DE610375C - Verfahren zur Phasenmodulation - Google Patents

Description

Es sind phasenmodulierte Sendeanlagen vorgeschlagen worden, die mit einer Gegentaktverstärkerstufe arbeiten. Bei diesen wird die Trägerhochfrequenz über phasenändernde S Elemente den Steuergittern und die Modulationsfrequenz den Steuer- bzw. Schirmgittern direkt zugeführt. Die um einen gewissen Phasenwinkel verschobenen Ausgangsleistungen wechselnder Größe beider Röhren werden in einem gemeinsamen Ausgangskreis summiert. Bei diesen Anlagen findet die Verstärkung, Modulation und Phasendrehung in einer Stufe statt, wobei gegenseitig störende Beeinflussungen nicht immer zu vermeiden sind.

Es sind weiterhin phasenmodulierte Sendeanlagen vorgeschlagen worden, bei denen die einzelnen Vorgänge in getrennten' Stufen stattfinden. Von einer Vorstufe wird die" Trägerhochfrequenz zwei Schwingkreisen zugeführt, welche über phasendrehende Mittel· mit dem Gitter einer nachfolgenden Röhre verbunden sind. Diese Schwingkreise sind durch je ein Rohr überbrückt, deren Steuergitter die Modulation im Gegentakt zugeführt wird. Je nach der Größe der Modulationsspanhung'ändert sich der parallel geschaltete Widerstand und damit der Energiebetrag, der der nachfolgenden Stufe zugeführt wird. In diesen Anlagen werden die Modulätionsröhre nur als gesteuerte " Nebenschlußwiderstände verwendet, und hinsichtlich ihrer Verstärr kungsfähigkeit nicht voll ausgenutzt.' .....'.'...

Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung der vorgeschlagenen Verfahren dar. Die erfindungsgemäße phasenmodulierte Sendeanlage ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangskreise zweier Röhren, deren Gitterelektroden die von einer Vorstufe gelieferten Trägerschwingungen zugeführt werden und die gegenläufig moduliert werden, über in entgegengesetztem Sinne phasendrehende Elemente mit dem Gitterkreis einer nachfolgenden Elektronenröhre verbunden sind.

Die Trägerfrequenz wird hierbei vorzugsweise den hochfrequenzmäßig parallel geschalteten Steuergittern dieser beiden Röhren gleichphasig zugeführt. Die Amplitudenmodulation der Trägerhochfrequenz kann entweder durch Verändern des Verstärkungsgrades oder durch Ändern des inneren Widerstandes des Röhrenpaares erfolgen. In manchen Fällen ergibt eine geringe gegenseitige induktive Kopplung zwischen den Ausgangskreisen der beiden Modulatorröhren eine Verbesserung der Arbeitsweise des Senders, da die-Röhren auf diese Weise besser im Takt gehalten werden. Wenn aus irgendeinem betriebstechnischen Grunde Trioden in der Modulatorstufe verwendet werden, so kann man ■ die Rückwirkung über die Gitter-Anoden-' Kapazität · entweder durch eine sogenannte Änödenkreisneütralisatiorl·' unterbinden, indem aus dem Anodenkreis derselben Röhre eine entsprechende Spannung dem zu neutrali-

sierenden Gitter zugeführt wird, oder man kann Gitterkreisneutralisation (anwenden. Bei dieser Art Neutralisation wird dem Gitter der einen Röhre eine entsprechende Spannung von der Anode des anderen Rohres zugeführt. Um die richtige Phasenbeziehung zu erhalten, muß in diesem Falle die Trägerhochfrequenz den beiden Modulatorröhren im Gegentakt zugeführt werden. ίο Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind auf den Zeichnungen schematisch dargestellt.

In Fig. ι ist A eine Quelle konstanter Schwingungen, etwa ein kristallgesteuerter t5 Oszillator, der über Kondensatoren ι und 3 mit den Steuergittern 2 und 4 der Röhren G und H der Stufe C verbunden ist. Die Anoden 6 und 8 dieser Röhren sind mit den Schwingkreisen M und Λ^Γ verbunden, enthaltend die veränderlichen Kondensatoren 10 bzw. 10' und die Induktanzen 11 bzw. 11'. Die unteren Klemmen dieser Kreise sind durch die Kondensatoren C₁ mit der geerdeten Seite des Heizkreises 12 verbunden. Die Speisekreise für die Anoden werden durch eine Leitung 13 vervollständigt, die die Induktanzen 11 und 11' mit der Batterie^ verbindet. Der Kreis M ist durch einen Kondensator 0 mit dem phasenverzögernden EIement L und der Kreis N durch den Kondensator P mit dem phasenbeschleunigenden Element Q verbunden. Die anderen Enden dieser Elemente L und Q sind miteinander und mit dem Gittert der Röhre! der StufeD verbunden.

Zwischen Gittert und Kathode 16 von J liegen eine Drosselspule 14 und ein Kondensator 15. Die eine Seite der Kathode ist geerdet. Die negative Spannung wird dem Gitter S über die Drossel 14 und Leitung 17 von der Batterie 18 geliefert. Der Wechselstrom-Anoden-Kathodenkreis von / enthält die Anode 20, den Schwingkreis R, den Kondensator 21 und die geerdete Seite der Kathode 16. Der Gleichstrom-Anoden-Kathodenkreis von / enthält die Anode 20, die Induktanz 22 des Schwingkreises R, einen Teil der Batterie 18 und die Kathode 16. Der Schwingkreis R kann durch den Drehkondensator 23 auf die gewünschte Frequenz abgestimmt werden. Dem Schirmgitter 24 von I wird die Spannung durch die Leitung 25 von der Batterie 18 zugeführt. 26 ist der übliche Uberbrükkungskondensator.

Der Kreis R ist über einen Kondensator U mit der aus Begrenzern und Frequenzvervielfachern bzw. -verstärkern oder beiden Geräten bestehenden Stufe Έ verbunden und über diese durch die Leitungen V andie Antenne F angeschlossen.

Die Quelle B der Modulationsspannungen ist mit der Primärwicklung 30 des Transformators T₁ verbunden, dessen Sekundärwicklung über die Spulen 32 und 32' mit den Steuergittern 2 bzw. 4 der Röhren G bzw. H verbunden ist. Diese Induktanzen können auch durch Ohmsche Widerstände ersetzt werden; ihre unteren Enden sind durch Kondensatoren 33 und 33' mit der geerdeten Leitung des Heizkreises verbunden. Die Vor-Spannungen werden den Steuergittern 2 und 4 von der Sekundärwicklung 31 über Leitung 34 und Potentiometer P zugeführt, ebenso die Spannungen für die Schirmgitter 36 und 36' über eine Leitung 37 von dem Potentiometer P₁. 38 und 38' sind die üblichen Überbrückungskondensatoren.

Im Betriebe liefert der Oszillator A den beiden Gittern 2 und 4 der Röhren Q und H gleiche Beträge hochfrequenter Erregungsspannung. Wenn diesen Gittern von B über T₁ keine Signalfrequenz zugeführt wird, wird diese hochfrequente Energie gleichmäßig verstärkt und erforderlichenfalls in den Röhren G und H und den Schwingkreisen M und N frequenzvervielfacht. Dieses folgt aus der Tatsache, daß den Elektroden dieser beiden Röhren gleiche Spannungen zugeführt werden, und daß die Schwingkreise M und N gleiche Charakteristiken besitzen. Ferner wird (immer noch angenommen, daß von B keine Spannungen zugeführt werden), da praktisch die Impedanzen der phasenändernden Elemente L und Q von gleicher Größe sind, die Hochfrequenzenergie, die das GitterS der Röhre/ von dem Kreis M und von dem Kreis JV erreicht, von gleicher Stärke sein. Die Energien haben gleiche Phasenwinkel, d.h. die eine ist bezüglich der durchschnittlichen Phasenlage voreilend und die andere nacheilend. Die resultierende Phase der Erregungsenergie, die dem Gitter 5" von Mund JV zugeführt; wird, wird in diesem Falle in der Mitte zwischen den Phasenwinkelin der getrennten,. vonM ¹⁰S und JV gelieferten Energien liegen. In der Stufe D wird die Trägerfrequenz verstärkt oder vervielfacht, bevor sie der Stufe £ und von dort der Antenne zugeführt wird.

Wird nun von der Quelle B Signalfrequenz no ausgesendet, so ändern sich die Spannungen an den Gittern 2 und 4 gegenphasig, d. h. differentiell bei Signalfrequenz. Diesen Gittern wird von der Batterie K über die Mittelanzapfung an der Sekundärwicklung 31 eine konstante negative Vorspannung zugeführt. Es werde nun ein Zeitpunkt angenommen, wo das Gitter 2 in positiver Richtung und das Gitter 4 um den gleichen Betrag in negativer Richtung gespannt ist.

Die im Oszillator A erzeugte Trägerenergie wird in zwei gleichen Teilen den Gittern 2 und 4 zugeführt. Ein Teil wird im Verstärker G verstärkt und erscheint im Kreise JIi, der andere wird im Verstärker H verstärkt und erscheint im Kreise JV. Diese Verstärkung ist nicht konstant, da die verstärkten Energien in den beiden Verstärkern G und H differentiell amplitudenmoduliert sind, so daß

ίο die durch die beiden Verstärker gelieferten Trägerenergien von demselben Phasenwinkel, aber von einer Amplitude sind, die sich mit Signalfrequenz ändert und proportional der Signalstärke ist. Wegen der Wirkung des Transformators T₁ wird diese Amplitudenänderung für jeden Verstärker um einen Durchschnittswert entgegengesetzt gemacht. Diese Differentialwirkung vermehrt den Kraftausgang von Röhre G und Schwingkreis M, während der Ausgang von Röhre H und Schwingkreis JV um einen gleichen Betrag vermindert wird, und umgekehrt. Die Phase der beiden dem Gitter 6" von I zugeführten Hochfrequenzenergien wird gleich sein, jedoch werden die Energien von entgegengesetztem Phasenwinkel sein, und es wird in diesem Falle die von dem Kreis M durch das Phasenverzögerungselement L gelieferte Energie größer sein als die, die von dem Kreis JV durch das phasenbeschleunigende Element Q zugeführt wird.

Die Trägerenergie von dem Schwingkreis M geht durch das phasenverzögernde Element L und die von dem Kreis JV durch das phasenbeschleunigende Element Q. Diese beiden differentiell modulierten Trägerenergien werden dem Gitter ,S" von I wegen der Wirkung der beiden phasenändernden EIemente L und -Q unter verschiedenen Phasenwinkeln zugeführt. Die Impedanzen von L und Q sollen gleichgemacht werden, so daß sie eine gleiche Wirkung auf die Amplitude der Trägerenergien haben. Man hat also nun zwei Trägerenergien von derselben Frequenz in dem Gitter S, die eine konstante Phasendifferenz haben, deren Amplitude aber um eine konstante Durchschnittsamplitude differentiell variiert. Mit anderen Worten, die dem Gitter 6" gelieferte Gesamtenergie ist konstant und ebenso der Phasenwinkel zwischen den beiden Teilen dieser Energie konstant. Jeder dieser beiden Teile der Gesamtträgerenergie wird in der Röhre I verstärkt bzw. frequenzvervielfacht und dem Schwing- j kreis R der Stufe D zugeführt. Dieser Schwingkreis hat nur einen Freiheitsgrad, d. h. die Trägerfrequenz oder eine gewünschte Harmonische dieser Frequenz, auf die der Kreis abgestimmt werden kann, so daß nur ein schwingender Strom in ihm vorhanden sein kann. Wegen der Phasendifferenz der beiden Energien, die dem Schwingkreis zugeführt werden, wird die-Phase des schwingenden Stromes in diesem Kreise in einem größeren Maße gesteuert, d. h. nach der Phase der Trägerenergie verschoben, die die größere Amplitude hat. Das Maß dieser Verschiebung ist proportional der Überschußenergie des einen Teiles der Trägerenergie über den anderen Teil. Das Maß der Phasenverschiebung der Trägerenergie wird durch den Wert der Reaktanzen der phasenändernden Elemente L und Q bestimmt, wie oben erläutert. Hieraus ergibt sich eine Trägerenergie im Schwingkreis R der Stufe D, die eine konstante Amplitude, aber einen veränderlichen Phasenwinkel besitzt. Die Periodizität der Phasenwinkel änderung ist der Signalfrequenz und die Größe der Phasenabweichung ist der Amplitude des Signals proportional. Der Grad der Phasenmodulation wird auch durch die Werte der phasenändernden Elemente L und Q gesteuert. Wenn die Energien in den Kreisen M und JV gegenphasig linear amplitudenmoduliert sind, wird die Phase der im Schwingkreis R auftretenden Energie linear phasenmoduliert sein.

Die von der Stufe D gelieferte Energie kann verstärkt oder frequenzvervielfacht bzw. von der Antenne ausgestrahlt werden. Wenn die Frequenz des phasenmodulierten Trägers vervielfacht wird, vergrößert sich der Winkel der Phasenmodulation in demselben Verhältnis.

In manchen Fällen kann eserwünscht sein, die Modulationsspannungen den inneren Impedanzen der Röhren G und H anders als nach Fig. ι zuzuführen. Es kann z. B. erwünscht sein, die Signalschwingungen von B über die Sekundärwicklung von T₁ den Schirmgittern 36, 36' der Röhren G und H zuzuführen, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn die Modulationsspannungen gegenphasig den Schirmgittern zugeführt werden, wird konstante positive Spannung für diese Elektroden von dem Potentiometer P₁ über die Leitung 37' geliefert, während die gewünschte negative Vorspannung den Steuerelektroden 2 und 4 von dem Potentiometer P über die Leitung 34' geliefert wird. Im übrigen ist der modulierte Sender von Fig. 2 analog dem Sender von Fig. 1. Der einzige Unterschied besteht darin, daß in Fig. 1 die Impedanzen von G und H gegenphasig im Takte der Signalfrequenz durch Änderung der Spannung an den Steuergittern verändert werden, während in Fig. 2 diese Impedanzen durch Änderung der Schirmgitterspannungen verändert werden. In beiden Fällen wird die iao

in den Röhren G und H verstärkte Trägerfrequenz differentiell im Takte der Signalfrequenz amplitudenmoduliert.
- In anderen Fällen kann es erwünscht sein, die Amplitudenmodulation des Trägers in der Stufe C durch Modulieren der Anodenspannungen auszuführen. Eine diesbezügliche Schaltung zeigt Fig. 3. Hier werden die negativen Vorspannungen den Steuergittern ig von G und H, wie in Fig. 2, durch eine Leitung 34' und die Gleichstromspannungen für die Schirmgitter, wie in Fig. r, durch eine Leitung 37 zugeführt. Dagegen werden die Modülationsspannungen von der Quelle B über den Transformator T₁ gegenphasig den Anoden 6 und 8 zugeführt. Auf diese .Weise wird die Anodenmodulation in der Amplitude der Trägerwelleri, die durch G und H hindurchgeschickt werden, in der Stufe C ausgeführt. Im übrigen ist. die Schaltung dieselbe wie in Fig. 1.

Wenn "Ariodenmödulation der Trägeramplitude in der Einheit C durch ein wirksameres Verfahren erwünscht ist, kann man die Schaltung gemäß Fig. 4 benutzen. Hier sind die Röhren G und H Trioden, und zwar aus dem Grunde, weil diese, wenn die Amplitudenmodulation des Trägers durch Veränderung der Anodenspannung ausgeführt wird, ein größeres Ansprechen ergeben als die Tetroden der Fig. 3. Die Kapazität zwischen den Anoden und Gittern kann durch Anodenkreisneutralisatioh neutralisiert werden, indem die untere Klemme der Anodeninduktanzen 11 und ii' mit den Steuergittern 2· und 4 über veränderliche Neutrodenkondensatoren N C bzw. A^r' C verbunden werden. Die Spannung für die Anoden 6 und 8 wird über die Leitung 13 von der Sekundärwicklung 31 abgenommen. Im übrigen ist die Schaltung dieselbe wie in Fig. 3.

Der Phasenmodulator der Fig. 4 arbeitet in derselben Weise wie der Modulator in Fig.. 1. Die von A kommenden hochfrequenten Schwingungen werden gleichphasig und in gleichen Beträgen den Steuergittern von G und H aufgedrückt und in diesen Röhren, insbesondere in ihren Ausgangskreisen, verstärkt, frequenzvervielfacht oder beides, um dann differentiell in der Stufe C amplitudenmoduliert zu werden, entsprechend dem Signal, das von der Quelle B gegenphasig den Anoden-von G und H aufgedrückt ist. Aus den Kreisen M und N werden die Trägerenergien, die von derselben Phase sind, deren Amplitude sich aber im Takte-der' Signalfrequenz ändert, über die Phasenänderungselemente L und Q der Steuerelektrode 6" von I zugeführt-. Die Wirkung der in der Phase geänderten Energien ^rvon M- und N auf die Elektrode 5" hat die Erzeugung einer Energie in dem Schwingkreis R zur Folge, deren Phase sich im Takte der Signalfrequenz ändert, "deren Amplitude aber konstant ist, wie an Hand der Fig. 1 beschrieben. Die Periodizität der Phasenwinkeländerung ist direkt proportional der Signalfrequenz und die Größe der Änderung " proportional der Amplitude des Signals, abgesehen von der sonstigen Beeinflussung durch die phasenändernden Elemente L und Q. Aus dem Schwingkreis R wird die Energie über die Kopplung U der Stufe E zugeführt, die Amplitudenbegrenzer, Verstärker bzw. Frequenzvervielfacher enthalten kann, und dann von der Antenne F ausgestrahlt.

Wenn aus irgendeinem Grunde Gitterneutralisation der Röhren G und H vorgezogen wird, kann man die Schaltung gemäß Fig. 5 verwenden. Hier ist die Schwingungsquelle A über Kondensatoren 1' und 3' mit Punkten an der Induktanz 40 des GitterschwirigkreiseSX gekoppelt. Dieser Kreis wird durch "die Kapazität 41 auf die gewünschte Frequenz abgestimmt, und es ist seine natürliche Impedanz gegenüber den Schwingungen von A so, daß der Ausgang geringer Impedanz von Ά auf die hohe Impedanz der Eingangselektroden von G und H abgeglichen wird. Die hochfrequenten Schwingungen vom Kreise X werden gegenphasig den Steuerelektroden 2 und 4 zugeführt, um dann verstärkt oder vervielfacht, •wie bei den. früheren Schaltungen, den Schwingkreisen M und 2V" zugeführt zu werden. Bei dieser Schaltung muß jedoch, da die hochfrequenten Schwingungen gegenphasig und nicht gleichphasig, wie bei der früheren Schaltung, den Steuerelektroden zugeführt werden, eine Umkehr der Phase in einem der Amplitudenmodulatoren G und H vorgenommen werden. Dieses erfolgt durch Umkehren der Kopplung einer der Kreise M und N mit seiner Röhre G oder H. In Fig: 5 ist die Kopplung zwischen N und H umgekehrt. Mit andern Worten, die Ausgangskreise dieser Röhren sind im Gegehtakt geschaltet, so daß die Energien darin in der Phase gleich sind. Die phaseriändernden Elemente L und Q sind an Punkten der Induktanzen 11 und 11' angezapft, derart, daß die von den' Kreisen·M tio und N entnommene 'Energie in Phase ist und dem Steuergitter S in Phase" zugeführt wird, abgesehen von' der Phasenverschiebung, die durch die Elemente L und Q bewirkt wird. Bei'dieser Schaltung wird die Gitter-Anoden-Kapazität der Röhren G und H dadurch neutralisiert,' daß die Anode 6 von G mit der Steuerelektrode 4 von H und die Anode 8 von H mit der Steuerelektrode 2' von G über die Neutrokbndensiitöfen NC und'iV'C

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verbunden ist. Die Vorspannung für die Steuerelektroden 2 und 4 wird von dem Potentiometer P₁ über die Leitung 34 abgenommen.

Im übrigen ist die Schaltung dieselbe wie in Fig. 4, wobei aber die Induktanz 14 der Fig. 4 durch einen Ohmschen Widerstand 14' ersetzt ist.

Die Arbeitsweise der Schaltung von Fig. 5 ist im wesentlichen dieselbe wie die der Fig. 4. Da jedoch eine Verschiebung der Phase der hochfrequenten Schwingungen, die der Steuerelektrode 4 zugeführt werden, auftritt gegenüber der Phase der hochfrequenten Schwingungen, die derselben Steuerelektrode in Fig. 4 zugeführt werden, muß eine zweite Phasenumkehr der Energie vorgenommen werden, bevor diese Energie den phasenändernden Elementen L und Q und von diesen dem Steuergitter5 der Modulatorröhre/ zugeführt wird. Diese Umkehr erfolgt wieder durch Umkehr der Verbindung zwischen der Anode 8 von H und dem Schwingkreis N, wodurch die verstärkten und amplitudenmodulierten Energien in diesem Kreis in Phase gebracht werden. Die verstärkten undamplitudenmodulierten bzw. frequenzvervielfachten Energien in den Kreisen M und Λ^τ werden wie bei den früheren Anordnungen durch die phasenändernden Elemente L und Q der Modulatorröhre zugeführt. Die Modulation erfolgt in der Röhre/, und es wird dann die Energie wieder wie früher aus den Kreisen R über die Einheit E der Antenne F zugeführt.

Bei den Schaltungen gemäß Fig. 1 bis 5 sollen die Schwingkreise M und N auf dieselbe Frequenz abgestimmt werden, gleichgültig, ob sie auf eine Grund- oder eine harmonische Frequenz abgestimmt werden. In manchen Fällen werden zweckmäßig durch eine geringe gegenseitige induktive Kopplung zwischen den beiden Kreisen M und N in der richtigen Richtung die beiden Modulatorröhren G und H besser im Takt gehalten, wodurch in manchen Fällen eine Verbesserung der Arbeitsweise des Senders erzielt werden kann. Die Phasenänderungselemente L und Q können durch Induktanzen und Kapazitäten oder durch irgendeine Kombination davon gebildet oder durch Übertragerleitungen von der richtigen Länge ersetzt werden, welche mit den erforderlichen Abstimmitteln versehen sein können. Notwendig ist nur, daß die modulierte Energie das gewünschte Maß von Phasenverschiebung besitzt, wenn sie die Röhre/ erreicht.

Wenn die Röhren G und H sowohl als Frequenzvervielfacher als auch als Amplitudenmodulatoren verwendet werden, kann man Rückkopplung in diesen Kreisen vornehmen, um den Frequenzvervielfachungseffekt zu vergrößern. Dieses kann bei den Schaltungen gemäß Fig. 4 und 5 dadurch erreicht werden, daß die Kreise durch die Kondensatoren NC und N'C überneutralisiert werden, d. h. es kann die Kopplung zwischen den Ein- und Ausgangskreisen von G und H durch diese Kondensatoren so weit vergrößert werden, daß das gewünschte Maß von Rückkopplung erhalten wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Phasenmodulation einer Sendeanlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangskreise zweier Röhren, denen eingangsseitig die von einer

. Vorstufe gelieferten Trägerschwingungen zugeführt und in denen diese gegenläufig amplitudenmäßig moduliert werden, über in entgegengesetztem Sinne phasendrehende Elemente mit dem Gitterkreis einer nachfolgenden Elektronenröhre verbunden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerhochfrequenzschwingungen und die Modulationsschwingungen gleichzeitig den Steuergittern der beiden Röhren zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsschwingungen den Anoden der beiden Röhren aufgedrückt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsschwingungen den zwischen Anode und Steuergitter befindlichen, vorzugsweise positiv vorgespannten Schirmgittern aufgedrückt werden. ·ιοο

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Röhren neben der Modulation eine Frequenzvervielfachung vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als phasendrehende Elemente Induktivitäten, Kapazitäten oder Kombinationen von diesen verwendet werden.

7. Sendeanlage zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangskreise der beiden Röhren gegenseitig induktiv gekoppelt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen