DE657166C - Roehrenschaltung fuer Messzwecke - Google Patents

Description

Zur Messung von frequenzabhängigen Größen werden in der Fernmeldetechnik Sender und Empfänger verwendet in getrennten Schaltungen, die elektrisch voneinander unabhängig sind. Es ist bekannt, als Empfänger einen Überlagerungsempfänger mit Resonanzverstärkung der tonfrequenten Mischfrequenz zu verwenden. Solche Überlagerungsempfänger haben den Vorteil einer hohen Gesamtverstärkung ohne Rückkopplungsgefahr und einer Siebung, die wie ein Bandpaßfilter wirkt mit einer Lochfrequenz, die über den gesamten Frequenzbereich stetig verändert werden kann.

Als weiterer Vorteil ist auch noch die Verwendungsmöglichkeit eines Telephons im Anzeigekreis hervorzuheben. Dieses kann fast beliebig überlastet werden, ist trotzdem sehr empfindlich und gestattet, Störungen leichter zu erkennen.

Diese Empfänger haben aber auch gewisse Nachteile, die ihre Verwendung bisweilen erschweren, zum Teil sogar unmöglich machen; so müssen sowohl im Sender als auch im Empfänger dabei je Schwing- und Verstärkerröhren und alle Elemente zur stetigen Einstellung des Schwingkreises enthalten sein. Der Aufwand an Material und Bedienungsze.it wird insbesondere bei Streckenmessungen außerordentlich lästig empfunden.

Außer diesen Schwierigkeiten hat sich noch folgernder Mangel gezeigt. Es ergibt sich vielfach die Notwendigkeit, bei einer Messung die Meßfrequenz zur Abstimmung mitzuverwenden, d. h. eine Abstimmung durch Andern der Meßfrequenz herbeizuführen und damit die Meßunsicherheit und den Aufwand im eigentlichen Meßgerät zu verringern. Sind z. B. diejenigen Frequenzen und Widerstände einer Leitung zu bestimmen, bei denen ihr Scheinwiderstand reell wird, so vergleicht man die Leitung zweckmäßig in einer Brückenschaltung mit einem veränderbaren Normalwiderstand und verändert diesen und die Meßfrequenz bis zum Gleichgewicht der Brücke. In einem Überlagerungsempfänger würde sich dabei außer der Eingangsspannung die Tonhöhe ändern, so daß insbesondere zwischen der empfangenen Lautstärke und der Eingangsspannung nicht mehr Proportionalität besteht und es daher praktisch unmöglich wird, das Minimum der Eingangsspannung aufzufinden. Hier versagt also* der Überlagerungsempfänger, und man müßte wieder zum aperiodischen Empfangsverstärker und Siebkette zurückgreifen. Insbesondere bei großem Frequenzbereich wird hierbei der Aufwand an Siebmitteln sehr groß.

Nun besteht ferner grundsätzlich die Möglichkeit, durch einfache Modulation dem Meß-

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden: Dr.-Ing. Adolf Wirk in Berlin-Spandau und Dipl.-Ing. Herbert Knapp in Berlin-Haselhorst.

objekt eine modulierte Frequenz zuzuführen, nach Passieren desselben gleichzurichten und die Niederfrequenz zu empfangen. Dieses Verfahren ist jedoch hur dann anzuwenden; wenn an das Gerät nur geringe Anforderung gen, insbesondere bezüglich der Höhe d Dämpfung, gestellt werden. Wird nämlich, ein Meßobjekt vorausgesetzt, dessen Dämpfung hoch ist, läßt sich eine Messung nach dem genannten Verfahren nicht mehr durchführen, da dann der Meßpegel unter den Rauschpegel fällt. Selbst bei sorgfältigstem Aufbau ist dann prinzipiell eine Trennung nicht mehr durchführbar. _A

Gemäß der Erfindung werden 'nun diese Nachteile der bestehenden Meßschaltungen dadurch verbessert, daß eine Röhrenschaltung für Meß.zwecke vorgesehen ist, bestehend aus einer Stromquelle beliebig veränderbarer Frequenz, dem Meßobjekt und einem Überlagerungsempfänger mit konstanter Ausgangsfrequenz, bei der die Hilfsfrequenz im Überlagerungsempfänger zwangsläufig in konstantem Frequenzabstand von der seinen Eingangsklemmen zugeführten, vom Meßobjekt kommenden. Frequenz gehalten wird, in Form der mehrfachen Modulation mit Unterdrückung eines Seitenbandes.

Es ist an sich bereits bekannt, Schaltungen zu benutzen, bei denen eine doppelte Modulation verwendet wird. Dabei wird die Frequenz der Ortswelle unabhängig von den Änderungen der Frequenz der empfangenen Welle konstant gehalten. Dieses Verfahren ist jedoch nur für den Empfang elektromagnetischer Wellen geeignet und für Meßschaltungen nicht anwendbar, da in der ersten Modulationsstufe beide Seitenbänder entstehen und auch erhalten bleiben. Eine Unterdrückung des einen Seitenbandes ist bei der vorbekannten Anordnung nicht erforderlich, da es sich um ein Fadingausglelchverfahren handelt. Im Falle eines Meßgerätes aber wird die Generatorfrequenz das eine Mal unabhängig im Meßgerät in Amplitude und Phase geändert, so daß bei Zweiseitenbandübertragung eine Auslöschung der Empfangsfrequenz erfolgen kann, ohne daß die Sendefrequenz im Ausgang des Meßobjektes Null wird.

Die zwangsläufige Kopplung von Hilfsfrequenz und Generatorf requenz bewirkt, daß für beide ein gemeinsamer Generator benutzt werden kann.

Zu diesem Zweck wird eine beliebige, stetig veränderbare Trägerfrequenz /_x des Senders mit einer festen Frequenz f₂ (z.B. 300 Hz) moduliert, und es wird dafür gesorgt, daß nur ein Seitenband, z. B. Zi+ /2* ausgesendet wird. Die Frequenz /1 -f f₂ stellt die dem eigentlichen Meßgerät und Meßobjekt zugeführte Meßfrequenz dar. Durch diese Modulation, also die Verwendung einer Generatorfrequenz Zi, die von der eigentlichen Meßfrei$c§.jenz um einen bestimmten Betrag konstant ■ 'grttfernt ist, wird es möglich, auch in den ein- - gangs gekennzeichneten Fällen einen Über- ' lagerungsempfänger zu verwenden, denn im Ausgang des Meßgerätes wird erfindungsgemäß die Frequenz /_x + /₂ wieder mit der Trägerfrequenz Z₁ desselben oben benutzten Generators moduliert und die damit unabhängig von Zi konstante Differenz /₂ etwa über weitere Verstärkungsglieder zur Anzeige gebracht. Die «Amplitude dieser Frequenz /₂ ist dabei stets proportional der Amplitude der Frequenz f_± -\- f₂ im Ausgang des xVTeßgerätes.

In der beiliegenden Figur (Bild 1) ist das Prinzip dieser Meßschaltung an Hand eines Beispiels veranschaulicht. G₁ stellt den stetig veränderbaren Trägerfrequenzgenerator dar, der die Frequenz Z₁ abgibt, G₂ den Generator mit der festen Frequenz f_s. Die Frequenzen Z₁ und Z2 werden nun dem Modulator M₁ zügeführt, in dem die Frequenzen Zi + Z2 und Z₁ —Z2 entstehen, von denen jedoch nur eine (/1 + /2) dem Meßobjekt zugeführt werden darf. Es ist nämlich notwendig, wie oben bereits ausgeführt, ein Seitenband im Ausgang des Senders, hier Zi—/2» ^zu unterdrücken, da sonst bei der beschriebenen Anordnung die Frequenz Z₂ am Ende zweimal mit umgekehrtem Vorzeichen auftritt und daher bei 'gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase der Seitenbänder überhaupt verschwindet.

Die Frequenz Zi + Z2 wird nun nach Passieren des eigentlichen Meßgerätes Ms dem Modulator M₂ zugeführt. Erfindungsgemäß erfolgt die Modulation nun durch Wiederzüsetzen der jeweiligen Frequenz Zi₁ die von dem Generator G₁ abgezweigt ist. Die konstante Differenzfrequenz f₂, die der Frequenz des Generators G₂ entspricht, wird nunmehr der Anzeigevorrichtung A zugeführt, die zweckmäßig aus einem abgestimmten Verstärker mit Telephon besteht.

Es gelingt durch die Erfindung also, für Sender und Empfänger ein und denselben Schwingungserzeuger G₁ zu verwenden, so daß bei Frequenzvariation die Bedienung sich auf die jeweilige — unter Umständen sogar automatische —■ Einstellung eines einzigen · Schwingungskreises beschränkt, d.h. daß nur der Drehkondensator des ' Generators G₁ durchgedreht zu werden braucht, wobei dann der Überlagerungsempfänger bereits automatisch richtig abgestimmt ist. Durch diese Schaltung werden die oben beschriebenen Nachteile bei der Anwendung auf Nullmethoden vermieden, und man hat

ferner den großen Vorteil der einfachen Bedienung und des erheblich geringeren Materialaufwandes gegenüber der Verwendung von aperiodischen Empfangsverstärkern und Siebketten.

Zu der Gesamtanordnung ist ergänzend noch folgendes zu bemerken. Die 'Unterdrückung eines Seitenbandes gelingt ohne be-.sondere Siebketten z.B. in bekannter Weise ίο dadurch, daß zwei amplitudengleiche Trägerfrequenzen Zi mit der Phasenverschiebung von 90⁰ moduliert werden mit zwei amplitudengleichen Modulierfrequenzen /₂ von der Phasenverschiebung 90⁰ und addiert werden. Es genügt hierbei, wenn das eine Seitenband etwa bis zu einer Amplitude von So°/o des zweiten Seitenbandes unterdrückt wird. Die Schaltung wird dadurch sehr einfach, die Trägerfrequenz Zi kann in einer widerstandsreziproken Brückenschaltung über ein größeres Frequenzgebiet um konstant 90⁰ gedreht werden. Der dabei auftretende Gang der Amplitude braucht nicht stetig entzerrt, sondern nur in größeren Frequenzintervallen berücksichtigt zu werden, d. h. praktisch, die phasendrehehde Brückenschaltung wird nach etwa je drei bis vier Oktaven entsprechend der Frequenz umgeschaltet.

Der Frequenzraum, in dem die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet, ist besonders "groß, weil die Frequenzen f_t und Z₁ + Z₂ einander nahezu beliebig nahekommen dürfen ohne Gefahr für die Beständigkeit ihrer Differenz. Es ist durchaus möglich, von einer Frequenz im Tonfrequenzgebiet (z. B. 1000 Hz) bis zu einigen MHz hinaufzugehen. Wird die unterste Frequenz wie angegeben gewählt, dann liegt die Abhörfrequenz mit z. B. 300 Hz noch genügend weit entfernt. Im speziellen ergibt sich für eine so gewählte Abhörfrequenz noch eine besondere Ausgestaltungsart des Erfindungsgedankens. Es können auch über einfache Frequenzweichen die Verstärkerröhren des Senders gleichzeitig als Empfangsverstärkerröhren mit gegebenenfalls singulärer Verstärkung für 300 Hz mitbenutzt werden. Da die Frequenz /₂ außerhalb des Variationsbereiches von Zi liegt, ist es ohne weiteres möglich, die Sendeverstärker röhren gleichzeitig zur Übertragung beider Frequenzen heranzuziehen. Um aber ein eventuelles Absinken der Verstärkungskurve bei den für f₂ in Frage kommenden niedrigen Frequenzen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, durch Resonanzglieder eine besonders hohe Verstärkung allein für /₂ zu erreichen. Auf diese Weise ist es sogar möglich, noch den Anzeigeverstärker zu sparen. Es ist hierfür noch besonders hervorzuheben, was auch allgemein für den Erfindungsgegenstand gilt, daß es möglich ist, auf besonders kleinen Raum Sender und Empfänger einschließlich Zubehörteilen zu vereinigen, was für Streckenmessungen ausschlaggebende Bedeutung hat. Die Ariwendungsmöglichkeit der Erfindung für Streckenmessungen erstreckt sich auch auf solche Messungen, bei denen eine längere Leitung z. B. auf frequenzabhängige Dämpfung untersucht werden soll, wo also der Empfangsort räum-Hch getrennt vom Sendeort ist. Hier ist dem Modulator M₂ am Empfangsort die Frequenz Z₁ des veränderlichen Generators, G₁ z. B. über eine besondere Leitung zuzuführen, deren Dämpfung z. B. für die Nullmethode belanglos ist.

Grundsätzlich ist auch die Anordnung nach Bild 2 möglich, in der das Meßgerät die Frequenz Z₁ und der Modulator M₂ aus dem Modulator M₁ die in ihrer Spannung ungedämpfte Hüfsfrequenz J₁ -j- /₂ erhält. Dabei ist jedoch die Gefahr groß, daß im Ausgang von M₁ noch die Frequenz Z₁ enthalten ist mit einer Amplitude, die groß werden kann gegen die im Meßgerät stark gedämpfte Ausgangsspannung, was bei Nullmethoden von Bedeutung ist. Die Frequenz Z₂ im Ausgang von M₂ würde dann kein absolutes Minimum durchlaufen können.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Röhrenschaltung für Meßzwecke, bestehend aus einer Stromquelle beliebig veränderbarer Frequenz, dem Meßobjekt und einem Überlagerungsempfänger mit konstanter Ausgangsfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüfsfrequenz im Überlagerungsempfänger zwangsläufig in konstantem Frequenzabstand von der seinen Eingangsklemmen zugeführten, vom Meßobjekt kommenden Frequenz gehalten wird, in Form der mehrfachen Modulation mit Unterdrückung eines Seitenbandes.

2. -Röhrenschaltung für Meßzwecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der stetig veränderbaren Frequenz und der Hüfsfrequenz des Überlagerungsempfängers ein gemeinsamer Generator benutzt wird.

3. Röhrenschaltung für Meßzwecke nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine stetig veränderbare Frequenz eines Generators, mit einer festen Frequenz eines zweiten Generators zurModu- H5 lation gebracht, eine Seitenbandfrequenz hiervon dem Meßobjekt zugeführt und durch nochmalige Modulation mit der veränderbaren Frequenz des ersten Generators nach Durchlaufen des Meßobjektes wieder eine feste Anzeigefrequenz erhalten wird.

4· Röhrenschaltung für Meßzwecke nach Anspruch ι und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung eines Seitenbandes in an sich bekannter Weise zwei amplitudengleiche, um 90⁰ gegeneinander in der Phase verschobene Trägerfrequenzen (Z₁) mit zwei amplitudengleichen, ebenfalls um 90⁰ in der Phase gegeneinander verschobenen Modulierfrequenzen (^₂) - moduliert und addiert werden.

5. Röhrenschaltung für Meßzwecke nach Anspruch ι und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Frequenz im Bereich großer Empfindlichkeit des Ohres gewählt und als Anzeigevorrichtung ein Telephon verwendet wird.

6. Röhrenschaltung für Meßzwecke nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerröhren so des Senders gleichzeitig als Empfangsverstärkerröhren verwendet werden.

7. Röhrenschaltung für Meßzwecke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verstärkerröhrenschaltung des Senders eine singuläre Verstärkung für die Anzeigefrequenz vorgesehen ist.

8. Röhrenschaltung für Meßzwecke nach Anspruch 1 bis 4 für Streckenmessungen, bei denen der Empfangsort räum-Hch getrennt vom Sendeort liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Senders (G₁) dem Empfangsort über eine besondere Leitung zugeleitet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen