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überlagerungsempfänger mit selbsttätiger Schwundregelung In. .der
- Empfängertechnik besteht eine der größten Schwierigkeiten darin, einen schwachen
Sender (z. B.. 4 icV) neben einem starken Sender - (z.. B. 2o. mV, also 5ooomal
stärker) empfangen zu können. Diese Schwierigkeit ist besonders groß, wenn das Frequenzband
des gewünschten schwachen Senders kleiner als die Bandbreite des im Hochfrequenzteil
des Empfängers befindlichen, -aus Schwingungskreisen bestehenden Filters: ist: Dies
ist beim Empfang kurzer Wellen immer der Fall, also sowohl beim Telegraphieempfang
mit dauernd ausgesendetem Träger als auch beim Telephonieempfang, und bei den längeren
Wellen nur beim Telegraphieempfang mit dauernd ausgesendetem Träger. Die Anwendung
eines überlagerungsemp£ängers erinöficht es, in dielen Fällen die Trennurig: des"-Trägers.
nebst Seitenbändern des schwachen.'Senders-won dein, z. B. ao.lcHz bei 2o MHz (1s
in) entfernten Träger nebst Seitenbändern des starken Senders im Zwischenfrequenzteil
vorzunehmen. Wegen der bekannten Erscheinung der Kreuzmodulation reicht diese Maßnahme
jedoch nicht aus, denn bei einer Übersteuerung einer im Hochfrequenzteil liegenden
Röhre durch einen starken Störsender wird die Trägerfrequenz des gewünschten Senders
mit den Modulationsfrequenzen des staarken Störsenders moduliert, so daß eine nachträgliche
Trennung der Sender nicht mehr möglich ist.
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Bei Empfängern mit selbsttätiger Schwundregelung wird bekanntlich
die erste Röhre besonders stark geregelt, um die nachfolgenden Röhren, welche bereits
durch größere Wechselspannungen gesteuert werden, vor einer Übersteuerung zu schützen.
Damit die Regelspannung. ausreichend groß ist, wird diese bekanntlich vom Empfangsgleichrichter
oder
einer in der Nähe des Einpfattgsgleiclirichters befindlichen Stufe abgenomnteh:
Dort s ind aber die N achbarsender bereits abgesiebt, so daß beim Empfang eines
schwachen Senders die Verstärkung durch die Schwundregelung heraufgeregelt wird
und daher ein starker Nachbarsender mit verstärkt wird und eine Kreuzmodulation
bewirkt.
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Die bekannte Regelung mittels Hexoden durch Irippung einer möglichst
geraden Röhrenkennlinie an Stelle einer Verschiebung des Arbeitspunktes auf einer
gekrümmten Röhrenkennlinie würde dies nicht verhindern können, da auch möglichst
gerade Kennlinien nur einen beschränkten Aussteuerbereich haben, welcher durch die
in der ersten Röhre oder in den beiden ersten Röhren verstärkte Einpfangsspannungg
eines starken Nachbarsenders überschritten wird.
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Es ist auch bekannt, eine zusätzliche Regelspannung aus der Ausgangswechselspannung
der ersten Röhre ztt gewinnen, da dort ein starker .Nachbarsender zur Erzeugung
der Regelspannung beiträgt. Hierbei besteht jedoch die Gefahr, daß die erste Röhre
durch den Nachbarsender so weit lierunterzeregelt werden kann, daß der gewünschte
schwache Sender im Rauschen der Mischstufe untergeht.
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Die Erfindung scliliigt daher einen neuen Aufbau für überlagerungsempfänger
mit selbsttätiger Schwundregelung zum Empfang von Sendern vor, deren Frequenzband
kleiner ist als die Bandbreite der vor derjenigen Mischröhre befindlichen Irreise,
hinter welcher die Filter mit einer der empfangenden Bandbreite etwa gleichen Bandbreite
liegen. Dieses Filter wird im folgenden als Kanalfilter bezeichnet. -Nach der Erfindung
ist die Verstärkung der vor dieser Mischstufe liegenden Stufen, welche alle nicht
oder erst von einer oberhalb etwa ioo ltV liegenden Eingangsspannung ab geregelt
werden, so weit herabgesetzt, daß das verstärkte Rauschen der Eingangsstufen nur
gleich groß wie das Rauschen der Mischstufe oder nur einige Male größer ist. Ferner
wird eine Mischstufe verwendet, welche bei dieser Verstärkung der vor der Mischstufe
liegenden Stufen durch die größte verstärkte Empfangsspannung noch keine Kreuzmodulation
verursacht. Schließlich wird eine auch unterhalb einer Eingangs-Spannung von ioo
,ecV wirksame selbsttätige Schwundregelung erst in dem auf das Kanalfilter folgenden
Empfängerteil vorgesehen.
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Ist bei einem überlagerungsempfänger finit zweimaliger überlagerung
die erste Zwischenfrequenz zur Erzielung einer ausreichenden Spiegelfrequenzselektion
noch so hoch (z. B. 1 Zoo kl3z = Zoo m), daß ein Kanalfilter finit einer genügend
schmalen Bandbreite noch nicht hergestellt werden kann, so darf bei Anwendung der
Erfindung eine Schwundregelung erst hinter dem auf die zweite Mischstufe folgenden
K=analfilter (z. B. Zoo kHz = i joo in) vorgesehen sein.
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Um die Erfindung verstehen zu können, werden der Beschreibung der
Erfindung selbst erst einige Erklärungen an Hand der Abb. i bis 3 vorangestellt.
In diesen Abbildungen, sind die Empfangs- und Rauschspannungen in der ersten und
zweiten Hochfrequenzstufe dargestellt. Die Empfangsspannung ist mit E" die in der
ersten Stufe erzeugte Rauschspannung mit ER, und die in der zweiter. Stufe erzeugte
Rauschspannung mit ER=, die verstärkten Empfangs- und Rauschspannungen mit Ei,,
bz«-. ER" und schließlich die Vektorsumme der verstärkten Rauschspannung der ersten
Stufe und der Rauschspannung der zweiten Stufe mit ERS bezeichnet. Man kamt näherungsweise
annehmen, daß eine Empfangsspannung Ei am Gitter der ersten Röhre noch gerade wahrnehmbar
ist, wenn sie etwa gleich groß wie die Rauschspannung ER, am Gitter der ersten Röhre
ist. Daher sind diese beiden Spannungen in Abb. i gleich groß gezeichnet. Ferner
ist in Abb. i angenommen, daß die Rauschspannung ER= der -zweiten Stufe genau so
groß ist wie die Rauschspannung ER, der ersten Stufe und daß ferner die Verstärkung
der ersten Stufe gleich i ist. Zu der Rauschspannung ER= der zweiten Stufe
kommt deshalb noch eine gleich große Rauschspannung ER" der ersten Stufe hinzu.
Sie addieren sich quadratisch, da es sich bei Rauschspannungen um voneinander unabhängige
Frequenzen handelt, so daß nicht wie bei gleichen Frequenzen oder Oberwellen die
gegenseitige Phasenlage eine Rolle :piep. Die Rauschspannung am Gitter der zweiten
Stufe ist also, wenn v die Verstärkung der ersten Stufe ist:
Itii Beispiel ergibt sich:
Die Rauschspannung am Gitter der zweiten Stufe ist also nur um 4o'°% höher als die
Empfangsspannung, was auch noch als unwesentlich angenommen werden kann.
In
Abb.2 sei die Verstärkung der ersten Stufe bei sonst gleichen Bedingungen wie in
Abb..i gleich 2. Die Rauschspannung am Gitter der zweiten Stufe ist daher:
Da die- verstärkte Empfangsspannung El,, bleich 2 # El ist, ist die gesamte Rauschspannung
EIS am Gitter der zweiten Stufe nur um etwa (2,24 -2) ::2 = 12 °/o höher als die
verstärkte Empfangsspannung Ei,,. Bei 1,5-facher Verstärkung würden sich 2o11/0
ergeben. Man sieht, daß bei gleichen Rauschspannungen in den beiden ersten Stufen
und bei einer Verstärkung, welche nur wenig über i liegt, die Rauschspannung der
zweiten Stufe keine Rolle mehr spielt: Abb.3 zeigt den Fall, daß das Rauschen der
zweiten Stufe größer ist als das der ersten Stufe, was bei einer Mischröhre als
zweiter Röhre zutrifft. Man braucht dann die Verstärkung der ersten Stufe nur entsprechend
höher zu wählen, um dieselben Verhältnisse wie oben zu erhalten. Es sei angenommen,
daß die zweite Stufe eine dreimal so große Rauschspannung erzeugt wie die erste
Stufe und daher die Verstärkung in Abb. 3 gleich 3 sei. Die gesamte Rauschspannung
am Gitter der zweiten Röhre ist dann:
Das Verhältnis der gesamten Rauschspannung am Gitter der zweiten Röhre zu der verstärkten
Empfangsspannung ist daher gleich 4#25 : 3 = 1,4 wie bei Abb. i. Wenn man also die
Verstärkung gerade so groß macht, daß das verstärkte Eingangsrauschen gleich dem
Rauschen der Mischstufe ist, so ist die gesamte Rauschspannung an der Mischstufe
gleich dem 1,4fachen der verstärkten Eingangsspannung. Bei 4,5facher Verstärkung
würde sich 1,2 und bei 6facher Verstärkung 1,12 ergeben. Die gesamte Rauschspannung
ist also 40 bzw. 20 bzw. 12 °/o höher als die verstärkte Eingangsspannung.
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Bei den üblichen Empfängern ist die Verstärkung tatsächlich weit höher.
Bei einem früher gebauten Kurzwellen-Übersee-Empfänger waren zwei Hochfrequenzstufen
vor der Mischrähre vorgesehen, welche je etwa 14fach, also zusammen etwa, Zoofach
verstärkten.
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Das oben Gesagte erklärt die Tatsache, daß die kleinste zu empfangende
Spannung durch das Rauschen der ersten Röhre bestimmt ist, falls die Verstärkung
der nachfolgenden Stufen so groß ist, daß das verstärkte Rauschen der Eingangsstufen
(Eingangsschaltung und Eingangsröhre) das Rauschen der nachfolgenden Stufen überwiegt.
Daher verwendet man bekanntlich in der ersten Stufe eine möglichst rauscharme Röhre.
Hiervon wird man auch bei dem erfindungsgemäßen Empfänger Gebrauch machen.
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Das erste Merkmal der Erfindung; nämlich daß die Verstärkung der vor
der Mischröhre mit dem folgenden Kanalfilter liegenden Stufen, welche bei unterhalb
etwa ioo yV liegenden Eingangsspannungen alle nicht geregelt werden, so weit herabgesetzt
ist, daß das verstärkte Rauschen der Eingangsstufen gleich groß wie das Rauschen
der Mischstufe oder wenige Male größer ist, wird nun verständlich. Die Verstärkung
der einzelnen Stufen soll zur Vermeidung einer Kreuzmodulation vor dem Kanalfilter
nur klein sein, andererseits aber doch so groß, daß die erste rauscharme Röhre und
nicht die stärker rauschende Mischstufe maßgebend für das Rauschen bleibt. Die Herabsetzung
der Verstärkung kann auf verschiedene, an sich bekannte Weise entstehen. Man kann
z. B. nur einen Teil der Schwingungskreise in den Anoden- oder Gitterkreis legen
oder das Induktivitäts-Kapazitäts-Verhältnis der Schwingungskreise klein wählen.
Man könnte an sich auch die Röhrenzahl einschränken, also in dem obenerwähnten Beispiel
statt zwei Hochfrequenzröhren nur eine verwenden. Jedoch muß man zur Trennung der
Schwingungskreise oder Bandfilter Röhren zwischenschalten. Die Erfindung ist jedoch
nicht auf die Verwendung von zwei Hochfrequenzstufen beschränkt. Wesentlich ist
nur, daß die Verstärkung der verwendeten Hochfrequenzstufen nicht den größtmöglichen
Wert besitzt, sondern absichtlich herabgesetzt ist.
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Bei großen Eingangsspannungen von etwa ioo,uV, d. h. solchen Eingangsspannungen,
welche etwa ioomal so groß wie die am Gitter der ersten Röhre liegende Rauschspannung
sind, kann man die vor dem Kanalfilter liegenden Röhren zur Schwundregelung mit
heranziehen, da dann keine Gefahr des Untergehens eines empfangenen Senders im Rauschen
der Mischröhre zu befürchten ist. Selbst bei heruntergeregelter Verstärkung der
ersten Stufen kommt ja ein derart starker Sender noch mit einer größeren Spannung
an
der Mischstufe an. Diese zusätzliche, spannungsmäßig stark verzögerte
Regelung, z. B. in an sich bekannter Weise durch eine negative Vorspannung des Regelgleichrichters,
dient lediglich zur Unterstützung der Regelnng der hinter dem Kanalfilter liegenden
Röhren, um eine gleichmäßige Ausgangsspannung zu erzielen. Die erfindungsgemäßen
Beinessungsangaben für die ersten Stufen werden dadurch nicht überflüssig, da sie
ja mit Rücksicht auf starke Störsender beibehalten werden müssen.
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Gemäß dein zweiten Merkmal der Erfindung wird eine Mischstufe verwendet,
welche bei der erfindungsgemäß bemessenen Verstärkung der vor der Mischstufe liegenden
Stufen durch die größte verstärkte Empfangsspannung noch keine Kreuzmodulation verursacht.
Diese- Bedingung ist bei Verwendung von Trioden in der Mischstufe erfüllt, da Trioden
in der Mischstufe nur etwa i,6ma1 stärker rauschen als die Eingangsröhren. Daher
braucht bei Anwendung der Erfindung die Verstärkung bis zur Mischstufe auch nur
etwa 1,6 oder wenig mehr, z. B. 3 bis 5, betragen; deshalb liegen nur kleine Wechselspannungen
an einer derartigen Mischröhre. Würde man dagegen eine Hexode in der Mischstufe
verwenden, so miißte man die Verstärkung bis zur Mischstufe etwa gleich io bis 2o
machen, da eine Hexode als Mischröhre etwa iomal stärker als die Eingangsröhre rauscht.
Eine 2ofache Verstärkung, welche man aus Sicherheitsgründen vornehmen würde, ergibt
aber bereits so große Wechselspannungen am Gitter .der Hexode, daß die heute gebauten
Hexoden bereits übersteuert würden. Es wird nämlich z.B. anKurzwellen-Übersee-Empfänger
die Forderung gestellt, daß ein Spannung sbereichvon zlc.V (io-6 V) bis zomV (io
'V) empfangen werden soll. Bei 2ofacher Verstärkung kann daher an der Hexode eine
Wechselspannung von o,2 Volt auftreten, welche bereits eine Kreuzmodulation eines
gewünschten Senders bewirken würden. Der hreuzmodulationsfaktor soll nämlich kleiner
als 1010 sein, damit die Kreuzmodulation nicht als störend empfunden wird. Dieser
Kreuzmodulationsfaktor wird bei handelsüblichen Röhrenbei einer Störträgerspannung
voll etwa ioo inV = o;i V am Gitter der Röhre erreicht.
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Wenn man also eine einzige ungeregelte 1-lochfrequenzstufe mit einer
im Kurzwellenbereich normalen Hochfrequenzverstärkung und anschließend eine der
heutigen gebräuchlichen Hexoden als Mischröhre verwenden würde. so würde man von
der Erfindung nicht Gebrauch machen, da die Verstärkung gemäß dem .ersten Merkmal
der Erfindung nicht herabgesetzt ist und# da die Mischröhre entgegen dein zweiten
Merkmal der Erfindung eine Kreuzmodulation verursacht.
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Die Verwendung von Dioden zur Mischung dürfte besonders günstig sein,
da nach theoretiscben Überlegungen das Rauschen nur zweimal stärker als bei der
Eingangsröhre ist und die Kennlinie einer Diode bei hohem Außenwiderstand praktisch
gerade und nur durch die Belastungsfähigkeit der Diode begrenzt ist.
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Das dritte Merkmal der Erfindung, nämlich daß die selbsttätige Schwundregelung
erst in dem auf das Kanalfilter folgenden Empfängerteil vorgesehen ist, bedarf nach
dem oben Gesagten keiner näheren Erklärung mehr. Wenn nämlich die Empfangsspannungen
das Kanalfilter hinter der Mischstufe durchlaufen haben, bestellt wegen der dann
erfolgten Aussiebung der störenden _\ achbarsender keine Gefahr der Kreuzmodulation
mehr, so daß eine normale, an sich bekannte _Sclnt-undregelung angewendet werden
kann.
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Abb..l zeigt ein Schema für einen erfindungsgemäß aufgebauten Empfänger.
Die Hochfrequenzstufe bzw. -stufen 1-1I- sind nicht schwundgeregelt. Dann folgt
die Mischstufe 1I finit Oszillator O und dann ein Kanalfilter F, welches z. B. aus
einem Quarzfilter bestellt. Der Zwischenfrequenzteil ZF wird voll der Einpfangsgleichrichterstufe
G aus über die Regelleitung RL geregelt. Schließlich folgen die \; iederfrequenzstufen
1'F.
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Abb. 5 zeigt ein Schaltungsbeispiel für den Eingangsteil des Empfängers
bis zum Kanalfilter. Die Hochfrequenzstufen sind mit HF, und HF., und die Mischstufe
wieder mit M bezeichnet. In diesem Beispiel wird der Röhre HF. von dem Schwingungskreis
2 nur eine Teilspannung zugeführt, da bei kurzen Wellen der Eingangswiderstand einer
Röhre stark dämpfend wirkt und daher eine zu große Bandbreite vermieden wird. Die
Anzapfung an dein Schwingungskreis 2 ist g1eicllzeitig so tief gelegt, daß die Verstärkung
geringer -ist, als sie maximal gemacht werden könnte: Als Mischstufe ist in an sich
bekannter Weise eine Gegentaktmischstufe verwe»-det, an welche der Oszillator O
iiii Gleichtakt angekoppelt ist und von lvelcber die Zwischenfrequenz im Gleichtakt
abgenommen wird. Hierdurch wird erreicht, daß ein zufällig auf der Zwischenfrequenz.
arbeitender Sender nicht in den Zwischenfrequenzteil gelange» kann.