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Röhrenanordnung zur selektiven Demodulation amplitudenmodulierter
Schwingungen Die bekannten Demodulatoren für den Empfang amplitudenmodulierter Sender
beruhen auf dem nichtlinearen Verlauf des von den Empfangsschwingungen bestrichenen
Teiles einer Stromspannungskennlinie: dabei ist (las quadratische Glied der die
Kennlinie definierenden Funktion von maßgebender Be-(leuturil;. Führt man einer
derartigen Anordnuii"; ein Spektrum hochfrequenter Spannune.n zu, wie es z. B. durch
nebeneinanderliegende Frequenzbänder einiger Telephonie-Sender gebildet wird, so
entstehen die Summen- und Differenzfrequenzen aller im Spektrum vorhandenen Frequenzen
untereinander. Das Spektrum sei dargestellt durch: (a1 sin co,
t +
a2 sin o)2
t + ca, sin a)3
t . . .)
Die bei der nuadrierung
dieses Ausdruckes (also der Multiplikation mit sich selbst) entstehenden Kreisfrequenzen
sind:
| (01 -'- ( ) @ (i)1 -I- (t)3 Ct)1 T (#)4 |
| (01 - (r)2 0J1 - (U3 C01 - (t)4 |
| C02 + ()3 % -E- (04 |
| (02 - (43 0)2-(041 |
| (1)3 + C04 |
| C03-4 |
Das bedeutet aber, daß je zwei Frequenzen, die in tonfrequentem Abstand voneinander
liegen, auch eine Tonfrequenz liefern, daß also, solange keine Siebmittel (Resonanzkreise)
vorhanden sind, z. B. alle 11 odulationsniederfrequenzen sämtlicher im aufgenommenen
-Fre(luenzspektrum arbeitenden Telephoniesender hörbar werden. Da die Amplitude
der sich bildenden Summen- und Differenzfrequenzen proportional ist (lein Produkt
der Amplituden der beiden Ursprungsfrequenzen, kann man die Amplitude ungewünschter
Kombinationsfrequenzen dadurch klein halten, (laß man die Amplitude beider Ursprungsfrequenzen
oder wenigstens einer von beiden durch Resonanzkreise klein hält. Damit ein Hinreichend
großer Aniplitudenunterschied zwischen den Modulationsniederfrequenzen des gewünschten
und des ungewünschten Senders auch bei ungünstigem Verhältnis der Feldstärken (starker
Störsender) entsteht, muß ein erheblicher Aufwand an Selektionsmitteln (mehrere
abgestimmte Kreise) getrieben werden.
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Es ist ferner der sogenannte Homodyneempfang bekannt, dessen Kennzeichen
der additive Zusatz einer am Empfangsort erzeugten Schwingung gleicher Frequenz
wie die Trägerschwingung des "ewünschten Senders zu den Ernpfangsscliwinhungen ist.
Die Demodulation beruht auch hier auf dein gekrümmten Kennlinienverlauf; insbesondere
ist zu erwähnen, daß die Demodulation auch beim Ausbleiben der Zusatzschwingung
stattfindet.
Man sieht nun, leicht ein, claß sich die Verhältnisse
grundlegend ändern, wenn es gelingt. eine Demodulatoranordnung zu schaffen. bei
der nicht die Kombinationsfrequenzbildung, aller im Spektrum vorhandenen Frequenzen
untereinander, sondern nur die Bildung der Kombinationsfrequenzen zwischen Trägerfrequenz
des gewünschten Senders einerseits und sämtlichen arideren Frequenzen des Spektrums
andererseits erfolgt. Tonfrequenzen können dann nur aus der Kombination der Trägerfrequenz
mit ihr hinreichend benachbarten anderen Frequenzen, vorzugsweise also den dieser
Trägerwelle zugeordneten Seitenbändern, entstehen. Theoretisch «-ären bei einer
derartigen Anordnung hochfrequente Selektionsmittel nicht mehr rrförderlich, vielmehr
wurde es genügen, vor dem auf den Demodulator folgenden lNiederfrequeuzverstärker
das -Niederfrequenzspektrum in gewünschter Breite auszusieben, damit nicht die im
Demodulator entstehenden hochfrequenten Kombinationsfrequenzen untereinander in
den folgenden Verstärkerstufen infolge der umvermeidlichen Verzerrungen erneut zur
Bildung störender niederfrequenter Kombinationsfrequenzen Anlaß geben können.
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In mathematischer Darstellung läßt sich diese Art vier Konibinationsfrequenzbildung
folgendermaßen beschreiben:'Das empfangene Frequenzspektrum sei wieder
) ;
(a, sin co., t -/- a_ sin co= t T a3 sin w, t
...
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es soll jetzt nicht mehr mit sich selbst, sondern' mit einer Wechselspannung
von der Frequenz to, des Trägerstromes des gewünschten. Senders multipliziert werden.
Es entstehen dann die Kombinationsfrequenzen:
| CUl f0y -@-:CU= CUM -'- CU3 |
| CU.@ + |
| CUM - CUl - CUl.- CUo CUx - (U3 |
Im Tonfrequenzbereich liegen jetzt nur mehr jene Kombinationsfrequenzen, die zwischen
der Trägerfrequenz co_, des gewünschten Senders einerseits und solchen Frequenzen
andererseits gebildet werden, deren Freduenzuuterschied von to, die Größe einer
Tonfrequenz besitzt; dieser Förderung genügen aber mir die Seitenbandfrequenzen
des gewünschten Senders. Daraus folgt, daß - die Schwingungen nur dieses Senders
deinoduliegt, d.li. in die lloduiationsfrequenzen zurückverwandelt «-erden.
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Selbst wenn man berücksichtigt, daß sich dieser Effekt nicht völlig
rein darstellen läßt, ergibt sich schon eine brauchbare Anordnung mit Selektivitä
tseigenschaften, sofern das Aniplitudenverhältnis zwischen gewollten und nicht gewollten
Kombinationsfrequenzen groß genug ist. Es besteht daher die Möglichkeit, die notwendige
Trennschärfe einer Empfangsanlage statt durch Resonanzkreise ganz. oder teilweise
durch einen Demodulator der beschriebenen Art herzustellen.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Demodülätion amplitudenmodulierter Schwingungen
durch Kombinationsfrequenzbildung zwischen den zu. demodulierenden :Schwingungen
und einer der Röhre aufgedrückten, örtlich erzeugten Zusatzschwingung von der Frequenz
des Trägerstromes der zu demodulierenden Schwingungen in der Weise, daß die in an
sich bekannter Weise dem Gitter einer Röhre zugeleiteten Empfangsschwingungen in
ihrer Amplitude derartig bemessen werden, däß der von ihnen ausgesteuerte Bereich
der auf dieses Gitter bezogenen Anodenstrom-Gitterspannungs-Kennliniefür a1 leAugenblickswerte
der Zusatzschwingung praktisch noch als linear angesehen werden kann, und daß die
Elektrodenruhepotentiale und die Amplitude der örtlich erzeugten Zusatzspannung
so gewählt werden, daß jeder Veränderung des hlomentanwertes der Zusatzspannung
eine dieser Veränderung entsprechende gleichsinnige Veränderung der Steilheit der
genannten Anodenstrom-Gitterspannungs-Kennlinie zugeordnet ist.
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Im Schaltungsaufbau unterscheidet sich diese Anordnung zunächst nicht
von einem Hoinodvneempfänger; die grundsätzlichen Unterseliiede liegen vielmehr
in der Bemessung der verschiedenen Spannungen. Das Zusammenwirken zwischen der Zusatzspannung
und den zu demodulierenden Schwingungen ist jetzt zurr Unterschied vom Homodyneempfäng
ein multiplikatives. Während der Homödyneempfänger auch beim Ausbleiben der Zusatzspannung
arbeitet, d.li. demoduliert, ist dies bei der Anordnung nach der Erfindung nicht
der Fall; die Deniodulation unterbleibt (abgesehen von den durch unvollkommene Einhaltung
der vorgeschriebenen Bedingungen herrührenden Restwirkungen) beim Aussetzen der
Zusat-rspannung, Eine mathematische Untersuchung der erfindungsgemäß arbeitenden
Anordnung ergibt folgendes Bild: Die Anciclenstroni-Gitter= spannuiigs-Kennlinie
i:« = f (,,.;) einer Rühre habe an dein durch entsprechende Wahl der Betriebsspannungen
eingestellten Arbeitspunkt die Steilheit
Führt nian dieser Rühre dine sinusförmige Empfangsschwingung von der Frequenz co
zu und wählt die Amplitude derselben so klein; claß der von ihr bestrichene Kennlinienabschnitt
als geradlinig gelten 4inti, so entsteht ein Anodenwechselstrom K # S' sin
c) t (K ist eine Konstant* :lie Röhre arbeitet als Verstiirker. Ändert
man
die Steilheit im Rhythmus einer anderen Frequenz co" so daß S = K' # sin t),
t (K' be-
Es tritt also die verlangte Kombinationsfrequenzbildung zwischen to,, und co tatsächlich
ein. Ist co eine Seitenbandschwingung und to, die Trägerfrequenz des gewünschten
Senders, so liegt eine Demodulation vor, die auch so aufgefaßt werden kann, daß
das Empfangsspektrum mit der Trägerfrequenz des gewünschten Senders moduliert wird.
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Für die praktische Durchführung des Erfindungsgedankens bestehen verschiedene
Möglichkeiten. Die zu demodulierenden hochfrequenten Spannungen werden dem Steuer-Bitter
einer Röhre zugeführt werden, wobei die Ruhespannung dieses Gitters und die Eingangsamplituden
so bemessen sind, daß die Röhre stets auf einem möglichst linearen Teil ihrer Aiiodenstrom-Gitterspannungs-Charakteristik
arbeitet. Eine unerwünschte Kombinationsfrequenzbildung innerhalb des zugeführten
Frequenzspektrums erfolgt dann nur so weit, als eben die Charakteristik in dem bestrichenen
Gebiet tatsächlich nicht linear ist. Verwendet man nun z. B. eine Röhre mit ausgesprochen
schleichender Charakteristik, ähnlich den bekannten Expotentialröhren, so kann man
durch Verlagerung des Arbeitspunktes die Steilheit des von den Empfangsschwingungen
bestrichenen Gebietes verändern. Es ist leicht, die Kennlinie so zu gestalten, daß
zwischen der Spannung e" die den Arbeitspunkt bestimmt, und der Steilheit S eine
lineare Beziehung besteht. Führt man nun diesem Gitter zusätzlich eine Wechselspannung
von der Frequenz (ox der Trägerwelle des gewünschten Senders mit so großer Amplitude
zu, daß sich die Steilheit nennenswert ändert, so tritt die verlangte Kombinationsfrequenzbildung,
bezogen auf dieTrägerfr equenz,auf. Zur Erzielung einer ausreichendenTrennschärfe
ist das Amplitudenverhältnis zwischen Empfangswechselspannungeinerseits und zusätzlicher
Trägerwellenspannung anderseits natürlich so zu wählen, daß die gewünschte Kombinationstonbildung
mit der Trägerfrequenz groß ist gegen die ungewünschte Kombinationstonbildung durch
eine vielleicht noch vorhandene Krümmung des von den Eingangswechselspannungen bestrichenen
Bereiches der Charakteristik.
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Weit besser läßt sich die Multiplikation mit einer Mehrgitterröhre
durchführen, die so beschaffen ist, daß sich die auf die Spannung eines Gitters
bezogene Steilheit der Anodenstromkennlinie durch die Spannung
e,2 deutet eine andere Konstante), so erhält man für den Anodenwechselstrom die
Beziehung: eines anderen Gitters einstellen läßt. Diese Bedingung erfüllt z. B.
eine Schutzgitterröhre, die mit einem zwischen Anode und Schutzgitter befindlichen
Hilfsgitter ausgerüstet ist. Durch die Einstellung der Hilfsgitterspannung wird
die Steilheit der auf das Steuergitter bezogenen Anodenstromkennlinie beeinflußt.
Führt man in einer solchen Anordnung dem Steuergitter die Empfangswechselspannungen
zu, -,wobei man wiederum den Arbeitspunkt und die Amplitude so wählt, daß der bestrichene
Teil der Kennlinie als geradlinig angesehen werden darf, und drückt man andererseits
dem Hilfsgitter eine Wechselspannung von der Frequenz des Trägerstromes des gewünschten
Senders auf, so gelten die bereits oben abgeleiteten Gesetze, d. h. es tritt auch
hier eine Kombinationsfrequenzbildung zwischen Trägerfrequenz einerseits und den
Frequenzen des Empfangsspektrums anderseits ein. Es sei darauf hingewiesen, daß
in diesem Falle das Amplitudenverhältnis nur insoweit von Belang ist, als wiederum
die gewünschte Kombinationsfrequenzbildung stärker sein soll als die nicht gewünschte;
dazu ist es aber bei entsprechender Bemessung der betreffenden Röhre durchaus nicht
erforderlich, daß die Amplitude der zusätzlich aufgedrückten Trägerwellenspannung
groß im Verhältnis zu den Eingangswechselspannungen ist.
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Zur Beschaffung der zusätzlichen Trägerwellenspannung kann ein am
Empfangsort befindlicher Generator dienen. Voraussetzung für das einwandfreie Arbeiten
ist selbstverständlich, daß die Zusatzwechselspannung genau in der Frequenz mit
der Trägerwelle des gewünschten Senders übereinstimmt, weshalb man unter Anwendung
bekannter Mittel die Frequenz des Generators durch die Frequenz der Trägerwelle
beeinflussen muß (z. B. durch Mitnahme). Weiterhin ist bei den üblichen amplitudenmodulierten
Telephoniesendern mit zwei Seitenbändern nicht nur eine Obereinstimmung in der Frequenz,
sondern auch eine Übereinstimmung in der Phase zwischen Originalträger und zugesetztem
Träger notwendig.
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Insbesondere bei der Verwendung von Mehrgitterröhren besteht natürlich
die Möglichkeit, ähnlich wie dies bei den Cberlagerern normaler Zwischenfrequenzempfänger
üblich ist, Demodulation und Schwingungserzeugung in ein und derselben Röhre vorzunehmen.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei dem beschriebenen Demodulator
infolge der
geringen öder gar nicht vorhandenen Kombinationstonbildüng
beliebiger Frequenzen untereinander auch -der niederfrequente Klirrfäktor sehr viel
kleiner ist als bei einem Demodulator, dessen Wirkungsweise auf nüadrierung bzw.
Kennlinienkrümmung beruht.