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Anordnung zur Regelung des Übertragungsmaßes in Signalübertragungssystemen
Für Signalübertragungssysteme mit selbsttätiger Regelung des Übertragungsmaßes auf
der Empfangsseite wird die Aufgabe gestellt, daß die Verstärkung der Empfangsschaltung
in den Empfangspausen nicht wesentlich höher als während der Signalübertragung werden
darf. Wenn neben den Signalfrequenzen noch eine Steuerfrequenz oder z. B. bei Trägerstromsystemen
die Trägerwelle dauernd übertragen wird, so kann diese in einfacher Weise als Maß
für die Einstellung der richtigen Verstärkung benutzt werden. Es gibt jedoch auch
zahlreiche Fälle, in denen z. B. bei Trägerstromsignalsystemen der Träger nur gleichzeitig
mit den Signalen ausgesandt wird, während in den Signalpausen überhaupt keine Ausstrahlung
stattfindet. Ähnliche Verhältnisse liegen beim Abstimmen von Trägerstromsignalempfängern
mit selbsttätiger Verstärkungsregelung vor, ferner auch bei der niederfrequenten
Regelung von Sprachübertragungssystemen ohne Steuerfrequenz. Bei diesen Systemen
muß also auf andere Weise vermieden werden, daß die Verstärkung in den Signalpausen
zu hoch ansteigen kann.
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Es ist zur Lösung dieser Aufgabe eine Anordnung bekannt, bei der die
Verstärkung durch Parallelschalten eines Dämpfungswiderstandes stark herabgesetzt
wird, wenn die Empfangsamplitude einen bestimmten einstellbaren Betrag unterschreitet
oder die dieser Amplitude entsprechende Verstärkung des selbsttätigen Amplitudenreglers
einen bestimmten Wert übersteigt. Die Verstärkungserhöhung durch den selbsttätigen
Regler des Empfängers soll dadurch ausgeglichen werden. Diese Anordnung mit einer
nur von der Amplitude abhängigen Steuerung hat jedoch den erheblichen Nachteil,
daß sie zu Fehlschaltungen neigt und z. B. den Empfang praktisch unterbindet, wenn
die Empfangsamplitude während der Übertragung unter den eingestellten Wert sinkt.
Insbesondere bei drahtlosen Übertragungen mit ihren starken Lautstärkeschwankungen
kann dies verhältnismäßig häufig vorkommen, da man mit Rücksicht auf den ebenfalls
schwankenden Störpegel die Schaltung nicht zu empfindlich einstellen darf. Auch
bei -langen Freileitungen, die großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, können
die hierdurch verursachten Pegelunterschiede so groß werden, daß die bekannte Anordnung
ihren Dienst versagt.
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Gemäß der Erfindung wird ein unerwünscht hohes Übertragungsmaß während
der Signalpausen dadurch vermieden, daß eine zusätzliche Steuerung der Regelung
in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Pegeländerung selbsttätig vorgenommen
wird. Die
zusätzliche Regelung erfolgt derart, daß nur durch rasche
Pegeländerungen eine Beeinflussung des Regelkreises erfolgt. Sinngemäß muß hierbei
die Empfangsverstärkung immer.. dann, wenn beim Übergang von der Signäi" übertragung
zur Signalpause ein plötzlic Absinken der Amplituden stattfindet, hei' ' gesetzt
und beim plötzlichen oder sehr raschem" Ansteigen des Pegels nach Beendigung der
Signalpause wieder heraufgesetzt werden. Die Gesamtverstärkung des Empfängers bleibt
dann ,im wesentlichen konstant. Voraussetzung ist natürlich, daß die Zeitdauer und
die Art des Überganges von der Signalübertragung zur Signalpause und umgelehrt wesentlich
anders ist als bei Fadings und anderen zu Schwankungen der Empfangsamplitude führenden
Übertragungsstörungen. Bei Trägerstromsy stemen mit Regelung durch die Trägerwelle
oder bei Systemen, in denen' eine besondere Steuerfrequenz für die Regelung jeweils
während der Signalübertragung übermittelt wird, kann die erwähnte Bedingung durch
rasches An- und Abschalten der Trägerwelle bzw. Steuerfrequenz leicht erfüllt werden.
Aber auch- bei Sprachübertragungssystemen mit niederfrequenter Regelung ohne besondere
Steuerfrequenz läßt sich ein einwandfreies Arbeiten des Reglers nach dem Grundsatz
der Erfindung erzielen, solange sich die Anstiege und Abfälle'der Sprachlaute von
den durch Änderung der Übertragungsverhältnisse bedingten Pegelschwankungen genügend
unterscheiden.
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Anordnungen zur Regelung des Übertragungsmaßes, bei denen eine zusätzliche
Steuerung der Regelung stattfindet, sind an sich bekannt. Die zusätzliche Steuerung
erfolgte jedoch nicht wie beim Erfindungsgegenstand in Abhängigkeit von der- Geschwindigkeit
der Pegeländerungen, sondern in Abhängigkeit von der Größe des Pegels oder von der
Dauer eines bestimmten Pegelwertes. Auch zusätzliche Steuerungen, die auf die Frequenzzusammensetzung
der ankommenden Ströme ansprechen, sind bekanntgeworden. In diesem Fall handelte
es sich darum, eine Unterscheidung zwischen Störströmen und Sprachströmen herbeizuführen.
Schließlich ist auch schon vorgeschlagen worden, die Geschwindigkeit der Regelung
zusätzlich in Abhängigkeit von der Größe der ankommenden Signalamplituden zu steuern.
Alle diese Verfahren waren jedoch nicht in der Lage, eine unerwünschte Erhöhung
des Übertragungsmaßes während der Signalpausen zu verhindern.
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Die von der Geschwindigkeit der Pegeländerungen abhängige Beeinflussung
erfolgt zweckmäßig derart, daß die Empfindlichkeit des Steuerteiles des Reglers
geändert wird. Dies ist vorteilhafter als eine besondere -Umschaltung der Empfangsverstärkung
an einer zweiten Stelle, da man die in dem Pegelregler vorhandenen Glättungsregler
mit--benutzen kann. Es ist klar, daß bei Ver-@4,fßerung der Steuerwirkung die Empfangs-,akN,tärkung
herabgesetzt Wird, solange die @.:ngangsamplitude konstant ist. Wird also '-erfindungsgemäß
die Änderung der Steuer-.
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wirkung von der Eingangsamplitude abhängig gemacht, indem bei plötzlich
sinkender Eingangsamplitude die Steuerwirkung vergrößert wird, und umgekehrt, so
kann die Verstärkung trotz der plötzlichen Eingangspegeländerungen annähernd konstant
gehalten werden.
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Dies bedeutet einen weiteren Vorteil gegenüber der Verstärkungsbeeinflussung
an einem zweiten Punkt. Die beiden Wirkungen auf die Ausgangsamplitude werden in
eine vereinigt, so daß im günstigsten Falle überhaupt keine Beeinflussung des Übertragungsweges
beim Übergang von Signal zu Pause, und 'umgekehrt, auftritt, wo' sonst eine Differenzbildung
zweier nie ganz gleicher Vorgänge restliche Schwankungen verursacht. Als Regler
können Vorwärts- und Rückwärtsregler verwendet werden. Jedoch sind Rückwärtsregler
vorzuziehen, weil hier-der Schaltinechanismus stets von angenähert gleichen Amplituden
betrieben wird.
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Als Mittel für die Steuerung des Reglers in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
der Pegeländerung können beispielsweise Differentialschaltungen Verwendung finden,
bei denen Energien gegeneinander geschaltet werden, die aus den Empfangsenergien
durch verschieden starke Glättung gewonnen werden. Man kann beispielsweise Eingangs-
und Ausgangsspannung eines hinter dem Regelgleichrichter liegenden Tiefpaßfilters
miteinander vergleichen, indem man von der Überlegung auggeht, daß bei langsamen
Pegelschwankungen die Eingangsspannung und Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters an-'
nähernd gleich verlaufen, während bei raschen Pegeländerungen die Spannung vor dem
Filter einen steileren Verlauf nimmt als die Ausgangsspannung. Gegebenenfalls kann
auch ein Bandfilter vor dem Regelgleichrichter verwendet werden. Eine andere Möglichkeit
ist die Verwendung von parallel geschalteten Elementen verschiedener Zeitkonstante,
wobei die Spannungen an bestimmten Punkten wiederum miteinander verglichen werden
und bei raschen Pegeländerungen einen voneinander verschiedenen Verlauf zeigen.
Ferner ist es möglich, zur Unterscheidung zwischen langsamen und schnellen Übergängen
einen Übertrager an Stelle der Elemente mit verschiedener Zeitkonstante zu verwenden,
dessen Sekundärwicklung das Relais betreibt (Impulsschaltung).
In
allen derartigen Fällen kann im Differentialzweig der Schaltung ein polarisiertes
Relais verwendet werden, welches ohne Zwischenlage von dem einen Betriebszustand
zum anderen umschaltet und jeweils den zuletzt erreichten Betriebszustand beibehält.
" Diese Bedingung erfüllen die in der Telegraphentechnik verwendeten polarisierten
Relais, jedoch kann an ihrer Stelle auch ein Röhrenkipprelais, z. B. ein Kallirotron
mit überkritischer Kopplung, verwendet werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den nachstehend beschriebenen
und .in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen hervor, die sich auf Trägerstromsignalsysteme
beziehen.
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In Fig. r und z bedeutet das mit HV bezeichnete Rechteck einen Trägerfrequenzverstärker,
der die Empfangsenergie beispielsweise einem Antennensystem entnimmt. Auf diesen
Verstärker folgt ein regelbarer Verstärker RV, der gegebenenfalls noch eine Detektorstufe
enthalten kann. Das Trägerfrequenzband bzw. das nach der Demodulation erhaltene
Niederfrequenzband gelangt dann über die Ausgangsklemmen A zu den weiteren Empfangsstufen,
deren Aufbau hier nicht interessiert.
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Hinter dem regelbaren Verstärker RV werden durch den Verstärkergleichrichter
VG
die Signalströme gleichgerichtet oder die Gleichstromkomponenten
der Ausgangsspannungen des Empfangsgleichrichters verstärkt.
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In Fig. r folgt auf diesen Verstärkergleichrichter ein Tiefpaßfilter
TI, welches die von dein Ver stärkergleichrichter gelieferte Steuergleichspannung
so weit glättet, daß kurzzeitige Störungen ausgeglichen werden. Es folgt dann ein
weiteres Tiefpaßfilter T." welches eine weitere Glättung der Steuerspannung bewirkt.
Dieses Filter wird zur Bildung einer Differentialschaltung benutzt; indem die nicht
geerdete Eingangsklemme mit der nicht a geerdeten Ausgangsklemme durch' ein polarisiertes
Relais R überbrückt wird.
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Im Ausgang des Filters T. liegt ein aus den Widerständen W1 und W2
gebildeter Spannungsteiler mit einem durch den Kontakt r des Relais R umschaltbaren
Abgriff. Die hinter diesem Spannungsteiler vorhaildene Steuerspannung wird dann
über ein weiteres Filter T3 dem regelbaren Verstärker RV zugeführt.
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Während der Signalübertragung liegt der Relaiskontakt r in der gezeichneten
Stellung, so daß nur 'ein Teil der am Spannungsteiler LV" W2 liegenden Steuergleichspannung
auf den regelbaren Verstärker einwirkt. Wird nun beim übergang zur Signalpause der
Träger plötzlich abgeschaltet, so ändert sich die dein Trägerstrompegel entsprechende
Ausgangsgleichspannung des Verstärkergleichrichters VG, urld zwar so schnell, daß
die Eingangsspannung des Tiefpaßfilters T2 einen wesentlichen anderen Verlauf nimmt
als die Ausgangsspannung. Dadurch bekommt das polarisierte Relais R einen Impuls
bestimmter Richtung, der den Kontakt r des Relais nach oben umlegt und hiermit die
gesamte Ausgangsspannung des Filters 72 an den Eingang des Filters T3 anschaltet.
Da gleichzeitig auch mit dem Absinken des Eingangspegels die Steuerspannung des
Reglers verringert wird, kann bei geeigneter Bemessung der. Elemente die Verstärkung
des Regelverstärkers RV annähernd konstant gehalten werden, während sie ohne die
von der Pegeländerungsgeschwindigkeit abhängige Beeinflussung der Regelung in störender
Weise hinaufgehen würde.
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Wenn die Signalpause beendet ist und die Signalübertragung wieder
einsetzt, d. h. der Träger wieder eingeschaltet wird, so ändert sich die Ausgangsspannung
des Ver stärkergleichrichters VG wiederum sehr steil, jedoch im eiltgegengesetzten
Sinne, so daß jetzt das polarisierte Relais R in die der Signalübertragung entsprechende
Lage umgesteuert und der Kontakt r wieder in die gezeichnete Lage bewegt wird. Jetzt
liegt wiederum nur der dem Widerstand W2 entsprechende Teil der Ausgangsspannung
des Filters T2 an dem die Verbindung mit dem Regelverstärker RV herstellenden Filter
T3, so daß die Empfindlichkeit der gesamten Anordnung wieder ihren normalen Wert
besitzt.
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Das Filter T3 dient im wesentlichen dazu, die beim Schalten des Relais
entstehenden Stöße zu glätten und den Regler stabil .zu halten. Es kann zweckmäßig
so bemessen werden, daß der Regler kurze Signalpausen überbrückt.
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Voraussetzung für ein gleichmäßiges Arbeiten und sicheres Ansprechen
des polarisierten Relais beim Übergang von der Signalübertragung zur Signalpause
und umgekehrt ist, daß die Laufzeit des Netzwerkes T2 klein gegenüber seiner Einschwingzeit
ist.
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Eine andere Ausführungsform ist in Fig. 2 wiedergegeben. Hier ist
außerdem in schematischer Form gezeigt, wie etwa die Tiefpaßfilter T1 und T3 ausgebildet
sein können. Das Tiefpaßfilter T2 ist hier durch eine Parallelschaltung von zwei
Stromwegen T2' und T.," ersetzt, die verschiedene Zeitkonstante aufweisen. Das polarisierte
Relais R ist derart mit dieseil beiden Zweigen verbunden, daß wiederum rasche Pegeländerungen
zu einem Ansprechen des Relais in dem einen oder anderen Sinne führen, während langsame
Pegeländerungen keinen Einfluß auf das Relais ausüben.
Das Tiefpaßfilter
T1 kann unter Umständen in Fortfall kommen, wenn durch die sonstigen Schaltelemente
eine genügende Glätteng erzielt wird.
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Durch die Schaubilder in Fig. 3 a bis 3 d ist die Wirkungsweise der
Differentialschaltung für das polarisierte Relais in schematischer Form angedeutet.
Es ist zur Veranschaulichung angenommen, daß der Pegel entsprechend Fig. 3a' zunächst
plötzlich ansteigt (Übergang von der Signalpause zur Signalübertragung) und nach
einer gewissen Zeit allmählich absinkt (z. B. Dämpfungserhöhung infolge eines Fadings).
Vergleichsweise ist auch das plötzliche Absinken bei Übergang zur Signalpause angedeutet.
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Hinter dem auf den Verstärkergleichrichter TAG folgenden Tiefpaßfilter
TI möge die Spannung den in Fig. 3 b gezeigten Verlauf haben, während der Spannungsverlauf
hinter dem Tiefpaßfilter T2 etwa der in Fig. 3 c gezeigten Kurve entspricht.. Die
beiden Kurven unterscheiden sich dadurch, daß die rasche Pegeländerung verschieden
steil wiedergegeben wird, während die langsame Pegeländerung sich in beiden Fällen
annähernd gleich auswirkt.
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Fig. 3 d zeigt den Ausgleichstrom, der durch die Relaiswicklung des
polarisierten Relais R fließt und etwa der Differenz der Ströme gemäß Kurve 3 b
und Fig. 3 c entspricht. Es zeigt sich, daß ein Relaisstrom nur bei steilen Pegeländerungen
vorhanden ist, während er ßei langsamen Pegeländerungen praktisch gleeich . Null
ist.
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Ein Übertrager wirkt ähnlich, jedoch nicht in dieser vollkommenen
Weise, so daß er nur bei gut ausgeprägtem Unterschied der Anstiege verwendbar ist.