DE638826C - Empfaenger fuer modulierte Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Wellensignalisierungssysteme, insbesondere längs Leitungen oder drahtlos.

Bei derartigen Systemen ist eine Mehrzahl von Verbindungen vorgesehen durch Verwendung einer Mehrzahl von Trägerwellen von verschiedenen Träger- oder Grundfrequenzen. Die Signale werden durch Änderung der Amplituden oder durch Unterbrechung der Trägerwellen hervorgerufen oder durch geringfügige Änderung der Grundfrequenz derselben.

Man ist allgemein der Ansicht, daß für eine zufriedenstellende Übermittlung die benutzte Resonanzanordnung eine breite Abstimmung, also eine gleichmäßige Empfindlichkeit für die Mehrzahl der Frequenzen aufweisen soll, welche in Verbindung mit einer Trägerfrequenz benutzt werden.

Wenn jedoch die Dämpfung zwecks Erhöhung des elektrischen Wirkungsgrades verringert wird, verschärft sich die Resonanz, was zur Folge hat, daß der Empfang mehrerer der Trägerwelle zugeordneter Frequenzen nicht gleichmäßig ist. Überdies ist mit der Dämpfüngserniedrigung eine Erscheinung verknüpft, welche mit Abklingträgheit oder Sehwingungsverharrung bezeichnet werden kann, bei welcher also eine Schwingung fortdauert, nachdem die Erregung aufgehört hat.

Es ist klar, daß diese Erscheinung um so stärker ist, je geringer die Dämpfung des Resonanzschwingungskreises ist, und daß bei der Schnelltelegraphie z. B. diese Erscheinung einem zufriedenstellenden Empfang von rasch aufeinanderfolgenden Signalen entgegenwirkt, da die Schwingungen, welche durch das eine Signal erzeugt wurden, so lange andauern können, bis das nächste Signal ankommt, die Signale sich mithin überlappen.

Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, die nachteilige Überlappung der Signale dadurch auszugleichen, daß die während irgendeiner Periode aufgeschaukelten und langsam abklingenden Schwingungen während der darauffolgenden Periode unterbrochen werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine periodische Phasenumkehr der Schwingungen nach einem jeden Signal gelöst. Dies kann grundsätzlich auf dreierlei Weise geschehen, nämlich entweder im Empfänger oder im Sender unter Verwendung einer Hilfswelle oder im Sender durch Frequenzmodulation. Erfindungsgemäß wird im Empfänger die der Resonanzeinrichtung zügeführte Energie hinsichtlich der Phase periodisch umgekehrt, beispielsweise durch einen Hilfswechselstrom, und zwar mit einer von der Modulationsfrequenz der Schwingungen verschiedenen Frequenz.

Eine bevorzugte Ausbildungsform des Empfängers/besteht darin", daß der Schwingungskreis mit- niedriger .Dämpfung durch zwei Schwingungskreise "angeregt wird-V welche von den Empfangssignalen in zwfi.i; entgegengesetzten Phasen erregt werden, ν?{0. bei Hilfsmittel vorgesehen sind, um diesettbeiden Schwingungskreisen eine Hilfswelle aufzudrücken, so daß sie abwechselnd dem ίο schwach gedämpften Schwingungskreis die Signalenergie zuführen.

Beim Sender gemäß der Erfindung werden die aufeinanderfolgenden Wellenzuge von entgegengesetzter Phase rhythmisch durch rhythmische Änderung der Phase der Trägerwelle erzeugt.

Bei einer bevorzugten Ausbildungsform des Senders sind zwei Schwingungskreise vorgesehen, welche eine oder mehrere Antennen bilden oder damit gekoppelt sind und mit entgegengesetzter Phase erregt werden, wobei Hilfsmittel vorgesehen sind, um beiden Schwingungskreisen eine Hilfswelle zuzuführen, so daß diese abwechselnd in Tätigkeit treten.

Vorteilhaft werden erfindungsgemäß die Wellenzüge einer jeden Phase von besonderen Antennen, z. B. Richtantennen, ausgestrahlt werden, welche voneinander entfernt angeordnet sind, damit die gewünschte Phasenänderung der Signale nur in einer oder mehreren bestimmten Richtungen erzielt wird.

Eine nach dem dritten Prinzip arbeitende Anordnung zum Ausgleich der Überlappung zufolge zu langsamen Abklingens der Signale ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß unter Ausnutzung der bekannten Phasenumkehr bei Änderung der Trägerfrequenz in scharf abgestimmten Resonanzkreisen zwecks Erzeugung der periodischen Phasenänderung eine kontinuierliche Änderung der Frequenz der Signalenergie in einem engen Bereich vorgenommen und die Energie einem auf die Hauptfrequenz des Änderungsbereiches scharf' +5 abgestimmten Kreis zugeführt wird.

Selbstverständlich wird bei Anwendung der Erfindung auf den Sender im Empfänger stets ein Resonator mit geringer Dämpfung benutzt. Diese Dämpfung, welche geringer ist als die normalerweise für eine genaue Wiedergabe erforderliche, kann charakteristisch für eine Schwingungsanordnung sein, deren Widerstand schwach positiv, null oder sogar negativ ist. Der Ausdruck getreue Wiedergäbe bezeichnet eine solche, welche erzielt wird, wenn die Energie in der Schwingungsanordnung zufolge eines Signals abklingt, bevor die Anordnung durch das darauffolgende Signal wieder erregt wird.
Die Perioden der Erregung in der einen Phase und in der anderen brauchen natürlich nicht gleich zu sein, sondern hängen in weitem Maße von den Charakteristiken der Schwingungseinrichtung ab. Die Phasen-

der Schwingung wird vorzugsweise oder rhythmisch mit einer Frequenz

_;, ;, die geringer ist als die Träger- oder

iSfcundwellenfrequenz, aber höher als irgendeine der zum Signalisieren benutzten Frequenzen, etwa jener des Morsepunktzeichens, oder der Modulationsfrequenzen bei der TeIephonie oder bei verwandten Signalgebungen. Bei Anwendung der Erfindung auf Trägerwellentelephonie kann sowohl die Amplitude als auch die Frequenz moduliert werden.

Die Erfindung unterscheidet sich grundsätzlich von dem bekannten Verfahren der drahtlosen Telegraphie, bei welchem zu Ende eines jeden Signals oder Markierungsintervalles im Sender eine Phasenumkehr der Trägerwelle vorgenommen wird. Dieses bekannte Verfahren ist, da ein bestimmtes Ende von Modulationszeichen nicht vorher bestimmbar ist, auf modulierte Trägerwellenübertragungen nicht anwendbar. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren findet gemäß der Erfindung eine regelmäßige oder rhythmische Phasenumkehr statt, und zwar mit einer Frequenz, welche von jener der Modulationszeichen verschieden ist. Hierdurch werden mehrere Vorteile erzielt. So ermöglicht sich die universelle Anwendbarkeit des Systems für die verschiedensten Zeichenformen, d. h. sowohl für die Telegraphie als auch Telephonie und andere Übertragungen. Es wird ferner die Vornahme der Phasenumkehr im Empfänger ermöglicht ohne Komplikation, weil die Frequenz der Phasenumkehr von jener der Modulationszeichen unabhängig ist. Wollte man die bekannte Anordnung im χ Empfänger benutzen, dann wäre es notwendig, die Hilfsmittel zur Herbeiführung der Phasenumkehr mit den empfangenen Modulationszeichen zu synchronisieren.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens, welcher durch die Erfindung vermieden wird, besteht darin, daß im Empfänger die Punkt- und Strichzeichen zufolge ihrer verschiedenen Zeitdauer ein verschieden starkes Ansteigen der Amplitudenwerte ver-Ursachen. Es ist daher bei der bekannten Anordnung notwendig, besondere Hilfsmittel vorzusehen, um die dadurch bewirkten Verzerrungen zu beseitigen. Demgegenüber werden beim System gemäß der Erfindung sogar die Telegraphiezeichen stets zu gleichmäßigen Amplitudenwerten aufgeschaukelt, weil die Phasenumkehr rhythmisch mit einer Frequenz stattfindet, welche höher ist als die Frequenz der Modulationszeichen. 12c

In den beiliegenden Zeichnungen sind beispielsweise mehrere Ausbildungsformen ge-

maß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigen:

Abb. ι eine einfache Schwingungskreisanordnung,

Abb. 2 Kurven, aus welchen der Energieanstieg und -abfall bei typischen Schwingungskreisen mit verschiedenen Dämpfungen ersichtlich ist,

Abb. 3 und 4 Kurven, welche die Art der Steuerung des Schwingungskreises gemäß der Erfindung zeigen,

Abb. 5 die Schaltung eines Empfängers und Abb. 6 die Schaltung eines Senders gemäß der Erfindung.

Abb. ι veranschaulicht lediglich schematisch den Erfindungsgedanken, beispielsweise in Anwendung auf die Telegraphie. Die in der Hochfrequenzquelle 10 erzeugten Schwingungen werden durch Betätigung des in seiner unwirksamen Mittellage gezeichneten Tasters 14 entweder der Spulen oder der Spule 12 zugeführt, die m entgegengesetztem Sinn gewickelt sind. Die von den Spulen im Resonanzschwingungskreis 13 abwechselnd erregten Schwingungen sind daher von entgegengesetzer Phase, so daß trotz der durch den piezoelektrischen Kristall 15 erzielten hohen Selektivität kein Überlappen der etwa durch periodisches Niederdrücken des Tasters 14 übermittelten Zeichen stattfindet, weil diese durch die in den Pausen (nämlich bei hochgedrücktem Taster 14) übermittelten gegenphasigen Schwingungen unterbrochen werden. Bei der Telephonieübertragung sind diese Pausen natürlich wesentlich kurzer zu halten.

In Abb. 2 sind gegen eine Zeitabszisse 0-X und eine Amplitudenordinate O-Y drei Kurven 16, 17 und 18 dargestellt, welche den Anstieg und Abfall der Energie in drei typischen Schwingungskreisen darstellen, wobei die Kurve 18 dem Schwingungskreis mit geringster Dämpfung entspricht.

Wenn für die Zwecke der Erfindung der Schwingungskreis eine Dämpfung aufweist, die der Kurve 18 zugrunde gelegt ist, würde die Zeit zum Abklingen der erregten Schwingung erheblich größer sein als die zulässige Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalen, besonders bei der Schnelltelegraphie. Wenn z. B. durch Erregung die Energie im Schwingungskreis bis zum Punkte 38 auf Kurve 18 angestiegen ist, entspricht die Zeitdauer bis zum völligen Abklingen der Strecke ο bis 39 wegen der geringen Dämpfung. Durch Steuerung der Energie kann diese Abklingungszeit auf den befriedigenden Wert entsprechend Punkt 40 verringert werden. Diese Steuerung wird durch periodische Umkehr der Phase im Erregerkreis bewirkt, d. h. man läßt z. B. die Energie im Schwingungskreis sich etwa bis zu 50 Schwingungen aufschaukeln, worauf sie in einer anderen Periode von etwa 50 Schwingungen durch Zuführung der Erregung in entgegengesetzter Phase zum Abklingen gebracht wird.

So wird zur kontinuierlichen Wellenerregung, wie aus Abb. 3 ersichtlich, eine Periode von positiver Erregung 19 benutzt, etwa mit Hilfe der Spule 12 in Abb. 1, auf welche eine Periode von negativer Erregung 20 der entgegengesetzten Phase mit Hilfe der Spule 11 folgt. Diese Perioden wechseln regelmäßig ab, und die erzielte Wirkung besteht, wie Abb. 4 zeigt, in einer Aufeinanderfolge von Impulsen 21, welche in der Länge gleich der Summe einer positiven Periode 19 und einer negativen Periode 20 sind. Diese Impulse 21 werden durch den Anstieg und Abfall der Energie im Schwingungskreis dank einer jeden positiven Erregung 19 bzw. darauffolgenden negativen Erregung 20 bewirkt.

In den obigen Beispielen wurde angenommen, daß der Scjiwingungskreis einen geringen positiven Widerstand aufweist; wie bereits gesagt, kann er jedoch den Widerstand null oder einen negativen Widerstand aufweisen. Im letzteren Falle, wenn die negativen Impulse 20 gleich den positiven Impulsen 19 sind, ist die durch die negativen Steuerimpulse hervorgerufene Dämpfung ungenügend, um den Schwingungskreis zu einem Ruhezustand am Ende eines jeden Impulses 21 (Abb. 4) zubringen. In diesem Falle wird die Grundlinie für die Schwingungen über die Abszissenachse ansteigen, bis sie einen konstanten Maximalwert erreicht.

Es ist klar, daß die Perioden der Erregung des Schwingungskreises durch die Spulen 11 und 12 und mithin die Längen der Impulse 19 und 20 nicht gleich zu sein brauchen, und in geeigneter Weise den elektrischen Charakteristiken des Schwingungskreises, beispielsweise der Dämpfung, angepaßt sein können. Beispielsweise, wenn der Schwingungskreis einen geringen positiven Widerstand aufweist, brauchen die Impulse 20 nicht so lange zu sein, wie die Impulse 19, um den Kreis am Ende eines jeden Signalimpulses 21 zur Ruhe zu bringen.

Um die Erfindung bei einem Empfänger anzuwenden, ist gemäß Abb. 5 ein Antennensystem 30 mit den Gittern und Kathoden von zwei parallel geschalteten Röhren 31 und 32 verbunden. Die Anoden der letzteren können durch die Spule 33 bzw. 34 mit den gegenüberliegenden Elektroden eines piezoelektrischen Kristalles 35 verbunden sein, welcher genau auf die Träger- oder Grundfrequenz abgestimmt ist, die zum Signalisieren verwendet werden soll und welche beispielsweise io³ oder ι o⁶ betragen kann. Die Anoden sind

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ferner mit den entgegengesetzten Enden einer Induktanz 36 verbunden, deren Mitte mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle in Verbindung steht, deren negativer Pol mit den Kathoden der Röhren verbunden ist. Die Induktanz 36 ist mit einer elektrischen Wechselstromquelle 37 verbunden, deren Frequenz vorzugsweise 15 000 bis 20 000 Perioden je Sekunde im Falle der Telephonic beträgt. Bei dieser Ausbildungsform ist die eine Röhre ^vnur während der einen Halbperiode der genannten Wechselstromquelle und die andere Röhre während der anderen Halbperiode wirksam. Gewünschtenfalls können an die »5 Anoden der Röhren Hilfsbatterien angeschaltet sein, um die Perioden, während welcher die beiden Röhren wirksam sind, ungleich zu machen. Wie man sieht, befinden sich die Poteritialschwankungen an den Anoden der beiden Röhren in der nämlichen Phase; sie werden jedoch an dem piezoelektrischen Kristall entgegengesetzt angelegt.

Zu irgendeinem Zeitpunkt ist jedoch nur eine der Röhren in Tätigkeit, und während dieser Zeit werden Schwingungen im piezoelektrischen Kristall erregt, welche während jener Zeit abklingen, wo die zweite Röhre in Tätigkeit ist.

Der piezoelektrische Kristall ist eine sehr hochempfindliche Resonanzeinrichtung und spricht nur auf Frequenzen an, die nahe seiner Eigenfrequenz liegen. Infolgedessen haben ankommende Signale, deren Frequenzen von dieser Eigenfrequenz verschieden sind, wenig oder gar keine Wirkung auf den Kristall, so daß der Empfänger durch den Kristall hochempfindlich geworden ist. Da jedoch die Schwingungen des Kristalles periodisch stillgesetzt werden, ist der Empfänger nicht mit den Nachteilen behaftet, welche durch, die Fortdauer der Schwingungen verursacht werden. Eine oder beide Spulen, welche mit dem Kristall in Reihe geschaltet sind, können mit einem Detektor und Empfänger der üblichen Art gekoppelt werden.

In Abb. 5 ist die Wechselstromquelle 37 zur

Erzeugung der Phasendifferenz in den Empfangsschwingungen an die Anodenkreise

der Röhren 31 und 32 angeschaltet. Sie kann auch an.die Gitterkreise angelegt werden.

Es ist klar, daß an Stelle des piezoelektrischen Kristalles äquivalente Hilfsmittel benutzt werden können, z. B. ein Röhrensystem, welches in den Zustand einer geringen Dämpfung oder sogar eines negativen Widerstandes gebracht wurde.

Bei der Anwendung der Erfindung auf

einen Sender für Telegraphic oder Telephonie werden gemäß Abb. 6· zwei Schwingungskreise 20, 21 verwendet, welche auf die Grund- oder Trägerfrequenz abgestimmt sind und als Anodenkreise der Röhre 22 bzw. 23 so angeordnet sind, daß die Schwingungskreise in entgegengesetzter Phase erregt werden. Der Steuerkreis 24 der Röhre kann auf irgendeine geeignete Weise mit der Hochfrequenzenergiequelle gekoppelt sein, welche zum Signalisieren verwendet wird.

Die beiden Schwingungskreise 20 und 21 sind elektromagnetisch bei 25 bzw. 26 mit einem Schwingungskreis 27 gekoppelt, der mit einer S teuer frequenz von etwa 15 000 bis 20 000 Perioden je Sekunde gespeist wird. Die Anordnung ist derart, daß die beiden Schwingungskreise 20, 21 entgegengesetzt moduliert werden, d. h. wenn die Amplitude des einen Schwingungskreises im Maximum ist, befindet sich jene des anderen Schwingungskreises im Minimum und umgekehrt. Die ausgestrahlte Energie wird daher rhythmisch in der Phase umgekehrt, und dieser Rhythmus wird bei Verwendung einer Steuerfrequenz von etwa 15 000 bis 2Ό 000 Perioden je Sekunde oberhalb der Hörbarkeit liegen. Die Verstärkung kann so groß sein, wie es jeweils erforderlich ist. Die Schwingungskreise können selbst ausstrahlen oder mit einem oder mehreren Antennensystemen gekoppelt sein. Wenn ein. einziges Antennensystem verwendet wird, wie in Abb. 6 ersichtlich, werden die Schwingungen, welche von der einen Halbwelle der Steuerfrequenz verursacht sind, schnell durch die Erregung seitens des anderen Schwingungskreises während der anderen Halbwelle abgedämpft. Die Schwingungskreise 20 und 21 können so angeordnet sein, daß sie zwei verschiedene voneinander entfernte Antennensysteme erregen, und in diesem Falle werden die von dem einen System erregten Schwingungen genau durch eine darauffolgende Schwingungsfolge seitens des anderen Antennensystems kompensiert, und zwar in gewissen vorbestimmten Richtungen im Hinblick auf die Lage der Antennensysteme. Diese Systeme können mit Richtantennen versehen sein.

Bei Anwendung der Erfindung werden von einem Sender kontinuierlich Schwingungen ausgestrahlt, wobei der Sprache oder anderen Signalen entsprechende Schwankungen ver- no wendet werden, um die Frequenz der kontinuierlichen Schwingungsenergie innerhalb der oben angedeuteten engen Grenzen zu verändern.

Benutzt man zur Hervorrufung der Phasenumkehr den dritten Weg, nämlich durch Frequenzänderung der Erregerschwingungen nahe der Resonanzfrequenz des hochselektiven Resonators, dann genügt beispielsweise eine Frequenzmodulation der ausgestrahlten Schwingungen um etwa 10 Hertz bei einer Signalfrequenz von etwa 100 Hertz. Der

piezoelektrische Kristall des Empfängers ist hierbei auf die mittlere Frequenz der Empfangsschwingungen eingestellt.

Es ist klar, daß es zum Empfang der frequenzmodulierten Signale, bei welchen der Modulationsbereich eng ist (so,* .wie es der piezoelektrische Kristall zuläßt); notwendig ist, daß der Empfänger auf so geringe Schwankungen in der Frequenz richtig

ίο empfindlich ist. Durch die Erfindung wird ein Empfänger geschaffen, -welcher einen so hohen Grad an Selektivität aufweist, daß er auf solche Frequenzschwankungen genau anspricht, wobei dieser Empfänger auch da-

is durch wirksam gemacht wird, daß die Fortdauer von Schwingungen zufolge des geringen Decrementes genau und wirksam gesteuert und begrenzt wird. Es ist klar, daß an Stelle eines piezoelektrischen Kristalles wahlweise ein Röhrensystem verwendet werden kann, das einen sehr geringen positiven Widerstand aufweist und vorzugsweise den Widerstand null oder einen negativen Widerstand.

Die Erfindung kann grundsätzlich auch auf andere Wellenübertragungen elektrischer oder akustischer Art und auf Übertragungen längs Leitungen bei Hörfrequenzen oder darüber angewendet werden.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Empfänger für modulierte Wellen längs Leitungen oder drahtlos, bei welchem eine Resonanzeinrichtung mit so geringer Dämpfung vorgesehen ist, daß sich die Signale zufolge des langsamen Abklingens der zugeführten Schwingungen überlappen, wobei Vorkehrungen getroffen sind, um die in der Resonanzeinrichtung während irgendeiner Periode aufgeschaukelten und langsam abklingenden Schwingungen während der darauffolgenden Periode zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, daß die der Resonanzeinrichtung zugeführte Energie hinsichtlich der Phase im Empfänger periodisch umgekehrt wird, beispielsweise durch einen Hilfswechselstrom, und zwar mit einer von der Modulationsfrequenz der Schwingungen verschiedenen Frequenz.
2. 2. Sender für modulierte Wellen, bei welchem das Fortschwingen der Zeichen im Empfänger mit geringer Dämpfung durch eine periodische Phasenänderung der Zeichenschwingungen bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Wellenzüge von entgegengesetzter Phase rhythmisch durch rhythmische Änderung der Phase der Trägerwelle erzeugt werden.
3. 3. Sender nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenzüge einer jeden Phase von besonderen Antennen,

   z. B. Richtantennen, ausgestrahlt werden, welche voneinander entfernt angeordnet sind, damit die gewünschte Phasenänderung der Signale nur in einer oder mehreren bestimmten Richtungen erzielt wird.
4. 4. Anordnung zum Ausgleich der Überlappung zufolge zu langsamen Abklingens der Signale, dadurch gekennzeichnet, daß unter Ausnutzung der bekannten Phasenumkehr bei Änderung der Trägerfrequenz in scharf abgestimmten Resonanzkreisen zwecks Erzeugung der periodischen Phasenänderung eine kontinuierliche Änderung der Frequenz der Signalenergie in einem engen Bereich vorgenommen und die Energie einem auf die Hauptfrequenz des Änderungsbereiches scharf abgestimmten Kreis zugeführt wird.
5. 5. Sender nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch zwei Schwingungskreise (20, 21), welche eine oder mehrere Antennen (28) bilden oder damit gekoppelt sind und mit entgegengesetzter Phase erregt werden, wobei Hilfsmittel (27, 25, 26) vorgesehen sind, um beiden Schwingungskreisen eine Hilfswelle (27) zuzuführen, so daß diese abwechselnd in

   ,Tätigkeit treten (Abb. 6).
6. 6. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungskreis (35) mit niedriger Dämpfung durch zwei Schwingungskreise (31, 36 und 32, 36) angeregt wird, welche von den Empfangssignalen in zwei entgegengesetzten Phasen erregt werden, wobei Hilfsmittel vorgesehen sind, um diesen beiden Schwingungskreisen eine Hilfswelle (37) aufzudrücken, so daß sie abwechselnd dem schwach gedämpften Schwingungskreis (35) die Signalenergie zuführen (Abb. 5).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen