DE642238C

DE642238C - Schaltung zur amplitudengetreuen Phasenverschiebung eines Frequenzbandes um 90íÒ

Info

Publication number: DE642238C
Application number: DES97083D
Authority: DE
Inventors: Henri Chireix
Original assignee: Societe Francaise Radio Electrique
Current assignee: Societe Francaise Radio Electrique
Priority date: 1930-03-05
Filing date: 1931-03-03
Publication date: 1937-03-09
Also published as: US1946274A; FR708058A; GB363904A

Description

Es sind schon Schaltungen bekannt, bei denen man dem Ausgang eine gegenüber der Eingangsspannung- um 90 ° verschobene Spannung entnehmen kann. In diesen Schaltungen wird nur für eine bestimmte Frequenz die gewünschte Phasenverschiebung erreicht. Drückt man also dem Eingang ein ganzes ■ Frequenzband auf, so ist auch wieder nur für eine Frequenz die Phasenverschiebung genau 90 ° und ist für die anderen Frequenzen größer oder kleiner. Außerdem ist dann das Verhältnis der Eingangs amplitude zur Ausgangsamplitude für die gleiche Frequenz innerhalb des Bereiches nicht konstant.

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, diese Nachteile zu beseitigen. Es soll also eine Schaltung geschaffen werden, mit deren Hilfe ein ganzes Frequenzband um genau 90 ° gegenüber einem ursprünglichen verschoben werden kann, und zwar derart, daß das Amplitudenverhältnis von ursprünglicher Spannung zu verschobener Spannung innerhalb des Frequenzbandes nicht schwankt.

Eine solche Schaltung ist z. B. von Bedeutung bei der drahtlosen Telegraphie- und Telephonieübertragung, bei der ein Seitenband und gegebenenfalls die Trägerwelle unterdrückt werden sollen und die Unterdrückung ohne die Anwendung von Bandfiltern bewirkt werden soll durch Kombination zweier Modulationsvorgänge, deren rioch- und niederfrequente Anteile gegeneinander um 90 ° in der Phase verschoben sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter mit Erfolg bei Schaltungen angewendet werden, bei denen Frequenzbänder für die Zwecke der Mehrfach- oder Geheimtelegraphie oder -telephonie transponiert werden müssen.

Im folgenden, wird zunächst eine ange-"näherte Lösung des Problems gezeigt und dann weiterbeschrieben, wie die Annäherung beliebig gut gemacht werden kann. Die Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur angenäherten Lösung; es sind hier in Reihe eine Induktanz L, eine Kapazität C und zwei Widerstände r und r' angeordnet. Die Eingangsspannung E wird durch die Leitungen 1 und 1' zwischen L und C einerseits und zwischen r und / andererseits zugeführt; die Ausgangs'spannung wird zwischen den Leitungen 2 und 2' aufgenommen, die einerseits zwischen L und r und andererseits zwischen C und r' angeschlossen sind; in diesem- Kreis sind für alle in Frage kommenden Frequenzen die Widerstände r und r' klein gegenüber den Impedanzen der Selbstinduktion und' Kapazität. Wenn der Kreis LC bei der Frequenz ω_ϋ in

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Henri Chireix in Paris.

Resonanz ist und wenn r — r' ist, so ist die Spannung zwischen 2 und 2'

c —'

Lw_n

CO

CO,

Diese Spannung schwankt wenig, wenn—-

um den Wert ι schwankt, und ist andererseits gegenüber E genau um 90 ° versetzt unter Vernachlässigung von Größen zweiter Ordnung, wenn man annimmt, daß die Schwankung von e einen kleinen Betrag erster Ordnung darstellt.

Ein anderes Ausführungsbeispiel stellt Fig. 2 dar, wo die Impedanzen klein gegenüber den Widerständen R sind.

Die Schaltungen gemäß Fig. 1 und 2 stellen aber noch eine unexakte Lösung der Aufgabe dar.

Eine bessere Lösung ergibt die Schaltung nach Fig. 3; hier sind Q₁, P₁, Q₂ Phasenverschiebungsanordnungen nach Art der Fig. 1 und 2, T ein Transformator mit zwei Sekundärwicklungen, i, 1' Eingangsleitungen, 2, 2' eine Ausgangsleitung für die phasenverschobene Spannung, 3, 3' eine Ausgangsleitung für die in Phase liegende Spannung. Wenn die Telephonströme bei 1, 1' zugeführt werden, nimmt man bei α b eine gegen E um 90 ° versetzte Spannung mit der Amplitude

CO_n

W_n

ab, wobei α ein gewisser durch die Anordnung Q₁ bedingter Koeffizient ist.

Andererseits nimmt man bei c d vermittels eines Potentiometers direkt einen in Phase befindlichen Teil von der Spannung E ab. Man fügt dann dieser in Phase befindlichen Spannung eine andere Spannung hinzu, die durch den Transformator T geliefert wird. Diese Spannung wird durch die Spannung a b erzeugt, nachdem letztere durch eine Vorrichtung P₁ hindurchgegangen ist, die der Vorrichtung O₁ identisch oder ähnlich ist. Sie ist von der Form

Ε-β ΓΞ- + Β»

w₀

und mit E in Phase, denn sie hat eine doppelte Phasenverschiebung um 90 ° durchgemacht. Der Transformator T liefert in gleicher Weise eine Spannung, die man einer Vorrichtung Q₂, ähnlich P₁ und Q₁, zuführt und die bei e f eine Spannung von der Form

CO_n

wiedergibt, die gegen E um 90⁰ verschoben ist, da sie drei aufeinanderfolgende Phasenverschiebungen durchgemacht hat.

Alan hat also endgültig bei _', 2' eine um 90 ° verschobene Spannung von der Form

■αήισ.-bei 3· ο' eine in Phase liegende Spannung 'von der Form

co₀

Durch eine geeignete Wahl der Parameter α, β, γ kann man diese beiden Spannungen innerhalb eines großen Frequenzbereiches untereinander gleichmachen. Wenn z. B. α = o,82, β = 0,19, γ — o,oi25 gemacht werden, so ist die Differenz der Spannungen gegenüber ihrer Summe kleiner als 2,5% für

einen Frequenzbereich von —bis 10 · co₀, d. h.

für ein Frequenzspektrum von 1 bis 100.

Zu beachten ist übrigens, daß das Verfahren zur Erhaltung von Korrektionsgliedern durch Einführung von aufeinanderfolgenden Korrektionsanordnungen in die Schaltung allgemein ist und daß man in die Leitungen 2, 2' bzw. 3, 3' ein drittes Spännungskorrektionsglied wieder einführen kann, darauf ein viertes usw.

Nichtsdestoweniger ist zu beachten, daß, wenn auch die relativen Amplituden und ihre Phasenbeziehungen zueinander gewahrt werden, die Amplitude in bezug auf ihren absoluten Wert wächst, wenn man sich von dem geometrischen Mittel der Frequenzgrenzen des Bandes entfernt. Diesen Nachteil kann man dadurch beseitigen, daß man in den Eingangskreis einen Korrektionskreis legt, der in seiner einfachsten Form ein einfacher, entsprechend gedämpfter Resonanzkreis ist, wie er durch C angedeutet ist. Praktisch wird die Schaltung derart ausgeführt, daß jede Leistungsentnahme aus den beiden Phasentransformationskreisen vermieden wird, zweckmäßigerweise durch Anwendung von Verstärkerröhren, wie das in Fig. 4 angedeutet ist.

Eine Abänderung der Fig. 4 zeigt die Schaltung gemäß Fig. 5. Diese Schaltung hat zum Ziel, die Phasenverschiebungen zu vermeiden, die durch die Transformatoren eingeführt werden könnten, wenn diese nicht richtig konstruiert sind.

Nachdem man die beiden aufeinander senkrecht stehenden Frequenzbänder hergestellt hat, wird ein Mittel zur Anwendung des Modulationsverfahrens gemäß der Erfindung durch die Schaltung gemäß Fig. 6 geliefert.

Zwei hochfrequente, um 90⁰ versetzte Spannungen werden von der Leitung 1, 1' den beiden abgestimmten Kreisen I und II zugeführt, wobei der Kreis II seine Spannung von

dem Kreis I erhält. Diese Spannungen werden · zwei symmetrischen Kreisen III und IV zugeführt, von denen jeder zwei Röhren oder Röhrengruppen enthält, die in Gegentakt geschaltet sind. Die Gitter des symmetrischen Kreises III werden über Leitungen 7, 7' gespeist, die andererseits mit den beiden Belegungen des Kondensators 11 des Kreises I verbunden sind; dieser enthält zwei Selbst-Induktionen, von denen die eine, 9, zur Kopplung mit der Selbstinduktion 13 dient, die direkt in der Leitung I, 1' liegt, während die andere, 9', zur Kopplung mit der Selbstinduktion 10 des Kreises II dient. An die Belegungen der Kapazität 12 des zweiten Kreises sind die beiden Gitterleitungen 8, 8' des Kreises IV angeschlossen. Die Gitter-Kathoden-Kreise schließen sich über Mittelanzapfungen der Selbstinduktion 9, 10, die mit der Erde 15 über Gitterbatterien 14, 14' verbunden sind, während die Kathoden in gleicher Weise an die Erde 15 angeschlossen sind. Die den Kreisen III und IV zugeführten Spannungen werden in irgendeiner Weise moduliert, und zwar über die Leitungen, 2, 2' und 3, 3' mittels zweier senkrecht aufeinander stehender Frequenzbänder, wie sie aus Schaltungen entsprechend den Fig. 4 oder 5 verfügbar werden.

Die modulierten Schwingungen im'Ausgang der Kreise III und IV werden durch Addition oder Subtraktion im Kreise V kombiniert, derart, daß man an den Klemmen 4 eine modulierte Frequenz entnehmen kann, deren eines Seitenband vollständig und deren Trägerwelle zum Teil unterdrückt ist, je nachdem, ob das Gleichgewicht bei den symmetrischen Kreisen .vorhanden oder nicht vorhanden ist. Es wird auf diese Weise eine Unterdrückung eines Seitenbandes erreicht, ohne dazu Bandfilter verwenden zu müssen, die in vielen Fällen nicht den gewünschten Erfolg geben.

In dem einen und in dem anderen Falle erhält man ein Übertragungssystem, das den im Eingang'angegebenen Bedingungen entspricht. In dem Fall eines Rundfunksenders, der nach dem vorliegenden Prinzip mit modulierter Hochfrequenzverstärkung arbeitet, wird die Schaltung nach Fig. 6 einfach zwischen zwei Hochfrequenzverstärkerstufen eingeschaltet.

Die Erfindung bietet ferner zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten "für kurze Wellen, insbesondere für geheime oder nichtgeheime Multiplexübertragungen. Nachstehend ein Ausführungsbeispiel, das sich auf gleichzeitige telephonische Übertragungen bezieht. Die Frequenzen der ersten telephonischen Übertragung P kann man in einem gegebenen Augenblick symbolisch Σ-P schreiben, ebenso die Frequenzen der zweiten Übertragung Σ Q-Die Spektren umfassen naturgemäß - dasselbe Gebiet, nämlich das der Sprache. Bei Verwendung der Schaltungen gemäß Fig. 3, 4 oder 5 und 6 kann man das Spektrum Σ-Ρ transponieren in das Spektrum Σ (F + P) oder in das Spektrum Σ (F-P), wobei F eine Frequenz in der Größenordnung von einigen tausend pro Sekunde ist, derart, daß das neue Spektrum^ (F + P) oder Σ (F-P) von dem Spektrum Σ Q getrennt wird.

Man kann also einen Kurzwellensender der Frequenz F₀ gemäß den Schaltungen 3 bis 5 modulieren und erhält im Ausgang dieses Senders Seitenbänder folgender Form:

Werden diese Bänder ausgesendet und mittels bekannter Anordnungen empfangen, so ist damit ein geheipier oder nichtgeheimer Verkehr gegeben. Es können entweder eines der Bänder oder alle beide empfangen werden.

In dem Falle, wo die zu bewirkende Bandverschiebung nur von der Größenordnung von einigen tausend Perioden ist, wie eben anläßlich der Beispiele von Multiplexverkehr dargelegt ist, kann das Schema der Fig. 6 durch ein einfacheres Schema gemäß Fig. 7 ersetzt werden.

Es seien I, II, III, IV Drehkondensatoren, deren Kapazitäten sich folgendermaßen schreiben ließen:

C -f c cos co t für I
C — ccoscoi für II
C -{- c sin ω t für III

C — c sin ω f für IV,

und es seien V gleiche Kondensatoren von einer vor C + ^c beträchtlichen'Kapazität Γ.

Man führe andererseits bei 2, 2' und 3, 3' der Fig. 7 die durch die Schaltung gemäß den Fig. 4 und s gelieferten Spektren zu, die durch die Ausdrücke dargestellt werden

«„ cos (ί2_η£—■ φ_η) und^T a_n sin [Q_nt-—<p_n)

Die Rechnung zeigt, daß man zwischen 4 und 4', je nach dem Sinn der Verbindung, eine Spannung· abnehmen kann von der Form

·ρ·>. «„cos

C ⁿ

ψ 2 ^a" ^cos

Man kann also folgendes bewirken:

i. niederfrequente Transponierung, indem

man der Schaltung der Fig. 4 oder 5 z. B. die Schaltung· der Fig. 7 folgen läßt;

2. die Unterdrückung der hochfrequenten Trägerwelle und eines der Seitenbänder, indem man das vorher erhaltene Spektrum einer neuen Schaltung zuführt, die den Schemata der Fig. 4 und 5 konform ist und an die sich die Schaltung der Fig. 6 anschließt.

Claims

Patentansprüche:

i. Schaltung zur amplitudengetreuen Phasenverschiebung eines Frequenzbandes um 90 °, dadurch gekennzeichnet,, daß in

ig einer Brückenschaltung zwei aneinanderstoßende Zweige eine Induktivität und eine Kapazität enthalten, während die beiden anderen Brückenzweige aus einander gleichen Ohmschen Widerständen gebildet , sind, deren Wert von den Werten der induktiven und kapazitiven Impedanz wesentlich verschieden ist, und daß die in der Phase zu verschiebende Schwingung^ zwischen dem Verbindungspunkt der Kapazität und der Induktivität und dem Verbindungspunkt der beiden Ohmschen AViderstände zugeführt und die phasenverschobene Schwingung an der anderen Briidkendiagonale abgenommen wird.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ungerade Anzahl von Phasendrehkreisen in Kaskade geschaltet werden und in einem gemeinsamen Kreis die Ausgangsströme mehrerer solcher in Kaskade geschalteter Kreise überlagert werden.
3. Schaltung nach Anspruch 1 zur Erzielung einer Welle, die mit der ursprünglichen Welle in Phase ist und die gleiche Amplitude besitzt wie die um 90 ° verschobene Welle, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl von Phasendrehkreisen in Kaskade geschaltet wird und in einem gemeinsamen Kreis die Ausgangsströme mehrerer solcher in Kaskade geschalteter Kreise überlagert werden.
4. Schaltung für drahtlose Nachrichtenübermittlung unter Ausstrahlung nur eines Seitenbandes, bei der in bekannter Weise von einer Hochfrequenzquelle zwei um 90 ° gegeneinander verschobene Ströme abgeleitet werden, die nach Modulation mit zwei gleichfalls um 90 ° gegeneinander verschobenen Modulationsströmen in einem gemeinsamen Kreis kombiniert werden. dadurch gekennzeichnet, daß man aus der Hochfrequenzquelle zwei um 90 ° verschobene Wellen entnimmt, die jede durch einen der beiden symmetrischen Kreise hindurchgehen, wobei die Ausgangsströme dieser Kreise jeder durch ein um 90⁰ verschobenes Frequenzspektrum moduliert werden, das aus der gemeinsamen Modulationsquelle kommt, und wobei die modulierten Ströme in einem gemeinsamen Kreis überlagert werden, der mit den symmetrischen Kreisen gekoppelt ist.
5. Schaltung zur Frequenztransponierung nach Anspruch 1 bis 3, bestehend aus zwei durch einen ihrer Scheitel verbundenen Brücken, von denen jede Brücke zwei nebeneinanderliegende variable Kondensatoren (I, II, III, IV) und zwei Impedanzen (V) enthält, deren Werte von denen der variablen Kondensatoren sehr ⁷^ verschieden sind. Gegenüberliegende Scheitel jeder Brücke werden durch zwei um 90 ° gegeneinander verschobene Wellen von gleicher Amplitude gespeist, die dadurch erhalten sind, daß das Verfahren gemäß dem Anspruch 1 auf eine ursprüngliche Welle angewendet wird, die zu dem Spektrum der zu transponierenden Frequenzen gehört. Die Frequenzen des transponierten Spektrums werden dann an den Scheiteln entnommen, die dem gemeinsamen Scheitel beider Brücken gegenüberliegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen