DE608196C

DE608196C - Verfahren zum angenaeherten Konstanthalten des Phasenunterschiedes zweier Schwingungen

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Publication number: DE608196C
Application number: DER84759D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1931-04-29
Filing date: 1932-04-28
Publication date: 1935-01-17
Also published as: US1922282A; FR732258A

Description

Die Erfindung betrifft den Empfang von mit geschwächter oder unterdrückter Trägerschwingung auf Draht oder mittels Hertzscher Wellen übertragenen Zeichen oder, ganz allgemein, von Zeichen, die mittels 'eines periodischen Stromes, der in gegebenen Augenblicken seine Phase umkehrt, übertragen werden.

Es ist bekannt, daß es bei den zur Zeit gebräuchlichen Empfangssystemen erforder-Hch ist, daß die Amplitude der übertragenen Schwingung stets das gleiche Vorzeichen bewahrt. So z. B. muß man bei einer Sprachübertragung, die durch den Ausdruck

. [« + / WJ'Sin (wt+b)

dargestellt ist, worin w die Kreisfrequenz der Trägerschwingung, α deren Amplitude und / (t) die Tonmodulation bedeuten, dafür sorgen, daß der absolute Wert der Modulation/ (t), die an sich abwechselnd positiv und negativ ist, die Amplituden der Trägerwelle nicht übersteigt. Unter diesen Bedingungen behält die Gesamtamplitude

.s.=*

das gleiche Vorzeichen, nämlich dasjenige von a, und die modulierte Schwingung kann durch den Kurvenzug der Abb. 1 dargestellt werden.

Wenn dagegen / (t) Werte annimmt, die im absoluten Wert größer sind als a, so ist die Gesamtamplitude S bald positiv und bald negativ; eine solche modulierte Schwingung ist in Abb. 2 dargestellt. Wenn eine solche Welle mit einem gewöhnlichen Empfangsgerät aufgenommen würde, so wäre der Empfang vollständig unverständlich.

Dasselbe wäre der Fall, wenn man bei einer telegraphischen Übertragung 5 sin [wt-\-b) in den Zwischenräumen zwischen den Zeichen als solchen, d. h. zwischen den Punkten und Strichen, S nicht, wie in Abb. 3 dargestellt, Null werden läßt, sondern wenn man, was bisher noch, nicht gemacht worden ist, beim Übergang von den Punkten und Strichen, zu den Zwischenräumen und umgekehrt die Amplitude S lediglich das Vorzeichen wechseln läßt, wie schematisch in Abb. 4 dargestellt ist. Auch hier ist mit den bekannten Verfahren ein Empfang nicht möglich.

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren, das den Empfang der vorstehend beschriebenen neuartigen telephonischen und telegraphischen Zeichen gestattet.

Es ist bekannt, daß man mittels einer örtlich im Empfänger erzeugten sinusförmigen Schwingung

H sin (wt -f- b)

■

von konstanter Amplitude//, deren Kreisfrequenz w 'und deren Phase b dieselben wie die der empfangenen Schwingung sind, und die man mit einem Detektor mit der empfangenen .Schwingung zusammenwirken läßt, einen gleichgerichteten Strom erhält, dessen Änderungen die Änderungen der Amplitudes genau wiedergeben, der also einen getreuen Empfang gewährleistet. Bei einer telephonisehen Übertragung beispielsweise erhielte man so stets einen einwandfreien Empfang, unabhängig davon, welche Werte« im Verhältnis zu / (t) annimmt; α könnte selbst Null werden, was die Unterdrückung der Trägerwelle bedeutet.

Bis vor ganz kurzer Zeit war kein Verfahren bekannt, das eine örtliche Schwingung mit einer empfangenen Schwingung so zu synchronisieren gestattete, daß die Phasendifferenz genau konstant gehalten wurde. Der Erfinder hat früher ein Verfahren zur Kenntnis gebracht, wobei ein solches Ziel erreicht werden kann. Dieses Verfahren besteht hauptsächlich darin, daß in einem Detektor die örtlich erzeugte mit der empfangenen Schwingung derart kombiniert wird, 'daß ein Strom von niedriger Frequenz erzeugt wird, welcher bei Synchronismus der obigen ' Schwingungen ein Gleichstrom wird, daß dieser Strom durch Trennung von anderen von ungewünschten empfangenen Schwingungen herstammenden ähnlichen Niederfrequenzströmen herausgewählt wird, und daß endlich dieser herausgewälzte ,Strom zur Steuerung der in dem örtlichen Oscillator entstehenden Schwingung benutzt wird. Auch hat der Erfinder gezeigt, daß dadurch, daß der Synchronisierungsstrorn in dem obigen Verfahren proportional dem Produkt der Amplitude der empfangenen Schwingung und des Cosinus der Phasendifferenz der beiden obenerwähnten Schwingungen ist, die Stabilität des Synchronismus ihren Höchstwert erreicht, wenn die Phasendifferenz zwischen den beiden Schwingungen 90⁰ beträgt.

Dieses Verfahren ist anwendbar in dem Fall, wo die empfangene Schwingung abwechselnd positive oder negative Werte annimmt, vorausgesetzt jedoch, daß ihr Mittelwert nicht zu klein oder gar Null ist. Man kann ja in diesem Fall die Auswahlvorrichtung mit einem Kreis versehen, dessen Zeitkonstante sehr groß im Verhältnis zu den Zeitdauern ist, während derer die Amplitude der Schwingung dasselbe Vorzeichen beibehält. Da die von der Amplitude der Schwingung angenommenen positiven oder negativen Werte ungleich sind, so ist das Vorzeichen des Mittelwertes des Interferenzstromes nur von. der Phasendifferenz der beiden Schwingungen bestimmt. Jedoch ist dieses Verfahren nicht anwendbar, wenn die Amplitude« der Trägerschwingung oder, allgemeiner, der Mittelwert der Gesamtamplitude S des Zeichens Null oder zu klein ist, und zwar aus folgendem Grunde. Der Wechsel des Vorzeichens der Amplitudes bedeutet physikalisch ein Umkehren der Phase, denn es ist

S sin (wt-\-b) = S sin (wt-\-b-\-180).

Man kann aber mit einer ,Schwingung, deren Phase abwechselnd zwei um i8o° verschiedene Werte annimmt, nicht eine örtliche Schwingung synchronisieren, deren Phase ständig denselben Wert b bewahren soll.

Gemäß der Erfindung wird diesem Übelstand dadurch !abgeholfen, daß die Frequenz des örtlichen Generators nicht mehr von dem periodischen Strom veränderlicher Phase, den das empfangene Zeichen liefert, überwacht wird, sondern von einem Hüfsstrom. unveränderlicher Phase, der aus dem Strom, den das empfangene Zeichen liefert, durch geeignete Umformung und Aussiebung erhalten wird. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, um g₀ aus einem periodischen Strom, dessen Phase abwechselnd die Werte & und b -f- 180 annimmt, einen andern Strom abzuleiten, von dem ein oder mehrere Harmonische konstante Phase besitzen.

Man kann beispielsweise die Zeichenschwingungen in einen Detektor mit quadratischer Wirkung leiten; in einem solchen Detektor werden die Schwingungen, die bald in der Form S sin (wt-(-&), bald in der Form S sin (wt-\-b-\- 180) ankommen, in einen Strom umgeformt, der beständig die Form

±S sin (wt+b)*

= 0,5 S² [1 — cos 2 (wt + &)]

hat. Die Phase des Hilfsstromes cos 2 (wt -j- &) bleibt stets dieselbe, unabhängig davon, ob die Phase der 'empfangenen Zeichenschwingung b Oder (&-|-i8o) ist.

An Stelle eines Detektors, mit quadrati- no scher Wirkung kann man auch, einen gleichrichtenden Kontakt verwenden oder eine Röhre, die zu beiden Seiten eines ,Knicks ihrer Charakteristik arbeitet. In der Tat folgt aus der Fourierschen Reihe, die man für den Strom aufstellen kann, der durch Gleichrichtung jeder zweiten Halbperiode oder sämtlicher Halbperioden eines sinusförmigen Stroms erhalten wird, daß alle geradzahligen Harmonischen in der Phase unabhängig von einer eventuellen Phasenumkehr dieses sinusförmigen Stromes sind.

Ferner kann man die empfangene Schwingung in einen Transformator leiten, der in der Nähe der Sättigungsgrenze seines Eisenkerns arbeitet.

Wenn man so auf beliebige Weise aus. der empfangenen Schwingung einen Strom abgeleitet hat, der eine konstante und von der Phasenumkehr der Zeichenschwingung unabhängige Phase hat, so kann man ohne weiteres

to die Frequenz des örtlichen Generators synchronisieren, beispielsweise unter Zugrundelegen des obenerwähnten Verfahrens, das man wie folgt abändert. Um den Strom (oder das Potential) von niederer Frequenz zu erhalten, der zur Überwachung der Frequenz des örtlichen Generators dient und der im Fall des Synchronismus Gleichstrom wird, läßt man nicht die empfangene Schwingung und die örtliche Schwingung unmittelbar aufeinander einwirken, sondern vielmehr zwei andere Hilfsschwingungen, die Ströme von der doppelten Frequenz der empfangenen bzw. der örtlichen Schwingung sind und dadurch erhalten werden, daß man jeden der letzteren in einen Gleichrichter schickt.

Die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnungen geben beispielsweise verschiedene Ausführungsformen der Empfangsanordnung nach der Erfindung an.

Abb. ι bis 4 zeigen in Gegenüberstellung· eine gewöhnliche Signalschwingung und eine neuartige Signalschwingung mit Phasenumkehr je für Telephonie und Telegraphic. Abb. 5 zeigt eine Anordnung zur Synohronisierung einer örtlichen Schwingung auf eine empfangene Schwingung· mit Phasenumkehr.

Abb. 6 ist eine vereinfachte Anordnung der

Abb. S, die in dem Fall anwendbar ist, wo die örtliche Schwingung Harmonische enthält.

Abb. 7 stellt schematisch einen Empfänger

dar, der die Anordnung der Abb. 5 enthalt.

Die Zeichenschwingung5 sin (wt -J- δ), die

bei 14 in die Vorrichtung der Abb. 5 eintritt, wirkt auf das Gitter der Röhre 19 über einen Hauptschlußwiderstand 21 ein, der der Anodencharakteristik einen Knick erteilt. Es bildet sich dann im Anodenkreis 'ein Strom von doppelter Frequenz und von unveränderlicher Phase aus. Dieser Strom erregt den Siebkreis 24, der auf die neue Kreißfrequenz 2 w abgestimmt ist und der seinerseits über den Transformator 25 das Gitter der Detektorröhre 16 erregt. Die Gleichrichtung kann mittels Kondensator 30 mit Nebenschlußwiderstand oder durch ein anderes System erfolgen. In gleicher Weise beeinflußt die bei 31 eintretende, vom, örtlichen Generator 15 erzeugte Schwingung//sin (w_ot-\- b₀) das Gitter einer Röhre 20; demzufolge entsteht im Anodenkreis dieser Röhre ein Strom von der Kreisfrequenz 2W₀, der über einen Siebkreis 26 und einen Transformator 27 seinerseits vdie Detektorröhre 16 erregt. Die beiden Hilfsströme, die die doppelte Frequenz des empfangenen Zeichens bzw. des örtlichen Generators haben, interferieren in der Röhre r6 miteinander, so daß deren Anodenkreis u.a. einen Strom von sehr tiefer Frequenz führt, welcher dem Ausdruck

■cos2 [(w_o —

proportional ist. Dieser Strom wird als einziger von der Siebkette 17 zum Widerstand i8 hindurchgelassen und 'erzeugt im, Endpunkt 32 des Widerstandes Potentialschwankungen, die gleichfalls durch obigen Ausdruck dargestellt sind. Diese Potentialsohwankuingen dienen dazu, die Frequenz des Generators 15 zu überwachen; beispielsweise kann der Punkt 32 mit dem Anodenkreis des Generators verbunden werden, denn bekanntlich ändert sich die Frequenz eines selbsterrtegten Röhrengenerators in schwachem Maße, wenn man die Anodenspaninung verändert.

Die Einstellung der Synchronisierungsvorrichtung der Abb. 5 erfolgt in folgender Weise: Um die empfangene Schwingung abzuschwächen, lockert man die Kopplung des Transformators 62 so weit, daß die Schwe- go bungen von der Kreisfrequenz 2 (w₀ — w), die aus der Interferenz der beiden Hilfsströme mit den Kreisf requenzien 2 Jf₀ und 2 w herrühren, im Telephon 36 schwach hörbar sind; in diesem Fall ist die Amplitude der Schwebungen zlu schwach, um das Potential des Punktes 32 merklich zu beeinflussen, das somit einen konstanten Wert annimmt. Alsdann stellt man den Abstimmkoiidensator34 sorgfältig so .ein, daß die Kreisfrequenz If₀ des örtlichen Generators soweit wie möglich der Kreisfrequienz w der empfangenen Schwingung angeglichen wird, was man daran erkennt, daß der Schwebungston im Telephon 36 immer tiefer und schließlich unhörbar wird. Nun macht man die Kopplung 62 wieder fester, um, die !eingehende Schwingung wieder auf die normale Stärke zu bringen. Die beiden in der Röhre 16 interferierenden Hilfsströme wirken darm über den Punkt 32 und die Verbindung 2>2> ^uf die Eigenfrequenz des Generators 15 so ein, daß sie sich selbsttätig synchronisieren. Man stellt dies daran fest, daß der Zeiger des Miiliampeneineters35 in Ruhe bleibt.

Wenn, wie es häufig der Fall ist, der örtliche Generator 15 selbst neben seiner Grundschwingung// sin (w_oi -J- b₀) Harmonische dieser Grundschwingung erzeugt, so ist offenbar die Röhre 20, die einen Strom von der Kreisfrequienz 2 W₀ schaffen soll, überflüssig. In diesem Falle kann die verein-

fetzte Schaltung der Abb. 6 zur Anwendung kommen, in, der der örtliche Generator ι ξ unmittelbar mit dem Siebkreis 26 gekoppelt ist, welcher die zweite Harmonische der Grundschwingung des Generators- allein durchläßt. Im übrigen ist die Schaltung die gleiche wie die der Abb. 5. Der Hilifsstrom, der aus der zweiten Harmonischen der Grundschwingung des Generators erhalten ist, und der Hilfsstrom von der Kreisfrequemz z"w, der aus der empfangenen Schwingung mittels der Röhre 19 mit gekrümmter Charakteristik und mittels des Siebkneises 24 abgeleitet wird, treffen in der Röhre 16 zusammen und synchronisieren sich in der beschriebenen Weise miteinander. ■ ,-,-:"

Das vorstehend beschriebene Regelungsverfahren bewirkt, wie dies in dem obenerwähnten Verfahren beschrieben ist, daß- die Phasen der beiden . Hilfsschwingungen auf dem Gitter der Detektorröhre 16 gegenseitig um 90⁰ verschoben sind. Da der aus der empfangenen Schwingung abgeleitete Hilfsstrom cos 2 {wt-\-b) eine unveränderliche Phase behält, die von der Phasenumkehr der empfangenen Schwingung unabhängig ist, so gewährleistet der Synchronismus, der sich zwischen den beiden Hilfsströmen einstellt, für den örtlichen Generator eine feste Phase, die also nicht um i8o° umspringt, wie die der empfangenen Schwingung. Das war jedoch das Ziel, das angestrebt wurde.

Abb. 7 stellt den Empfänger gemäß der Erfindung dar. Die Signalschwingungen kommen in der Antenne oder Leitung 49 an, werden bei 50 abgestimmt und verstärkt, unter Umständen durch ein Heterodyn 51 moduliert, welches ihre Frequenz erniedrigt, und im letzteren Falle gleichgerichtet. Die aus der Anordnung 50 austretenden Schwingungen wirken auf die Röhre 52 ein, deren Anodenkreis über den Transformator 62 zwei getrennte Kreise speist. Der eine, der in der Abb. 7 oben liegt, enthält eine Röhre 53, deren Anodenkreis über den Transformator 54 das Gitter der Röhre 55 beeinflußt; 57 ist das Empfangsorgan, beispielsweise ein Telephon oder ein Relais. Der zweite in der Abb. 7 unten gelegene Kreis stellt die Synchronisiervorrichtung der Abb. 5 dar und ist , mit denselben Bezugszeichen versehen. Zufolge des Synchronismus, der sich zwischen den beiden in der Röhre 16 interferierenden Hilfsströmen einstellt, ist der örtliche Generator 15 der Sitz einer Schwingung, die dieselbe Kreisfrequenz w wie die empfangene Schwingung und eine gewisse Phase c ■ hat, deren Wert man nicht kennt, die aber so ge- | regelt wird, daß c — b ständig konstant ist. Diese Generatorschwingung nun erregt ihrerseits den Detektor 55 des .eigentlichen Empfangsteils, nachdem sie zuvor noch eine Röhre passiert hat, _; deren Anodenkreis einen Phasenschieber enthält, z.B. einen Widerstand 60 und einen Transformator 59, wobei wenigstens eines dieser beiden Organe veränderlich ist. Der Bedienende stellt dieses Organ so ein, daß im Aufnahmeorgan 57 die größtmögliche Intensität erhalten wird. Bekanntlich ist dies dann der Fall, „wenn die beiden - Schwingungen, die im Detektor 55 zusammentreffen, in Phase oder in Gegentakt schwingen; in diesem Fall gibt die Stärke des gleichgerichteten Stromes genau die Änderungen der Amplitudes wieder.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zum' angenäherten Konstanthalten des Unterschiedes zwischen der Phase einer Schwingung und einer der beiden Phasen einer anderen Schwingung, die fortlaufend ihre Phase umkehrt, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Phasenumkehr nicht berührte Harmonische jeder Schwingung durch ein Mitnahmeverfahren verbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Phasenumkehr nicht berührte Harmonische dadurch erhalten wird, daß die Schwingung go auf eine Röhre mit gekrümmter Kennlinie einwirkt und aus der dabei erhaltenen verzerrten Schwingung die gewünschte Harmonische mittels Siebkreises ausgewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Schwingung die der gewünschten Harmonischen entsprechende Oberschwingung unmittelbar durch einen Siebkreis ausgewählt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung mit Phasenumkehr die in einem Empfänger !empfangene Schwingung und die zweite Schwingung eine in dem Empfänger ortlieh erzeugte Schwingung ist.
5. Empfangsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangene und die örtlich erzeugte Schwingung einerseits in einen Detektor und anderer- iiö seits in die Mitnahmevorrichtung geleitet werden und vor Eintritt in die letztere die örtlich erzeugte Schwingung in einem regelbaren Phasenschieber mit der empfangenen Schwingung in Phase gebracht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen