DE609327C - Phasenmodulierte Senderschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine phasenmodulierte Senderschaltung, bei welcher die Phasenlage der hochfrequenten Trägerschwingung im Rhythmus des Modulationsvorganges verändert wird.

Die praktische Bedeutung der Phasenmodulation beruht auf der noch nicht hinreichend geklärten Beobachtung, daß phasenmodulierte Wellen den atmosphärischen

to Schwunderscheinungen in geringerem Ausmaß unterworfen sind als auf andere Weise modulierte Schwingungen. Es war daher möglich, mit phasenmodulierten Wellen größere Entfernungen einwandfrei zu überbrücken. Insbesondere trägt die Verwendung der Phasenmodulation bei Mehrfachempfang mittels räumlich verteilter Empfangsanordnungen zu einer wesentlichen Steigerung der Güte und Reinheit des Empfanges bei.

ao Erfindungsgemäß enthält die modulierte Senderstufe zwei anodenseitig im Gegentakt arbeitende Röhren, deren Steuerelektroden eine Trägerschwingung konstanter Frequenz und Amplitude mit einer Phasenverschiebung von annähernd i8o° und gleichzeitig die Modulationsspannungen im Gegentakt zugeführt werden. Eine Abart dieser Schaltung, bei welcher Schirmgitterröhren Verwendung finden, besteht darin, daß die Modulationsspannung nicht den Steuerelektroden, sondern den Schirmgittern aufgedrückt wird.

Es sind Frequenzmodulationsschaltungen bekannt, bei welchen eine selbsterregte Gegentaktstufe in der Weise verwendet wird, daß zwei auf verschiedene Resonanzfrequenzen abgestimmte Gitterkreise mit einem gemeinsamen Anodenkreis gekoppelt sind und den Steuergittern gleichzeitig die Modulationsschwingungen im Gegentakt zugeführt werden; es erregt sich dann eine Frequenz, die zwischen den Resonanzfrequenzen der beiden Gitterkreise liegt und sich der Resonanzfrequenz desjenigen Gitterkreises nähert, für welchen die niederfrequente Gitterspannung in positiver Richtung wirkt. Diese Schaltung besitzt betriebsmäßig den Nachteil, daß die Konstanz der mittleren Trägerfrequenz nicht mehr neuzeitlichen Anforderungen genügt und daß außerdem leicht ein Umschlagen in eine Doppelwelligkeit eintritt.

Diese Nachteile sind bei der erfindungsgemäßen Phasenmodulationsschaltung nicht vorhanden, da dort dem Wesen der Phasenmodulation entsprechend der modulierten Stufe eine konstante Trägerfrequenz zugeführt wird,, welche sich durch bekannte Mittel, z. B. einen piezoelektrischen Kristall oder eine dämpfungsarme Resonanzleitung, leicht kon-

stant halten läßt. Außerdem gestattet die Schaltung eine weitgehende Neutralisation der Gitteranodenkapazität und dadurch einen stabilen Betrieb.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung ist kurz folgende: In dem gemeinsamen Anodenkreis der modulierten Gegentaktstufe wird die resultierende Wechselspannung aus den von den beiden Röhren gelieferten, gegeneinander phasenverschobenen Komponenten von der Frequenz der Trägerschwingung gebildet. Wenn die beiden Röhren gleichzeitig im Gegentakt moduliert werden, so wird die Größe der Anodenwechsel-Spannungskomponente der einen Röhre zunehmen und die der anderen abnehmen. Infolgedessen ändert sich auch die Phasenlage der resultierenden Anodenwechselspannung gegenüber dem unmodulierten Zustand, während ihre Frequenz konstant bleibt. Das Auftreten von Seitenbändern kann bei dieser rein vektoriellen Betrachtung übergangen werden. Die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Phase der resultierenden Anodenwechselspannung ändert, ist bestimmt durch die Frequenz der Modulationsspannungen, während der Betrag der Phasenvor- bzw. -nacheilung sowohl von der Amplitude der Modulationsspannung als auch von der ttrsprünglichen Phasenverschiebung abhängt, welche zwischen den den beiden Steuergittern zugeführten Trägerschwiugungsspannungen besteht.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens veranschaulicht, und zwar zeigt die Fig. ι die grundsätzliche Schaltung, während die Fig. 2 eine Abwandlung unter Verwendung von Schirmgitterröhren darstellt. In Fig. 1 ist A ein Schwingungserzeuger, der eine Trägerschwingung konstanter Frequenz und Amplitude liefert und beispielsweise durch einen piezoelektrischen Kristall oder eine dämpfungsarme Resonanzleitung stabilisiert wird. Mit dem Ausgangskreis des Schwingungserzeugers ist der abgestimmte Gitterkreis H der modulierten Stufe über die beiden Leitungen P und Q unter Zwischenschaltung von Blockkondensatoren ι und 2 verbunden. Der Schwungradkreis H besteht aus einer symmetrisch angezapften Induktanz 3 und einem veränderlichen Kondensator 4. Der Mittelpunkt der Schwungradkreisinduktivität 3 ist über einen Blockkondensator W geerdet. Die eine Seite des Schwungradkreises H ist über ein Phasenverzögerungsglied in Form einer Induktanz / mit dem Gitter 6 der modulierten Röhre 7 verbunden, während die andere Seite der Induktanz des Kreises H über ein ein Voreilen der Phase herbeiführendes Glied in Form einer Kapazität J mit dem Gitter 8 einer Röhre 10 verbunden ist. Das dem Gitter 6 benachbarte Ende der Induktanz / ist gleichzeitig mit einem Widerstand R_t verbunden, dessen andere Klemme über einen Blockkondensator M für Hochfrequenz geerdet ist. Die an das Gitter 8 angeschlossene Belegung der Kapazität T ist mit einem Widerstand R₂ verbunden, dessen andere Seite über einen für die Hochfrequenz einen Kurzschluß bildenden Kondensator N an die Kathode 14 der Röhre 10 gelegt ist. Die kathodenseitigen Enden der Widerstande^undi?.. sind mit den Klemmen der angezapften Sekundärwicklung 16 des Transformators T verbunden, dessen Primärwicklung 18 mit der Modulationsspannungsquelle B, die beispielsweise eine Hörfrequenz, liefert, in Verbindung steht. Die Kathoden 12 und 14 der Röhren 7 und 10 sind mit der Energiequelle 20 verbunden. Den Steuerelektroden 6 und 8 der Röhren 7 und 10 wird eine konstante Gleichstromgittervorspannung über die Widerstände R₁ und R₂ und die Sekundärwicklung 16 und die zum negativen Pol der Stromquelle 20 führende Leitung 19 erteilt.

Ein Schwungradkreis 22, der aus einer Kapazität 21 und einer Induktanz 23 besteht, ist auf die Trägerfrequenz der zu modulierenden Schwingungen abgestimmt. Die Anoden 24 und 26 der Modulationsröhren 7 und 10 sind in Gegentakt geschaltet. Dies wird erreicht, indem man die Anoden 24 und 26 mit den entgegengesetzten Enden des Schwingungskreises 22 verbindet. Der Mittelpunkt der Induktanz 23 ist mit dem positiven Pol der Stromquelle 20 verbunden. Um Störungen durch Hochfrequenz zu vermeiden, ist die Stromquelle 20 zwischen Heizleitung und Anodenleitung durch einen Kondensator 27 überbrückt. Rückwirkungen des an den Anoden 24 und 26 auftretenden Potentials auf die Gitter 6 und 8 werden vermieden durch Neutralisierungskondensatoren K und L, die zwischen Anoden und Gitter geschaltet sind.

Die im Schwungradkreis 22 in Erscheinung tretenden phasenmodulierten Schwingungen können in irgendeiner Weise nutzbar gemacht werden. Beispielsweise können sie einem Verstärker und/oder einem Frequenzvervielfächer F über Kapazitäten U und V, die in den symmetrierten, mit dem Schwungradkreis verbundenen Leitungen liegen, zugeführt werden.. Im allgemeinen wird durch die vorgeschlagene Anordnung eine reine Phasenmodulierung erreicht. Wenn jedoch durch irgendwelche Umstände noch zusätzliche Amplitudenmodulation auftritt, so kann ein Amplitudenbegrenzer D dazwischengeschaltet werden.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung soll davon ausgegangen werden,-

daß der Oszillator^ dem Schwungradkreis H über" eine symmetrische Doppelleitung P und Q eine konstante Frequenz zuführt. Diese Spannung konstanter Frequenz wird vom Schwungradkreis H aus über die Induktanz/ bzw. die Kapazität/ den Gittern6 und 8 der Modulationsröhren 7 und 10 im Gegentakt zugeführt. Die Phase der dem Gitter 6 zugeführten Steuerspannung wird durch die Induktanz / um einen gewissen Betrag verzögert, während die Phase der dem Gitter 8 der Röhre 10 aufgedrückten Steuerspannung durch die Kapazität / um einen gewissen Betrag voreilt. Der Betrag der Verzögerung und Voreilung in der Phase ist veränderlich und hängt ab von der Selbstinduktion der Induktanz / und dem Kapazitätswert des Kondensators / und auch von dem Wert des Widerstandes R₁ bzw. R₂.

Falls die Impedanzen auf jeder Seite des Gitterkreises H gleich groß sind und beide Modulationsröhren 7 und 10 die gleiche Gittervorspannung haben, dies ist der Fall, wenn von der Quelle/? keine Modulationsenergie geliefert wird, ist die von jeder Modulationsröhre an den abgestimmten Kreis 22 gelieferte Energie gleich, und die Wechselspannungen; im Kreis 22 haben eine konstante Phase, die zusammenfällt mit der mittleren Phasenlage der Erregerspannung unter der Voraussetzung, daß die Schwingungen im Kreis C von konstanter Frequenz sind.

Wenn man nun annimmt, daß Hörfrequenzmodulationen B erzeugt werden und durch den Transformator T den Steuerelektroden von 7 und 10 zugeführt werden, so wird sich die Gittervorspannung der Elektroden 6 und 8 gegenphasig verändern. Die Folge ist, daß die Röhre, die die geringere Gittervorspannung in einem bestimmten Augenblick besitzt, die meiste Energie an den abgestimmten Kreis 22 liefert. Da die den Gittern 6 und 8 zugeführte Erregung eine Phasendifferenz besitzt, so hat auch die an den Kreis 22 gelieferte Energie eine Phasendifferenz. Die Phase der im Kreis 22 auftretenden Schwingungen wird sich ändern oder gar annähern der der Röhre, die die geringere! Vorspannung besitzt und daher die meiste Energie liefert.

Der Betrag der Phasenänderung im Kreis 22 wird im wesentlichen proportional dem Energiedifferenzbetrag sein zwischen den Röhren 7 und 10. Es ist jedoch augenscheinlich, daß keine größere Phasendifferenz im Kreis 22 auftreten kann, als in der den Gittern der Röhren 7 und 10 zugeführten Erregung besteht.

Aus der vorerwähnten Beschreibung ist zu ersehen, daß Schwankungen in der Amplitude der von der Stromquelle B an die Steuerelektroden der Röhren 7 und 10 gelieferten Hörfrequenz entsprechende Schwankungen in der Phase der'normalen Schwirigungen konstanter Frequenz im Kreis 22 hervorrufen.

Ein Vorteil der dargestellten Schaltung ist, daß die in Gegentakt geschalteten Röhren in einfacher Weise durch die Kapazitäten K und L neutralisiert werden können.

Die dargestellte Schaltung besitzt weiterhin alle Vorteile der Gegentaktschaltung, da die Anoden so verbunden sind, daß sie gegenphasige Energie liefern.

Die dargestellte Schaltung eignet sich sehr gut zur Anwendung der Gitterneutralisierung und anderer in der Hochfrequenztechnik verwendetet· Ausgleichschaltungen.

In der Fig.. 2 ist eine Modifizierung der Anordnung nach Fig. 1 dargestellt. In dieser Schaltung, die im wesentlichen gleich der Anordnung der Fig. 1 ist, werden Schirmgitterröhren verwendet, wodurch die Notwendigkeit der Neutralisierung der gegenseitigen Elektrodenkapazität, die bei der Anordnung nach der Fig. 1 erforderlich ist, vermieden ist. Diese Anordnung unterscheidet sich auch darin von der Anordnung nach Fig. 1, daß die Hörfrequenzmodulation dem Schirmgitter der Elektrodenröhren anstatt den Steuergittern zugeführt wird. Weiterhin werden die modulierenden Potentiale noch verstärkt, bevor sie zur Phasenmodulation der Trägerwelle verwendet werden.

Der Generator A der Fig. 2 und die Mittel, durch die die Trägerfrequenzschwingungen erzeugt und die/ Phasenverschiebung im Kreis 22 herbeigeführt wird, sind dieselben wie in der Anordnung nach Fig. 1. Die Mittel jedoch, durch die die Phasenmodulierung der Trägerwelle aufgedrückt wird, sind davon verschieden.

In der Fig. 2 werden die modulierenden Frequenzen den Schirmgittern 36 und 37 der Röhren 7 und 10 aufgedrückt, wodurch die Leitfähigkeit der Röhren 7 und 10 \^rerändert wird. Sie modulieren auf diese Weise die Phase der¹ Trägerschwingungen um ein Maß, das durch die Frequenz der modulierenden Potentiale bestimmt ist, und um einen Betrag, der durch die Amplitude der modulierenden Potentiale festgelegt ist. Begrenzt sind diese Werte durch den wechselnden, eine Phasenvoreilung oder -nacheilung herbeiführenden Effekt, der der Trägerwelle durch die Induktanz/ und die Kapazität/ übermittelt wird. Die modulierenden Potentiale sind den Schirmgittern 36 und 37 von den Anoden 34 und 35 eines Röhrenpaares 28 und 29, deren Anoden über Widerstände R₃ und i?₄ parallel geschaltet mit einem Punkt eines parallel zur Stromquelle 20 gelegten Potentiometers 38 verbunden sind, zugeführt. Die modulierenden Potentiale der Quelle B werden über den

Transformator T den Steuerelektroden 32 und 33 der Röhren 28 und 29 aufgedrückt. Die Schirmgitterelektroden 36,37 der Röhren/ und 10 werden mittels der Widerstände R₃ und R₄, mit der erforderlichen Spannung versehen. Die gleiche Spannung erhalten die Anoden 34 und 35 der Röhren 28 und 29. Die Gitter- \"orspannung für die Röhren 28 und 29 wird von der Stromquelle 20 über Leitung 19 und dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Transformators T geliefert. Die Gittervorspannung für die Steuerelektroden der Röhren 7 und 10 wird über Leitung 19', die die Widerstände R₁ und R₂ mit einem Punkt des parallel zur Stromquelle 20 geschalteten Potentiometers verbindet, zugeführt.

Die Arbeitsweise ist folgende. Die modulierende Frequenz wird den Steuerelektroden 32 und 33 der Röhren 28 und 29 übermittelt. so Diese Röhren werden wechselweise mehr oder weniger leitend bei einer durch die Frequenz der modulierenden Potentiale bestimmten Frequenz. Wenn die Röhre 28 stärker leitend wird, nimmt der Anodenstromkreis einschließlich des Widerstandes R₃ mehr Strom auf und verursacht so einen Spannungsabfall längs des Widerstandes R₃, der dem Schirmgitter 37 zugeführt wird. Diese Potentialschwankungen steuern den an den Schwungradkreis 22 gelieferten Energiebetrag, der¹ mit der Anode 26 der Röhre 10 verbunden ist. Zur gleichen Zeit wird, da die modulierenden Potentiale den Steuergittern der Röhren 28 und 29 gegenphasig zugeführt werden, die Röhre 29 weniger leitfähig, und es^! fließt weniger Strom im Widerstand i?₄. Dies verursacht ein Ansteigen der am Schirmgitter 36 liegenden Spannung. Dadurch fließt in der Röhre 7 mehr Strom, und es wird mehr Energie an den Kreis 22 geliefert. Da die im Kreis 22 auftretende Energie hauptsächlich von der Röhre 7 geliefert wird, bestimmt die von dieser Röhre gelieferte Energie zu einem großen Teile die Phase der Energie im Kreis 22. Wenn die modulierenden Potentiale, die der Sekundärwicklung 16 zugeführt werden, sich umkehren, findet der umgekehrte Vorgang statt. Die Röhre 29 nimmt mehr Strom auf, während die Röhre 28 weniger leitfähig wird, so daß die an den Schirmgittern 36 und 37 liegenden Spannungen sich entsprechend ändern. Die Röhre 7 wird nun weniger leitfähig und die Röhre 10 stärker. Die Energie im Kreis 22 wird daher hauptsächlich geliefert von der Anode 26 der Röhre 10. Aus diesem Grunde ist die Phase der Energie im Kreis 22 in diesem betreffenden Augenblick zu einem großen Maße bestimmt durch die Phase der von den Röhre 10 gelieferten Energie. In dieser Weise werden die Hochfrequenzschwingungen der Stromquelle ^f, die überHochfrequenzphasenverschiebungsmittell und / den Röhren 7 und 10 übermittelt werden, in einem! durch die Frequenz der von B hervorgerufenen modulierenden Potentiale bestimmten Maße moduliert.

Die vorliegende Anordnung besitzt alle Vorteile der Schaltung nach Fig. 1 und vermeidet zusätzlich dazu die Notwendigkeit des Gebrauches von Neutralisierungskapazitäten, die sonst erforderlich sind, um Rückwirkungen zwischen Eingangs- und Ausgangskreisen der Modulatorröhren zu unterbinden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Phasenmodulierte Senderschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsstufe zwei anodenseitig im Gegentakt arbeitende Röhren enthält,· deren Steuerelektroden eine Trägerschwingung konstanter Frequenz und Amplitude mit einer Phasenverschiebung von annähernd i8o^u und gleichzeitig die Mo delationsspannungen im Gegentakt zugeführt werden.

2. Abänderung einer Schaltung nach Anspruch 1 unter Verwendung von Schirmgitterröhren, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschwingung mit einer Phasenverschiebung von annähernd i8o° den Steuerelektroden (6, 8) und die Modulationsspannungen im Gegentakt den Schirmgittern (36, 37) zugeführt werden.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschwingung einem gemeinsamen Eingangskreis zugeführt wird, dessen eines Ende mit dem Steuergitter der einen Röhre über eine kapazitive und dessen anderes Ende mit dem Steuergitter der anderen Röhre über eine induktive Impedanz verbunden ist

4. Schaltung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsspannungen in einer Gegentaktstufe verstärkt und von dort den betreffenden Elektroden der Modulationsstufe im Gegentakt zugeführt werden.

5. Schaltung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die modulierte Gegentaktstufe mit Hilfe von Kondensatoren, welche jeweils das Gitter der einen Röhre mit der Anode der anderen Röhre verbinden, neutralisiert wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen