DE690438C

DE690438C -

Info

Publication number: DE690438C
Application number: DE1935R0094597
Authority: DE
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1933-08-31
Filing date: 1935-10-31
Publication date: 1940-04-25
Also published as: US2173234A; NL43272C; GB425571A; FR35989E; US2159937A; US2085406A; GB443426A; US2142648A; DE678078C; US2106149A; BE354930A; FR777801A

Description

Es ist bereits bekannt, Gasentladungsröhren in den Weg eines Ultrakurzwellenstrahles zur Modulierung von dessen Amplitude einzuschalten. Diese den Gegenstand des Patents 678 078 bildende Anordnung hat gegenüber anderen Modulationssystemen den Vorteil, daß man eine Amplitudenmodulation ultrahoher Frequenzen ganz unabhängig von störenden Effekten auf den Trägeroszillator erhält; des ferneren ist die Amplitudenmodulation nur in sehr stark -verringertem Maße von Frequenzmodulation begleitet. Es ist jedoch bekannt, daß bei der in dem genannten Patent beschriebenen Modulationsanordnung noch eine störende Frequenz- bzw. Phasenmodulation auftritt. Die Phasenmodulation wird, wie dies bereits bekannt ist, verursacht durch Änderungen des Brechungsindex des gasförmigen Mediums in einer einzigen Röhre, durch die der Radiostrahl hindurchgeworfen wird. Der Brechungsindex seinerseits ist eine Funktion gewisser Absorptionsund Reflexionsmerkmale, deren Wichtigkeit nachstehend diskutiert wird.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Modulationseinrichtung geschaffen, die in Verbindung mit einem Ultrakurzwellengenerator verwendet werden soll und die verhältnismäßig frei von Phasenmodulation ist, wenn nur Amplitudenmodulation allein gewünscht wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht in einer Anordnung, durch die man Frequenzmodulation unter Ausschluß von Amplitudenmodulation erhalten kann.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in einem Verfahren und einer Einrichtung zur Modulierung von Ultrakurzwellen, derart, daß eine Verzerrung der gewünschten Signale selbst bei hohem Modulationsgrad vermieden wird.

Die Erfindung besteht darin, daß im Wege der ultrakurzwelligen Strahlung zwei oder mehrere Gasentladungsröhren- mit voneinander verschiedenen Absorptions- und/oder Brechungscharakteristiken räumlich hintereinander angeordnet sind, die sämtlich von den Modulationsschwingungen gesteuert werden. Hierbei werden insbesondere die Eigenschaften der hintereinander angeordneten Gasentladungsröhren derart verschieden gewählt, daß die zu modulierende Strahlung lediglich

in ihrer Amplitude oder lediglich in ihrer Frequenz oder Phase moduliert wird.

Die Erfindung sei an Hand der Abbildungen näher erläutert.
Fig. ι zeigt beispielsweise einen. Radiosender mit einem Modulationssystem aus mehreren Gasentladungsröhren.

Fig. 2 und 3 zeigen Draufsichten auf zwei verschiedene Ausführungsformen solcher Gasentladungsröhren.

ι ist ein Generator zur Erzeugung von Schwingungen, deren Wellenlänge von der Größenordnung von wenigen Zentimetern und darunter ist und die von einer Antenne 3 ausgestrahlt werden. Durch einen parabolischen Reflektor 5 kann der Radiostrahl nach dem Empfänger hin gerichtet werden.

Zur Modulierung des Strahles dient eine Gasentladungsröhre 7 von einer Dicke a. Des ao ferneren wird eine andere Gasentladungsröhre 9 von der Dicke b verwendet. Die Füllungen dieser beiden Rohren unterscheiden sich sowohl bezüglich der Gasart als auch bezüglich des Druckes; auch die den Elektroden dieser Röhren aufgedrückten Spannungen können voneinander verschieden sein. Zu letzterem Zwecke sind die Leitungen 11 an verschiedene Punkte der Gleichstromquelle 13 angeschlossen, so daß der Spannungsabfall in der Röhre 7 größer ist als der in der Röhre 9. Erforderlichenfalls können auch die Verbindungen vertauscht werden. Andere Elektroden der Röhren 7 und 9 sind mit der Sekundärwicklung 15 eines Transformators 17 verbunden, dessen Primärwicklung mit dem Telephonsender 19 verbunden ist. Eine Mittelanzapfung 21 der Sekundärwicklung 15 ist zur Vervollständigung der Modulatorkreise an die Batterie 13 zurückgeführt. Die Röhren 7 und 9 sind so mit der Sekundärwicklung 15 verbunden, daß sie in Gegentakt arbeiten.

Wegen der Unterschiede bezüglich der Absorptions- und der Brechungseigenschaften der beiden Röhren kann man Amplitudenmodulation ohne merkliche Phasenmodulation erhalten oder umgekehrt. Wenn Amplitudenmodulation allein gewünscht wird, dann läßt man die Phasenmodulation in der Röhre 7 diejenige in der Röhre 9 neutralisieren. Die Art, wie man dieses ausführen kann, erkennt man am besten aus nachstehender mathematischer Betrachtung.

Es sei f die von der Antenne 3 ausgestrahlte Trägerfrequenz. Der Brechungsindex M₀ des unmodulierten Gasmediums in einer der Röhren 7 und 9 möge verglichen werden mit dem endgültigen Brechungsindex n, wenn das Gasmedium einer Modulation ausgesetzt ist.

Es sei d die Länge des ionisierten Gasweges in Zentimetern, durch den der Radiostrahl hindurchgeworfen werden soll. Die Zeit, die der Radiostrahl für die Zurücklegung dieses Weges braucht, ist

λ d„„

c die Lichtgeschwindigkeit ist. Im Falle der Röhre 9 wird d zu dj,, herrührend von der Dicke der Röhre, wie dargestellt, und im Falle der Zeit, die der Strahl zum Hindurchgehen durch die Röhre 7 braucht, wird d zu d_a. In beiden Fällen ändert sich, wenn Modulation auftritt, die Zeit i₀ zu

d

t — ^
c '

Durch Kombinieren dieser Gleichungen erhält man

t J₀ — — \n M₀; .

Die von der Modulation herrührende Phasenverschiebung ergibt daher

In — ηΔ

2 π f_d

■ZTlf

was sich reduziert auf

{n-~n₀) ,·

wo λ die Wellenlänge in Luft ist.

unter praktischen Bedingungen ist, angenommen, daß man einen Radiostrahl von einer Wellenlänge von 10 cm senden will, es recht möglich, daß η -—M₀ = ο, 5 wird, daß auch d von der Größenordnung von 20 cm wird und daß die Phasenverschiebung bei ioo°/oiger Amplitudenmodulation einen Wert annehmen wird, der irgendwo in der Nähe von π liegt, was bei gewissen Empfängerarten sehr geeignet sein würde, eine unerträgliche Verzerrung der Signale hervorzurufen. Diese Phasenverschiebung kann jedoch dadurch auf vernächlässigbare Werte verringert werden, daß man eine oder mehrere der Maßregeln ausführt, die darauf hinauslaufen, in den beiden Röhren 7 und 9 voneinander verschiedene Charakteristiken hervorzurufen, wodurch die Brechungsindizes voneinander merklich verschieden gemacht werden können. Es kann so das Verhältnis der Röhren-

durchmesser zueinander I -τ-1 so gemacht werden, daß man Differenzen in dem Wert von d in den obigen Gleichungen erhält. Auch der Wert von η—-M₀ kann durch Änderungen des Gasdruckes und der Polarisationsspannungen verändert werden. Das zu erstrebende Ziel

besteht darin, die beiden Röhren so auszubilden, daß in einer von ihnen die Phasenänderung für einen gegebenen Modulationsgrad der wichtigere Faktor ist, während in der anderen Röhre der Absorptionsfaktor der vorherrschende ist.

Sowohl die Absorptionscharackteristiken als auch der Brechungsindex sind in gewissem Maße von der Natur des gasförmigen

ίο Mediums abhängig. Beispielsweise kann man die gewünschten Unterschiede der Charakteristiken der beiden Röhren 7 und 9 dadurch erhalten, daß man in der einen Röhre Neon und in der anderen Röhre Argon verwendet; dabei hat sich ein Quecksilberdruck von 0,04 mm als zufriedenstellend herausgestellt. Naturgemäß soll die Erfindung weder auf diese besonderen Gasfüllungen noch auf den angegebenen Druck beschränkt werden.

Die Absorption der Radiowelle beim Hindurchgehen durch das Gas wird in der Hauptsache durch Zusammenstöße der freien Elektronen mit Ionen, Molekülen oder gegen die R.öhrenwände verursacht. Die effektive KoI-lisionsfrequenz wird in großem Maße bestimmt durch die Art des Gases, die Menge der vorhandenen Verunreinigungen und durch den Druck. Unter gewissen Bedingungen kann eine kleine Menge von Verunreinigungen den Faktor der Kollisionsfrequenz und damit die Änderung des Absorptionsfaktors um ein Vielfaches ändern.

Die Phasenänderung rührt in erster Linie von der Zahl der freien Elektronen bzw. der Ionendichte in dem Gas her. Für optimale Resultate hat es sich als am besten herausgestellt, zuerst geeignete Differenzen in den Charakteristiken der Röhren 7 und 9 entsprechend den oben gegebenen Lehren zu wählen und dann die Differenz der Spannung, die diesen beiden Röhren durch die Leiter 11 zugeführt wird, zu ändern, so daß man eine geeignete Kompensation der entsprechenden Brechungsindizes der ionisierten Gase erhält, wodurch die Phasenveränderung neutralisiert wird, die durch die eine Röhre verursacht wird, im Vergleich zu der, die durch die andere Röhre verursacht wird. Es bedarf nicht vieler Versuche, um diese optimalen Bedingungen zu bestimmen.

Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß die Radiowelle nacheinander durch die Röhren9 und 7 hindurchgehen muß. Wie in Fig. ι gezeigt ist, werden den beiden Röhren verschiedene Spannungen aufgedrückt. Diese Spannungen können jedoch erforderlichenfalls gleichgemacht werden, um eine Neutralisation der Phasenverschiebung zu erzeugen. Wenn der Strom in einer der Röhren zunimmt, nimmt der Strom in der anderen Röhre wegen der Gegentaktanordnung des durch die Sekundärwicklung 15 verbundenen Kreises ab. Da die Röhren 7 und 9 selbst bezüglich ihrer Charakteristiken verschieden sind, kann man bewirken, daß die in der Sekundärwicklung 15 erzeugte Wechselspannung eine Amplitudenmodulation des Radiostrahles erzeugt, während die Phasenmodulation ausgeglichen ist.

Das gegenpha~sige Aufdrücken der Modulationsspannung auf die beiden Röhren 7 und 9 besitzt noch einen weiteren Vorteil. Wenn sich herausstellt, daß eine oder beide Röhren ein nichtlineares Verhältnis zwischen .der Absorptionscharakteristik und der aufgedrückten Modulationsspannung besitzen, macht dies nichts aus; die Gegentaktschaltung bewirkt, daß diese Nichtlinearitäten selbst im wesentlichen ausgeglichen werden.

In Fig. 2 ist gezeigt, daß der Weg des Radiostrahles durch die Röhre 7 langer gemacht werden kann als durch die Röhre 9, zum Zwecke, Differenzen des Absorptionsgrades herbeizuführen. In diesem Falle ist der Durchmesser α größer als der Durchmesser b.

In Fig. 3 wird derselbe Effekt unter Verwendung zweier Röhren von demselben Durchmesser erreicht. Hier sind zusätzliche vertikale Teile vorgesehen, und es wird durch Versetzen der Teile in zwei Ebenen die effektive Dickendimension a, die den Weg des Radiostrahles durch die Röhre 8 darstellt, auf einen geeigneten Wert eingestellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Modulation von Ultrakurzwellen nach Patent 678 078, dadurch gekennzeichnet, daß im Wege der ultrakurzwelligen Strahlung zwei oder mehrere Gasentladungsröhren mit voneinander verschiedenen Absorptions- und/ oder Brechungscharakteristiken hintereinander angeordnet sind, die sämtlich von den Modulationsschwingungen gesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschaften der hintereinander angeordneten Gasentladungsröhren derart verschieden gewählt sind, daß die zu modulierende Strahlung lediglich in ihrer Amplitude moduliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschaften der hintereinander angeordneten Gasentladungsröhren derart verschieden gewählt sind, daß die zu modulierende Strahlung lediglich in ihrer Frequenz oder Phase moduliert wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 1 und 3, gekennzeichnet durch

die Verwendung von zwei räumlich hintereinander angeordneten Gasentladungsröhren, denen die Modulationsschwingungen gegenphasig zugeführt werden.

5· Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasladungen der einzelnen Röhren chemisch voneinander verschieden sind.

6. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdrücke der einzelnen Röhren voneinander verschieden sind.

7. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladungsröhren derart voneinander verschiedene Abmessungen, Formen und Anordnung besitzen, daß der Weg der ultrakurzen Wellen durch die eine Röhre ein anderer ist als der durch die andere Röhre.

8. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Vorspannung der verschiedenen Gasentladungsröhren verschieden groß gewählt ist.

9. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichet, daß die Ionendichte in den verschiedenen Gasentladungsröhren verschieden groß ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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