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Verfahren zur Änderung der Frequenzbandbreite elektrisch übertragener
Nachrichten Zur Änderung der Frequenzbandbreite elektrisch übertragener Nachrichten
sind schon Verfahren bekanntgeworden, bei denen aus den die Nachricht darstellenden
Wellenzügen in periodischen Zeitabständen Wellenabschnitte herausgegriffen werden,
die Anordnungen zur Zeitdehnung durchlaufen, so daß diese in der Frequenz herabgesetzten
Wellenabschnitte wieder aneinander anschließen. Dieses verminderte Frequenzband
wird übertragen und am Empfangsort wird jeder Wellenabschnitt durch Zeitrafferanordnungen
wieder auf die ursprüngliche Frequenz gebracht, wobei die hierdurch entstehenden
Lücken im gesamten Wellenzug durch ein- oder mehrfache Wiederholung der übertragenen
Wellenabschnitte ausgefüllt werden.
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Abb. i zeigt dieses bekannte Verfahren schematisch. Abb. i a stellt
zunächst einen Wellenzug über der Zeitachse dar, aus dem die stark gezeichneten
Abschnitte von der Zeitdauer -c durch geeignete Einrichtungen herausgegriffen und
Zeitdehnern zugeführt werden, die sie gemäß Abb. i b derart auseinanderziehen, daß
aneinander anstoßende Wellenzüge entstehen. Der Vorgang ib wird nun übertragen und
am Empfangsende einem Zeitraffer zugeführt, der ib -in i, verwandelt, d. h. den
ursprünglichen Wellenausschnitt wieder herstellt. Die hierbei entstehenden Lücken
im Wellenzug werden durch Wiederholung der Schwingung i, ausgefüllt, so daß der
endgültige Zustand id entsteht. Der Fehler dieses bekannten Vorschlags ist offensichtlich.
Er besteht darin, daß sowohl im Zustand ib wie i,1 ständig konstante Phasensprünge
auftreten. Man kann zwar bei einem einzigen Wellenzug Wellenabschnitte herausgreifen,
die im Verlauf des Verfahrens ohne Phasensprung aneinanderschließen.Wird aber
ein
Frequenzband, d.li. eine Anzahl von Wellenzügen verschiedener Frequenz, übertragen,
und nur so ist eine Nachricht zu überinitteln, so treten neben diskreten Frequenzen,
die phasenrichtig aneinanderschließen, immer
| Frequenzbereiche mit konstant fortschreit |
| den Phasensprüngen auf, bei denen eine th |
retische Untersuchung zeigt, daß eine.Fre"-m quenzbandv erengung tatsächlich . gar
nicht auftritt. Der Fehler des bekannten Verfahrens ist also grundsätzlicher Natur
und gleichzeitig der Grund für die bisherige Nichtanwendung trotz der bekannten
Vorteile, die eine Frequenzbandverengung finit sich bringt.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt diesen Fehler und schafft damit
die Möglichkeit einer richtigen, phasensprungfreien Frequenzbandv erengung eines
praktisch kontinuierlichen Frequenzspektrums.
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Der Grundsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens werde an Hand der schematischen
Abb. a besprochen. Aus dem Wellenzug Abb. z a werden keine konstanten, sondern periodisch
veränderliche Wellenabschnitte herausgegriffen, die einem Zeitdeliner zugeführt
werden, der, in Abb. 2b, die ursprüngliche Frequenz. z. B. auf den vierten
Teil herabsetzt. Im Beispiel der Abb. 2 a und 2 b zieht der Zeitdehner nacheinander
die Zeitabschnitte -r1 bis z, (Abb. 2 a) auf die vierfache Länge auseinander unter
gleichzeitigem Aneinanderfügen der einzelnen Schwingungszüge (Abb. 2 b). Mit -rk
(Abb. 2 a) ist die Periode der Wellenalegritisänderung beendet, und es beginnt ein
Zeitpunkt t, (Abb. 2 a) wieder eine neue Abgriffsperiode finit dein Wellenausschnitt
z1. Betrachtet man nun den Schwingungsvorgang in Abb. 2 b, so erkennt man, daß jetzt
eine in der Frequenz leerabgesetzte Schwingung vorliegt, die eine besondere Phasenmodulation
finit der Frequenz
enthält. Eine phaseinnodulierte Schwingung besteht aber, wie bekannt, aus einer
Grundschwingung finit Seitenbändern, von denen durch einfache Frequenzsiebe eine
gleichmäßige, pliasensprungfreie Schwingung ausgesiebt werden kann. Abb. 2 c zeigt
z. B. diese endgültig erniedrigte Frequenz nach Aussiebung einer gegebenenfalls
vorausgegangenen Ummodulation.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gilt dabei nicht nur für einzelne diskrete
Frequenzen, sondern ist anwendbar für die frequenzbandverengende Umsetzung praktisch
kontinuierlicher Frequenzbänder, denn jede Einzelfrequenz eines Frequenzbandes kann
bei passender Wahl der Bestimmungsstücke die gleiche Umsetzung erfahren, so daß
sich nach richtiger Aussiebung ein neues, praktisch kontinuierliches, verengtes
Frequenzband ergibt. Das schmale Frequenzband wird übertragen und am Empfangsort
den entgegengeseizten Prozeß der Frequenzvervielfachung unter-.Avprfeli, wie es
in Weiterführung des obigen Beispiels Abb. 2 d bis 2 f für die Zeit t" bis
t
Ȇr Schwingungsabschnitt to bis t. (Abb. 2c) bfr d gleichzeitigachtmalgespeichert
(Abb.2d, 1 bis VIII). Hierauf greift ein Zeitraffer nacheinander die stark ausgezogenen
Teile der Wellenzüge (Abb. 2 d, I bis VIII) auf und bringt die Schwingungen auf
die vierfache Frequenz (in Abb. 2 d rechts heraus gezeichnet). Diese Schwingungen
erhöhter Frequenz ergeben, hintereinander gesetzt, das Schwingungsbild der Abb.
2 e. Der Zeitabschnitt bis t4 (Abb. 2 c) ergibt bei der gleichen Behandlung wie
vorstehend wieder dasselbe Schwingungsbild, wie es Abb. 2e zeigt usf.
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Abb. 2 e ist also auch wieder eine periodische, in -besonderer Art
phasenmodulierte Schwingung, die in spektraler Zerlegung eine Grundschwingung finit
diskreten Seitenbändern ergibt, aus denen ein phasensprungfreier Wellenzug leerausgesiebt
werden kann, wie ihn Abb. 2f als erhöhte Frequenz entsprechend Abb. 2 a zeigt.
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Die an Hand voll Abb. 2 beschriebene Frequen7bandverengulig und Verbreiterung
ist nur ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es ist in keiner Weise an
das Verengungsverhältnis i :.1 oder an die sonstigen angegebenen Zeitbeziehungen
gebunden. Auch die achtfache Aufzeichnung in Abb. 2 d ist mir für das vorliegende
Beispiel maßgebend. Die allgemeine hennzeichnting des Verfahrens wird weiter unten
noch gegeben. Im folgenden werden zunächst einige Mittel zur praktischen Durchführung
angegeben.
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Anordnungen, mit denen eine Zeitdehnung oder Zeitraffung von Schwingungen
zu bewirken ist, bestellen entweder aus Einrichtungen finit verminderter oder erhöhter
Fortpflanzungsgeschwindigkeit für die umsetzenden Wellen, an denen diese in verschiedenen
Schwingungszuständen abgegriffen werden, oder aus Speichereinrichtungen, denen die
umzusetzenden Wellenzüge oder Teile hiervon aufgeprägt werden und in veränderter
Zeitfolge wieder zu entnehmen sind.
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Einrichtungen mit in gegebener Richtung definierter Fortpflanzung
sind z. B. künstliche Leitungen, hintereinandergeschaltete Schwingungskreise, Schallfortpflanzungsröhren
und ähnliches. Bei elektrischen Fortpflanzungsschaltungen werden die in der Frequenz.
herabgesetzten oder erhöhten Schwingungen durch galvanische, magnetische oder elektrische
ILoppler, die an der Schaltung entlang laufen, abgenommen oder aufgeprägt. Bei Schallfortpflanzungsröhren
bestehen die einlang
laufender Koppler aus Mikrophonen oder sonstigen
schallempfindlichen Geräten. Statt durch bewegliche Koppler kann eine Schwingungsabnahme
oder Zuführung auch über eine größere Zahl fester Abgriffe längs der Fortpflanzungsschaltung
erfolgen, die durch elektrische Umschaltung der Reihe nach geöffnet bzw. geschlossen
werden.
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Als Speichereinrichtungen zur Zeitdehnung bzw. Zeitraffurig, denen
die umzusetzenden Wellenzüge aufgeprägt werden, um in veränderter Zeitfolge wieder
abgenommen zu werden, eignen sich magnetische Speicher, z. B. Stahlbänder mit magnetischer
Aufprägung, akustische Speicher, z. B. die bekannten Ultrasc,hallrelais, und in
besonderem Maße elektrische Ladungsspeicher. Für die letzteren bestehen viele Ausführungsmöglichkeiten.
Eine besonders vorteilhafte Foren besteht aus einer elektronenbeschossenen Mosaikelektrode,
deren einzelne Elemente mit einer oder mehreren Gegenelektroden Teilkapazitäten
bilden, wobei das Dielektrikum aus einem Isolator oder Halbleiter bestehen kann
bzw. aus einer elektronenbeschossenen, aufladefähigen Isolator- oder Halbleiteroberfläche,
wodurch Elementarladungen gespeichert werden, die z. B. als Verschiebungsströme
an einer oder mehreren Gegenelektroden abnehmbar sind. Die Ladungsaufbringung bzw.
Löschung auf diesen elektrischen Speichern erfolgt durch Elektronenstrahlabtastung
oder durch diffuse Elektronenbestrahlung. Die aufgebrachte Ladung bzw. Ladungsverteilung
ist dabei steuerbar durch die auf die Speicherplatten bzw. Kapazitäten aufgeschossene
Elektronenmenge oder die Elektronengeschwindigkeit der aufgeschossenen Elektronen
oder durch das Absaugfeld für die von den Beschießungselektronen ausgelösten , Sekundärelektronen.
Ebenso können diese Steuerungsmaßnahmen beliebig kombiniert werden. Eine Steuerung
der Aufladung ist weiter möglich über den Sekundänemissionsfaktor und durch Spannungssteuerung
an der Gegenelektrode der Teilkapazitäten.
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Bei der vorzugsweise anzuwendenden Ladungsaufbringung durch einen
abtastenden Elektronenstrahl wird dieser Strahl in bekannter Weise durch elektrische
oder in.agnetische Felder über die Speicherplatte bzw. Elektroden bewegt. Die Elektronenstrahlbewegun.g
erfolgt dabei durch hin und her pendelnde Felder oder durch Kippschwingungen. ,
Zur Herstellung der notwendigen erfindungsgemäß in ihrer Zeitdauer periodisch veränderlichen-
Wellenausschnitte werden die Ablenkfelder bzw. die sie erzeugenden Kipp-oder sonstigen
Schwingungen in Amplitude, ' Frequenz oder Phase moduliert. Wie die weiteren Beispiele
zeigen werden, erhält man hierdurch in einfachster Weise die zur Frequenzbande erengung
oder Verbreiterung notwendige Phasen- oder Frequenzmodulation der durch Zeitdehner
bzw. Zeitraffer gehenden Schwingungen. Abb. 3 zeigt als Beispiel die oben schon
besprochene Frequenzbandverengung mittels eines elektrischen Ladungsspeichers. Eine
aufladefähige Fläche, z. B. eine Mosaikelektrode M, bildet mit einer Gegenelektrode
P Teilkapazitäten, die durch einen vom System E erzeugten, gesteuerten und bewegten
Elektronenstrahl eine gewünschte Aufladungsverteilung nach einer der oben angegebenen
Modulationsmethoden erhalten. Die Ablenkung des aufzeichnenden Kathodenstrahls erfolgt
durch periodisch modulierte Kippschwingungen gemäß Abb. 3a, wodurch die in Abb.
2 a gekennzeichneten Wellenausschnitte auf der Mosaikelektrode aufgezeichnet werden.
Nach Aufzeichnung der ersten Periode der Phasenmodulation wird durch bekannte Umschaltmittel
die folgende Periode von Wellenausschnitten auf eine gleichartige zweite Speicheranordnung
zur Aufzeichnung umgeschaltet, während in der gleichen Zeit durch Strahlabtastung
gemäß Abb. 3 b der ersten Speicherplatte die vorher aufgebrachten Ladungen wieder
entnommen werden, wobei an der Elektrode P der in der Frequenz herabgesetzte phasenmodulierte
Schwingungszug gemäß Abb. 2b entsteht. Die Kippspannung der gleichzeitig in der
senkrechten Richtung erfolgenden Strahlbewegung ist in Abb. 3 nicht mit angegeben.
Nach erfolgter Abnähme auf der ersten Speicherplatte und gleichzeitiger Aufzeichnung
der zweiten Periode von Wellenausschnitten auf einer zweiten Speicherplatte werden
die elektrischen Kreise wieder umgeschaltet, so daP nun an der zweiten Speicherplatte
die Abnahme der in der Frequenz herabgesetzten, phasenmodulierten Schwingungen erfolgt,
während auf der ersten Speicherplatte die Neuaufzeichnung der folgenden Periode
von Wellenausschnitten stattfindet. Die Umschaltung zwischen Aufzeichnung und Abnahme
wiederholt sich periodisch, so daß in einem Ausgangskreis ein fortlaufender, in
der Frequenz herabgesetzter, phasenmodulierter Schwingungsvorgang gemäß Abb. 2 b
entsteht, aus dem, wie oben schon dargelegt, durch Aussiebung ein phasensprungfreier
Wellenzug gewonnen wird. Bei Beschickung der Einrichtung mit einem kontinuierlichen
Frequenzband entsteht in diesem Ausgangskreis also ein verengtes, praktisch ebenfalls
kontiriuierliches Frequenzband.
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In Weiterführung des Beispiels der Abb. 2 d bis 2f zeigt Abb. q. als
Beispiel eine 'elektrische Speicheranordnung zur Verbreiterung des
Frequenzbandes.
Die Aufladung der Teilkapazitäten der Speicherplatte 1L7 erfolgt hier bei der Aufzeichnung
gleichzeitig achtmal durch acht, vom System E erzeugte, gesteuerte und bewegte Elektronenstrahlen.
Die Katliodenstrahlablenkung während dieser Aufzeichnung bewirkt eine Kippschwingung
gemäß Abb. 4a.
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Nach Aufzeichnung der acht gleichen Vorgänge (Abb.2d, I bis VIII)
erfolgt die Abnahme der gespeicherten Ladungen durch einen vom System E erzeugten
und bewegten Elektronenstrahl, der die in Abb. 2 d angegebenen Ausschnitte nacheinander
zeilenweise abtastet. Die Kippschwingung dieser Zeilenabtastung zeigt Abb.:Ib. Sie
enthält wieder eine Modulation, die bei Abnahme des gespeicherten Signals über die
Elektrode P den in der Frequenz heraufgesetzten, phasenmodulierten Vorgang 2 e ergibt.
Durch ständige Umschaltung zwischen zwei Speicheranordnungen, die abwechselnd zur
Aufzeichnung und Wiedergabe dienen, erhält man nun in einem gemeinsamen Ausgangskreis
der Elektroden P aneinander anschließende, in der Frequenz erhöhte, phasenmodulierte
Schwingurigen, die nach Aussiebung phasensprungfreie frequenzerhöhte Schwingungen
ergeben. Bei Beschickung der Anordnung mit einem schmalen, kontinuierlichen Frequenzband
erhält man also hinter dieser Umsetzungseinrichtung das entsprechende verbreiterte,
praktisch ebenfalls kontinuierliche Frequenzband.
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Die Kippschwingungen zur Ablenkung des Elektronenstrahls bei der Nachrichtenaufzeichnung
bzw. -abnahme auf dem Speicher, für die Frequenzbandverengung oder Verbreiterung
werden zur Sicherstellung fester Zeitbeziehungen zweckmäßig durch Frequenzaufbau
oder Teilung einer Steuerfrequenz bzw. durch Modulation einer Steuerfrequenz mit
einer oder mehreren Hilfsfrequenzen gewonnen.
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Bei der Frequenzbandverbreiterung wurden in Abb. q. für das gewählte
Beispiel acht Elektronenstrahlen zur gleichzeitigen achtfachen Nachrichtenaufzeichnung
auf den Speicher angegeben. Die Zahl acht ist dabei nur durch das gewählte Beispiel
gegeben. Allgemein handelt es sich darum, durch eine Mehrzahl von Elektronenstrahlen
oder auch durch einen z. B. breiteren Elektronenstrahl eine Nachricht so auf einen
Speicher aufzuschreiben, daß eine mehrfache Abnahme dieser Nachricht mit einem getrennt
erzeugten oder mit einem aus dein Aufzeichnungssystem durch Umzentrierung gewonnenen
Elektronenstrahl möglich ist.
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Es wurde schon erwähnt, daß bei der Frequenzbandverengung oder Verbreiterung
zwei oder mehrere Speicher abwechselnd zur Nachriclitenaufzeichnung bzw. -abnahine
dienen. Dabei hat dann jeweils bei der Abnahme oder kurz danach eine Auslöschung
der gespeicherten Zeichen zu erfolgen. Diese Auslöschung kann entweder durch den
die Signalabnahme bewirkenden Elektronenstrahl oder auch durch eine gesonderte diffuse
Elektronenbestrahlung erfolgen.
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Die Umschaltung der Aufzeichnungsverstärker, der Kippschwinggeräte
bzw. der Signalabnahmeverstärker an den Speichereinrichtungen geschieht in bekannter
Weise durch impulsgesteuerte elektrische Umschalter, wobei die steuexnden Impulse
von den Kippschwingungen abgeleitet sind bzw. ihrerseits die Zeitfolge der Kippschwingungen
beeinflussen.
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Eine Vereinigung von zwei Speicheranordnungen, die abwechselnd zur
Signalaufzeichnung bzw. -abnahme dienen, in einem Rohr ist zweckmäßig.
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Da die Anordnungen zur Frequenzbandverengung und die zugehörigen Einrichtungen
zur Frequenzbandverbreiterung sich im allgemeinen an verschiedenen Orten befinden,
sind die Taktgeber an Sende- und Empfangsort für die verschiedenen Umschaltimpulse
und die Erzeugung der die v erschied°nen Wellenausschnitte erzeugenden Kippschwingungen
zusynchronisieren. Das kann entweder ständig durch mitübertragene Zeichen oder durch
Frequenz- bzw. Zeitvergleich in größeren Zeitabständen erfolgen.
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Es sei noch darauf hingewiesen, dall im allgemeinen eine Verschiebung
der zu übertragenden Frequenzbänder im Frequenzspektrum durch Ummodulation vor bzw.
nach der Crequenzbandv erengung und Erweiterung stattfindet.
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Bei dem oben dargelegten Verfahren wurden z. B. bei der Frequenzbandverengung
au: dem ursprünglich gegebenen Wellenzug Wellenabschnitte periodisch veränderlicher
Zeitdauer herausgegriffen, die durch Zeitdeliner in frequenzverminderte, aneinander
anschließende Schwingungen umgeformt «-erden. Hierbei gehen offenbar die zwischen
den herausgegriffenen Wellenabschnitten liegenden Wellenteile für die Übertragung
verloren. Wenn die Aufeinanderfolge der Herausgegriffenen und verwendeten Wellenabschnitte
schnell genug erfolgt, wird der Nachrichteninhalt hierdurch nicht geschmälert.
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Sollen aber auch die zwischen den herausgegriffenen Wellenabschnitten
liegenden Wellenteile in der Übertragung iuiterscheinen, so besteht hierfür unter
Beibehaltung des grundsätzlichen Verfahrens folgende Möglichkeit: Anschließend an
den jeweils herausgegriffenen Wellenabschnitt werden aus den folgenden Wellenteilen
so viele mit dem vorhergehenden
gleiche Wellenabschnitte herausgegriffen
wie hineinpassen, und diese jeweils gleichen Wellenabschnitte werden auf dem Speicher,
mit dem im weiteren Verlauf die Zeitdehnung erzeugt wird, aufeinandergeschrieben.
Hierdurch wird dann nur die Grundphase der jeweils aufgezeichneten Wellenabschnitte
bzw. ihre Amplitude in einem festen Verhältnis geändert, was, wenn es für den Nachrichteninhalt
notwendig ist, durch nachgeschaltete Phasenkorrektionsglieder ausgeglichen werden
kann. Es wird hierbei aber praktisch der gesamte Inhalt des umzusetzenden Wellenzuges
übertragen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren der Frequenzbandverengung bzw. Verbreiterung
ist allgemein zu kennzeichnen wie folgt: Ein Frequenzgemisch wird durch Zeitdehner
oder Zeitraff eranordnungen in allen Frequenzen vermindert oder erhöht unter gleichzeitiger
oder vorausgehender oder nachfolgender Phasen- bzw. Frequenzmodulation der umzusetzenden
oder umgesetzten Schwingungen, wodurch ein kontinuierliches, verengtes oder verbreitertes
Frequenzband entsteht.
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Die Anwendung der Erfindung liegt auf allen Gebieten der Nachrichtenübermittlung.
Es kann dabei sowohl eine Frequenzbandverengung mit nachfolgender Frequenzbandverbreiterung
als auch umgekehrt zunächst eine Verbreiterung mit nachfolgender Verengung stattfinden.
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Der technische Fortschritt des erstgenannten Verfahrens gegenüber
den bekannten Übertragungsmethoden liegt -in der besseren frequenzmäßigen
Ausnutzung aller Übertragungswege und Mittel.