DE662456C - Einrichtung zur Umwandlung phasen- oder frequenzmodulierter Schwingungen in amplitudenmodulierte oder umgekehrt - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Umwandlung phasenmodulierter oder auch frequenzmodulierter Schwingungen in amplitudenmodulierte Schwingungen oder umgekehrt und insbesondere auf Empfänger für phasenmodulierte Schwingungen. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Schwingungen durch ein auf den Träger abgestimmtes Quarzfilter mit nicht neutralisierter Elektrodenkapazität oder ein entsprechendes Filter geschickt, welches die beiden Seitenbänder der modulierten Schwingung gegenüber dem Träger im gleichen Sinne um 90⁰ in der Phase verschiebt.

Die Erfindung ermöglicht z. B. eine Demodulation phasenmodulierter Schwingungen mit einfachsten Mitteln. Ein einfaches Quarzfilter, bei dem die Eigenkapazität der Elektroden nicht durch eine Neutralisation kompensiert ist, übt auf die hindurchgehenden, hoch- oder zwischenfrequenten Schwingungen die Wirkung aus, daß es die Phase der Seitenbänder gegenüber der des Trägers um 90⁰ dreht. Es stellt damit ein Mittel dar, Phasenmodulation in Amplitudenmodulation umzuwandeln und umgekehrt. Weiterhin kann bei einer amplitudenmodulierten Schwingung eine Verstärkung der Trägerschwingung gegenüber den Seitenbändern erreicht werden, indem durch Verwendung zweier Quarzfilter in Hintereinanderschaltung die Phase der Seitenbänder gegenüber der des Trägers um i8o° gedreht wird. Dabei wird aus der Amplitudenmodulation wieder eine Amplitudenmodulation, aber dip Trägeramplitude wird im Verhältnis zu der der Seitenbänder angehoben.

Auch bei den bisher bekannten Empfängern für phasenmodulierte Schwingungen wurden bereits Quarzfilter verwendet. Diese Quarze dienten aber bei diesen bekannten Einricri^ tungen nur dazu, die Trägerschwingung v-oä den Seitenbändern zu befreien. Die gefilterte Schwingung vertsat dann die Stelle eines örtlichen Oszillators, der mit der Sendestation in Tritt gehalten wurde, so daß die Pha- senschwankungen zum Zwecke der späteren Gleichrichtung in Amplitudenschwankungen umgewandelt wurden, indem die phasenmodulierte Schwingung mit der gefilterten Schwingung in bestimmter Weise kombiniert wurde.

