DE621204C - Verfahren zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Stromes - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung eines frequenzmodulierten StromesInfo
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Amplitude Modulation (AREA)
Description
DEUTSCHES REICH
AUSGEGEBEN AM
2. NOVEMBER 1935
. REICHSPATENTAMT
PATENTSCHRIFT
Vr 621204 KLASSE 21a4 GRUPPE 14oi
Edwin H. Armstrong in New York Verfahren zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Stromes
Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Januar 1934 ab'
ist in Anspruch genommen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung eines frequenzmodulierten
Stromes.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß von regulärer Phasenmodulation ausgegangen
und die· Phasendrehung durch besondere frequenzabhängige Glieder in der niederfrequenten
Leitung umgekehrt proportional der Niederfrequenz bewirkt wird.
to Dieses Verfahren unterscheidet sich von den bekannten ähnlichen Zweckes mit Vorteil
insbesondere dadurch, daß mit aperiodischen Mitteln, d. h. z. B. ohne Resonanzkreise, gearbeitet
werden kann, so daß störende Schwingungen ausgeschlossen sind.
Das vorliegende Verfahren wird dadurch noch weiter vervollkommnet, daß von niedrigerer
Ausgangsfrequenz ausgegangen und auf die Trägerfrequenz in an sich bekannter Weise vervielfacht wird.
Fig. ι zeigt das allgemeine Schaltbild.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das die Phasenbeziehungen in der nachstehend beschriebenen Anordnung erläutert.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das die Phasenbeziehungen in der nachstehend beschriebenen Anordnung erläutert.
In Fig. ι ist ein eine konstante Frequenz
erzeugender Oszillator mit 1 bezeichnet; er ist vorzugsweise kristallgesteuert. 2 ist ein
Ausgangsverstärker dieses Oszillators mit einem Widerstand 3 in seinem Anodenkreis,
der im Vergleich zur Impedanz der Röhre klein ist. 4 und 5 sind in gleicher Weise
Ausgangsverstärker des Oszillators 1. Mit 6 bezeichnet ist ein Transformator zur differenten
Modulation der Anodenspannungen für die Röhren 4 und 5 mittels des Signalstromes,
der der Primärwicklung des Transformators zugeführt wird. 7 und 8 sind Kondensatoren,
welche die beiden Hälften der Sekundärwicklung des Transformators 6 überbrücken. Mit 9 und 10 sind Induktanzen
bezeichnet, deren Impedanz· für die Frequenz des Oszillators klein im Vergleich zur Impedanz
der Röhren 4 und 5 ist, und 11 ist eine Induktanz, deren Eigenfrequenz im Vergleich
zur Frequenz des Oszillators ■ groß ist. Sie ist mit den Spulen 9 und 10 differential gekoppelt.
12 stellt einen Verstärker für den Ausgang der Röhren 4 und 5 dar. Seine
Anode liegt mittels Potentiometerabgriffes an dem Widerstand im Anodenkreis des Verstärkers
2. Die vereinigten Ausgangsleitungen der Röhren 2 und 12 werden den Verstärkern
15, 16 und dann über einen Strombegrenzer 17, ein Filter 18, zur Reinigung
von Harmonischen, einen Frequenzerhöher 19, den Kraftverstärker 20 zur Antenne 22
geführt.
Die Anlage arbeitet wie folgt: Die EMK der Oszillatorausgangsleitung wird dem Gitter
des Verstärkers 2 aufgedrückt, wodurch
ein Strom der gleichen Frequenz im Anodenkreis des Verstärkers entsteht. Dieser Strom
ist mit der EMK in Phase, welche dem Gitter aufgedrückt wird, weil die Impedanz des
Anodenkreises ein reiner Ohmscher Widerstand ist und die Frequenz, von der man ausgeht,
einen solchen Wert hat, daß die Kapazität der Röhre zu vernachlässigen ist. Auf diese Weise entsteht ein Spannungsabfall
ίο über den Anodenwiderstand, und die Phase dieser Spannung ist um i8o° gegenüber derjenigen
der dem Gitter aufgedrückten EMK verschoben.
Die gleiche dem Gitter des Verstärkers 2 aufgedrückte Spannung wird auch den Gittern
der Röhren 4 und 5 zugeleitet, und zwar mit der gleichen Phase, da alle drei Gitter
parallel liegen. Indem man die Reaktanzen der Spulen 9 und 10 im Verhältnis zur Impedanz
der 'Röhren 4 und 5 klein wählt, und indem man weiter die Kondensatoren 7 und 8
so einstellt, daß die Reaktanzen 9 und 10 kompensiert werden, kann man den in den
Anodenkreis der Röhren 4 und 5 gebildeten Strom in Phase mit der den Gittern aufgedrückten
EMK bringen. Die durch die Ströme in den Spulen 9 und 10 -in die Spule
11 induzierten EMKe sind gegen die Ströme
in diesen Spulen um 900 versetzt. Die von dem Strom einer der Spulen 9 und 10 in die
Spulen induzierte EMK ist daher um 90°
außer Phase mit der den Gittern der Röhren 2, 4 und 5 aufgedrückten Spannung. Die
EMK in der Spulen kann entweder 90°
gegenüber der EMK des Gitters dieser Röhren vor- oder nacheilen, je nachdem, welche
Polarität die Spulen 9 und 10 in bezug auf die Spule 11 aufweisen. Diese Spule 11 ist
mit den Spulen 9 und 10 derart differential gekoppelt, daß, wenn die Anodenströme der
Röhren 4 und 5 gerade nicht moduliert werden, die in die Spulen induzierte EMKo
wird.
Wenn nun durch Modulation vom Transformator 6 her die Anodenspannung der
Röhre 4 beispielsweise erhöht und die Anodenspannung der Röhre 5 entsprechend erniedrigt
wird, so wird sich in der Spule 11 eine in bezug auf die den Gittern des Verstärkers
2 aufgedrückte Spannung um 90 ° vor- oder nacheilende EMK bilden. In gleicher Weise wird, wenn die Anodenspannung
der Röhre 4 verringert und die der Röhre 5 erhöht wird, in der Spule 11 eine EMK entstehen,
welche entweder der dem Gitter des Verstärkers 2 aufgedrückten Spannung um
nach- oder voreilt/Es sei für die Betrachtung der Fig. 2 angenommen, daß die
Spule 11 eine solche Polarität in bezug auf
die Spulen 9 und 10 besitzt, daß bei Erhöhung der Anodenspannung in der Röhre 4
und bei Verringerung der Anodenspannung in der Röhre 5 die in die Spule 11 induzierte
Spannung der dem Gitter der Röhre 2 aufgedrückten Spannung um 90 ° voreilt, und daß
bei Verringerung der Anodenspannung in 4 und Erhöhung der Spannung in 5 die in 11
induzierte EMK der Gitterspannung der Röhre 2 um 90 ° nacheilt.
Die Fig. 2 zeigt indirekt, wie durch die vektorielle Zusammensetzung der Spannungen
die Frequenz im Wechsel erhöht und erniedrigt wird. Mit A sind der Modulationsstrom im Transformator 6 und mit B die die
Modulationsfrequenzen besitzenden Anodenspannungen der Röhren 4 und 5 bezeichnet,
während C die vektorielle Zusammensetzung der im Anodenkreis der Röhre 2 erzeugten
Hochfrequenzspannungen darstellt. Die in dem System herrschenden Bedingungen für
den Nullwert des Modulationsstromes sind durch den PunktE in der Kurvet gekennzeichnet.
Wenn dieser Strom ο ist, so sind die Anodenspannungen der Röhren 4 und 5
gleich, und es wird daher keine Spannung in die Spule 11 induziert. Die einzige Spannung
am Anodenwiderstand 3 der Röhre 2 ist jene, welche von der Spannung des eigenen Gitters
herrührt. Dieser Zustand wird durch den Vektor MiV wiedergegeben. Wenn nun im
Transformator 6 Strom fließt, wie in der Kurvet durch den PunktF gekennzeichnet,
so sind die Anodenspannungen der Modulationsfrequenz in den Röhren 4 und 5 verschieden,
wie-es die Kurve B erkennen läßt. Infolgedessen wird in die Spule 11 eine EMK
induziert, die der EMK um 90 ° voreilt, welche dem Gitter der Röhre 2 zugeführt wird; diese EMK der Spule 11 eilt in der
Phase der Spannung um 90 ° nach, die am Widerstand 3 des Anodenkreises herrscht und welche in der Darstellung C durch den
Vektor MN wiedergegeben wird. Die der Spule 11 induzierte EMK wird dem Gitter
des Verstärkers 12 zugeführt und erzeugt in dessen Anodenkreis einen phasengleichen
Strom. Dieser Strom erzeugt in dem Teil des Widerstandes 3, der im Anodenkreis der
Röhre 12 liegt, eine EMK, die um i8o° außer Phase ist in bezug auf die Spannung, welche
in der Spule 11 herrscht, und daher um 90 °
der EMK voreilt, die an dem Widerstand 3 herrscht und von der Röhre 2 herrührt. Die
senkrecht stehende Spannung ist mit ON bezeichnet, und die Zusammensetzung dieser
beiden Spannungen erzeugt eine neue Spannung MO, die der ursprünglichen Spannung
MiV um einen Winkel Ot1 voreilt, dessen Größe
von dem Verhältnis der beiden ihn bildenden Spannungen abhängt. Wenn der Punkt G in
der Kurve A erreicht ist, so sind die gleichen Bedingungen wie in Punkt E wiederherge-
stellt, und die einzige Spannung, die an den Klemmen des Widerstandes 3 herrscht, ist
die durch den Vektor MN wiedergegebene. Wenn der Punkt H erreicht wird, so liegen
die Verhältnisse genau umgekehrt wie im Punkte F, und der Vektor PN stellt die Spannung
dar, die an dem Teil des Widerstandes 3 herrscht, der im Anodenkreis der Röhre 12
liegt und die dem Vektor MN um 900 nacheilt. Die neue Spannung MP eilt der Spannung
MN um einen Winkel a2 nach, dessen
Größe von dem Verhältnis der beiden ihn bildenden Spannungen abhängt und der gleich
dem Winkel Os1 ist.
Man ersieht also, daß die Wirkung des Systems 4, 5 und 12 darin besteht, die Phase
der dem Gitter der Röhre 15 zugeführten Spannung abwechselnd in bezug auf die
Phase der konstanten Frequenz des Oszillators ι vor- und nacheilen zu lassen. Die Frequenz
der dem Gitter der Röhre 15 aufgedrückten EMK liegt aber abwechselnd oberhalb
und unterhalb der Frequenz des eine konstante Frequenz erzeugenden Oszillators 1.
Das Verhältnis dieser Änderung ist in Übereinstimmung mit der Frequenz des Modulationsstromes
im Transformator 6, und die Größe der Änderung hängt von dem Verhältnis der von der Röhre 12 erzeugten, an den
Klemmen des Widerstandes 3 herrschenden EMK zu der von der Röhre 2 herrührenden
Spannung ab. Um eine Proportionalität zwischen der Amplitude des Modulationsstromes und dem Winkel der Phasenverschie-
bung einzuhalten, ist es erforderlich, die von der Röhre 12 herrührende senkrecht stehende
Spannung in bezug auf 'die Spannung klein zu halten, die von der Röhre 2 herrührt. Wenn
das Maximum der von der Röhre 12 herrührenden Spannung am Widerstand 3 bei
Extremwert irgendeiner Modulation kleiner als 58 °/o des beständigen, am Widerstand
herrschenden und von der Röhre 2 herrührenden Spannungswertes ist, so wird der Winkel
der Phasenverschiebung unterhalb 30 ° liegen. Unter diesen Umständen wird der Winkel der
Phasenverschiebung ungefähr proportional der Spannung sein, die von dem Modulationssystem herrührt und die ihrerseits direkt
proportional der Spannung ist, die dem Eingangskreis der das Modulationssystem
steuernden Verstärkerröhre zugeführt wird. Dies ergibt sich daraus, daß der Sinus des
Winkels α, der die am Widerstand herrsehende Modulationsspannung wiedergibt,
und der Winkel «, der die Phasenverschiebungen bezeichnet, für alle praktischen Fälle
direkt proportional sind für Werte von weniger als 300. Da die zur Phasenverschiebung
erforderliche Zeit umgekehrt proportional der Modulationsfrequenz ist, so ergibt sich, daß
die Frequenzänderung der dem Gitter der Röhre 15 zugeführten EMK bei Konstanthaltung
der aufgedrückten Modulationsspannung direkt proportional ist der Frequenz des Modulationsstromes. Um also Frequenzhub,
d. h. Änderung der Trägerfrequenz zu bewirken, die über den ganzen Bereich der Modulationsfrequenz
konstant bleibt, ist es erforderlich, eine Korrektion im Eingang des Modulationskreises
vorzusehen, welche eine dem Transformator 6 zugefühfte Spannung erzeugt,
die der Frequenz umgekehrt proportional ist, d. h. für einen konstanten Wert der
dem Eingangskreis des Systems aufgedrückten Modulationsspannung muß der erzeugte
Phasenverschiebungswinkel umgekehrt proportional der Frequenz der Modulationsspannung
sein. Dies wird mittels einer Widerstandskondensatorkombination 27, 28 erreicht,-deren
Widerstand 27 (der für die Modulationsfrequenzen im Verhältnis zur Impedanz
des Kondensators 28 groß ist) in Reihe mit der Sekundärwicklung des Transformators
26 liegt, so daß der von dem Kondensator herrührende Spannungsabfall auf das Gitter des Verstärkers 29 wirkt. Eine
zweite Verstärkerstufe 30, 31 hebt die korrigierte Spannung auf einen zur Steuerung des
Modulationssystems hinreichenden Betrag.
Um eine Proportionalität, d. h. ein verzerrungsfreies Arbeiten der Frequenzverschiebung
und der Amplitude des Modulationsstromes zu gewährleisten, ist es nicht
zweckmäßig, die Phasenverschiebung des Winkels α größer als 30 ° zu wählen, weil man
außerhalb dieses Wertes einem Anwachsen der Verzerrung begegnet. Die unterste Modulationsfrequenz,
bei welcher infolge des Korrektionssystems 27, 28 dem Modulator die größte Spannung zugeführt wird, wird
daher auf eine 3Ogradige Phasenverschiebung begrenzt.
Um nun eine effektive Veränderung der Frequenz zu erhalten, die mit jener vergleichbar
ist, welche mit der üblichen Methode der Frequenzwandlung eines Oszillators vergleichbar
ist, ist es bei niedrigen Modulationsfrequenzen erforderlich, eine Phasenverschiebung
zu erzeugen, welche einer Vielzahl vollständiger Umdrehungen entspricht. Nimmt man beispielsweise an, daß die höchste Modulationsrrequenz
5000 Perioden beträgt und daß eine Phasenverschiebung von 45 ° der ausgestrahlten Wellen erforderlich ist, um
eine iooprozentige Modulation bei dieser Modulationsfrequenz zu erreichen, so wird
bei 39 Perioden eine Phasenverschiebung von 5760 ° der ausgestrahlten Wellen erforderlich
sein, um' den gleichen Modulationsgrad zu er- iao
reichen. Dies wird durch aufeinanderfolgende Frequenzvervielfachungen erreicht, so daß
mit jeder attfeinanderfolgenden Verdoppelung
der Phasenverschiebungswinkel verdoppelt oder mit jeder Verdreifachung auch der Winkel verdreifacht wird. Indem man die
Ausgangsfrequenz in geeigneter Weise hinreichend klein in bezug auf die Frequenz der
zu übertragenden Wellen wählt, kann man jede gewünschte Frequenzveränderung erzielen.
ίο ' Um das zu erreichen, was man bei der Amplitudenmodulation
als vollständige oder iooprozentige Modulation bezeichnet, ist es wesentlich, daß die Phasenverschiebung
- der übertragenen Wellen für die höchste Frequenz der Modulation in der Größenordnung
von 450 liegt. Die Zahl der Multiplikationen muß daher hinreichend sein, um
mindestens eine Phasenverschiebung bei der höchsten Modulationsfrequenz zu erreichen.
Nimmt man beispielsweise an, daß die niederste Modulationsfrequenz 39 Hertz beträgt
und daß dabei eine Phasenverschiebung von 300 auftritt, so wird bei 78 Hertz eine
Phasenverschiebung von 15° und für 156 Hertz eine solche von 7^2 0 auftreten
usw., bis bei einem Modulationsstrom von. 5000 Hertz die Phasenverschiebung nur noch
0,234° beträgt. Wie obenstehend erläutert wurde, ist für die übertragenen Wellen mindestens
eine Phasenverschiebung von 45° bei der höchsten Modulationsfrequenz erforderlich,
um eine iooprozentige Signalstromamplitude zu erhalten. Infolgedessen
muß die o,234gradige Phasenverschiebung etwa vereinhundertundzweiundneunzigfacht
werden, um die gewünschte 45gradige Phasenverschiebung der übertragenen Wellen zu
erhalten. Dies wird mittels eines Frequenzvervielfachers erreicht, der aus fünf Verdopplern
und aus einer verdreifachenden Einheit besteht, welche die gewünschte Erhöhung der
Phasenverschiebung bei der Modulation von 5000 Hertz hervorrufen. Bei einer Modulationsfrequenz
yon 2500 Hertz wird entsprechend eine Phasenverschiebung der übertragenen
Wellen von 90° erzeugt, bei 1250 Hertz eine solche von i8o° usw., bis
bei einer Modulationsfrequenz von 39 Perioden eine Phasenverschiebung von 57600
oder 16 vollständigen Kreisläufen auftritt. Es sei hervorgehoben, daß bei der vorliegenden
Anordnung die Erzeugung der Frequenzänderung durch aperiodische Anordnungen hervorgerufen werden kann. Dies be-'
sagt, daß kein Resonanzkreis vorhanden zu sein braucht, dessen Eigenschwingung verändert
werden muß, um eine Frequenzänderung zu erreichen. Infolgedessen erfolgt der ganze Arbeitsvorgang ohne die Schwierigkeiten,
die sich aus der Anwesenheit von Oberschwingungen, S tor schwingungen o. dgl.
ergeben. Das Verfahren ist mithin für die Zwecke der Bildtelegraphie, des Fernsehens
u. dgl. gut geeignet, wo die Modulationsgrößen weit höhere Werte besitzen als bei der
Übertragung von Hörfrequenzen.
Wenn Modulationsfrequenzen verwendet werden, die erheblich höher liegen, als? sie zur
Übertragung von Tönen erforderlich sind, also Frequenzen, wie sie beispielsweise in
Fernsehgeräten auftreten, so ist es wünschenswert, gleich mit einer höheren Anfangsfrequenz
im Hauptoszillator zu beginnen als im Falle einer" Hörfrequenzübertragung. Es kann daher Schwierigkeiten bereiten, die erforderlichen
Vervielfachungen der Phasenverschiebung hervorzurufen, bevor die resultierende
Frequenz eine Größe erreicht hat, die höher ist als jene, bei welcher gesendet
werden soll. Diese Schwierigkeit kann auf zweierlei Weise behoben werden, deren eine
darin besteht, mit der Vervielfachung der Phasenverschiebung unabhängig von der resultierenden Frequenz so lange fortzufahren,
bis die gewünschte Vollumdrehungszahl erreicht ist, „die resultierende Frequenz
sodann auf den gewünschten Wert herabzuwandeln, sie zu verstärken und schließlich
zu senden. Der andere Wert besteht darin, die Frequenz auf irgendeinen· Wert
zu vervielfachen, der unter der Frequenz liegt, welche gesendet werden soll, worauf
sie auf irgendeinen Bruchteil der zu sendenden Frequenz umgewandelt, sodann wieder auf die zu übertragende Frequenz erhöht,
verstärkt und schließlich gesendet wird. Die Auswahl der Frequenz, bei welcher diese
Frequenzerhöhung oder -erniedrigung ausgeführt wird, ist durch die Anzahl der vollen
Umdrehungen der gewünschten Phasenver-Schiebung gegeben.
Claims (3)
1. Verfahren zur Erzeugung eines frequenzmodulierten
Stromes, dadurch gekennzeichnet, daß von regulärer Phasenmodulation ausgegangen und die Phasendrehung
durch besondere frequenzabhängige Glieder in der niederfrequenten Leitung umgekehrt proportional der Niederfrequenz
bewirkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von niedrigerer Ausgangsfrequenz
ausgegangen und auf die Trägerfrequenz in an sich bekannter Weise vervielfacht wird.
3. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet
durch einen Generator konstanter Frequenz, der parallel an die Gitter dreier Röhren angeschlossen ist, wo-
. bei der Anodenkreis der ersten Röhre
einen Ohmschen Widerstand mit Potentiometerabgriff aufweist und an das Gitter
einer weiteren Röhre angeschlossen ist, während die Anodenkreise der beiden anderen Röhren einen primär im die
Phase der Modulationsspannung umgekehrt proportional zur Frequenz verschiebende,
zweckmäßigerweise aus Widerstand und Kondensator bestehende Kombination besitzenden Modulationskreis
liegenden Transformator und je eine durch Kapazität ausgleichbare Induktivität aufweisen, die mit einer weiteren Induktivität
differential gekoppelt sind und letztere zweckmäßigerweise über einen Verstärker über den Potentiometerabgriff
am Eingang der erstgenannten Röhre liegt, die vorteilhaft über Strombegrenzer, Verstärker und Filter mit der Antenne
verbunden ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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ID=24620029
Family Applications (1)
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- 1933-01-24 US US653236A patent/US1941068A/en not_active Expired - Lifetime
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1934
- 1934-01-24 FR FR771090D patent/FR771090A/fr not_active Expired
- 1934-01-24 DE DEA72334D patent/DE621204C/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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US1941068A (en) | 1933-12-26 |
FR771090A (fr) | 1934-09-29 |
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