DE611807C

DE611807C - Anordnung zur Phasenmodulierung von Radiosendern

Info

Publication number: DE611807C
Application number: DER89358D
Authority: DE
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1932-12-02
Filing date: 1933-12-03
Publication date: 1935-04-09
Also published as: US2045107A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Phasenmodulation für Radiosender. Wenn man bestehende Anlagen nach den bisher bekannten Verfahren für Phasenmodulation einrichten will, muß man sie entweder ganz umbauen oder beträchtlich ändern. Dieses wird durch das Verfahren gemäß der Erfindung unnötig gemacht, indem man beispielsweise zum Umbauen eines Senders nur den Teil auszubauen hat, der die Amplitude moduliert, und dafür den Phasenmodulator gemäß der vorliegenden Erfindung einzubauen braucht.

Der Phasenmodulator gemäß der Erfindung kann gleichzeitig mit schon vorhandener Amplitudenmodulation verwendet werden. Dieses ist von großer Bedeutung insofern, als es eine Multiplexsendung von Signalen auf derselben Trägerfrequenz gestattet. Außerdem ist die Einrichtung an sich einfach und leistungsfähig.

Der Phasenmodulatorkreis gemäß der Erfindung kann in die Erregungsleitungen irgendeiner der Sendestufen eingeschaltet werden, beispielsweise zwischen den Hochfrequenzoszillator, dieModulationsspannungsquelle und den Verstärker. Sehr vorteilhaft ist, daß hinter dem Phasenmodulationskreis ein im geradlinigen Teil der Kennlinie arbeitender Verstärker (sog. ^-Verstärker) folgt. Der Grund hierfür wird weiter unten angegeben.

Die Schaltung gemäß der Erfindung besteht aus einer Wheatstoneschen Brücke mit vier ausgeglichenen Armen, jeder Arm Impedanzen enthaltend, und zwar zwei gegenüberliegende Arme veränderliche Impedanzen, und aus einer Einrichtung, um die Impedanzen dieser Arme bei Signalfrequenz zu verändern. Wenn nun eine Quelle hochfrequenter Schwingungen an das eine Paar von zusammengehörigen Knotenpunkten dieser . Brücke angeschlossen ist, werden die an dem anderen Paar von zusammengehörigen Knotenpunkten erscheinenden Spannungen, wenn die Impedanzen der Arme im Rhythmus der Signalfrequenz geändert werden, gemäß dem Signal phasenmoduliert.

Ein Vorteil der Erfindung ist der, daß sie einen schnellen Austausch oder gleichzeitige Verwendung verschiedener Mödulationstypen gestattet. So kann z. B. ein amplituden- oder frequenzmodulierter Sender leicht dadurch in einen phasenmodulierten Sender umgebaut werden, daß man einfach den phasenmodulierenden Brückenkreis einschaltet. Hinterher kann der Sender wieder in einen ampli-

tuden- oder frequenzmodulierten Sender zurückverwandelt werden, indem man den Brükkenkreis entfernt und die ursprünglichen. Verbindungen wieder herstellt. Natürlich kann man beide Modulationstypen gleichzeitig verwenden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß, da man die SchaltunginschonvorhandeneAnlagen einbauen kann, die Verwendung von phäsenmodulierten Signalen mit allen sich daraus ergebenden Vorteilen nicht eine vollständige Auswechselung der Sendeapparatur benötigt, da alles, was notwendig ist, der vereinfachte Phasenmodulationskreis ist. In der Zeichnung zeigen die Abb= 1 bis S verschiedene Schaltungen gemäß der Erfindung. Die Abb. 6 und 7 zeigen die Anwendung der Erfindung an einem Sender. Die Abb. 8 und 9 sind Diagramme zur Erläuterung des Wesens der Erfindung,

Der Phasenmodulatorkreis 1 gemäß Abb. 1 besteht aus einer Brücke mit vier ausgeglichenenArmen, vondenen in einem gegenüberliegenden Paar die gleichen Ohmschen Widerstände R und in dem anderen gegenüberliegenden Paar die gleichen Kapazitäten C liegen. Wenn durch die Leitungen 3 und S den gegenüberliegenden Knotenpunkten 6 und 8 Schwingungen zugeführt werden, erscheinen Spannungen, deren Amplitude gleich der Amplitude der aufgedrückten Schwingungen ist, an den Knotenpunkten 10 und 12. Wegen der Widerstände R und .der Kapazitäten C werden diese Schwingungspotentiale, die an den Knotenpunkten 10 und 12 auftreten, in der Phase gegenüber den Schwingungspotentialen an den Knotenpunkten 6 und 8 um einen Winkel Θ verschoben. Der Betrag dieses Winkels Θ ergibt sich aus Abb. ι und Abb. 8 wie folgt:

In Abb. 8 ist die Spannung E, die an den Knotenpunkten 6 und 8 der Abb. 1 angelegt ist, auf der horizontalen Achse aufgetragen. Da die Stromabgabe an den Leitungen 11 und 13 (Abb. 1) entweder gar nicht vorhanden oder vernachlässigbar klein ist, so werden die beiden oberen Schenkel R und C von demselben Strom i durchflossen. Das gleiche gilt für die beiden unteren Schenkel C und R. Der Strom i eilt im Fall, daß die Reaktanzen Kapazitäten sind, der Spannung E vor. Die zur Deckung des Ohmschen Spannungsabfalls im linken oberen Schenkel R dienende Komponente i R der Spannung E eilt dieser vor. Die zur Deckung des Spannungsabfalls im oberen rechten Zweig C dienende Komponente i Xc der' Spannung E eilt der Komponente i R um 90 ° nach. Somit wird die Spannungsverteilung in beiden oberen Schenkein der Wheatstoneschen Brücke durch das über der Hypotenuse gebaute rechtwinklige Dreieck dargestellt. In ähnlicher Weise stellt das unter der Hypotenuse gebaute rechtwinklige Dreieck die Spannungsverteilung in den beiden unteren Schenkeln der Brücke dar. Die Diagonale des durch diese Dreiecke zusammengestellten Vierecks, welche die Spitzen ihrer rechten Winkel verbindet, stellt die Spannung e zwischen den Diagonalpunkten 10 und 12 der Brückenschaltung dar. Sie ist der Spannung £ dem Betrag nach gleich und gegen diese in der Phase um einen Voreilungs-

winkel Θ verschoben,
ergibt sich nun

Für den Winkel — 2

^tg 2 ~ iR ~^

Setzt man diesen Wert von tg — in die bekannte trigonometrische Formel

cos (9 =

ein, so erhält man
cos Θ =

R²

■ X~c

(2)

(3)

' Wenn nun die Impedanzen ' in einander gegenüberliegenden Brückenarmen, z. B. die beiden Ohmschen Widerstände R oder die beiden Kapazitäten C₁ in ihrer Größe entsprechend dem Verlauf der niederfrequenten Sprechströme geändert werden, so ändert sich naturgemäß auch der Winkel Θ zwischen der hochfrequenten Ausgangsspannung e an den Diagonalpunkten 10 und 12 und der Eingangsspannung E an den Diagonalpunkten 6 und 8. Wie eine Änderung der Werte von R oder C eine Phasenänderung zwischen der Eingangsspannung E und, der Ausgangsspannung e zur Folge hat, ist graphisch in Abb. 9 dargestellt, wo die Werte der zugeführten Spannung E, der Spannungsabfall i R am Widerstand R und' der Spannungsabfall i X_c no an den Kapazitäten die Vektoren eines Vektorsystems sind.

Zuerst werde angenommen, daß R groß ist im Vergleich zu C und den Wert R₁ hat.. Die den Spannungsabfall an R₁ deckende Komponente der Spannung E'ist durch den Vektor I₁R₁ wiedergegeben, Die dem Spannungsabfall an C entsprechende Komponente ist durch I₁ Xq dargestellt. Die resultierende Ausgangsspannung e₁ eilt dem Vektor E um den Winkel O₁ vor.
' Nun werde angenommen, daß der Wert" von

R, etwa durch Modulationsmittel auf einen Betrag R₂ verringert und klein im Vergleich zu C sei. Der Spannungsabfall an R₂ eilt noch immer B vor, ist aber kleiner und wird durch den Vektor i₂ R₂ wiedergegeben. Der Spannungsabfall an C ist größer und bildet nach wie vor 90 ° mit dem Vektor des Ohmschen Spannungsabfalls. Die Resultierende e₂ eilt nun dem Vektor E um einen Winkel <9₂

ίο vor, der beträchtlich größer ist als Θ_ν Diese Änderung Δ Θ = Θ.₂ — O₁ der Phasenverschiebung zwischen B und e rührt her von der Modulation des Wertes R.
Ähnlich kann gezeigt werden, daß eine Modulation des Wertes von C gleichfalls eine Änderung des Phasenwinkels zwischen -E und e zur Folge hat. Diese Änderung wird in der Regel bei praktischen Ausführungen nicht sogroß sein, wenn C moduliert wird, als wenn R moduliert wird.

Die in der Phase verschobenen Schwingungen können von den an die Knotenpunkte angeschlossenen Leitungen 11, 13 irgendeinem Nutzkreis zugeführt werden.

In der Praxis können entweder die Widerstände R oder die Kapazitäten C durch die Modulationsspannungen verändert werden.

Es folgen nun praktische Ausführungsbeispiele der Schaltung gemäß der Erfindung.

Bei der Schaltung gemäß Abb. 2 enthält der Brückenkreis 1 wie in Abb. 1 vier Arme. Ein gegenüberliegendes Armpaar enthält Kapazitäten C, jedoch sind die Widerstände R in dem anderen Armpaar ersetzt durch die Impedanzen zwischen Anode 15 und Kathode 33 bzw. Anode 15' und Kathode 33' von Elektronenröhren 14 bzw. 14'. Der Entladungsstrom wird den Röhren von Stromquellen 16 bzw. 16' über Drosseln 17 bzw. 17' geliefert. 18 und 18' sind Gitter'batterien, die - die Steuergitter 19 und 19' auf negativem Potential gegenüber den Kathoden und auch den Indüktanzen 20 und 20' halten. Zwecks gleichphasiger Änderung der Anoden-Kathoden-Impedanzen der 'beiden Röhren im Rhythmus der Signalfrequenz werden Modulationsspannungen durch Leitungen 21 und 22 einer Spule 23 zugeführt, die symmetrisch zu den Spulen 20 und 20' gekoppelt ist. Die niederfrequenten Schwingungen der Signalströme in der Spule 23 werden gleichphasig den Spulen 20 und 20' und von diesen den Steuergittern 19 und 19' aufgedrückt, um dann den Gleichstromspannungen überlagert zu werden, die diesen Gittern von den Quellen 18 und 18' zugeführt werden. Wenn nun wie in Abb. 1 die zu modulierenden Trägerschwingungen durch Leitungen 3 und 5 den Knotenpunkten 6 und 8 zugeführt werden, erscheinen an den Knotenpunkten 10 und 12 Spannungen von gleicher Amplitude wie die zugeführten Spannungen, die gegenüber den zugeführten Spannungen in der Phase verschoben sind. Die Größe dieser Phasenverschiebung bestimmt sich durch die Amplitude der auf die Leitfähigkeit der Röhren wirkenden Modulationsspannungen, und der Rhythmus, in dem diese Phasenverschiebungen auftreten, bestimmt sich durch die Frequenz der Modulationsspannungen. An die Leitungen n und 13 wird dann irgendein Nutzkreis angeschlossen. Um ein wirksames Arbeiten des Modulätionskreises zu erzielen und um zu erreichen, daß die Phasenmodulationen am Träger genau das Signal wiedergeben, ist es erwünscht, daß die Belastung, d. h. der in den verschiedenen Armen des Brückenkreises fließende Strom, auf einem Minimum gehalten wird. Dieses Erfordernis wird gemäß einer weiteren Verbesserung der Erfindung dadurch erfüllt, daß die 'Ausgangsleitungen 11, 13 mit einem auf dem geraden Teil der Kennlinie arbeitenden Verstärker (der ^4-Type) verbunden werden. Bei diesem Verstärkerwird dieRöhre auf einen solchen Punkt vorgespannt, daß in ihrem Eingang wenig oder kein Gitterstrom fließt.

Da eine Änderung der dem Steuergitter einer Röhre zugeführten Spannung bei bestimmten Bedingungen eine Änderung ihrer Kapazität zur .Folge hat und da, wie oben erwähnt, eine Änderung des Wertes der Kapazitäten C in den Armen des vorliegenden Brückenkreises . eine Phasenmodulation der zugeführten Schwingungen zur Folge hat, können die Arme C des Brückenkreises durcH die Impedanzen der Röhren-ersetzt werden, wie in Abb. 3 gezeigt. _N

In dieser Abbildung enthalten die beiden anderen Arme die beiden anderen Wider- loo stände R; sonst ist die Schaltung dieselbe wie in Abb. 2. Ferner werden die zu modulierenden Hochfrequenzschwingungen und die niederfrequenten Modulationsschwingungen ähnlich wie in Abb. 2 zugeführt.

Was die Arbeitsweise betrifft, so soll nur erwähnt werden, daß, da die Änderungen der Röhrenkapazitäten, herrührend von Änderungen der Modulationsspannungen, klein sind, die Phasenverschiebung an den Knotenpunkten 10 und 12 kleiner sein wird als bei der Schaltung gemäß AM>. 2. Es ist deshalb die Schaltung gemäß Abb. 3 nicht so zweckmäßig wie die gemäß Abb. 2.

Übrigens kann man die Wirkungsweise der Schaltung nach Abb. 3 dadurch verbessern, daß man hinter dem an die Leitungen 11 und 13 angeschlossenen Verstärker einen Frequenzvervielfacher einschaltet; dann kann "infolge der Frequenzvervielfachung die Phasenmodulierung. am Ausgang der Anlage genügend vergrößert werden, um einehinreichende

Gleichrichtung der mudulierten Welle am Empfangspunkt zu erhalten.

Abb. 2 zeigt noch punktiert den Fall einer etwaigen Verwendung von Schirmgittern 30 bzw. 30'.

Bei der Schaltung gemäß Abb. 4 werden die Modulationsspannungen den Schirmgittern 30 und 31 zugeführt. Bei der Schaltung gemäß Abb. 5 wird Anodenmodulation verwendet. In beiden Fällen werden in die Anodenleitungen hochfrequente Drosseln RFC und RFC geschaltet.

Bei neuen Anlagen werden die Brückenkreise der Abb. 2 bis 5, die in der Abb. 6 durch innerhalb eines punktierten Vierecks enthaltenes Viereck 1 angedeutet sind, mit den übrigen Teilen der Anlage, wie in dieser Abbildung schematisch dargestellt ist, zusammengeschaltet, d. h. das eine Diagonalpunktepaar der Brückenschaltung wird an den Ausgang des Oszillators O angeschlossen, das andere Diagonalpunktepaar an den Eingang eines Verstärkers A von der ^4-Type, und die niederfrequente ModulierungsquelleM as wird mit den Schenkeln der Brückenschaltung, wie vorher gezeigt, gekoppelt. Wenn nur Phasenmodulation verwendet wird, kann man hinter dem Verstärker A einen (punktiert gezeichneten) Amplitudenbegrenzer AL und dahinter einen Frequenzvervielf acher FM und evtl. weitere Verstärker folgen lassen.

Ein solcher Frequenzvervielfacher ist besonders zweckmäßig bei einer Schaltung gemäß Abb. 3.

' Wenn die Brückenschaltung gemäß der Erfindung bei schon vorhandener Anlage eingebaut werden soll, etwa der Anlage gemäß Abb. 6, bestehend aus Modulationsquelle M, Oszillator O, Verstärker A und Nutzkreis FM und RA, kann der punktiert gezeichnete Modulator zwischen M und O und A durch einen Phasenmodulatorbrückenkreis gemäß Abb. 2 bis S ersetzt werden. In diesem Fall kann, wenn der Sender nicht schon einen A-Verstärker enthält, noch ein Verstärker zwischen den Modulator 1 und den Nutzkreis FM und RA eingeschaltet werden.

Abb. 7 zeigt eine Multiplexschaltung für eine Neuanlage. Auch wenn Multiplexbetrieb unter Benutzung eines schon vorhandenen Senders, z. B. amplitudenmodulierten Senders, gewünscht wird, kann man die vorhandene Schaltung in die nach Abb. 7 umändern. Hier ist die Modulationsquedle M mit einem Phasenmodulator 1 verbunden, der von der Quelle O auch mit Trägerfrequenzen gespeist wird. Die phasenmodulierten Schwingungen werden von 1 einem A-Verstärker und von diesem einem Amplitudenmodulator AM zugeführt, von dem die phasen- und amplitudenmodulierten Signale zu den Frequenzverviel- fachern bzw. Verstärkern und zu der Antenne weitergeleitet werden.

Wenn eine bereits vorhandene Anlage, bestehend z. B. aus einem Hochfrequenzoszillator O, aus einem mit diesem durch die punktiert angedeuteten Leitungen L verbundenen Modulator AM (dessen Ausgang weitere in der Abbildung nicht dargestellte Senderstufen speisen kann) und einer Quelle M' der niederfrequenten Modulierungsströme durch Zuschaltung des Phasenmodulators nach der Erfindung auf Multiplexbetrieb abgeändert werden soll, so können die punktiert gezeichneten Leitungen!- zwischen O und AM geöffnet und der erfindungsgemäß ausgebildete Phasenmodulator ι an die Stufe AM, zweckmäßigerweise über einen Verstärker A ,(^4-Type), angeschaltet werden. Der Ausgang des Oszillators O wird dann auf den Modulator ι umgelegt, welcher letztere in der vorher beschriebenen Weise noch mit einer niederfrequenten Modulierungsquelle M zur Erzeugung der Phasenmodulierung verbunden wird. Die Schwingungen von O werden in 1 durch die Signalspannungen von M phasenmoduliert und der phasenmodulierte Träger von ι dem Amplitudenmodulator AM zugeführt, dem von einer Quelle M' andere Modulationsspannunigen zugeführt werden können. Die Schwingungen von der Trägerfrequenz, die schon durch die Signalspannungen von der Quelle M phasenmoduliert worden sind, werden in der Stufe AM entsprechend den Signalschwingungen von M' amplitudenmoduliert. Die so modulierten Schwingungen können dann frequenzvervielfacht bzw. verstärkt und ausgestrahlt werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Anordnung zur Phasenmodulierung von Radiosendern, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Phasenmodulation eineWheatstonesche Brücke benutzt wird, die in einem Paar der gegenüberliegenden . Schenkel Ohmsche Widerstände (R) und im anderen Schenkelpaar reine Reaktanzen, z.B. Kapazitäten (C), enthält, und daß dem einen Diagonal- »o punktepaar der Brückenschaltung die zu modulierenden hochfrequenten Schwingungen zugeführt werden, die Impedanzbeträge bei einem oder bei den beiden Paaren der gegenüberliegenden Schenkel im Rhythmus der niederfrequenten Modulierungsströme geändert und dem .anderen Diagonalpunktepaar die phasenmodulierten hochfrequenten Spannungen entnommen werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die

Widerstände (R, Abb. 2, 4, 5) oder die Reaktanzen (C, Abb. 3) durch Röhren ersetzt sind, deren innere Widerstände oder innere Kapazitäten durch Sprechströme gesteuert werden.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenmodulierte Ausgangsspannung (e) der Wheatstoneschen Brücke einen Verstärker der Α-Type, erregt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen