DE639720C - Verfahren zur Aufrechterhaltung des Mitnahmezustandes zweier Schwingungen - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um zwei Größen, die sich in periodischer Weise verändern, im Mitnahmezustand zu halten, und findet besonders bei den im drahtlosen Verkehr verwendeten Hochfrequenzschwingungen Anwendung.

Bekanntlich ist schon seit langer Zeit versucht worden, zwei Schwingungen dadurch zu synchronisieren, daß zur Steuerung der einen eine physikalische 'Größe, wie z. B. ein Strom bzw. eine Spannung, benutzt wird, der bzw. die durch Interferenz der zwei zu synchronisierenden Schwingungen gewonnen wird.

Mit den verschiedenen Verfahren, die bis jetzt zum Gleichmachen zweier Frequenzen verwendet worden sind, war jedoch dieses Ergebnis nur ganz angenähert zu erreichen: So bestehen diese die Steuerung der Fre-

zo quenz der einen der beiden Schwingungen bezweckenden Verfahren in der Verwendung eines Stromes, der von dem Frequenzunterschied dieser Schwingungen abhängt, so daß diese beiden Frequenzen recht beträchtlich voneinander abweichen können, bevor die Steuerung in Wirkung tritt, wobei der Phasenunterschied der Schwingungen durch alle möglichen Werte zwischen o° und 360⁰ geht.

Bei anderen Verfahren, bei denen das Erreichen eines wirklichen Mitnahmezustandes versucht wird, wird die Frequenz der einen Schwingung durch einen Synchronisierungsstrom überwacht, der nicht mehr von dem Frequenzunterschied der beiden Schwingungen, sondern von ihrem Phasenunterschied abhängt. Unter diesen Umständen hat jedes Streben der einen oder der anderen Frequenz, sich zu ändern, eine Veränderung des besagten Phasenunterschiedes zur Folge^ und die entsprechende Änderung des Synchronisierungsstromes bringt die gewünschte Berichtigung zustande, bevor ein Frequenzunterschied zwischen den beiden Schwingungen tatsächlich aufgetreten ist. Dies ist insbesondere beim Parallelschalten zweier Wechsel-Stromgeneratoren oder beim unmittelbaren Kuppeln zweier Hochfrequenzschwingungen der Fall. Ein bekanntes, auf diesem Prinzip beruhendes Verfahren besteht darin, daß man in einem Detektor die zwei im Mitnahmezustand zu haltenden Schwingungen, deren Amplituden gleich sind, interferieren läßt, wobei die Änderungen des gleichgerichteten Stromes, der bei Synchronismus ein Gleichstrom ist, zur Einwirkung auf die eine der beiden Frequenzen benutzt werden. Dieses Verfah-

ren weist jedoch den großen Nachteil auf, daß. der Mitnahmezustand recht unbeständig ist, denn die sehr komplizierte Form des als Synchronisierungsmittel verwendeten gleichgerichteten Stromes verbietet, diesen Strom vor Störungen aller Art zu schützen, die "cEte; eine der Schwingungen gegebenenfalls beiß ten können. Dieser Nachteil macht insbesondere das Verfahren für drahtlose Telegraphie ίο oder Telephonie gänzlich unbrauchbar, denn die Störungen und die die Trägerschwingung begleitenden Seitenbandschwingungen rufen Änderungen des besagten gleichgerichteten Stromes hervor und zerstören den Mitnahmezustand rasch.

Das erfindungsgemäße Verfahren behebt diesen Nachteil, und zwar ist es dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenwirken der beiden im Mitnahmezustand zu haltenden Schwingungen in solcher Weise vorgenommen wird, daß die Interferenzschwingung praktisch eine Sinusfunktion ist, deren Amplitude der einen der Schwingungen proportional ist und deren Phase bis auf eine konstante Größe gleich dem Phasenunterschied der beiden Schwingungen ist, und daß die auf die Frequenz der einen der Schwingungen ausgeübte Steuerung mittels einer Vorrichtung geschieht, die nur Ströme von NuIl- oder sehr tiefer Frequenz durchläßt.

Es ist ja leicht zu verstehen, daß unter diesen Umständen sämtliche die eine der im Mitnahmezustand zu haltenden Schwingungen begleitenden störenden Schwingungen durch Interferenz mit der zweiten Schwingung Ströme hervorbringen werden, die ebenfalls sinusförmig sind, jedoch verschiedene Frequenzen haben, so daß es nun möglich wird, aus dieser Gesamtheit von Sinusströmen denjenigen herauszuwählen, der sich aus der Interferenz der zwei im Mitnahmezustand zu haltenden Schwingungen ergibt und der allein als Synchronisierungsstrom verwendet wird.

Als Beispiele sind im folgenden zwei Ausführungsformen einer Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben und auf der Zeichnung dargestellt worden. In diesen Beispielen wird ein örtlicher Schwingungserzeuger benutzt, der durch eine sogenannte Steuerschwingung im Mitnahmezustand gehalten wird.

Fig. ι ist ein Schaltungsbild einer ersten Ausführungsform.

Fig. 2 ist ein Vektorbild zur Erklärung der Wirkungsweise.

Fig. 3 bis 8 zeigen verschiedene Formen des periodischen Stromes, durch'den die Erfindung es ermöglicht, einen Sinüsstrom im Mitnahmezustand zu halten.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsforni, die von der der Fig. 1 etwas abweicht.

Fig. 10 betrifft die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Empfang ,.; o*jies durch Draht oder durch drahtlose ■%'\yellen übertragenen Signals. ';'■ Es sei bemerkt, daß die physikalische Größe, die eine Funktion des Phasenunterschiedes ist und die hier die Rolle des Synchronisierungsmittels spielt, nicht notwendig eine Spannung oder ein Strom ist: So kann sie z. B. ein mechanisches Drehmoment, ein magnetischer Kraftfluß o. dgl. sein, wobei die Wirkungen der beiden Schwingungen jedesmal auf eine geeignete Vorrichtung in solcher Weise zusammentreffen, daß die aus diesem Zusammenwirken entstehende physikalische Größe die oben angedeuteten Bedingungen erfüllt. In den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen wird jedoch angenommen, daß das Synchronisierungsmittel ein Strom ist, der durch die Interferenz der beiden Schwingungen in einer Vakuumröhre gewonnen wird.

So enthält die in Fig."1* gezeigte Vorrichtung eine Detektorröhre 1, deren Gitter von 2 eine periodische Spannung von der Frequenz / erhält, die von einer sogenannten Steuerschwingung herstammt und die zunächst einmal als eine Sinusschwingung mit der Amplitude 5" angenommen sei. Diese Steuerschwingung kann z. B. die Trägerschwingung eines von einer entfernten Station ausgesandten Signals sein. Dasselbe Gitter der Röhre 1 erhält gleichfalls die in der Röhre 3 erzeugte Schwingung, welch letztere Röhre als Schwingungserzeuger geschaltet ist und den örtlichen Erzeuger bildet, der durch die Steuerschwingung im Mitnahmezustand gehalten werden soll.

Die Kondensatoren 8 und 9 ermöglichen die Einstellung der Frequenz/' der so erzeugten örtlichen Schwingung.

Es ist bekannt, daß, wenn die Röhre 1 als Detektorröhre geschaltet ist, der Anodenstrom I der Röhre bis auf einen konstanten Koeffizienten durch

I = i' + J₀+ S cos A

bezeichnet werden kann.

In diesem Ausdruck ist Ϊ ein zusammengesetzter Strom, der hohe, mindestens den Frequenzen / und f gleiche Frequenzen enthält; /₀ ist ein Gleichstrom, gleich dem von der Röhre 1 gelieferten gleichgerichteten Strom, wenn die örtliche Schwingung allein dem Gitter der Detektorröhre zugeführt wird; das Glied S cos A, in welchem A der Phasenunterschied der beiden Schwingungen ist, ist ein Strom, desen Frequenz f-f beim Synchronismus, wenn die Frequenzen / und /'

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gleich sind, auf Null fällt; dieser Strom bildet den eigentlichen Synchronisierungsstrom. In dem Anodenkreis der Röhre I befindet sich ein Tiefpaßfilter 4, 5 oder gegebenenfalls nur ein Kondensator 4 im Nebenschluß zu dem Widerstand 6. Dieser Filter hindert den Hochfrequenzstrom i' daran, durch den Widerstand 6 zu fließen, so daß dieser Widerstand nur von dem Strom

J = J₀+ S cos A

durchflossen wird, der an den Klemmen dieses Widerstandes eine Spannung erzeugt, deren Änderungen, die nur von dem Phasenunterschiede abhängig sind, zur Steuerung der Frequenz verwendet werden.

Zu diesem Zweck wird das Ende 7 des Widerstandes 6, dessen Spannung sich wie der Strom / verändert, mit der Anode der Schwingungserzeugerröhre 3 verbunden, und da die Frequenz der von dieser Röhre erzeugten Schwingungen in einem gewissen Maße von der Spannung abhängt, die ihrer Anode angelegt ist, so wird diese Frequenz durch die Änderungen des Stromes /, d. h. durch die Änderungen des Phasenunterschiedes A der beiden Schwingungen gesteuert werden.

Es wird jetzt mit Hilfe der Fig. 2 und unter eingehender Beschreibung des Mitnahme-Vorganges gezeigt werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren einerseits das selbsttätige Zurückbringen des Phasenunterschiedes zwischen den beiden Schwingungen zu seinem ursprünglichen Wert ermöglicht, wenn die Phase der einen Schwingung zufällig eine Veränderung erfahren hat und andererseits die Frequenz der zweiten Schwingung zwingt, derjenigen der ersten zu folgen, wenn sich die Frequenz einer der beiden Schwingungen geändert hat, so daß sich der neue Dauerzustand mit einem neuen Wert des Phasenunterschiedes einstellt, bei welchem der Synchronisierungsstrom einen Wert erreicht, der der notwendig gewesenen Frequenzberichtigung entspricht.

Da die Frequenz /' der Röhre 3 gleichzeitig von der Gesamtkapazität der Kondensatoren 8 und 9 und von der Amplitude des Stromes /, d. h. von A, abhängt, so gibt es

go für jeden Wert von A einen entsprechenden Wert von C, für den die örtliche Frequenz /' genau gleich der Frequenz / der bei 2 ankommenden Schwingungen ist; und da die Werte von / zwischen einer unteren Grenze /₀ — £ und einer oberen Grenze J₀ + £ bleiben, so liegen die zugehörigen Werte von C auch zwischen zwei Grenzen C₁ und C₂; außerhalb .dieser Grenzen kann man keine Mitnahme der beiden Schwingungen erreichen.

Wenn man umgekehrt C einen bestimmten Wert zwischen C₁ und C₂ gibt, so besteht stets ein entsprechender Wert von J (urrd demzufolge zwei entsprechende Werte von A), für den die örtliche Frequenz f genau gleich der Frequenz f ist.

Um den Punkt O der Strecke MO = I₀ ist mit dem Radius 6* ein Kreis geschlagen. In der Verlängerung von MO ist ein Vektor OL abgetragen, der die eine der Schwingungen darstellt. Die andere Schwingung ist durch den beweglichen Vektor ON dargestellt, der mit dem erstgenannten den Winkel NOL = A bildet. Alsdann ist / gleich Mn, wobei η die Projektion des Endes des Vektors OiV auf ML ist. Wenn A sich ändert, so· bewegt sich N auf dem Kreis. Was nun den besonderen Wert Mn von / anbetrifft, der der Gleichheit der Frequenzen / und f für den jeweiligen Wert von C entspricht, so kann dieser Wert von / für zwei Werte LON und 8c LON' des Winkels A erhalten werden, also für zwei Stellungen ON und CW' des beweglichen Vektors; man wird sehen, daß eine dieser beiden Stellungen, beispielsweise OiV, eine Stellung stabilen Gleichgewichts ist.

Es werde angenommen) daß der bewegliche Vektor im Sinne des Pfeils umlaufe, wenn /' größer ist als /, und daß die von 7 abhängige Frequenz/' sich in demselben Sinne ändert wie J. Solange keine Mitnahme vorhanden ist, d. h. F von / verschieden ist, läuft der bewegliche Vektor um und passiert hierbei notwendigerweise die besondere Stellung ON, für die die beiden Frequenzen f und /' gleich werden; in diesem Augenblick vollzieht sich die Mitnahme. In der Tat, wenn der bewegliche Vektor in eine andere Stellung, beispielsweise OP, übergeht, so sinkt der Strom auf den durch die Strecke Mp dargestellten Wert; dies hat gleichzeitig ein Sinken der Frequenz f zur Folge, die vorübergehend kleiner wird als /. Der bewegliche Vektor kehrt alsdann in die Stellung ON zurück, für die die Frequenzen wieder gleich werden.

In dem Falle, wo· die Schaltung des Apparates so ausgeführt ist, daß die Frequenz f sich in entgegengesetztem Sinne ändert wie der Strom /, zeigt die gleiche Überlegung, daß in der zu ON symmetrischen Stellung OiV' das stabile Gleichgewicht herrscht.

Offensichtlich kehrt der bewegliche Vektor um so leichter in seine Gleichgewichtsstellung zurück, je näher der Punkt N dem Punkt Q liegt, für den die Änderungen des Stromes J, die derselben Änderung von A entsprechen, am größten sind. Dieser Punkt Q, für den die beiden synchronisierten Schwingungen einen Phasenunterschied von 90⁰ besitzen, ist also der Punkt der günstig- iao sten Wirkungsweise. Übrigens ist für diesen Punkt / = J₀, was die Regelung der Konden-

satoren 8 und 9 auf die diesem Unterschied von 90 ° entsprechende Gesamtkapazität erleichtert.

Wenn nun umgekehrt unter bestehendem Mitnahmezustand die Frequenz der einen Schwingung, z. B. derjenigen der eintreffenden Schwingung, sich ändern sollte, so ändert sich im selben Augenblick auch der Phasenunterschied, und der Vektor ON dreht sich, indem er eine Änderung des Stromes J bezweckt, bis er in einer Lage zum Stillstand kommt, welcher ein Stromwert

von

/ = J₀ + S cos A = MO + On

entspricht, der der örtlichen, durch den Vektor ON dargestellten Schwingung eine Frequenz aufzwingt, die gleich der neuen Frequenz der eintreffenden Schwingung OL ist. Der Mitnahmezustand ist also aufrechterhalten, aber der neue Dauerzustand des Systems entspricht nun einem neuen Wert des Phasenunterschiedes. Auch hier ist es zweckmäßig, in der Nähe eines Phasenunterschiedes von 90° zu arbeiten, da ja in dieser Gegend für eine gegebene Änderung des Phasenunterschiedes die Änderungen des Synchronisierungsstromes und daher auch diejenigen der der Frequenz gebotenen Berichtigungen am größten sind.

Bisher war zum besseren Verständnis vorausgesetzt worden, daß die bei 2 ankommende Schwingung sinusförmig ist und eine konstante Amplitude 5 besitzt; infolgedessen war der Strom J annähernd konstant, wenn A selbst durch Mitnahme konstant gehalten wurde. Dieser Strom wurde durch den Filter 4, 5 nicht verändert und hatte denselben Wert im Anodenkreis des Audions 1 und in dem Widerstand 6.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen besonderen Fall beschränkt; sie gestattet auch, die örtlich erzeugte sinusförmige Schwingung mit einer periodischen Sehwingung von veränderlicher Amplitude S mitzunehmen. Nun können die zeitlichen Änderungen von vS" sehr verschiedener Art sein; manchmal kann die Mitnahme ohne Ausnutzung der Eigenschaften des Filters 4, 5 erreicht werden; meistens jedoch ist für die Mitnahme die Anwesenheit des Filters erforderlich. Diese beiden Fälle sind jetzt nacheinander zu erörtern.

Ohne Mitwirkung des Filters gestattet das Verfahren der Erfindung stets eine Mitnahme mit 90 ° Phasenunterschied, wenn die Gesamtheit der bei 2 ankommenden Schwingungen einer Schwingung S sin 2·π/ί gleichwertig ist, die eine einzige Frequenz besitzt und deren Amplitude S stets das gleiche Vorzeichen behält. Dies ist z. B. der Fall für alle drahtlos übertragenen Signale, weil dieselben, um mit den gewöhnlichen Mitteln empfangen zu werden, eine Trägerschwingung entfalten müssen, deren Amplitude F (Fig. 3) in jedem Augenblick größer ist als die Summe der Amplituden der symmetrisch in den Seitenbändem H₁, H₂ verteilten Schwingungen G₁, G₂; bekanntlich ist ein solches Frequenzgemisch einer einzigen Schwingung gleichwertig, deren Amplitude sich ohne Vorzeichenwechsel ändert. Um zu zeigen, daß für eine solche in 2 ankommende Schwingung die von der Röhre 3 erzeugte Schwingung durch die Frequenz f mitgenommen werden kann, sei auf die Fig. 2 verwiesen: Wenn die beiden Schwingungen einen Phasenunterschied von 90 ° haben, wie durch OL und OQ dargestellt, so ist die Mitnahme dann stabil, wenn der Änderungssinn des' Stromes / ausschließlich durch den Änderungssinn der kleinen zufälligen Abweichungen bestimmt ist, denen der Phasenunterschied A unterworfen ist; wenn man nun

A = 90 + o,

_ setzt, worin α die kleinen zufälligen Änderungen von A darstellt, so wird der Strom /, wenn man α selbst für seinen sinus einsetzt,

= J₀±aS.

Da 5 stets das gleiche Vorzeichen behält, so ist der Sinn der Änderung (+ aS) von / ausschließlich durch den Sinn der Änderung (+ ei) von A bestimmt. Wenn also die Gesamtheit der in Fig. 3 dargestellten Schwingungen in 2 ankommt, so gestattet das erfindungsgemäße Verfahren, eine von der Röhre 3 örtlich erzeugte sinusförmige Schwingung durch die ersteren mitzunehmen.

In der Mehrzahl der Fälle jedoch ist für die Mitnahme erforderlich, daß der Anodenkreis des Audions 1 ein Glied mit sehr hoher Zeitkonstante enthält; dieses Glied kann entweder ein Tiefpaßfilter 4, 5, 6 oder einfacher ein aperiodischer Kreis 4, 6 sein. Dieser Kreis spielt in Verbindung mit dem Detektor 1 eine wichtige Rolle, die man folgendermaßen analysieren kann.

Der Leiter 2 führt häufig eine Anzahl unerwünschter Schwingungen zu, die entweder demselben Signal angehören wie die Schwingung, durch die mitgenommen wird, oder von anderen Sendestationen herrühren oder durch aperiodische Störungen hervorgerufen sind, die die Kreise des Empfängers in gedämpfte Schwingungen umgewandelt haben. Die mitzunehmende Schwingung muß natürlich von diesen verschiedenen Störungen getrennt werden. Diese Trennung ist darauf gegründet, daß alle diese unerwünschten Schwingungen von verschiedenen Frequenzen

durch ihre im Detektor ι (Fig. i) erfolgende Kombination mit der örtlich erzeugten Schwingung in ebenso viele Ströme verschiedener niedriger Frequenzen transformiert werden, während allein die Kontrollschwingung in Gleichstrom umgewandelt wird. Bekanntlich wählt unter diesen Umständen der aperiodische Kreis die einzelnen Teilströme, die den gleichgerichteten Strom/

ίο bilden, in genau derselben Weise aus, wie ein auf die Frequenz/ abgestimmter Resonator die überlagerten Schwingungen im Leiter 2 aussieben würde. Insbesondere häuft der Gleichstrom S cos A, der aus der mitgenommenen Schwingung hervorgeht, im Kondensator 4 des aperiodischen Kreises eine Elektrizitätsmenge an, die der Zeitkonstante T dieses Kreises proportional ist. Und der Störungsstrom P cos A_p, dessen Vorzeichen beliebig wechselt, bringt auf denselben Kondensator eine Elektrizitätsmenge, deren wahrscheinlicher Wert im wesentlichen der Wurzel aus der Zeitkonstante Y⁷T proportional ist. Nun hängt das Potential des Punktes 7, das die Frequenz der Röhre 3 und infolgedessen die Mitnahme überwacht, von der im Kondensator 4 angesammelten Elektrizitätsmenge ab; der Schutz, den der aperiodische Kreis 4, 6 der Mitnahme verleiht, wächst also mit der Quadratwurzel der Zeitkonstante T. Man kann leicht dem aperiodischen Kreis eine Zeitkonstante geben, die erheblich über der der besten Resonatoren liegt und infolgedessen leicht die Mitnahme einwandfrei gegen Nebengeräusche und Störungen jeder Art schützt. In der Praxis ist die Zeitkonstante, die man dem Kreis 4, 6 geben kann, nur durch die Stabilität der beiden Schwingungen begrenzt, die man miteinander mitnehmen will.

Aus denselben Gründen übt ein Tiefpaßfilter 4, 5, 6 auf den gleichgerichteten Strom/ eine ähnliche Siebwirkung aus, wie ein Bandpaßfilter sie auf die in 2 empfangenen Schwingungen ausüben würde. Aber der Tiefpaßfilter ist wirksamer, denn seine Bandbreite kann ohne Schwierigkeit viel enger gemacht werden als die eines Bandpaßfilters, der für die Nachbarfrequenzen von / eingerichtet ist.

Das vorliegende Verfahren gestattet, eine sinusförmige örtliche Schwingung auf eine Schwingung von sehr kleiner Amplitude, z. B. durch die Trägerschwingung drahtlos empfangener Zeichen, mitzunehmen. In der Tat hält die hohe Zeitkonstante des aperiodischen Kreises 4, 6 die aperiodischen Störungen sowie die verschiedenen in den Seitenbändern desselben Zeichens enthaltenen Schwingungen vollständig vom Widerstand6 fern. Alles verläuft so, als ob der Leitern lediglich die Trägerschwingung empfängt, die sinusförmig ist.

In einem Empfangsapparat, der einerseits eine Vorrichtung zur Mitnahme der örtlichen Schwingung mit der Signalträgerschwingung, andererseits die gewöhnlichen Stromkreise zur Aufnahme der Gesamtheit der Schwingungen desselben Zeichens enthält, ist der Schutz, den das vorliegende Verfahren der Mitnahme gewährleistet, ■ viel größer als der Schutz, den die gewöhnlichen Kreise dem Empfang gewährleisten. Infolgedessen kann die Trägerschwingung ohne weiteres auf der Sendestation abgeschwächt werden und auf der Empfangsstation durch Überlagerung einer Hilfsschwingung passender Phase, die von dem örtlichen mitgenommenen Generator, erzeugt wird, wiederhergestellt werden.

Gemäß dem Vorstehenden gestattet also das vorliegende Verfahren, die sinusförmige örtlich erzeugte Schwingung durch eine selbst abgeschwächte Trägerschwingung eines Zeichens mitzunehmen, das aus eben dieser Trägerschwingung und anderen Schwingungen, wie G, die in einem einzigen Band H enthalten sind, besteht; dieses Beispiel ist in Abb. 4 veranschaulicht.

Das vorliegende Verfahren gestattet weiterhin, die örtliche Schwingung durch eine selbst go abgeschwächte Trägerschwingung eines Zeichens mitzunehmen, das von eben dieser Trägerschwingung und von anderen Schwingungen, wie G₁, G₂, gebildet wird, die symmetrisch auf zwei Seitenbänder H₁, H₂ verteilt sind; dieses Beispiel ist in Fig. S veranschaulicht.

Die Gesamtheit der Schwingungen der Fig. 5 ist einer einzigen Schwingung

,S" sin 2 nft

'

gleichwertig, deren Frequenz / konstant und deren Amplitude 5" bald positiv, bald negativ ist. Diese Amplitude kann also durch die Kurve 12 der Fig. 6 dargestellt werden: die Phase kehrt in den Zeitpunkten ΐ₁₍ i₂ .... um. Es ist bemerkenswert, daß mit dieser Schwingung, deren Phase sich umkehrt, eine örtliche Schwingung mitgenommen werden kann, deren Phase sich nicht ändert; das liegt offenbar daran, daß die sehr große, dem Trägheitswiderstand vergleichbare Zeitkonstante T des Kreises 4, 6 die Elektrizitätsmenge reguliert, die der vom Detektor gleichgerichtete Strom im Kondensator anhäuft. Die Mitnahme ist nicht durch den Augenblickswert der Amplitude S bestimmt, sondern durch den Mittelwert dieser Amplitude über der Zeitkonstante T gleiche. Zeitintervalle. Nun behält dieser Mittelwert stets dasselbe Vorzeichen, da sein Wert im wesentliehen gleich der Amplitude F der Trägerschwingung ist.

Ganz allgemein kann man also sagen, daß das vorliegende Verfahren eine örtliche Schwingung von konstanter Amplitude durch jede beliebige Schwingung

S sin 2πft

mitzunehmen gestattet, deren Frequenz f konstant und deren Amplitude S bald positiv, bald Null, bald negativ ist; die einzige Bedingung hierfür ist, daß der Mittelwert von 6" über ein beliebiges, der Zeitkonstante T des Kreises 4,6 gleiches Zeitintervall stets das gleiche Vorzeichen bewahrt.

Infolgedessen kann das Verfahren auf die Schwingungen der Fig. 7, deren Amplitude bald Null, bald gleich S₁ ist, unter der einzigen Bedingung angewendet werden, daß die Pausen kurz sind gegenüber der Zeitkonstante T.

Das vorliegende Verfahren' kommt noch auf Schwingungen in Anwendung, deren Amplitude bald gleich S₁, bald gleich —S₂ ist (Fig. 8). Die Schwingungen der Amplitude S₁ entsprechen beispielsweise den Punkten und Strichen eines telegraphischen Alphabets und die Schwingungen — S₂ den Pausen. Wenn man das Verhältnis kennt, das bei einer sehr lange dauernden Übertragung zwischen der von den Punkten und Strichen eingenommenen Gesamtzeit und derjenigen der Schweigepausen besteht, so findet man durch einfache Rechnung das Verhältnis, das die Amplituden S₁ und S₂ erhalten müssen, damit der Mittelwert S der Amplituden sich während einer der Zeitkonstanten T gleichen Zeitdauer mit einer der Größe nach bekannten Wahrscheinlichkeit über einem bestimmten geforderten Grenzwert hält. Dieser Grenzwert entspricht genau der Amplitude H einer Trägerschwingung. Wenn die Schwingungen

der Fig. 8 als telegraphische Zeichen dienen, so haben sie noch den Vorteil, daß sie, wenn . sie im Detektor des Empfängers mit einer mitgenommenen örtlichen Schwingung interferieren, einen Detektorstrom ergeben, der für die Punkte und Striche gleich + Si und für die Pausen gleich —S₂ ist; die Änderung des Stromes, der den Schreiber betätigt, ist also S₁ -\- S₂, anstatt S₁ im Falle der Fig-7-

Um den Apparat anzuwenden, d. h. um die beiden Schwingungen, die im Detektor 1 miteinander interferieren, mitzunehmen, genügt es, ihre Frequenzen / und /' durch sorgfältige Abstimmung des Hauptkondensators 8 und des Hilfskondensators 9 auf benachbarte Werte zu bringen.

Diese Einstellung wird erleichtert, indem man mit einem an passender Stelle eingeschalteten Telephon die akustischen Schwebungen abhört, die durch die Interferenz der beiden Schwingungen im Detektor 1 entstehen. Der musikalische Schwebungston wird um so tiefer, je mehr sich die Kondensatoren der Abstimmstellung nähern. Wenn die Differenz /', / der beiden Frequenzen genügend klein geworden ist, geht die endgültige Mitnahme der Schwingungen selbsttätig vor sich: Der vom Milliamperemeter 10 angezeigte Strom / springt dann plötzlich vom Wert /₀ auf einen im allgemeinen abweichenden, zwischen J₀ —S und Z₀-J-S liegenden Wert und stabilisiert sich auf diesem Wert, vorausgesetzt, daß man die Einstellung der Kondensatoren 8 und 9 unverändert läßt. Wenn man dagegen mit der Regelung dieser Kondensatoren fortfährt, ändert sich der Strom kontinuierlich; die beste Regelung besteht darin, den Strom auf diese Weise auf den Anfangswert /₀ zurückzuführen: Die beiden Schwingungen haben dann 90° Phasenunterschied, und die Mitnahme ist so stabil wie möglich.

Jede der beiden Energiequellen kann eine selbsterregte Röhre, eine Wechselstrommaschine oder eine Kombination von asynchronen Generatoren sein, die so miteinander interferieren, daß eine einzige Schwingung entsteht. Die Überwachung der Frequenz der einen der beiden Energiequellen durch die physikalische Größe kann auch auf verschiedene Weise erfolgen. Wenn die überwachte Energiequelle eine selbsterregte Röhre ist, kann die Überwachung darin bestehen, daß die Polarisation einer Elektrode dieser Röhre geändert wird. Wenn die überwachte Energiequelle eine Wechselstrommaschine ist, so kann der durch die Interferenz der beiden Schwingungen im Detektor erzeugte Strom die Erregung des Motors beeinflusssen, der die Wechselstrommaschine antreibt.

Fig. 9 ist eine abgeänderte Schaltung der Fig. i, bei der die Potentialänderungen im Punkte 7 mittelbar auf die Schwingröhre 3 einwirken.

In dieser Schaltung ist die Röhre 1 eine Doppelgitterröhre, bei der auf das eine Gitter die bei 2 ankommenden Schwingungen und auf das andere Gitter die Schwingungen des örtlichen Generators 3 geleitet sind.

Die Anwendungen der Vorrichtung der Erfindung sind zahlreich und wichtig. Die Vorrichtung kann in Meßapparaten verwendet werden. Sie kann auch Anwendung finden, um die Schwingung großer Leistung einer n₅ Sendestation oder durch einen Hilfsgenerator mitzunehmen, der geringe Leistung hat, aber eine sehr stabile, beispielsweise piezoelektrisch geregelte Frequenz besitzt.

Aber das Hauptanwendungsgebiet ist der Empfang von mit Draht oder durch Hertzsche Wellen übertragenen Zeichen (Telegraphic,

Telephonie, Bildübertragung, Fernsehen usw.). Fig. io ist hierfür ein Beispiel. Das übertragene Zeichen, das Fig. 3 bis S entsprechen kann, wird von der Empfangsantenne 24 aufgenommen und in die üblichen Glieder 25 geleitet, wie Resonanzkreise, Verstärker. Die Frequenz des ankommenden Zeichens kann durch einen nicht dargestellten örtlichen Schwingungserzeuger geändert werden. Dieses Zeichen wirkt alsdann auf das Gitter der Röhre 27 ein, deren Anodenkreis zwei parallele Zweige 2 und 2' unter solchen Bedingungen speist, daß die Schwingungen des Zeichens im Zweig 2 um 90 ° gegen die Schwingungen im Zweig 2' phasenverschoben sind. Diese Wirkungsweise wird durch geeignete Bemessung des Widerstandes 29, der Induktivität 28 und der Kapazität 30 erreicht. Der Zweig 2 speist die bereits in Fig. 1 beschriebenen Organe; die vom örtlichen Generator 3 gelieferte sinusförmige Spannung konstanter Phase wird also durch die Schwingung des in 2 ankomemnden Zeichens mitgenommen, und diese Mitnahme wird in der Weise geregelt, daß die beiden Schwingungen in 90 ° Phasenunterschied auf den Detektor 1 einwirken. Infolgedessen ist die örtliche Schwingung, die außerdem auf das Gitter eines zweiten Detektors 33 einwirkt, selbst¹ tätig in Phase (oder in Gegentakt) mit der im Zweig 2' ankommenden Signalschwingung. Die Interferenz dieser beiden Schwingungen ergibt im Anodenkreis dieses Detektors 33 einen Strom

7'-=/'₀ + 6* cos^',

welcher den Wert

/' = J'₀ + S (oder /' = /'„ — S)

hat, da A' gleich Null (oder gleich i8o°) ist. Die Änderungen dieses Anodenstromes geben also genau die Änderungen der Amplitude ^S¹ des Zeichens wieder; dieses wird durch die Röhre 36 verstärkt und im Registrierapparat 11 aufgenommen.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   ι. Verfahren zur Aufrechterhaltung des Mitnahmezustandes zweier Schwingungen durch Steuerung der Frequenz der einen dieser Schwingungen mittels einer Interferenzschwingung, die durch das Zusammenwirken der Schwingungen erzeugt wird und von ihrem Phasenunterschied abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schwingungen in solcher Weise zusammenwirken läßt, daß der Interferenzstrom praktisch eine Sinusfunktion des Phasenunterschiedes der beiden interferierenden Schwingungen ist, daß die Amplitude dieser Sinusfunktion der einen der Schwingungen proportional ist und daß die auf die Frequenz der einen der Schwingungen ausgeübte Steuerung mittels einer Vorrichtung geschieht, die nur Ströme von Null- oder sehr niedriger Frequenz durchläßt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Aufrechterhaltung des Mitnahmezustandes zweier Schwingungen, deren eine evtl. gestört oder moduliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Interferenzstromes derjenigen der gestörten Schwingung proportional ist, und daß dieser Strom gleich Null wird, wenn der Phasenunterschied der beiden Schwingungen den Wert 90 ° annimmt.
3. 3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Detektor, in welchem die zwei Schwingungen zur Interferenz gebracht werden, und einen Schwingungserzeuger, von dem die Frequenz der einen der mitgenommenen Schwingungen abhängt, enthält, und daß die Frequenz dieses Schwingungserzeugers durch den Synchronisierungsstrom gesteuert wird mittels eines nach dem Detektor angeordneten Stromkreises, der nur Ströme von Null- oder sehr tiefer Frequenz durchläßt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Synchronisierungsstrom herauswählende Stromkreis aus einem Niederfrequenzfilter oder aus einem mit einem Kondensator in Nebenschluß geschalteten Widerstand besteht.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger, dessen Frequenz gesteuert wird, aus einer in Selbsterregerschaltung arbeitenden Röhre besteht, und daß der Synchronisierungsstrom auf die Vorspannung der einen ihrer Elektroden wirkt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erhöhung der Stabilität des Mitnahmezu- no Standes die Eigenfrequenz des Schwingungserzeugers, von dem die Frequenz der einen der beiden in Mitnahme verbundenen Schwingungen abhängt, so eingestellt ist, daß der Phasenunterschied zwischen diesen Schwingungen in der Nähe von 90 ° liegt.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der mitgenommenen Schwingungen eine örtliche 120 _t und die andere eine aus dem empfangenen Signal gewonnene Schwingung ist.
8. 8. Empfänger nach Anspruch ι bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er enthält: Einen Schwingungserzeuger, der eine örtliche Schwingung erzeugt, die mit 90 ° Phasenunterschied von der aus dem Signal gewonnenen Schwingung mitgezogen wird, ferner Mittel zur Phasenänderung der einen dieser Schwingungen um 90 ° und einen Detektor, der gleichzeitig von diesen beiden Schwingungen in gleicher Phase betätigt wird.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden im Mitnahmebereich befindlichen Schwingungen die Trägerwelle einer örtliehen Sendestation ist und die andere Schwingung die empfangene Trägerwelle einer entfernten Sendestation ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen