DE515859C

DE515859C - Verfahren zur drahtlosen Nachrichtenuebermittlung mittels zweier aus einem Generator gespeister und in Differentialkopplung auf den Antennenkreis arbeitender Stromkreise

Info

Publication number: DE515859C
Application number: DES79284D
Authority: DE
Original assignee: Societe Francaise Radio Electrique
Current assignee: Societe Francaise Radio Electrique
Priority date: 1926-05-10
Filing date: 1927-04-15
Publication date: 1931-01-15
Also published as: US1882119A; FR629595A; NL25389C; BE341637A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Geben und Empfangen radiotelephonischer und radiotelegraphischer Sendungen beim Vorliegen einer Modulation mit Elektronenröhren. 'Die Erfindung verfolgt einesteils den Zweck, die Mängel gebräuchlicher Modulationssysteme zu beheben; diese Systeme arbeiten mit geringem Wirkungsgrad, und sie nutzen entweder die Erzeuger- oder Verstärker röhren auf der Hochfrequenzseite oder aber die Niederfrequenz-Verstärkerröhr en schlecht aus.

Die herkömmlichen Modulationssysteme lassen sich in zwei Gruppen einteilen. Bei der ersten Gruppe kommt die Modulation durch Regeln des Anodenstromkreises oder durch das System des unveränderlichen Stro-

^V-\mes zustande. Diese Gruppe kennzeichnet sich durch einen schlechten Wirkungsgrad der Niederfrequenz-Verstärkerröhren, die zum Ausschalten der Störungserscheinungen dienen und daher für eine ganz beträchtliche Nennleistung eingerichtet sein müssen. Im übrigen ermöglicht diese Gruppe das Erreichen eines verbesserten Wirkungsgrades der Erzeugeroder Verstärkerröhren auf der Hochfrequenzseite; das kommt daher, weil bei der in Rede stehenden Gruppe der Niennstrom genau den Änderungen der Augenblickswerte der Spannung folgt, die den Erzeuger- oder Verstärkerröhren hochfrequenzseitig zugeführt wird.

Bei der zweiten Gruppe wird die Modulation mit Hilfe des Gitters der Erzeuger- oder Verstärkerröhren für Hochfrequenz bewirkt. Die erforderliche Leistung für Niederfrequenz ist jetzt klein und übersteigt eine für Niederfrequenzröhren sehr geringe Nennleistung nicht. Dagegen ist der Wirkungsgrad der Hochfrequenz-Erzeuger- oder -Verstärkerröhren gering; das kommt hauptsächlich daher, daß bei der in Rede stehenden Gruppe die Gitter der Hochfrequenz-Erzeugeroder -Verstärkerröhren außer in den Punkten der Modulation ungenügend erregt sind. Man kann auch sagen, daß der Wirkungsgrad deshalb übertrieben schlecht ist, weil zwischen der an den Klemmen des Ausgangsschwingungskreises entwickelten modulierten Hochfrequenzspannung und der den Anoden zugeführten Gleichspannung kein Gleichgewicht herrscht.

Man erkennt aus den vorstehenden Betrachtungen, daß man zur Erreichung eines Wirkungsgrades von annehmbarem Wert die Erregung des Gitters mit praktisch gleich-

bleibender Amplitude bewirken muß', wobei aber dann die Modulation unzulänglich sein würde.

Man kann -jedoch die Notwendigkeit einer Gittererregung mit praktisch, konstant bleibender Amplitude vereinigen mit einer gründlichen Modulation in der Antenne, indem man zwei Differenzkreise verwendet, deren jeder zwei Hochfrequenz-Röhrenvexstärker anregt, ίο die beide auf den Nutzkreis arbeiten.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf die Schaffung einer Übertragungseinrichtung, in der die Hochfrequenzwelle lediglich in bezug auf ihre Phase am Sendeort, nicht dagegen hinsichtlich ihrer Amplitude moduliert wird, d. h. einen Geber, in dem die Modulation lediglich den Zweck hat, rasche Änderungen der Phase der zu sendenden Welle, deren Frequenz und Amplitude im übrigen unverändert bleiben, zu erzeugen und einem Empfänger, in dem die erwähnten Phasenverschiebungen zum Hervorbringen von Änderungen der Amplitude und somit für die Wiedergabe der Sprache ausgenutzt werden.

Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß, wenn man eine Antenne oder ein» Leitung mit zwei elektromotorischen Kräften gleicher Frequenz und vorzugsweise gleicher Amplitude erregt, die resultierlende Stärke der Antennenschwingung sich mit dem Phasenunterschied der beiden elektromotorischen Kräfte ändert. Sie wird insbesondere NuE sein, wenn die beiden elektromotorischen Kräfte einander entgegengesetzt sind, und sie wird im übrigen linear mit der Abnahme gegenüber i8o° anwachsen. Erregt man also beispielsweise die Antenne mit zwei gleichen, um 150° phasenverschobenen elektromotorischen Kräften und bewirkt die Sprache eine Phasenverschiebung der einen elektromotorischen Kraft in bezug auf die andere, so wird die Amplitude in der Antenne abnehmen für Änderungen des Telephonstroms, die eine Zunahme der Phasenverschiebung herbeiführen; die Amplitude in der Antenne wird dagegen zunehmen für Änderungen des Telephonstroms, die eine Verminderung der Phasenverschiebung herbeiführen. Man kann natürlich auf die gegenseitige Phasenverschiebung der beiden elektromotorischen Kräfte entweder dadurch einwirken, daß man nur die eine der beiden elektromotorischen Kräfte oder aber im entgegengesetzten Sinn beide elektromotorischen Kräfte beeinflußt. Im vorerwähnten Beispiel kann man beispielsweise die Einrichtung zwischen beiden elektromotorischen Kräften für die zu bewirkende Phasenverschiebung, die dem Höchstwert der Modulation entspricht,

so treffen, daß sie zwischen den Werten 120⁰ und i8o° liegt, so daß der Mittelwert 150° ist.

Verfügt man über einen Hochfrequenzgenerator kleiner Leistung, dann kann man beispielsweise von ihm zwei Leitungen abnehmen, um etwa zwei Leistungsverstärker mit Dreielektrodenröhren zu erregen. Um durch den Einfluß der Sprache die Phasenverschiebung zwischen den Eingangsspannungen zu den beiden Verstärkern zu ändern, kann man beispielsweise so vorgehen, daß. man der Gleich-Stromspannung im Eingangskreis der Verstärker eine auf ihr senkrecht stehende modulierte Spannung überlagert. Ist diese hinreichend klein in bezug auf die erste, so ändert sich die Phase der resultierenden Spannung ohne merkliche Beeinflussung ihrer Amplitude (Zusammensetzung zweier um 90⁰ auseinanderliegender Vektoren). Dabei wird selbstverständlich jene modulierte Spannung durch eine weitere Leitung dem Generator geringer Leistung entnommen.

Um bequem die verschiedenen Erregerspannungen mit passender Phase zu erhalten, ist die Verwendung eines Drehfeldgenerators angezeigt.

Die Erfindung beruht weiter auf der Beobachtung, daß eine Welle, deren Phase allein mit einer hörbaren Frequenz moduliert wird, d. h. eine Welle von der Form

cos (ωί + φ sin 2 t),

wo ω und 8 die hochfrequenten und niederfrequenten Schwingungen, t die Zeit und φ den Höchstwert der Phasenverschiebung bezeichnet, für hinreichend kleine Werte von φ einer Welle von der Form

cos wt—~ <p'sin9i · sinwt (1)

gleichwertig ist, d.h. der Überlagerung einer mchtmodulierten WeEe mit einer auf jener senkrecht stehenden WeEe. Dier Ausdruck (1) kann im übrigen wie folgt geschrieben werden:

cos w f +— cos (to+8) ί — cos (ω—Q) t. (2) j

2 2

Vergleicht-man.jetzt diesen Ausdruck mit dem für eine WeEe, deren AmpEtude in der Form cos eof (1 + K cos Qt), wo K die Modulationsstärke ist, moduEert ist, so sieht tio man, daß man den letztgenannten Ausdruck auch schreiben kann:

Τζ Τζ

cos tof -j cos (ω+ Q) t-\ cos (tu—9) t. (3)

2 2

Man sieht, daß dieser Ausdruck von der Formel (2) sich nur durch ein Zeichen unterscheidet. Nun weiß man, daß, wenn man eine WeEe von der Form (3) mittels eines Detektors empfängt, jede der Seitenschwingungen (to.+-8) und (to — 2) sich mit der Schwingung w zusammensetzt, um die Schwingung 8,

d. K das Wort, wiederzugeben, und in diesem Falle setzen sich die den Gliedern mit (ω -\- ®) und (ω — 9) entsprechenden Amplituden arithmetisch zusammen.

Im Falle des Vorhandenseins einer Welle entsprechend der Formel (2) erkennt man aus Analogieschlüssen, daß die aus der Interferenz von cos (w -f ß) mit cos wt herrührenden Sprechströme und die aus der Interferenz von cos (ω — Ω) t mit cos w t herrührenden Sprechströme sich aufheben. Dies geschieht augenblicklich, und es genügt, zwei Filter anzuordnen, deren eines (Oberfrequenzdurchlaß) alle oberhalb von ω gelegenen Schwingungen, deren anderes (Niederfrequenzdurchlaß) alle unterhalb von ω gelegenen Schwingungen hindurchläßt, oder man verwendet zwei die gleiche Bedingung erfüllende Wellenbandfilter. Hinter jedes dieser Filter legt man einen Detektor, in dessen Austrittskreis (ein Strom von der Sprechfrequenz 2 auftritt. Da diese Ströme um i8o° phasenverschoben sind, so leitet man sie im Empfangstelephon gegeneinander. Das erfordert nur, daß der Empfänger nach Art eines Frequenzwandlers gebaut sein muß, so daß die Kreisfrequenz ω stets gleichbleibt und daß die beiden Filter (Oberfrequenz¹-durchlaß und Niederfrequenzdurchlaß) ein für allemal sorgfältig eingestellt werden müssen.

Auf der Geberseite benötigt man einen unabhängigen Generator kleiner Leistung, einen Röhrenverstärker und Mittel zur Änderung der Phase der Erregerspannung des Verstärkers in bezug auf die Generatorspannung, entweder durch Verwendung einer eisenhaltigen Induktionsspule oder durch Verwendung einer auf der normalen Erregerspannung senkrecht stehenden modulierten Spannung; auf der Empfängerseite benötigt man einen vorteilhaft als Frequenzwandler arbeitenden Empfänger, hinter den nach geschehener Verstärkung zwei Filter, eins für den Durchlaß der Oberfrequenzen, das andere für den Durchlaß der Niederfrequenzen geschaltet sind und die jedes zu einem Gleichrichter führen. Nach der Gleichrichtung werden die niederfrequenten Ströme in herkömmlicher Weise einem Hörer oder einem Niederfrequenzverstärker zugeführt.

Die Vorteile der Erfindung bestehen in der Herstellung einer wirtschaftlichen Modulation. Die Änderung der Phase kann noch mit einer selbst in bezug auf den vor den oder die Verstärker geschalteten Generator äußerst niedrigen Leistung bewirkt werden. Die Verstärker arbeiten im übrigen mit einer praktisch gleichbleibenden Gittenerregung, und das ermöglicht die Verwendung der Verstärkerröhren bei konstanter Spannung unter guten Arbeitsbedingungen; dies würde nicht mehr der Fall sein,: wenn diese Verstärker mit veränderlichen Amplituden arbeiten müßten.

Schließlich bietet die Erfindung trotz Benötigens eines besonderen Empfangsgeräts sehr wichtige neue Vorteile: Erstens wird das Sendegeheimnis gewahrt; ein gewöhnlicher Empfänger wird lediglich Trägerwellen empfangen und keinerlei Modulation aufnehmen. Zweitens besteht eine große Unempfindlichkeit gegenüber Störungseinflüssen; man erkennt aus den vorangegangenen Erklärungen, daß die Aufnahme der Sprache die Gegeneinanderschaltung zweier Detektoren erfordert, so daß man also eine Art Differentialschaltung erhält, in der die gedämpften Störungswellen gegeneinander wirken.

Abb. ι ist das Schaltschema für eine Ausführungsform der Erfindung. 1 ist ein Hochfrequenzgenerator, 2, 3 und 2', 3' sind zwei so erregte Transformatoren, daß die in den Sekundärwicklungen 3 und 3' induzierten elektromotorischen Kräfte einander entgegengesetzt gerichtet sind. 4 und 5 sind die primären und sekundären Wicklungen eines weiteren Wandlers, so daß die in der Wicklung 5 induzierte sekundäre elektromotorische Kraft auf den in den Wicklungen 3 und 3' induzierten elektromotorischen Kräften senkrecht steht. 6 ist ein vollständiges Röhrenmodulationsgerät, dessen Mikrophon mit 7 bezeichnet ist. Für den Aufbau dieses Modulators kann man beispielsweise die unter dem Namen der Gleichstrom- oder der Anodensteuerung bekannte Methode benutzen. Kurz gesagt, am Austritt des Geräts 6 herrscht eine durch die Besprechung modulierte Hochfrequenzspannung, die senkrecht auf der durch die Wandler 2, 3 und 2', 3' induzierten elektromotorischen Kraft steht. Mit 8, 8' sind zwei Wandler bezeichnet, die in den Austrittskreis des Röhrenmodulationsgeräts 16 geschaltet sind. 9 und 9' sind zwei Verstärker, die, wie aus dem Vorangegangenen ersiehtlieh, durch Ströme erregt werden, deren. Amplitude gleichbleibend ■ oder nahezu gleichbleibend ist, aber deren Phase sich mit der Besprechung ändert. Mit 10 und 10' sind die Austrittsschwingungskreise dieser Verstärker bezeichnet. 11 und 11' bedeuten zwei Kopplungen mit dem durch die Antenne 12 und die Abstimmspule 13 gebildeten Schwingungskreis. Die in der Antenne durch die beiden Kopplungen 11 und 11' erzeugten gesamten elektromotorischen Kräfte ändern sich mit der Phasenverschiebung der beiden getrennt durch 11 und 11' erzeugten elektromotorischen Kräfte; der Antennenstrom ändert sich natürlich proportional der gesamten induzierten elektromotorischen Kraft, und anderseits ist bei vorhandener Symmetrie die

Phasenverschiebung zwischen den elektromotorischen Kräften in ii und. ii' der Phasenverschiebung zwischen den Strömen in den Sekundärkreisen 3, 4 5, 6 und 3', 4', 5', 6' genau gleich.

Das Schaubild der Abb. 2 zeigt die Zusammensetzung der den Verstärkern 9 und 9/ zugeführten Spannungen. AB und A! B' stellen; die beiden zu den Transformatoren 2,3 und 2', 3' gehörigen Spannungen dar; BD und B' D^f sind die in den Transformatoren 8 und 8' bei Nichtbesprechung induzierten Spannungen. A D und A' D' veranschaulichen die den Verstärkern 9 und 9' zugeführten resultier enden Spannungen. Bei einer gesamten Modulation der Amplitude des Modulationsgeräts 6 ändert sich die resultierende Spannung .A B im einen Verstärker unter dem Einfluß der Besprechung in AC und die resultierende Spannung .A' B' im anderen Verstärker fn A' C. Für weniger eingreifende Modulationen ändern sich die resultierenden Vektoren A D •und A' Ey mit bedeutend kleinerer Winkelabweichung. Wie dem auch sei, begrenzt man den Winkel C A B und den Winkel CA' B' auf 30°, so erkennt man, daß bei einer gesamten Modulation der Amplitude der Phasenunterschied von AC in bezug auf A¹C sich von 120⁰ bis i8o° ändert, so daß AD und Ä Et einen Winkel von 150° einschließen. Unter diesen Bedingungen wird BC=¹IzAB und BD = ¹Z₄₁AB. Die bei Nichtbesprechung durch die Wandler 8 und 8' induzierte Spannung braucht also nur gleich dem vierten Teil der durch die Transformatoren 2,3 und 2', 3' induzierten Spannung zu sein. Weiterhin erkennt man, daß A C nur etwa 9 0/0 größer ist als A D, während A B nur etwa 3 0/0 kleiner als AD ist.

Abb. 3 veranschaulicht schematisch die Gesamtheit eines für die Aufnahme der in der Phase modulierten Sendungen geeigneten Empfängers. Mit 1 ist die Antenne, mit 2 ein Verstärkungsgerät ohne Gleichrichtung bezeichnet. Dieser Empfänger ist vorteilhaft nach Art der Frequenzwandler gebaut. 3 und 4 sind die mit je einem Detektor versehenen Wellenbandfilter, deren eines die Welle mit der gegebenenfalls geänderten Frequenz sowie die höher als! beispielsweise 5000 bis 7000 Perioden in der Sekunde gelegenen Frequenzen hindurchläßt, dagegen die niedrigeren Frequenzen zurückhält und deren anderes die beispielsweise ■; niedriger als 5000 bis 7000 Perioden in der Sekunde gelegenen Frequenzen hindurchläßt, dagegen die höheren Frequenzen zurückhält. 5 und 5' sind zwei in Reihe geschaltete Niederfrequenzwandler mit einem für das Zusammenfügen der aufgenommenen Hörströme geeigneten Wicklungssinn. 6 stellt schießUich einen Niederfrequenz- I verstärker dar, an den ein. Hörer angeschlossen ist. Wie es weiter oben dargelegt worden ist, ruft die Modulation der Phase die Modulation der Amplitude, eines senkrecht zum Hauptvektor (Gleichung 1) gelegenen Vektors hervor. Diese AmpEtudenmodulation kann in zwei sogenannten Seitenfrequenzen oder in zwei seitliche Wellenbänder zierlegt werden, wenn mit einer veränderlichen Hörfrequenz (Gleichung 2) moduliert wird. Die Interferenz eines jeden der Bänder mit der Hauptwelle in einem Detektor gibt das Gesprochene wieder und läßt somit in den Wandlern 5 und 5' hörfrequente Ströme entstehen. Gleichwohl ist es auch hier, ebenso wie bei der Zeichenübermittlung notwendig, daß die Interferenz eines Bandes mit der Grundwelle von der Interferenz eines Bandes mit der gleichen Grundwelle getrennt wird; dies bedingt die Notwendigkeit der beiden Filter und der beiden Gleichrichter. Es ist ohne weiteres klar, daß man auch mit nur einem Filter, beispielsweise einem Filter für ein oberhalb der Grundwelle gelegenes Wellenband, und mit einem einzigen Detektor auskommen würde, aber in diesem FaEe würde man unnützerweise die Hälfte der verfügbaren Energie verlieren, und man würde durch das sogenannte Gegeneinahderschalten nicht die atmosphärischen Störungen, wie erläutert, unschädlich machen.

Der Grundsatz der Übertragung durch Modulation der Phase ist selbstverständlich auch auf die Telegraphie mit Hörfrequenzen anwendbar. Durch die für hörfrequente, gleichgerichtete Ströme bekannte Filterung würde man eine Vielfachsendung bewirken. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß verschiedene Abänderungen von Einzelheiten des beschriebenen Verfahrens möglich sind, ohne das Wesen der Erfindung zu verlassen, insbesondere können Wechselstromerzeuger oder Geräte mit selbsterregenden Senderöhren verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur drahtlosen Nachrichtenübermittlung mittels zweier aus 'einem Generator gespeister und in Differentialkopplung auf den Antennenkreis arbeitender Stromkreise, deren Ströme entsprechend den zu übermittelnden Zeichen durch Phasenänderung beeinflußt und darauf verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenänderung in den Differentialkreisen durch Überlagerung modulierter Hochfrequenzenergie erzeugt und so die Frequenz der Differentialkreise praktisch konstant gehalten wird. iao
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsvektor

der Hochfrequenzenergie des Modulationskreises senkrecht auf den Spannungsvektoren der Energie der Differentialkreise stehend gewählt und dem die Differentialkreise speisenden Generator entnommen -wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochfrequenzerzeuger auf einen mit der Antenne gekoppelten Verstärker arbeitet, daß die Phasenänderung der Eintrittsspannung dieses Verstärkers durch Überlagerung der unveränderlichen Erregerspannung des Verstärkers im Zwischenkreis mit einer vom Mikrophonstrom modulierten und auf der erstgenannten Spannung senkrecht stehenden Spannung bewirkt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleich-

ao stromquelle so mit den Primärwicklungen der Erregerinduktionsspulen verbunden wird, daß die Sättigung in beiden Spulen gleichzeitig zunimmt oder abnimmt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, daas durch gekennzeichnet, daß in einer Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 2 eine der Wicklungen der die Übermittlungskreise mit dem Hochfrequenzerzeuger koppelnden Transformatoren elektrisch umgekehrt wird.
6. Empfangsanordnung zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß hinter einem Verstärker ein nur eines der beiden seitlichen von der Phasenänderung herrührenden Frequenzbänder hindurchlassendes, das andere Frequenzband zurückhaltendes Wellenbandfilter mit einem Detektor in Reihe geschaltet ist.
7. Empfangsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß hinter einem Verstärker zwei jeweils nur eines der beiden von der Phasenänderung herrührenden seitlichen Frequenzbänder hindurchlassende Filter mit je einem in Reihe Hegenden Detektor parallel und daß die Sprechströme schließlich in einem gegebenenfalls einen Niederfrequenzverstärker enthaltenden Zwischenkreis gegeneinandergeschaltet sind.
8. Empfangsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor den beiden Filtern ein mit einem Verstärker zusammengeschalteter Frequenzwandler liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen