgeglichenen Modulator schwankt die Resonanzfrequenz nach beiden Seiten der mittleren Frequenz eines wirksamen abgestimmten Kreises, was einer einseitigen Verstimmung vorzuziehen ist. Man kann eine mehr lineare Kennlinie erhalten, da nur die halbe Länge jeder Röhrenkennlinie benutzt zu werden braucht, und man kann identische Teile der Kennlinien der beiden Röhren wählen. Wichtiger ist die Unterdrückung ungewünschter Harmonischer der Modulierungsfrequenzen.

Abb. 5 ist das Schaltbild eines Empfängers, der mit dem Sender nach Abb. 1 zusammenarbeitet. Die ausgesandte Energie von mittlerer Frequenz F₁ und F₂ wird in einem Antennenkreis 36 aufgenommen und dem Eingangskreis 38 der Röhre 40 zugeführt. Zur Überlagerung dient 1x5 ein örtlicher Schwingungserzeuger 42. Im vorliegenden Falle ist die Frequenz der Schwingungserzeuger mit F₂ bezeichnet, in welchem Falle die Zwischenfrequenz F₁ ist, also gleich der Senderzwischenfrequenz, was aber nicht iso eine wesentliche Bedingung ist. Der Überlagerungsempfang bringt die Trägerfrequenz

herunter, ohne den Bereich der Frequenzveränderung zu verringern, wodurch die Demodulation kleiner gemacht wird. Dieses hilft zur Vermeidung des bereits erwähnten Schwungradeffektes.

Die Zwischenfrequenzenergie wird in Kaskadenverstärkern 44 verstärkt, vor deren Stufen Filter 46 angeordnet sind, deren Zweck später an Hand der Abb. 6 ausführlicher erläutert werden soll. Die verstärkte Zwischenfrequenzenergie wird einem analysierenden Kreis zugeführt, der im vorliegenden Falle der Eingangskreis 48 des Gleichrichters 50 ist. Dieser Kreis enthält gleiche Widerstände 49 und einen gemeinsamen Kontaktteil 51, um den analysierenden Kreis symmetrisch mit dem Eingangskreis der Röhre zu koppeln. Die Funktion dieses .Dämpfungswiderstandes besteht darin, die Schärfe der Resonanzkurve des Kreises 48 zu steuern. Der analysierende Kreis 48 ist auf eine Frequenz abgestimmt, die außerhalb des Arbeitsbereiches von Zwischenfrequenz liegt, und dient ' daher dazu, um die FrequenzmodulationinAmplitudenmodulation zu ändern. Die amplitudenmodulierte Energie wird in der Röhre 50 gleichgerichtet, deren gleichgerichteter Ausgang eine zusammengesetzte Welle enthält, bestehendaus den niedrigen Frequenzen f_lt f₂ usw. Diese können durch die Filter 52 ausgesondert werden, deren

Ausgänge zu besonderen Übertragungsvorrichtungen 54, beispielsweise Telephonen, geführt werden.

In Abb. 6 stellt die Kurve 56 die Resonanzkurve des analysierenden Kreises 48 dar; man erkennt, daß ihre Resonanzfrequenz so weit außerhalb der mittleren Frequenz F₁ liegt, daß der Arbeitsbereich von Frequenzvariationen ganz auf einem absteigenden Ast der Resonanzkurve liegt. Die Filter 46, die auf den dargestellten Bereich eingestellt sind, haben die Hauptfunktion, Frequenzen auszuschließen, die auf der anderen Seite der Resonanzkurve liegen, wenngleich sie auch gelegentlich gewisse unerwünschte Frequenzen ausschließen werden, die durch Störungen der Verstärkergeräusche u. dgl. verursacht werden. Um diese letzteren Geräusche zu eliminieren, verteilt man zweckmäßig die Filter zwischen den Stufen des Zwischenfrequenzverstärkers.

Unter ungünstigen Bedingungen kann die Breite des Frequenzbandes verringert werden, wodurch der waagerechte Abstand zwischen den Linien 58 abnimmt. Um dieselbe Variation in der Stromamplitude zu erhalten, als durch den senkrechten Abstand zwischen den Schnittpunkten der Linien 58 mit der Resonanzkurve 56 angegeben ist, muß man dann die Seiten der Resonanzkurve steiler machen, um eine neue Resonanzkurve zu erhalten, die mit 60 bezeichnet ist. Bei einer hohen Wobbeifrequenz wird die erwartete Zunahme der Stromvariation nicht eintreten wegen des Schwungradeffektes des wirksamen Kreises, und man muß daher, wie oben auseinandergesetzt, die Wobbeifrequenz am Sender verringern. Andererseits kann unter Bedingungen, die günstiger als der Durchschnitt sind, die Tastgeschwindigkeit so weit vermehrt werden, daß sich eine Vermehrung der Wobbelfrequenz ergibt, und es kann dann zur Vermeidung des Schwungradeffektes der Widerstand 49 in Abb. 5 vermehrt werden, was eine weniger scharfe Resonanzkurve (62 in Abb. 6) zur Folge hat. Um wieder volle Stromvariation zu erhalten, kann der Bereich der Frequenz-¹ variation oder der Wobbeibereich durch den Sendebeamten vermehrt werden, der in der Praxis den Wobbeibereich und die Wobbelfrequenz gleichzeitig in derselben Richtung verändern kann.

Die Kurve 70 in Abb. 7 zeigt, wie ein empfangenes Signal in kleinem Umfange schwinden kann, jedoch mit genügender Schnelligkeit, um eine Störwelle zu bilden. Dieser Schwund kann dadurch beseitigt werden, daß man eine Begrenzung in den Zwischenverstärkerröhren einführt, so daß Sättigung bei einer Signalhöhe eintritt, die etwas oberhalb der niedrigsten Schwundintensität liegt.

In Abb. 8 ist eine Kurve für eine Röhre dargestellt, deren abgeflachtes Ende die Art der Begrenzung zeigt, die für eine gegebene Anodenspannung eingeführt ist. Zweckmäßig werden die Röhren aus Ersparnisgründen übererregt, man kann dafür auch eine geringere Anodenspannung oder eine beschränkte Glühfadenemission verwenden.

Wenngleich die Verwendung eines Überlagerers zur Herabsetzung der Senderfrequenz auf eine Zwischenfrequenz sehr wünschenswert ist, ist sie doch nicht wesentlich für die Arbeitsweise des Empfängers. Das einzige Erfordernis für den Empfänger ist ein analysierender Kreis zur Änderung der Frequenzmodulation in Amplitudenmodulation. Ebenso ist zwar der Eingangskreis der Röhre als analysierender Kreis sehr wünschenswert, jedoch kann in Fällen, wo eine sehr steile Resonanzkurve verlangt wird, es besser sein,. alle aufeinanderfolgenden Resonanzkreise des Zwischenfrequenzverstärkers als Analysierungskreis zu benutzen.

Die oben beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß bei Verwendung von Codesignalen keine Störungen mit Rundfunkempfängern infolge von Tastgeräuschen auftreten, außerdem die Vorteile kleineren Schwundes und eines kleineren erforderlichen Frequenzbereiches. Der Kraftverstärker des Senders läuft unter konstanter Belastung, wodurch die Lebensdauer der Röhren vergrößert wird. Ferner wird eine verhältnismäßig große Geheimhaltung der Signale erreicht, da man den Bereich der Frequenzvariation so klein machen kann, daß die Signale

in einem gewöhnlichen Empfänger nicht wiedergegeben werden; dieses gilt besonders für Mehrfachsignale, da das scheinbare Signal, selbst wenn es hörbar gemacht ist, nicht verständlich ist, wenn es nicht richtig in seine Signalkomponenten zerlegt ist.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   ίο i. Telegraphieverfahren mit Frequenzmodulation, dadurch gekennzeichnet, daß verhältnismäßig niederfrequente Energie im Takt der zu übermittelnden Signale getastet und dazu benutzt wird, um die Abstimmung eines die Frequenz des Senders steuernden Schwingungskreises zu verändern, so daß die Frequenz der Sendeenergie während der Signalgebeperiode im Rhythmus der niedrigen Frequenz und ohne wesentliche Veränderung der Amplitude der Sendeenergie gewobbelt wird.
2. 2. Mehrfachtelegraphie nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Energien von verhältnismäßig geringer Frequenz im Takt der zu übermittelnden Signale getastet, diese Signalenergien addiert werden und die resultierende zusammengesetzte Welle zur Frequenzmodulation der Sendeenergie gemaß einer linearen Charakteristik benutzt wird.
3. 3. Verfahren zur Telegraphie nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Energie verhältnismäßig niedriger Frequenz getastet, mit dieser getasteten Signalenergie eine Zwischenfrequenz moduliert und mit der modulierten Zwischenfrequenzenergie die Hochfrequenzenergie moduliert wird, und daß gegebenenfalls nur ein Seitenband der modulierten Hochfrequenzenergie ausgesendet wird.
4. 4. Mehrfachtelegraphieverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfrequenzenergie mit der resultierenden Signalenergie frequenzmoduliert und die Hochfrequenzenergie mit der Zwischenfrequenz moduliert wird.
5. 5. Sendeanordnung zur Ausführung des Telegraphieverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um im Rhythmus von abwechselnden Halbwellen der Modulationsenergie parallel zu einem Teil des abgestimmten, die Frequenz steuernden Kreises abwechselnd eine induktive und eine kapazitive Reaktanz zu legen.
6. 6. Telegraphieverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Maßgabe der atmosphärischen Bedingungen die Wobbeifrequenz oder Amplitude bzw. beide verändert werden.
7. 7. Empfangsanordnung zur Ausführung des Telegraphieverfahrens nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Dämpfung des analysierenden Kreises (48, Abb. 5) ein doppelter Gleitwiderstand (49) in demselben vorgesehen ist, dessen Gleitkontakt (51) mit der Kathode der folgenden Röhre (50) verbunden ist.
8. 8. Empfangsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterscheidung zwischen Amplituden- und Frequenzvariation Strombegrenzermittel vorgesehen sind, welche das empfangene Signal auf das Maß des geringsten Signals beschränken, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Frequenzmodulation in Amplitudenmodulation zu überführen.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen