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Anordnung zur Frequenzregelung bei Empfängern Die Erfindung betrifft
eine Anordnung zur Frequenzregelung bei Empfängern für modulierte Hochfrequenzschwingungen.
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Es ist schon eine Anordnung bekannt, bei der zwei Hilfsschwingungskreise
vorgesehen sind, von denen der eine auf eine Frequenz abgestimmt ist, die etwas
größer ist, und der andere auf eine Frequenz, die etwas geringer ist als die normale
Empfangsfrequenz. Die beiden Kreise arbeiten mit Gleichrichter und Kondensatoren
zusammen, und ihre Außenwiderstände sind in Reihe angeordnet, und zwar so, daß normalerweise
keine Potentialdifferenz zwischen ihren freien Enden herrscht. Beim Verlassen der
genauen Abstimmung auf die Empfangsfrequenz wird in dem einen Gleichrichterkreis
der Gleichstrom vergrößert und in dem anderen verkleinert, so daß dann eine Potentialdifferenz
zwischen den Enden der Widerstände, die zur Steuerung der Abstimmung dient, besteht.
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Die Erfindung stellt eine Verbesserung der bekannten Anordnung dar
und ist dadurch gekennzeichnet, daß einem Gleichrichterpaar ein Teil der zu empfangenden
Schwingungen
| gleichphasig, ein anderer Teil nach Durch- |
| laufen eines beim Verlassen der genauen Ab- |
| stimmung eine Phasendrehung der Träger- |
| welle bewirkenden Filtergliedes io, 1z und |
| einer gleichzeitig eine Phasendrehung um 9o° |
| bewirkenden Amplitudenregelvorrichtung i $ |
| gegenphasig zugeführt wird und daß die ent- |
| L, i"h + :rd . *..l daß flies P"+- X |
| arider geschaltet zur Abstimmungskontrolle |
| verwendet werden. |
| Entgegen der bekannten Anordnung, die |
| auf die Amplitudenschwankungen anspricht, |
| die bei der Frequenzverwerfung in den |
| Steuerkreisen auftritt, arbeitet die erfindungs- |
| gemäße Anordnung mit den Phasenschwan- |
| kungen, die sich für einen der Teile der |
| Empfangsschwingungen beim Durchgang |
| durch ein Filter ergeben. Bekanntlich ist der |
| Phasensprung in- der Nähe der Resonanz |
| gerade sehr groß, so daß die Empfindlichkeit |
| einer Anordnung, die sich diese Erscheinung |
| zunutze macht, ebenfalls außerordentlich |
| groß wird. Gleichzeitig auftretende Ampli- |
| tudenschwankungen werden mit Hilfe eines |
| Amplitudenregelorgans ausgeglichen.. |
| x.Sf@Ilel2c@e@ @s'UCxZS;zacnnuru,@ zäx@er.'@le rrezr@xiz.,. |
Wegen ,£.es , guten. Phasensynchronismus kann die erfindungsgemäße
Anordnung mit Erfolg bei Empfangsanordnungen verwendet. werden, bei denen zu dem
Signal der Tr@`gknochmals zugesetzt wird.
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Mehrere Ausführungsbeispiele, sollen 'äHand der Abbildungen näher
erläutert werden, von denen Abb. 1, 6 und 6a Schaltbilder, Abb. 2 bis 5 Vektordiagramme
zeigen, die das Verständnis der Wirkungsweise -erleichtern.
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In Abb. i ist A die Antenne, i der Hochfrequenzverstärker und 2 der
erste Gleichrichter; 4 ist der Zwischenfrequenzverstärker, dessen Ausgang mit einer
Leitung 6 und den beweglichen _ Teilen 8 eines doppelpoligen Schalters 7 mit zwei
Stellungen verbunden ist. Zwei dieser Pole sind durch Leitungen g mit dem Eingang
eines Kristallfilters io verbunden, das eine genügend scharfe Selektivität ergibt,
um die Seitenbänder der modulierten Welle vollkommen zu eliminieren. -- Das andere
Polpaar des -doppelpoligen Schalters 7 ist durch Leitungen i i mit dem Eingang einer
künstlichen Leitung oder eines. abgestimmten Filterkreises i2 verbunden. Dieser
Kreis 12 wird beim Empfang von frequenzmo.dulierten Schwingungen verwendet. So gestattet
es der Schalter 7, den Zwischenfrequenzverstärker entweder mit dem Kristallfilter
io oder mit der künstlichen Leitung i2 zu verbinden; je nachdem .ob frequenz- oder
Phasen- oder amplitudenmodulierter Empfang erfolgen soll. Der Ausgang des Kristallfilters
io ist mit den beiden Klemmen i-3 des doppelpoligen Schalters 14 und der Ausgang
der künstlichen Leitung 12 mit den beiden anderen Klemmen dieses Schalters verbunden.
Die Klinken 16 dieses Schalters sind mit einem Amplituden- und Phasenregler i 8
verbunden, derart, daß dieser Teil 18, je nachdem wie die zu empfangende Trägerfrequenz
moduliert ist, entweder mit dem Kreis io oder den' Kreis i2; verbunden werden kann.
Der Begrenzer 18 gestattet es, die- Amplitude des gefilterten Signals' unabhängig
von Schwundwirkungen u. dgl. konstant zu halten. -Die örtlichen Schwingungen, die
dem ersten Detektor 2 zur Erzeugung einer Zwischenfrequenz zugeführt werden, werden
durch einen Generator 24 mit Röhre 2o erzeugt; deren Änode 21 und Steuerelektrode
22 in Reihe mit einer Spule 26, mit Drehkondensator 27 im Nebenschluß und einer
Spannungsquelle 29 liegen. Die Frequenz der in dem Generator 2o erzeugten Schwingungen
bestimmt sich im wesentlichen durch die Werte von 26 und 27. Diese Schwingungen
werden dem ersten .Detektor 2 durch die Spule. 28 zugeführt; die mit der Spule 26
gekoppelt ist. .
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Der automatische-Frequenzregler 30 enthält zwei Gleichrichterröhren
32 und 34, deren Steuergitter 31 und 33 kleichphasig ungefil-@.terte Signalenergie
über die Sekundärwick-@:ttng 36 zugeführt wird, die zwischen den Gitte'rn 34 und
33 und der Kathode 37 über eine ;`Ltterie 38 geschaltet ist. Das ungefilterte 'Signal
wird in die Spule 36 von deren Primärspule 39 eingeführt, die über die Leitung 6
mit dem Ausgang des Zwischenfrequenzv erstärkers 4 verbunden ist. Den Steuergittern
.der Röhren 32 und 34 werden gegenphasig gefilterte und begrenzte Signale an der
Sekundärwicklung 42 vön der Primärwicklung 43 zugeführt, die über die Leitung 44
mit dem Ausgang des Amplitudenbegrenzers und Phasenreglers verbunden ist. Die Anoden
46 und 47 der Röhren 32 und 34 sind über die Widerstände R, und R2. miteinander
verbunden. Die Anodenspannung wird durch eine Batterie 49 geliefert, die zwischen
diesen ,Widerständen und der Kathode 37 liegt. Die Hochspannungsklemmen der Widerstände
sind über die Leitungen 5o mit dem Steuergitter 51 und der Kathode 52 einer Regelröhre
53 verbunden. Der Spannungsabfall an den Widerständen Rl, R2 wirkt als Vorspannung
für die Regelröhre. Ein mit der Eingangsimpedanz dieser Röhre parallel liegender
Kondensator 54 regelt die Zeitkonstanten des Kreises Rl, R2, Vorspannungsbatterie
55, Widerstände 56, 57. Zwischen der Anode 61 und der Kathode 52 der Modulatorröhre
53 liegt eine Induktanz 6o, die mit der Induktanz 26 im Schwingungskreis des Generators
2o gekoppelt ist.-Auf diese Weise wird, wie später noch ausführlicher erläutert
wird, die Frequenz der in 2o erzeugten Schwingungen, die zum größeren Teil durch
die Werte der Spule 26 und des Kondensators 27 bestimmt wird, zu einem kleineren
Teil durch die Natur des Stromes bestimmt, der in der Spule 6o fließt. Mit anderen
Worten, die Änderungen im Anodenstrom der Röhre 53 modulieren über die Spule 6o
die durch 2o erzeugten Schwingungen. ' Die Signale vom Phasenregler und Amplitudenbegrenzer
18 werden einem zweiten Phasenregler 62 und von dort der Einheit 63 zugeführt, durch
die die modulierten Trägerfrequenzen in Hörfrequenz umgewandelt werden. Diese Einheit
63 enthält zwei Detektoren 64 und 65, deren Steuergitter mit Spulen 66ß und 66 verbunden
sind, die die Sekundärwicklungen von Transformatoren Tz und T-bilden, deren Primärwicklungen
67 und 70 sind. 67 ist durch.eine Anzapfung 68 mit einem Teil eines - Pbtentiometerwiderstandes
69 parallel geschaltet, der mit dem Ausgangskreis von 62 verbunden ist, während
7o durch eine Anzapfung 71 mit einem Potentiometerwiderstand
72
verbunden ist, der parallel zu dem ersten Potentiometerwiderstand 6g. liegt. Hierdurch
wird gefilterte Energie vom Phasenregler 62 gegenphasig den Steuergittern 73 und
74 der Röhren 64 und 65 zugeführt. Die Leitung 6, die mit dem Zwischenfrequenzverstärker
verbunden ist, ist über die Leitung 611 finit der Primärwicklung 75 eines Transformators
76 verbunden, dessen Sekundärwicklung 77 über die Vorspannungsbatterie 78 zwischen
die Steuergitter 73 und 74 und die Kathoden 79 geschaltet ist. Auf diese Weise wird
ungefilterte Energie, die im Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers 4. auftritt,
gleichphasig den Steuergittern der Gleichrichterröhren 64, 6,5 zugeführt. Die Potentiotneter
69 und 72 regeln die Amplitude des gefilterten und begrenzten Trägers, der
den Gleichrichtern 64 und 6,5 zugeführt wird. Die Phase dieses Trägers wird durch
den Phasenregler 62 geregelt.
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Die bei 64 und 65 demodülierten Signale erzeugen an den Anoden 81
und 82 niederfrequente Schwingungen. Die Anode 81 ist über eine Primärwicklung 83
eines kombinierenden Transformators 8o und die Anodenbatterie 84 mit der Kathode
von 64 verbunden, während die Anode 8.2 über die Primärwicklung 85 von 8o
und die Batterie 84 mit der Kathode 79 verbunden ist. Ein doppelpoliger Schalter
gestattet es, die Anoden von 6s und 65 in Gegentakt oder parallel zu schalten. Die
Sekundärwicklung 88 von 8o ist mit (lern Nutzkreis verbunden.
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Das Prinzip der Arbeitsweise des gefilterten Trägerempfängers als
Phasen- und Amplitudenmodulatiönsempfänger ist an sich bekannt. Ungelöst war jedoch
bisher das Problem des Aufrechterhaltens des Synchronismus von Signal- und Kristallfilter.
Bisher wurde durch die Abstimmung von Hand, die der Kristallfilterempfänger verlangte,
der Empfänger unpraktisch wegen der Notwendigkeit eines konstanten Wiederabstimmens.
Bei dem Empfänger gemäß der Erfindung wird ein Teil der kristallgefilterten Energie
dazu benutzt, um eine konstante Wiederabstimmung des hochfrequenten 0scillators
zu bewirken und den Synchronismus aufrechtzuerhalten. Bei der Schaltung gemäß Fig.
r wird der gefilterte und begrenzte Träger den automatischen Frequenzregeldetektoren
über den Transformator T2 gegenphasig zugeführt. Vektoriell würden diese beiden
Spannungen für die beiden Detektoren durch die Strecken F und F' der Fig. 2 und
3 wiedergegeben werden. Das ungefilterte Signal wird den Detektoren gleichphasig
durch den Transformator T3 zugeführt, wie durch die Vektoren S und S' in Fig.2 und
3 dargestellt. Diese Phasenbeziehungen des gefilterten und des ungefilterten Signals
werden durch den Phasenregler 18 erhalten. Daher werden die resultierenden Spannungen,
die den beiden Detektoren dargeboten werden, durch die Vektoren FS und FS' wiedergegeben.
Diese Bedingungen werden erhalten, wenn das Signal (d. h. der Zwischenfrequenzverstärker)
auf den Scheitelwert des Kristallfilters abgestimmt wird.
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Wenn die Frequenz des Signals oder der Hochfrequenzoscillator sich
ändert, ändert sich auch der Ausgang des Kristallfilters sehr schnell, und zwar
nicht nur bezüglich der Amplitude, sondern auch bezüglich der Phase. Die Amplitudenänderungen
werden im Begrenzer 18 beseitigt, während die Phasenänderungen bestehen bleiben;
daher bestehen bei einer etwas anderen Frequenz die Verhältnisse gemäß Fig. 4 und
5. Es dreht sich also der gefilterte Ausgang in seiner Phase, so daß die Amplituden
der resultierenden Spannungen nicht länger gleich sind, sondern sich in entgegengesetzten
Richtungen geändert haben. Eine Frequenzänderung in der entgegengesetzten Richtung
kehrt die Phasenänderung des Kristallfilterausganges um, so daß den beiden Detektoren
Differentialspannungen dargeboten werden, die Differentialströme in den Widerständen
R1 und R2 ergeben. Der Spannungsabfall an diesen beiden Widerständen hat eine Größe;
die davon abhängt, wie weit das Signal von dem Filter von der Abstimmung entfernt
ist, und eine Richtung, die davon abhängt, auf welcher Seite des Filterscheitels
das Signal ist.
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Diese Differentialspannung an den Widerständen R, und. R2 wird als
Vorspannung für die Steuerelektrode der Modulatorröhre 53 benutzt. Infolgedessen
wirkt die Differentialspannung dahin, die Anoden-Kathoden-Impedanz der Modulatorröhre
zu ändern. Die Wirkung der Veränderung der Anodenimpedanz von 53 besteht darin,
daß die Frequenz des Oscillatorkreises über die Spule 6o geändert wird. Daher wird,
sobald das Signal aus dem Kristallfilter auszufallen beginnt, die Frequenz des hochfrequenten
Oscillators um einen Betrag geändert, der genügt, um die Frequenz der Zwischenfrequenzspule
auf die Frequenz des Kristallfilters zu bringen. Auf diese Weise wird eine automatische
Frequenzregelung bewirkt, die das Signal dauernd mit dem Kristallfilter in Abstimmung
hält.
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Damit die Regelung während des vollständigen oder teilweisen Sehwindens
des Signals anhält, wird die Zeitkonstante des Kreises 54, 56, 57, R1 und R2 so
eingestellt, daB der Kondensator genügend lange geladen bleibt, um den Vorspannungseffekt
infolge des Abfalles durch Ri, R2 an der Modulatorröhre 53 genügend nahe an dein
richtigen Punkt zu halten,-bis das Signal wiederkehrt. Der gefilterte
Träger
wird mit dem ungefilterten Signäl-zur Gleichrichtung in 63 kombiniert. Für phasenund;
amplitudenmodulierte Signale kann man die Spannungsabfälle an den Widerständen R1
und R2 für den niederfrequenten Ausgang verwenden; um aber den Empfänger -elastischer
und universeller zu machen und die Gleichrichtung von Amplitudenmodulation zu verbessern,
wird ein besonderer Satz von Detektoren verwendet. Mit dieser getrennten Gleichrichtung
kann man die Amplitude und Phase des Trägers beliebig für die richtige Kombination
mit dem. ungefilterten Signal regeln.
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Zwecks Einstellung des Empfängers auf Empfang von Frequenzmodulation
wird das Kristallfilter io ausgeschaltet und die künstliche Leitung i2 eingeschaltet.
Der Zweck dieses Kreises 12- besteht darin, in einer frequenzmodulierten Welle eine
Phasenänderung proportional der Frequenz dieser Welle zu erzeugen. So wird, wenn
die elektrische Länge dieser Leitung mit der Frequenz konstant bleibt, die Phase
ihres Ausganges sich mit der Frequenz ändern. Wenn dieser Ausgang dann mit dem ungefilterten
Signal kombiniert wird, wird eine Frequenzänderung eine Phasenänderung der Kombination
der beiden- Spannungen hervorrufen und infolgedessen die resultierende Amplitude
verändern. Diese Amplitudenänderung wird in den- automatischen Frequenzregeldetektoren
dazu benutzt, uni den Empfänger in Abstimmung zu halten, und in den Niederfrequenzdetektoren,
um die Modulation gleichzurichten.
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Wie erwähnt, können für Frequenzmodulationsempfang und für Phasenmodulationsemp.fang
die Detektoren 32 und 34 der Fig. i auch als Niederfrequenzdetektoren benutzt werden,
um dem Belastungskreis Nutzstrom zuzuführen. Dieses wird dadurch erreicht, daß man
den einen Niederfrequenzverstärker go vom Widerstand R1 über den Kondensator C und
den anderen Niederfrequenzverstärker 9.2, vom Widerstand R.. über -den Kondensator
Cl speist, wie bei der Schaltung gemäß Fig. 6 dargestellt.. Die Differentialströme
in R1, R2 erzeugen Potentiale, die den Gittern cqi und 93 der Röhren go und
g2 zugeführt werden. Diese Potentiale werden in 9o und 9? verstärkt und erscheinen
an deren Anoden, worauf sie in derselben Weise nutzbar gemächf werden wie in Fig.
i im Ausgangskreis der Röhren 64 und 65. Die-Vorspannung für die Steuerelektroden
von go und 92 wird von einer Batterie g,5- über die Widerstände -R3, Ri geliefert,
während die Anodenspannung von der Batterie 96 geliefert wird.
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Die Detektoren-32 und 33 erfüllen nun die doppelte Funktion, Differentialströme
für die automatische Frequenzregelung für die Röhren 53'zu erzeugen und Niederfrequenzströme
entsprechend dem Signal zu erzeugen, das den Verstärkern go und 9,2 zugeführt wird.
Da die Eingänge beider Detektoren dieselben sind, kann man mit einem Detektorsatz
sowohl die Regelströme als auch die Signalströme erzeugen.
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Bei der praktischen Ausführung kann man die primären Wicklungen
96 und 97 des Transformators T5 in Reihe mit den Widerständen Rl und
R2 der Fig. i und 6 anordnen, wie in Fig.6a dargestellt. Die Sekundärwicklungen
dieser Transformatoren können dazu benutzt werden, um die Eingangselektroden von
go und 92 zu speisen. Die Differentialströme in den Widerständen in Reihe mit den
Primärwicklungen liefern die Differentialpotentiale zum Regeln der Modulatorröhren
53. Die Differentialströme, die durch die Primärwicklungen fließen, induzieren auch
Potentialänderungen in den Sekundärwicklungen dieser Transformatoren, die gemäß
Fig. 6 a weiter nutzbar gemacht werden können, Der Frequenzmodulator 25 und der
Hochfrequenzoscillator 24 beschränken sich nicht auf die dargestellte Schaltung;
vielmehr kann jede Schaltung verwendet werden, die einer durch eine Gleichspannung
erzeugten Frequenzänderung fähig ist, insbesondere verschiedene Dynatronschaltungen.
Man kann auch einen mechanisch betätigten Kondensator so anordnen, daß die Abstimmungskapazität
im Oscillatorkreis durch die Differentialströme in R1 und R2 geändert wird.