¹S Als Quarzfilter wurden dabei solche benutzt, die eine symmetrische Resonanzkurve besitzen, wie sie etwa in Abb. ι dargestellt ist. Eine solche Frequenzkennlinie erhält man, indem man einen abgeschirmten Quarzkristall verwendet oder ein Quarz mit neutralisierter Elektrodenkapazität, wie es Abb. 4 zeigt. Bei dieser Schaltung wird der Beitrag der Hochoder Zwischenfrequenzspannung, der dem Gitter 9 der Verstärkerröhre 6 über die Kapazität der Elektroden des Quarzes 5 zugeführt wird, neutralisiert durch eine Spannung entgegengesetzter Phase, die über den Kondensator C_n herangeführt wird, welche die gleiche Kapazität hat wie die Elektroden des Quarzes. Die dem Eingang 1 aufgedrückte Schwingung erscheint am Ausgangskreis 8 derart gefiltert, als ob sie ein Filter mit der Resonanzkurve gemäß Abb. ι durchlaufen hätte, und kann darauf irgendeinem Nutzkreis zugeführt werden. Es war auch bekannt, die Flanke der Resonanzkurve eines etwas gegen die Trägerfrequenz verstimmten Kristallfilters als Demodulationskennlinie zu benutzen; dieses Verfahren ergibt jedoch Ver-"zerrungen, sofern der benutzte Kennlinienteil nicht streng geradlinig ist. Bei einem Empfänger gemäß der Erfindung wird die gefilterte Schwingung, die also durch den Quarz 5 übertragen wird, nicht mit der ungefilterten, die durch den Kondensator C_n hindurchgeht, wieder kombiniert, wie es in Abb. 4 dargestellt ist, sondern es wird die Schwingung unmittelbar dem Gleichrichter zugeführt, nachdem sie durch ein- Quarzfilter mit nicht neutralisierter Elektrodenkapazität hindurchgegangen ist. In Abb. 3 wird die modulierte Schwingung dem Eingangstransformator 1, dessen Sekundärseite abgestimmt ist, aufgedrückt und über den Quarz 5, dessen Elektrodenkapazität in keiner Weise neutralisiert ist, dem Gitter 9 der Verstärkerröhre 6 zugeführt. An den Ausgang 8 kann ein Gleichrichter angeschlossen werden, wie er zur Demodulation amplitudenmodulierter Schwingungen üblich ist. Die Resonanzkurve der Phase der in Abb. 3 dargestellten Filteranordnung ist besonders gut geeignet für die Umwandlung phasenmodulierter Schwingungen in amplitu- • {Jenmodulierte. Bei der neutralisierten Filteränordnung, deren Resonanzkurve Abb. 1 zeigt, -kann man dagegen sofort einsehen, daß der Träger, im ganzen gesehen, gegenüber den Seitenbändern nicht in der Phase gedreht wird, wenn die Trägerfrequenz gleich der Eigenfrequenz des Quarzes ist. Oberhalb der Eigenfrequenz wird nämlich die Ausgangsschwingung des Quarzes in der Phase voreilen, unterhalb des Quarzes nacheilen. Die höheren Seitenbandfrequenzen werden also um angenähert 90⁰ in der einen Richtung, die tieferen Seitenbandfrequenzen um denselben Betrag in der anderen Richtung phasenverschoben werden, während der Träger keine Phasenverschiebung erleidet. Notwendig ist aber, daß beide Seitenbänder gegenüber dem Träger in der gleichen Richtung verschoben werden, um eine Umwandlung der phasenmodulierten Schwingung in eine amplitudenmodulierte zu erhalten. Ein Filter mit nicht neutralisierter Elektrodenkapazität, wie es in der An-Ordnung nach Abb. 3 verwendet wird, besitzt nun eine Frequenzkennlinie, wie sie Abb. 2 zeigt, wobei die Phase des Trägers, dessen Frequenz an der Stelle des Maximums liegt, nicht gedreht wird, während die beiden Sei- 9" tenbänder in der gleichen Richtung um 90⁰ in der Phase verschoben werden, da auf jeder Seite der Eigenfrequenz des Quarzes eine Phasenvoreilung statthat. Dies folgt aus einer Betrachtung des elektrischen Ersatz-Schemas des Quarzes, das Abb. 5 zeigt. Die Größen L, C und R stellen die wirksame Selbstinduktion, die wirksame Kapazität und den wirksamen Ohmschen Widerstand des Quarzes dar, C₁ die Kapazität der Elektroden. Bei seiner Eigenfrequenz wirkt der Quarz wie ein reiner Ohfnscher Widerstand und bewirkt keine Phasenverschiebung. Bei niedrigeren Frequenzen werden die Kapazitäten C und C₁ vorherrschend, so daß die Ausgangsspannung in der Phase voreilt. Bei höheren Frequenzen stellt die aus L, C und R bestehende Reihenschaltung einen hohen Scheinwiderstand dar, und die Kapazität C₁ wird vorherrschend. Der Quarz wirkt also auf beiden Seiten seiner Eigenfrequenz als Kapazität, und die Ausgangsspannung eilt in jedem Falle vor. Diese Eigenschaft ermöglicht_die Umwandlung der Phasenmodulation in Amplitudenmodulation. Die Seitenbänder werden gegenüber dem Träger um 90⁰ in der Phase verschoben, und zwar in der gleichen Richtung. Dadurch wird eine phasenmodulierte Schwingung, bei der die Seitenbänder an sich eine Phasenverschiebung von 90° gegen die Trägerschwingung besitzen, in eine amplitudenmodulierte verwandelt.

Wie aus der Frequenzkennlinie der Abb. 2 hervorgeht, ist die Trägeramplitude groß gegenüber der der Seitenbänder, so daß der Quarz ein Anheben der Amplitude des Trägers bewirkt. Die Größe der Amplitudenerhöhung der Trägerschwingung kann durch Bemessung des Quarzes, insbesondere durch Bemessung· der Elektrodenkapazität, eingestellt werden.

Bei einem Empfänger muß eine Einrichtung vorgesehen werden, die die Kreise in genauer Abstimmung auf die Eigenfrequenz des Quarzes hält, da die Trennschärfe des Quarzes sehr hoch ist, verglichen mit der

*5 durch elektrische Schwingungskreise üblichen Art erreichbaren Frequenzstabilität. Um die Schwingungsenergie für den Regelgleichrichter der selbsttätigen Scharfabstimmungseinrichtung zu erhalten, ist es wünschenswert,

^ao einen Quarzkristall zu besitzen, dessen Eigenfrequenz genau gleich der des zur Umwandlung dienenden Quarzes ist, der aber eine symmetrische Resonanzkurve besitzt, wie sie Abb. ι zeigt. Noch zweckmäßiger ist es, die Anordnung so zu treffen, daß man ein und denselben Kristall sowohl für den einen wie für den anderen Zweck verwenden kann. Schaltungen, die diese Aufgabe erfüllen, sind in den Abb. 6 und 10 dargestellt. Diese An-Ordnungen unterscheiden sich von der gemäß Abb. 4 dadurch, daß hier die Neutralisation über eine Kopplungsröhre erfolgt. Die vom Neutralisierungskondensator C_n abgenommene Spannung > wird daher nicht an die andere Belegung des Quarzes 5 gelegt und damit an das Gitter der Verstärkerröhre 6, sondern vielmehr an das Steuergitter q' einer besonderen Kopplungsröhre io, deren Anode mit der der Röhre 6 verbunden ist. Diese Maßnahme läßt die nicht neutralisierte Quarzausgangsspannung, deren Frequenzabhängigkeit durch die Resonanzkurve nach Abb. 2 wiedergegeben wird und die durch Demodulation unmittelbar gleichgerichtet werden kann, frei

♦5 verfügbar am Gitter q der Röhre 6. In entsprechender Weise kann die nicht gefilterte Schwingung am Gitter q' der Röhre 10 abgenommen werden. Die neutralisierte Filterschwingung, deren Frequenzabhängigkeit Abb. ι zeigt, tritt im gemeinsamen Anodenkreis 8 der beiden Verstärkerröhren 6 und 10 auf.

Bei der Schaltung nach Abb. 10 wird die modulierte Schwingung vom Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers eines Überlagerungsempfängers dem Transformator 1 zugeführt. Die nicht neutralisierte, vom Quarz S abgenommene Schwingung wird der als Zweipolgleichrichterröhre wirkenden Dreipolröhre 20 über eine Verstärkerröhre 22 zugeführt. Der Anodenkreis 32 dieser Verstärkerröhre ist auf die Zwischenfrequenz abgestimmt. Die gleichgerichtete Energie wird vom Gleichrichter 20 einem Niederfrequenzverstärker 21 zugeführt. Die beiden Gegentaktgleichrichterröhren 24 und 26 dienen zur Erzeugung der Frequenzregelspannung. Die durch den Quarz unter Neutralisation der Elektrodenkapazität gefilterte Schwingung wird diesen Gleichrichtern über den abgestimmten Kreis 8 zügeführt, der mit der Spule 29 gekuppelt ist, welche an die beiden Gleichrichter in Gegentaktschaltung angeschlossen ist. Der Kreis 8 wird von den miteinander verbundenen Anoden der Röhren 6 und 10 im Gleichtakt gespeist. Die Kreise führen also neutralisierte Filterschwingungen dem Gleichrichterpaar 24 und 26 gegenphasig zu. Nicht gefilterte Schwingungsenergie wird, durch die Verstärkerröhre 36 verstärkt und mit einer Phasenverschiebung von 90⁰ gegenüber der gefilterten Schwingung über einen Kopplungskondensator 36" dem Mittelabgriff 34 der Sekundärseite 29 des Gegentakttransformators 8, 29 und damit gleichphasig den beiden Gleichrichtern zugeführt. Die abgestimmte Kopplungsimpendanz 36' muß so eingestellt sein, daß sie die notwendige Phasenverschiebung hervorruft. Die Frequenzregelspannung wird von den Belastungswiderständen 24' und 26' im Gegentakt abgenommen und durch Filterkreise, die aus den Widerständen 24" und 26" und dem Kondensator C bestehen und über einen doppelpoligen Umschalter 38 sowie einen einfachen Schalter 30 dem Gitter der Frequenzregelröhre 40 zugeführt. Diese regelt die Frequenz des Überlagereroszillators 41, dessen Gitter geerdet ist. Die Regelspannung kann natürlich auch bei einem Empfänger mit zweifacher Überlagerung zur Frequenzregelung eines zweiten Oszillators verwendet werden. Der doppelpolige Umschalter 38 ermöglicht es, die Regelspannung der Regelröhre 40 im richtigen Sinne zuzuführen, und der Schalter 30 gestattet, die Frequenzregeleinrichtung durch Erden des Gitters der Frequenzregelröhre 40 außer Betrieb zu setzen. Der Einfachheit halber sind die Heizkreise in den Abbildungen weggelassen worden. Z stellt eine Hochfrequenzdrossel, die beiden mit MA bezeichneten Organe· stellen je ein Milliamperemeter dar.

Die Schaltung nach Abb. 7, zeigt eine Anordnung, bei der die Grundsätze der erfindungsgemäßen Einrichtung auf den Empfang amplitudenmodulierter Schwingungen angewendet sind, indem eine Erhöhung der Trägerfrequenzamplitude im Verhältnis zu der Amplitude der Seitenbänder, also eine Verringerung des Modulationsgrades stattfindet. Der erste Quarz, der das Zeichen 5 trägt, wandelt an seinem nicht neutralisierten Aus-

gang die ankommende amplitudenmodulierte Schwingung in phasenmodulierte um, indem er die Seitenbänder gegenüber dem Träger in der gleichen Richtung in der Phase dreht und gleichzeitig das Verhältnis der Trägeramplitude zu der der Seitenbänder erhöht. Die umgewandelte Schwingung wird darauf dem Steuergitter 42 der Kopplungsröhre 43 und von deren Anode einem zweiten Quarz 46 zugeführt. Dieses zweite Quarzfilter wandelt die phasenmodulierten Schwingungen wieder in amplitudenmodulierte um, indem sie beide Seitenbänder wiederum in gleicher Richtung in der Phase verschiebt, so daß nunmehr eine normale Gleichrichtung angewendet werden kann. Gleichzeitig wird das Verhältnis von Trägeramplitude zur Amplitude der Seitenbänder weiter vergrößert. Die Gleichrichtung wird in der Zweipolröhre 44 vorgenommen. Die neutralisierte Filterenergie wird von dem gemeinsamen Anodenkreis 8 der Röhren 6 und 10 abgenommen und den Regelgleichrichtern für die selbsttätige Scharfabstimmung in ähnlicherWeisewiebei der in Abb. 10 gezeigten Schaltung zugeführt. Die ungefilterte Schwingung wird von dem Kreis 1 über die Kopplungsröhre 36 dem Mittelabgriff 34 der Spule 29, die mit dem Kreis 8 gekoppelt ist, zugeführt. Die Phasenverschiebung der ω ungefilterten Schwingung kann durch den Kreis 36' hervorgerufen werden. Durch den Schalter 49 kann der zweite Quarz 46 kurzgeschlossen werden, wodurch der Empfänger in einen solchen für phasenmodulierte Schwingungen zurückverwandelt wird.

Die Schaltung nach Abb. 8 zeigt einen Empfänger für phasenmodulierte Schwingungen, der ebenfalls von den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung Gebrauch macht und bei dem ein abgeschirmter Quarz Verwendung findet. Die zwischenfrequente, phasenmodulierte Schwingung wird über den Transformator ι an das Steuergitter der Röhre 52 und gleichfalls an das Steuergitter der Röhre 51 gelegt und von der Anode der Röhre 51 dem abgestimmten Kreis 56 zugeführt, der mit dieser Anode verbunden ist. Dieser Kreis liegt parallel zu den Eingangselektroden des abgeschirmten Filters 53. Der abgestimmte Kreis 56 ist in üblicher Weise so eingestellt, daß die Kapazität der Quarzelektroden kompensiert wird. Diese Abstimmung hat zur Folge, daß der Quarz in der Resonanzkurve dieses Kreises eine Einbuchtung hervorruft, so daß die sich ergebende Resonanzkurve eine Form annimmt, wie sie Abb. 9 zeigt, bei der /₀ die Trägerfrequenz darstellt. Auf beiden Seiten des Tiefstpunktes der Einbuchtung ändert sich die Phase der Spannung am Kreis und am Quarz sehr rasch infolge der hohen Trennschärfe des Quarzes. Die gefilterte Schwingung, deren Phase sich sehr rasch ändert und deren Amplitude stark ansteigt, wenn man sich von der Eigenfrequenz des Quarzes etwas entfernt, wird zur Erzeugung der Frequenzregelspannung mit Hilfe der Zweipolröhren 54 und 55 nutzbar gemacht. Eine derartige Filteranordnung erzeugt eine ideale Frequenzkennlinie für Einrichtungen zur selbsttätigen Scharfabstimmung, da innerhalb eines gewissen Bereiches die zur Regelung zur Verfügung stehende Energie um so größer ist, je weiter man sich von der richtigen Einstellung entfernt. Diese gefilterte Schwingung wird mit der ungefilterten, durch die Kopplungsröhre 52 übertragenen kombiniert, indem man sie dem Mittelabgriff der Sekundärseite 64 des Transformators 58 zuführt, dessen Primärwicklung 62 die Spule des Anodenkreises der Röhre 52 bildet. Die Frequenzregelspannung wird von den Belastungswiderständen 66 und 68 der Zweipolröhren 54 und 55 im Gegentakt abgenommen und der Frequenzregelröhre 59 zugeleitet, die die Frequenz des ersten oder zweiten Überlagerungsoszillators regelt.

Die Schwingung, die der als Empfangsgleichrichter wirkenden Zweipolröhre 57 zugeführt wird, ist in eine amplitudenmodulierte Schwingung umgewandelt worden, was in ähnlicher Weise wie bei den bereits erläuterten Schaltungen vor sich geht, hier aber unter Verwendung eines mit drei Belegungen versehenen Quarzes. Ein derartiges Quarzfilter kann einen Schirm 6" zwischen Eingangs- und Ausgangselektroden besitzen; es ist aber eine Kapazität C vorgesehen, die die Abschirmwirkung aufhebt und dem Filter statt einer symmetrischen Resonanzkurve, wie sie Abb. 1 zeigt, eine unsymmetrische verleiht, wie sie in Abb. 2 dargestellt ist. Die Ausgangsschwingung wird dem Gleichrichter 57 zugeführt. Die Kapazität C kann auch durch eine veränderbare Abschirmung ersetzt werden; so kann z. B. eine bewegliche geerdete Platte zwischen den beiden Elektroden hin und her geschoben werden, um sie in veränderbarer Weise voneinander abzuschirmen.

Den Eingangselektroden der Regelgleichrichtung wird die gefilterte Schwingung gleichphasig, die ungefilterte gegenphasig zugeführt. Die genaue Phasenverschiebung von 90⁰ kann durch Einstellung der Abstimmung des Anodenkreises der Röhre 52 vorgenommen werden.

Wird nur ein Quarz verwendet, wie es beim ¹¹S Empfang phasenmodulierter Schwingungen der Fall ist, so bleibt eine etwaige Amplitudenmodulation zu einem gewissen Betrage erhalten, was auf die Seitenbandbeeinflussung durch den Quarzkristall zurückzuführen ist. Da nämlich die dicht benachbarten Seitenbänder auf der einen Seite des Trägers teilweise

wegen der Einbuqhtung in der Resonanzkurve des nicht neutralisierten Quarzes unterdrückt werden, wirkt der Quarz wie ein Einseitenbandfilter für niedrige Modulationsfrequenzen. Daher kommen die tieferen Modulations* frequenzen sowohl bei Phasen- wie bei Amplitudenmodulation durch, falls auf Empfang phasiemtnodulierter Schwingungen eingestellt ist. Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Quarzfiltern beschränkt. So kann jedes mechanische Filter oder ein Kettenleiter von der Art einer künstlichen Leitung benutzt werden. Es ist nur notwendig, daß die Phase auf beiden Seiten der Eigenfrequenz des Filters in kapazitiver oder auf beiden Seiten in induktiver Weise verschoben wird. Dann wird der Träger im Verhältnis zu den· Seitenbändern (oder umgekehrt) in einer bestimmten Richtung in der Phase verschoben. Der Kreis in Abb. 5 hat noch weitere Ersatzkreise, welche dieselbe Wirkung ausüben.

Die geschilderte Einrichtung kann auch bei der Umwandlung frequenzmodulierter Schwingungen in amplitudenmodulierte Anwendung finden.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Umwandlung phasen- oder frequenzmodulierter Schwingungen in amplitudemnodulierte oder umgekehrt durch Phasendrehung des Trägers relativ zu den Seitenbändern um 90⁰, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen durch ein auf den Träger abgestimmtes Quarzfilter mit nicht neutrali- ~ sierter Elektrodenkapazität oder ein entsprechendes Filter geschickt werden, welches die beiden Seitenbänder gegenüber dem Träger im gleichen Sinne um 90⁰ in der Phase verschiebt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung des Modulationsgrades einer amplitudenmodulierten Schwingung zwei auf den Träger abgestimmte Quarze vorgesehen sind, durch welche die amplitudenmodulierte Schwingung nacheinander derart geschickt wird, daß aus ihr zunächst eine phasenmoduliert« und darauf wieder eine ampHtudenmodulierte Schwingung mit kleinerem Modulationsgrad entsteht.
3. 3. Empfänger mit einer Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarz gleichzeitig unter Neutralisierung seiner Elektrodenkapazität über Entkopplungsröhren in an sich bekannter Weise zur selbsttätigen Scharfabstimmung dient.

   H ierzu 1 Blatt Zeichnungen