DE515621C

DE515621C - Demodulation circuit for receiving frequency-modulated waves

Info

Publication number: DE515621C
Application number: DER75333D
Authority: DE
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1927-09-01
Filing date: 1928-08-05
Publication date: 1931-01-09
Also published as: GB296678A; US1794932A; NL27771C

Description

Die Erfindung betrifft drahtlose Nachrichtenübermittlung durch Frequenzmodulation und insbesondere die Analyse und Wahrnehmbarmachung von aufgenommenen frequenzmodulierten Signalen. Eine Frequenzmodulation soll im Idealfall nicht von einer Amplitudenmodulation begleitet sein. In der Praxis zeigt jedoch eine empfangene frequenzmodulierte Welle oft eine Amplitudenvariation, etwa in-The invention relates to wireless communications by frequency modulation and in particular the analysis and visualization of recorded frequency-modulated Signals. In the ideal case, frequency modulation should not differ from amplitude modulation be accompanied. In practice, however, a received frequency-modulated wave often shows an amplitude variation, for example in

>o folge der Schwundwirkung oder infolge von Schwankungen im Krafteingang zu dem Sender. Ein analysierender Kreis besteht gewöhnlich aus einem Resonanzkreis, der auf eine Frequenz abgestimmt ist, die auf einer Seite des Arbeitsfrequenzbereiches liegt, und sein Zweck ist, die Frequenzmodulation in Amplitudenmodulation zu ändern. Naturgemäß spricht solch ein Kreis auf Amplitudenmodulation an.> o follow the effect of shrinkage or as a result of Fluctuations in power input to the transmitter. An analyzing circle usually consists from a resonance circuit that is tuned to a frequency that is on one side of the working frequency range and its purpose is to change frequency modulation to amplitude modulation. Naturally, such a speaks Circle on amplitude modulation.

Erfindungsgemäß wird ein analysierenderAccording to the invention, an analyzing

ao Kreis vorgesehen, der die Frequenzmodulation in Amplitudenmodulation ändert, jedoch nicht auf die Amplitudenmodulationen der ihm zugeführten Hochfrequenzenergie anspricht.
Es ist wünschenswert, daß die Analyse in einem Kreise erfolgt, dessen Resonanzkurve möglichst geradlinige Zweige besitzt, damit die Amplitudenmodulation eine treue Wiedergabe der ursprünglichen Frequenzmodulation ist, um die Erzeugung von Harmonischen zu vermeiden und Zwischenmodulation von Mehrfachsignalen zu verhindern.ao circuit is provided that changes the frequency modulation into amplitude modulation, but does not respond to the amplitude modulations of the high-frequency energy supplied to it.
It is desirable that the analysis be carried out in a circle whose resonance curve has branches as straight as possible, so that the amplitude modulation is a faithful reproduction of the original frequency modulation, in order to avoid the generation of harmonics and to prevent intermodulation of multiple signals.

Es ist ferner wünschenswert, daß, wenn die Resonanzcharakteristik gekrümmt ist, ihre Krümmung symmetrisch ist, damit die positiven und negativen Hälften der Wechselstromkomponente der amplitudenmodulierten Energie identisch sind. Aus denselben Gründen ist es wünschenswert, daß die darauffolgende Gleichrichtung oderWahrnehmbarmachung der amplitudenmodulierten Energie nach einer symmeirischen Charakteristik verläuft.It is also desirable that when the resonance characteristic is curved, its Curvature is symmetrical so the positive and negative halves of the AC component the amplitude-modulated energy are identical. For the same reasons, it is desirable that the subsequent rectification or making the amplitude-modulated energy perceptible according to a symmetrical one Characteristic runs.

Man hat für Mehrfachtelegraphie eine Trägerwelle vorgeschlagen, die mit einer niederfrequenten Welle frequenzmoduliert ist, welche sich aus einer Anzahl von niedrigeren Frequenzen zusammensetzt, von denen jede zur Übertragung einer Nachricht dient. Die Auswahl geeigneter Überlagerungsfrequenzen ist im allgemeinen stark beschränkt wegen der Notwendigkeit, die Auswahl von Frequenzen zu vermeiden, die in einem harmonischen Verhältnis zueinander stehen, wegen der Tatsache, daß harmonische Frequenzen unter Umständen erzeugt werden, selbst wenn sie nicht gesendet werden. Wenn natürliche Harmonische unterdrückt werden, dann können die Harmonischen als Frequenzen für andere Nachrichten benutzt werden, wodurch die verfügbare Auswahl starkIt has been proposed for multiple telegraphy a carrier wave with a low frequency Wave is frequency modulated, which is made up of a number of lower frequencies composed, each of which is used to transmit a message. The selection suitable heterodyne frequencies is generally very limited because of the Need to avoid the selection of frequencies that are in harmonic relationship stand to each other, because of the fact that harmonic frequencies may generated even if they are not sent. When suppressing natural harmonics then the harmonics can be used as frequencies for other messages which makes the available choices strong

vergrößert wird. Demgemäß besteht die weitere Erfindung in der Anordnung eines ausgeglichenen Kreises, der unerwünschte Harmonische unterdrückt.is enlarged. Accordingly, the further invention consists in the arrangement of a balanced Circle that suppresses unwanted harmonics.

Die obenerwähnten Ziele werden dadurch erreicht, daß die frequenzmodulierte Energie gleichphasig zu jedem von zwei Kreisen geliefert wird, die sich überschneidende Resonanzkurven besitzen mit Maxima bei Frequenzen, die auf beiden Seiten des Arbeitsbereiches der Frequenz liegen, sowie daß die Spannungsschwankungen von den beiden Kreisen gegenphasig an die Gitter von zwei Röhren gelegt und die Ausgänge von diesen Röhren in Gegenphase kombiniert werden. Durch die Frequenzänderungen wird einer der beiden Kreise stärker gespeist als der andere, und da die Frequenz hin und her schwingt, befindet sich eine Wechselstromkomponente in der Reihenverbindung zwischen den Anoden der beiden Röhren. Andererseits beeinflussen Amplitudenänderungen, während sie ähnliche Änderungen in den Ausgängen der analysierenden Kreise verursachen, nicht den resultierenden Ausgang, da sie entgegengeschaltet sind. Da beide Zweige der Resonanzkurve der Empfangsanordnung durch Superposition entsprechender Teile von Resonanzkurven, nämlich der der beiden obengenannten Eingangskreise gebildet werden, ist die Resonanzcharakteristik symmetrisch, und da die so erhaltene effektive oder kombinierte Charakteristik die Resultate von zwei verschieden gekrümmten Charakteristiken ist, sind ihre Zweige annähernd gerade, und es kann ein breiteres Frequenzband erforderlichenfalls benutzt werden. Auf genau dieselbe Weise kann die resultierende effektive Gleichrichtungskurve symmetrischer gemacht werden und werden zahlreiche Harmonische unterdrückt. Der bisher beschriebene Analysator erfordert zwei analysierende Kreise anstatt eines, wodurch'* das Abstimmen des"} Empfängers kompliziert wird. Deshalb wird gemäß der weiteren Erfindung eine Einfachsteuerung der beiden *5 Kreise vorgesehen, was leicht durch Anordnungen erreicht werden kann, die den Eingriffabstimmitteln bei Überlagerungsempfängern ähnlich sind. In einfachster Form dient hierzu ein geradlinig abstimmender Kondensator in jedem der beiden analysierenden Kreise mit Mitteln, sie gleichzeitig zu verändern, und weitere Mittel, um ihre Frequenzaussiebung einzustellen. Wegen der unvermeidlichen Änderungen in der mittleren Trägerfrequenz, die von der Sendestation ausgesandt wird, wegen Abstimmungsänderungen im Empfänger infolge von Temperaturänderungen oder aus anderen Gründen kann der Empfänger die Tendenz haben, aus der Abstimmung mit der empfangenen Welle herauszuschlagen.The above-mentioned goals are achieved by that the frequency modulated energy is delivered in phase to each of two circuits which have overlapping resonance curves with maxima at frequencies which lie on both sides of the working range of the frequency, as well as that the Voltage fluctuations from the two circles out of phase to the grids of two tubes and the outputs from these tubes are combined in antiphase. Through the Frequency changes are fed to one of the two circuits more strongly than the other, and there As the frequency oscillates back and forth, there is an alternating current component in the Series connection between the anodes of the two tubes. On the other hand, changes in amplitude affect while they cause similar changes in the outputs of the analyzing circuits, not the resulting changes Output, since they are connected in the opposite direction. Since both branches of the resonance curve of the receiving arrangement by superposition are more corresponding Parts of resonance curves, namely that of the two input circuits mentioned above, are formed are, the resonance characteristic is symmetrical, and since the so obtained effective or combined characteristic the results of two differently curved characteristics its branches are approximately straight and there can be a wider frequency band if necessary to be used. In exactly the same way, the resulting effective rectification curve can be made more symmetrical and numerous harmonics are suppressed. The analyzer described so far requires two parsing circles instead of one, making '* complicate tuning of the "} receiver will. Therefore, according to the further invention, there is simple control of the two * 5 circles provided, which can be easily done by arrangements can be achieved that the intervention tuning means in heterodyne receivers are similar. In its simplest form, a straight-line tuning capacitor is used for this purpose each of the two analyzing circles with the means to change them at the same time, and further means to stop their frequency screening. Because of the inevitable changes in the mean carrier frequency transmitted by the transmitting station because of Tuning changes in the receiver as a result of temperature changes or others The recipient may have a tendency to go out of coordination with the received reasons To knock out wave.

Gemäß der weiteren Erfindung folgt der Empfänger selbsttätig der mittleren Frequenz der ihm zugeführten Energie; dieses geschieht durch ein Relais, das auf die Differenz in den Mittelwerten eines Teiles der Ausgänge von den höher- und niederfrequenten Kreisen anspricht, um ihre Abstimmung so einzustellen, daß sie die Differenzen zu verringern bestrebt sind. Auf diese Weise wird die Abstimmung der beiden Kreise gleichzeitig verändert, so daß die Frequenzen, auf die sie abgestimmt sind, immer zu beiden Seiten der mittleren Frequenz der den Analysatorkreisen zugeführten Energie liegen.According to the further invention, the receiver automatically follows the mean frequency the energy supplied to it; this is done by a relay that reacts to the difference in the Addresses mean values of a part of the outputs from the higher and lower frequency circuits, to adjust their voting so that they strive to reduce the differences. In this way, the vote of the two circles is changed at the same time, so that the Frequencies to which they are tuned, always on either side of the center frequency of the the energy supplied to the analyzer circuits.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung in drei Figuren dargestellt.
Abb. ι ist ein Schaltbild; Abb. 2 ist eine Resonanzkurve für den Analysatorkreis;The invention is shown in the drawing in three figures.
Fig. Ι is a circuit diagram; Figure 2 is a resonance curve for the analyzer circuit;

Abb. 3 ist das Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung.Fig. 3 is a circuit diagram of another embodiment the invention.

In Abb. ι wird frequenzmodulierte Energie durch Leitungen 2 den Analysatorkreisen 4 und 6 durch Kopplungstransformatoren 8 und 10 zugeführt. Von den Kreisen 4 und 6 werden Spannungen entgegengesetzter Phase den Gittern der Röhren 12 und 14 zugeführt. Die Anoden dieser Röhren sind durch einen Ausgangstransformator 16 mit Kondensator 18 im Nebenschluß in Reihe geschaltet. Soweit ist dieser Kreis vielen bekannten symmetrischen Kreisen ähnlich, aber wesentlich verschieden in der Verwendung der unabhängigen Eingangskreise 4 und 6, die verschieden abgestimmt sind.In Fig. Ι is frequency-modulated energy fed through lines 2 to the analyzer circuits 4 and 6 through coupling transformers 8 and 10. From circles 4 and 6 voltages of opposite phase become the grids the tubes 12 and 14 supplied. The anodes of these tubes are through an output transformer 16 shunted in series with capacitor 18. So far this circle is similar to many known symmetrical circles, but essentially different in the use of the independent input circuits 4 and 6, which are differently matched.

Die Wirkungsweise sott an Hand von Fig. 2 beschrieben werden, in der 40 eine Resonanzkurve für den Kreis 4 und 60 eine Resonanzkurve für den Kreis 6 ist. Diese Kurven haben Maxima für Frequenzen F₁ und F₂, die auf beiden Seiten der mittleren Frequenz F_1n liegen. Der Frequenzarbeitsbereich ist durch die schraffierte Fläche dargestellt. Es ist zu beachten, daß für eine gute Wirkungsweise die Resonanzkurven sich schneiden; da aber beim Frequenzmodulieren verhältnismäßig kleine Frequenzbereiche verwendet werden," wird dieses Erfordernis in der Praxis von allein erfüllt sein. Angenommen, die augenblickliche Frequenz sei F_1n, In diesem FaUe werden die Kreise 4 und 6 auf gleiche Spannungen erregt, und die Ausgänge in der Primärwicklung des Transformators 16 werden sich einander ausgleichen. Dieses ist der Nullspannungspunkt des niederfrequenten Ausganges. Indem die Frequenz nach der niedrigeren Frequenz F₁ hin schwingt, wird der niedrigerfrequente Kreis 4 mehr erregt und der höherfrequente Kreis 6 weniger erregt, weshalb im Transformator 16 ein Strom fließen wird. Indem die Frequenz wieder die mittlere Frequenz F_m erreicht, wird ein Wechselstrom im Transformator 16 wieder durch Null hindurchgehen. Wenn die Frequenz nach F₂ zuThe mode of operation shall be described with reference to FIG. 2, in which 40 is a resonance curve for circuit 4 and 60 is a resonance curve for circuit 6. These curves have maxima for frequencies F ₁ and F ₂ which lie on both sides of the mean frequency F _1n. The frequency working range is shown by the hatched area. It should be noted that the resonance curves intersect for good performance; but since relatively small frequency ranges are used in frequency modulation, "this requirement will be fulfilled by itself in practice. Assuming that the current frequency is F _1n . In this case, circuits 4 and 6 are excited to the same voltages, and the outputs in the The primary winding of the transformer 16 will equalize each other. This is the zero voltage point of the low-frequency output. As the frequency oscillates towards the lower frequency F ₁ , the lower-frequency circuit 4 is more excited and the higher-frequency circuit 6 is less excited, which is why there is a current in the transformer 16 As the frequency reaches the mean frequency F _m again, an alternating current will again pass through zero in the transformer 16. When the frequency increases to F ₂

zunimmt, wird der höherfrequente Kreis 6 mehr erregt und der niedrigerfrequente Kreis 4 weniger erregt, weshalb ein resultierender Strom in entgegengesetzter Richtung durch den Transformator 16 fließen wird.increases, the higher-frequency circuit 6 is more excited and the lower-frequency circuit 4 less excited, which is why a resulting current goes through in the opposite direction the transformer 16 will flow.

Auf diese Weise erfolgt das Ansprechen auf Frequenzmodulation. Da aber der Eingang zu den Kreisen 4 und 6 in Gleichphasenbeziehung ist, während die Ausgänge von den Kreisen 4 und 6 in entgegengesetzter Phasenbeziehung sind, folgt, daß Amplitudenänderungen im Eingang durch den kombinierten Ausgang aufgehoben werden.This is how the response to frequency modulation occurs. But there the entrance to circuits 4 and 6 are in phase relation, while the outputs from circuits 4 and 6 are in opposite phase relation, it follows that amplitude changes in the input can be canceled by the combined output.

Aus Abb. 2 erkennt man, daß, da die Kurve der kombinierten Hälften der arbeitenden Teile der Resonanzkurven in entgegengesetztem Sinne gekrümmt sind, die resultierende Kurve annähernd gerade ist, und daß durch die Verwendung von zwei ähnlichen Resonanzkurven die resultierende Kurve symmetrisch gemacht werden kann, selbst wenn sie nicht vollkommen gerade ist. Abgesehen davon, daß dieses Gegentaktempfangssystem die vorteilhaften Eigenschaften besitzt, eine durch Amplituden-Schwankungen nicht beeinflußbare Demodulation von. frequenzmodulierten Wellen sowie einfache Änderung und selbsttätige Aufrechterhaltung der Abstimmung des Empfangsapparates zu gewährleisten, hat es auch dieselben Vorteile, die allen Gegentaktschaltungen eigen sind, und als welche in erster Linie die folgenden zu nennen sind:From Fig. 2 it can be seen that, since the curve of the combined halves of the working Parts of the resonance curves are curved in opposite directions, the resulting curve is approximately straight, and that through the use of two similar resonance curves the resulting curve can be made symmetrical even if it is not perfect is straight. Apart from the fact that this push-pull receiving system is the most advantageous Has properties, a demodulation that cannot be influenced by amplitude fluctuations from. frequency modulated waves as well as easy change and self-sustaining To ensure the coordination of the receiving apparatus, it also has the same advantages as all push-pull circuits are peculiar, and as which are primarily to be mentioned the following:

Eine symmetrische resultierende Charakteristik, Elimination von Harmonischen, sowie Entnahme von praktisch konstantem Strom aus der Gleichstromspeisequelle der Verstärkerröhren. A symmetrical resulting characteristic, elimination of harmonics, as well Drawing of practically constant current from the direct current supply source of the amplifier tubes.

Die Abstimmkondensatoren in den Kreisen 4 und 6 können durch eine gemeinsame Vorrichtung gedreht werden, in welchem Falle ihr Frequenzunterschied zweckmäßig konstant, wenn auch einstellbar sein soll. Dieses ist schematisch in Abb. 1 dargestellt, wo die Kondensatoren durch ein Rad 20 gedreht werden, das seine Bewegung auf die Kondensatoren durch Ketten 22 überträgt. Die Stellung der Kondensatoren zu ihren Kettenrädern kann durch die Schrauben 24 verändert werden, die in gekrümmten Schlitzen 26 sitzen. Um die Analysatorkreise selbsttätig in Abstimmung zu halten, werden die konstanten Komponenten der Anodenströme durch entgegengesetzte Relaismagneten 30 geschickt, die mit Blockierungskondensatoren 32 versehen sind. Diese Magneten beeinflussen den Anker 34, der einen Strom von einer Leitung 36 zu beiden Seiten des umkehrenden Relais 38 eines Motors 40 schließt. Auf der Achse von 40 sitzt eine Schnecke 42, die in das Schneckenrad 20 eingreift und dadurch die Abstimmung der Analysatorkreise ändert.The tuning capacitors in circuits 4 and 6 can be through a common device are rotated, in which case their frequency difference is expediently constant, even if it should be adjustable. This is shown schematically in Fig. 1, where the capacitors are rotated by a wheel 20, which transmits its movement to the capacitors through chains 22. The position of the Capacitors to their sprockets can be changed by the screws 24 which sit in curved slots 26. In order to automatically coordinate the analyzer circuits hold the constant components of the anode currents through opposing relay magnets 30 sent, which are provided with blocking capacitors 32. These magnets affect the armature 34, which carries a current from a line 36 on both sides of the reversing relay 38 of a motor 40 closes. There is one on the axis of 40 Worm 42, which engages in the worm wheel 20 and thereby the coordination of the analyzer circuits changes.

Bei der Schaltung gemäß Abb. 3 haben die Relaismagneten solche hohe Induktanz, daß nur die Gleichstromkomponente der Anodenströme hindurchgehen kann. Auf diese Weise sind drei Parallelwege geschaffen, die entsprechend ihren Impedanzen dazu dienen, die gewünschte Ausgangswechselenergie, die Hochfrequenzenergie und den konstanten Anodenstrom zu zerlegen. Die Anordnung gemäß Abb. ι ist nur in der Beziehung vorzuziehen, daß es billiger ist, einen Blockierungskondensator, wie er bei 32 bezeichnet ist, vorzusehen als Relaismagnete, die wirksam einen Verlust der Niederfrequenzkomponente verhindern.In the circuit according to Fig. 3, the relay magnets have such a high inductance that only the direct current component of the anode currents can pass through. In this way three parallel paths are created, which are used according to their impedances to the desired output alternating energy, the high frequency energy and the constant anode current disassemble. The arrangement according to Fig. Ι is only preferable in the relationship that it is cheaper to provide a blocking capacitor as indicated at 32 as relay magnets that are effective in preventing the low frequency component from being lost.

Abb. 3 unterscheidet sich auch in der Be- - ziehlng, daß die Gleichrichtung der Röhren 12 und 14 durch Gittervorspannung erzielt wird anstatt durch Kondensator und Gitterwiderstand. Die Wahl von Vorspannungsmitteln ist von geringer Wirkung, ausgenommen, daß daran erinnert werden muß, daß der mittlere Anodenstrom in entgegengesetztem Sinne sich ändert, d. h. er nimmt im Falle von Gleichrichtung durch Gitterkondensator für zunehmende Wechselstromenergie ab, während er im Falle von negativer Gittervorspannung für zunehmende Wechselstromenergie zunimmt, weshalb die Verbindung zu der selbsttätigen Abstimmungssteuerung umgekehrt werden muß.Fig. 3 also differs in that the rectification of the tubes 12 and 14 is achieved by grid bias rather than capacitor and grid resistor. The choice of biasing means has little effect except it must be remembered that the middle Anode current changes in the opposite sense, i.e. H. he takes in case of rectification by grid capacitor for increasing AC power while it is im Fall of negative grid bias for increasing AC power increases, why the connection to the automatic voting controller must be reversed.

Abb. 3 unterscheidet sich ferner noch dadurch, daß sie eine andere Einrichtung zur Steuerung der Frequenztrennung der Resonanzkreise zeigt. Der zugrunde liegende Gedanke ist der, die Rotoren der Kondensatoren zusammen zu bewegen und einen der Statoren zwecks Einstellung der Frequenztrennung zu bewegen. Dieses erfolgt durch ein Rad 52, das mit dem Stator zusammenarbeitet, wenn er durch eine Zeigerscheibe 54 gedreht wird, und so die Einstellung der relativen Statorstellung gestattet. Diese Anordnung ist besonders für die Anordnung der Kondensatoren und des Rades 20 auf einer einzigen Welle geeignet.Fig. 3 also differs in that it has a different control device the frequency separation of the resonance circuits shows. The underlying thought is the one The rotors of the capacitors move together and one of the stators for adjustment to move the frequency separation. This is done by a wheel 52 which cooperates with the stator when he is through a Pointer disk 54 is rotated, thus allowing the relative stator position to be set. This arrangement is particular to the arrangement of the capacitors and the wheel 20 suitable on a single shaft.

Der Eingang zum Analysatorkreis kann Energie von Zwischenfrequenz sein, die durch Überlagerung der empfangenen Hochfrequenz erhalten wird; ferner kann bei Mehrfachtelegraphie der Ausgang von der Audionröhre in verschiedene Kanäle zerlegt werden.The input to the analyzer circuit can be intermediate frequency energy passing through Superposition of the received radio frequency is obtained; furthermore, in the case of multiple telegraphy the output from the audio tube can be broken down into different channels.

Claims

Patent claims:

i. Demodulation circuit for receiving frequency modulated waves for the purpose of wireless communication, characterized in that the * received energy is in phase with each of two circles is fed, which intersecting resonance curves with on both sides of the Frequency working range lying maxima

have, and that the output energies of the two circles are in opposite phase relation be combined.

2. Circuit according to claim i, characterized in that the two input circuits with the grid electrodes of two electron tubes arranged in push-pull are coupled.

3. Circuit according to claim 1 and 2, characterized by a parallel to the push-pull output circuits Two amplifier tubes lying differential relay, in which the middle values the output currents of both circuits can be compared, and which one in the event of fluctuations the transmission frequency accordingly causes such a change in the vote of the two input circuits that the The difference between the currents compared is reduced.

1 sheet of drawings