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Verfahren zur Modulation von Sendern Es sind Verfahren zur Modulation
von Sendern bekannt, bei denen eine Energieersparnis dadurch erzielt wird, daß Trägerfrequenz
und Seitenbänder voneinander getrennt, getrennt-verstärkt und gegebenenfalls über
eine gemeinsame Antenne ausgesendet werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß
der Trägerverstärker mit hohem Wirkungsgrad, d. h. im überspannten Zustand, arbeiten
kann und nur der Seitenbandverstärker mit geringem Wirkungsgrad zu arbeiten braucht.
Bei derartigen Anordnungen zeigt sich bei der Verwendung einer gemeinsamen Antenne
der Nachteil, daß durch Rückwirkung der Impedanzänderungen in der Antenne der stark
überspannte Trägerverstärker bei anwachsendein Modulationsgrad weniger Leistung
abgibt. Wollte man diese Leistungsverminderung vermeiden., so müßte man im unterspannten
Zustand des Trägerverstärkers arbeiten, wodurch jedoch die ganze Energieersparnis,
die man gerade erzielen wollte, wieder verlorenginge. Man hat daher bei derartigen
Sendern beide Verstärker auf getrennte Antennen arbeiten lassen, die möglichst-
voneinander entkoppelt sind, entweder durch große räumliche Entfernung oder durch
zusätzliche Mittel zur Gegenkopplung. Hierdurch ist- eine Rückwirkung der Impedanzänderungen
der Antenne, auf die der Seiten-Bandverstärker arbeitet, auf den Ausgangsbreis des
Trägerverstärkers vermieden. Dies hat jedoch den Nachteil einer doppelten Antennenanlage
und damit großer Anschaffungskosten und großen Raumbedarfs.
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Vorliegende Erfindung schlägt vor, Trägerverstärker und Seitenbandverstärker
auf einen gemeinsamen Nutzkreis arbeiten zu lassen und gibt Mittel an zur Vermeidung
der oben geschilderten Rückwirkung des Seitenbandverstärkers auf den Trägerverstärker.
Diese Mittel liegen in einer Umkehrung der Impedanzänderung in dem gemeinsamen Nutzkreis
und der Endstufe des Trägerverstärkers, d. h. bei Anwachsen der Impedanz im Nutzkreis
wird die Impedanz des Ausgangskreises des Trägerverstärkers vermindert. Dies geschieht
durch Einschalten eines .1/4-Gliedes zwischen Trägerverstärkerausgang und Nutzkreis,
welches diese Eigenschaft der Impedanzumkehrung besitzt.
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An Hand der beiliegenden beispielsweisen Abbildungen wird nachstehend
der Erfindungsgedanke näher erläutert.
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Es bedeutet S die Steuerstufe, I die Stufe, in der die Seitenbänder
vom Träger getrennt werden, wobei der Träger unterdrückt wird, II den Seitenbandverstärker,
El die Endstufe des Seitenbandverstärkers, A die Antenne. Die Modulätion erfolgt
über den Modulationsverstärker
M vor der Stufe I. Von der Steuerstufe
S wird der Träger abgezweigt, in dem Trägerverstärker III verstärkt und über die
Endstufe E2 gleichfalls der Antenne A zu-
geführt. In die Zuleitung von E2
zu'r,. Antenne A ist ein Glied Gi eingeschaltet, wel-. ches eine Phasendrehung des
Trägers um 9o° vor nimmt. Diese Drehung des Trägers um cgo° bewirkt, daß bei Anwachsen
der Impedanz im Antennenkreis, welches durch die Endstufe des Seitenbandverstärkers
E1 bewirkt wird, die Impedanz am Ausgang von E2 sich vermindert und umgekehrt. Bei
einer Verminderung der Ausgangsimpedanz von E2 wächst die Leistung dieser Stufe,
da im überspannten Zustand gearbeitet wird. Um jedoch den Träger in der Antenne
phasengerecht zuzusetzen, muß die Phasendrehung von C1 kompensiert werden. Dies
geschieht gemäß der weiteren Erfindung dadurch, daß ein anderes Glied C2, welches
die Phase um 9o° in entgegengesetzter Richtung dreht, vor der Endstufe eingeschaltet
wird. Wo dieses Glied, das in der Abb. 2 mit C2 bezeichnet ist, eingeschaltet ist,
ist an sich gleichgültig. Es kann auch vor dem Verstärker III liegen bzw. zwischen
den einzelnen Stufen des Verstärkers III. Mit dem gleichen Erfolg kann die Drehung
durch C2 auch in dem Zweig des Seitenbandverstärkers vor E1 vorgenommen werden.
C2 kann beispielsweise als Brücke ausgebildet sein. Der hierdurch bedingte Verlust
kann leicht durch den Verstärker III wieder ausgeglichen werden, wobei dann natürlich
C2 zwischen S und III eingeschaltet sein müßte. Man kann aber auch für C ein Kettenglied
irgendwelcher Ausführung benutzen. C1 kann selbstverständlich in derselben Form
ausgebildet sein, wie oben für C2 angedeutet. Da die Leistung bei C1 jedoch sehr
groß ist, wird man zweckmäßig von der Ausbildung des Gliedes als Phasenbrücke oder
Kettenglied absehen und eine Energieleitung, z. B. ein konzentrisches Hochfrequenzkabel,
von solcherLänge einschalten, daß die Phasendrehung um 9o° hierdurch erreicht ist.
Man kann dieses Kabel z. B. auf eine Trommel aufwickeln oder es im Bogen zum Antennenkopplungshäuschen
hinführen. Die erstere Anordnung hat den Vorteil, daß nur eine einzige Energieleitung
vom Sender zur Antenne geführt zu werden braucht.
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Wie die Leistungsabgabe der Trägerendstufe E2 bei kleiner werdender
Ausgangsimpedanz ansteigt, ist im Kurvenbild Abb.2 dargestellt. Dort ist die Ausgangsleistung
9 über der Ausgangsimpedanz _3 aufgetragen. Der Scheitelpunkt der Kurve gibt die
Grenze zwischen überspanntem und unterspanntem Zustand an. Links der gestrichelten
Linie g arbeitet man im unterspannten, rechts davon im überspannten Zustand. Da,
wie eingangs schon gesagt, der Trägerverstärker mit hohem Wirkungsgrad arbeiten
soll, liegt der Arbeits-:j?:ithkt im überspannten Gebiet, beispielsweise atü -'Punkt
P. Diesem Arbeitspunkt entspricht gewisse Ausgangsleistung 91 und eine =Ausgangsimpedanz
21. Wird die Ausgangsimpedanz 21 verkleinert, beispielsweise auf 22, so steigt die
Leistung auf 92 an, und der Arbeitspunkt verschiebt sich von P nach P'. Diese Mehrleistung
bei kleiner werdender Impedanz ist an sich bekannt. Es fehlte bisher jedoch an Mitteln,
ein Anwachsen der Impedanz im Antennenkreis in ein Kleinerwerden der Ausgangsimpedanz
des Verstärkers zu verwandeln. Diese Mittel sind erfindungsgemäß durch das Glied
C1 gegeben. Wie die Vorstufen II und III des Seitenband- bzw. Trägerverstärkers
ausgebildet sind, interessiert im Zusammenhang mit der Erfindung nicht. Die Stufe
I, in der die Trennung der Seitenbänder vom Träger erfolgt, kann beispielsweise
in bekannter Weise als Gegentaktstufe ausgebildet sein, deren Eingang die Modulationsspannung
gegenphasig, der Träger gleichphasig zugeführt wird. In unbesprochenem Zustande
ist die Schaltung ausbalanciert, d. h. im Anodenkreis der Gegentaktstufe heben sich
die Trägerströme auf. Bei besprochenem Zustand wird das Gleichgewicht entsprechend
den Modulationsspannungen so gestört, daß im Anodenkreis der Gegentaktstufe entsprechend
den den Gittern aufgedrückten Modulationsspannungen Hochfrequenzdifferenzströme
fließen. Die prinzipielle Schaltung für eine derartige Anordnung ist in Abb. 3 gezeigt.
An den Klemmen i und 2 wird die Modulationsspannung, an den Klemmen 3 und ,4 der
Träger zugeführt. Am Ausgang 5 und 6 werden nur die Seitenbänder abgenommen. Mit
gleichem Erfolg kann auch eine bekannte Schaltung verwendet werden, die den Träger
selektiv aussiebt, z. B. mit Hilfe eines Schwingkristalls. In Abb. q.a ist der modulierte
Träger mit einem Modulationsgrad von ioo °/o gezeigt. Nach der Trennung von Seitenband
und Träger ergeben sich die Linienzüge 4.P für den Träger und q.c für die Seitenbänder.
Der Träger gemäß ¢b wird im Trägerverstärker III der Abb. i, die Seitenbänder q.c
werden im Seitenbandverstärker II weiterverstärkt.
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Zur Energieersparnis kann die Endstufe des Seitenbandverstärkers,
die im unterspannten Zustand arbeitet, in an sich bekannter Weise als B-Verstärker
ausgebildet sein. In Abb. 5 .sind die Verhältnisse für einen derartigen (B-) Verstärker
angegeben. Der Arbeitspunkt :P liegt im unteren Knick der idealisierten Kennlinie
K. Die Seitenbänder S
werden dem Gitter der Stufe zugeführt und
im Anodenkreis formgetreu nach erfolgter Verstärkung abgenommen. Der Ruhestrom bei
einer derartigen Anordnung ist im unmodulierten Zustand gleich Null. Die wirkliche
Kennlinie einer Verstärkerröhre hat jedoch im unteren Ende keinen scharfen Knick,
wie in Abb. 5 angenommen wurde, sondern läuft in allmählicher Krümmung in die Nullinie
über. Es ergeben sich infolge dieser Krümmung hinter der Endstufe der Stärke der
Krümmung entsprechende Verzerrungen. Wie diese zustande kommen ist in Abb.6 gezeigt.
Legt man den Arbeitspunkt in den Punkt P der wirklichen Kennlinie K, so ergeben
sich infolge der Krümmung am Ausgang des Verstärkers nicht formgetreue Kurvenzüge,
sondern der Anstieg der Kurven wird verflacht (a). Legt man den Arbeitspunkt auf
den Punkt P', also dahin, wo der gerade Teil der Kennlinie aufhört, so ergibt sich
zunächst ein Ruhestrom IR. Der Teil der Seitenbänder, der eigentlich unterdrückt
werden sollte, wird jedoch noch mit verstärkt und bewirkt nun seinerseits ebenfalls
eine Verzerrung. Die dem Arbeitspunkt P' entsprechenden Kurvenzüge sind mit b bezeichnet.
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Zur Vermeidung dieser nichtlinearen Verzerrungen wird gemäß der weiteren
Erfindung vorgeschlagen, in den Gitterkreis des B-Verstärkers einen Einweggleichrichter,
z. B. eine Diode, zu schalten, die die eine Hälfte der Seitenbänder abschneidet.
Derartige Schaltungen sind an sich bekannt. Die Arbeitskennlinie des Gleichrichters
ist in diesem Falle möglichst geradlinig zu wählen. Die Wirkungsweise dieser Anordnung
zeigt Abb 7. Der Arbeitspunkt ist der Punkt P am Ende des geraden Teils der Kennlinie
K. Infolge der Gleichrichtung durch die Diode werden dem Gitterkreis der Röhre nur
Kurvenzüge der eingezeichneten Form zugeführt, die entsprechenden spiegelbildlichen
jedoch abge= schnitten. Da der Punkt P nicht auf der Nulllinie liegt, ergibt sich
wieder ein Ruhestrom IR, der jedoch, wie oben schon erwähnt, nicht störend wirkt,
da er im Verhältnis zum Gesamtstrom gering ist. Im Anodenkreis des Verstärkers kann
nunmehr ohne Verzerrungen ein formgetreues Kurvenbild der zugeführten Kurven nach
erfolgter Verstärkung abgenommen werden. Abb.8 zeigt ein beispielsweises Schaltschema
der Endstufe des B-Verstärkers. Der Arbeitspunkt P wird durch Einregulieren der
Gittervorspannung G eingestellt. Die Diode D im Gitterkreis schneidet die eine Hälfte
der über den Transformator T übertragenen Kurvenzüge ab. Durch Abstimmung im Anodenkreis
der Stufe kann man die Grundwelle wieder aussieben und erhält somit wieder beide
Seitenbänder in der ursprünglichen Form. Gemäß der weiteren Erfindung wird der Arbeitspunkt,
wie bisher üblich, in den Schnittpunkt der Kennlü,lie des B-Verstärkers mit der
Nulllinie gelegt und die Arbeitskennlinie des Gleichrichters so gewählt, daß Verzerrungen,
die durch die Krümmung der Verstärkerkennlinie entstehen, durch die Krümmung der
Gleichrichterkennlinie kompensiert werden.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist also erreicht, daß bei Arbeiten
des Trägerverstärkers im überspannten Zustand eine Erhöhung der Nutzkreisimpedanz
keine Leistungsverminderung, sondern eine Leistungserhöhung bewirkt. Somit wird
gegenüber den bisher bekannten Anordnungen die im überspannten Zustand arbeiten,
an Platz- und Anlagekosten gespart, da eine der bisher üblichen Antennenanordnungen
fortfällt. Es ist lediglich für die go°-Verschiebung ein Mehraufwand an Energieleitung
von 7/:a. Länge notwendig, was jedoch gegenüber dem erzielten Vorteil nicht ins
Gewicht fällt.
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Durch die Erfindung ist es möglich, Trägerverstärker und Seitenbandverstärker
auf einen gemeinsamen Nutzkreis ohne Auftreten von Rückwirkungserscheinungen arbeiten
zu lassen. Daher läßt sich das Verfahren der getrennten Verstärkung nunmehr gemäß
der weiteren Erfindung auf Hochfrequenzübertragungsanlagen, die mit Leitern arbeiten,
anwenden, Dies war aus den eingangs erwähnten Gründen mit den bisherigen Mitteln
nicht möglich.