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Modulationsanordnung Die Erfindung betrifft eine Modulationsanordnung,
insbesondere zur Umwandlung von amplitudenmodulierten Wechselspannungen in Wechselspannungen
mit einer anderen Modulationsart, z. B. Frequenz- oder Phasenmodulation.
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Es ist bereits eine Anordnung zur Erzeugung eines modulierten Stromes
bekanntrgeworden, die im wesentlichem, aus einer Kathodensitrahlröhre besteht, deren,
durch die Modulationsspannungen kreisförmig abgelenkter Kathodenstrahl auf eine
Auffangelektrade auftrifft. Hierbei schwankt sowohl die Umlaufsfrequenz als auch
der Radius der Umlaufsbahn in Abhängigkeit von, der Frequenz und Amplitude der Modulatio,nssträme.
Die Trägerfrequenz wird bei dieser Anordnung durch dien umlaufenden Kathodenstrahl
selbst und durch eine besondere Formgebung der Auffangelektrode erzeugt, z. B. durch
eine Unterteilung einer vor der Auffangelektrode angeordneten Blendenelektrode.
Diese Anordnung hat den: Nachteil, daß die erzeugte Trägerfrequenz nicht konstant,
sondern eine
Funktion der jeweiligen Modulationsfrequenz ist, die
die Umlaufsfrequenz des Kathodenstrahles bestimmt. Es ist also nicht eine einzige
von vornherein festliegende und unbeeinflußbareSchwingungsgröße vorhanden. Dieser
;Nachteil wird durch die erfindungsgemäße Modulationsanordnung vermieden.
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Erfindungsgemäß wird bei einer Modulati.onsanordnung mit einer Kathodenstrahlröhre,
deren Kathodenstrahl kreisförmig abgelenkt wird und auf eine Auffangelektrode auftrifft,
insbesondere zur Umwandlung von amplitud enmodulierten Wechselspannungen in Wechselspannungen
mit einer anderen Modulationsart, z. B. Frequenz- oder Phasenmodulation, der Kathodenstrahl
durch die Trägerspannungen und Modulationsspannungen so abgelenkt, daß er einem
Kreis mit von der Größe der Modulationisspannungen abhängigem Radius und mit einer
der Trägerfrequenz entsprechenden konstantem Umlaufszeit beschreibt, und bei dieser
Modulationsanordnung ist die Auffangelektrode der Kathodenstrahlröhre, die gegebenenfalls
aus zwei oder mehreren Teilen zusammengesetzt ist, so geformt, daß im Stromkreis
der Auffangelektrode die auf die gewünschte Modulationsart modulierten Spannungen
auftreten.
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Gemäß einer Hauptausführungsforrn der Erfindung -,werden die amplitude,nmodulierten
Schwingungen mit 9o" Phasenverschiebung den beiden Plattenpaaren einer Braunschen
Röhre zugeführt, deren Kathodenstrahl auf eine so geformte, aus mehreren Elektroden
zusammengesetzte Auffangplatte fällt, daß die von den Elektroden abgenommenen Wechselströme
in der gewünschten Modü.lationsart moduliert sind. An Hand der Abbildungen soll
die Erfindung näher beschrieben werden.
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Abb. i zeigt eine Braunsche Röhre q. mit zwei elektrostatisch wirkendenAblenkplattenpaaren6
und 8 und einer Auffangelektrodeio. Die Röhre ist im übrigen wie eine normale Braunsche
Röhre aufgebaut, so daß eine «,eitere Beschreibung nicht notwendig ist. Abb.2 zeigtdie,Form
derAuffangelektrodeio, die zur Umwandlung von Amplitudenmodulation inPhasenmodulation
geeignet ist. Diese Elektrode besteht aus zwei Metallteilen 1d. und 16, die z. B.
durch Metallplatten., Drahtnetze oder metallische Belegungen auf dem Röhrenboden.
oder einer anderen Unterlage gebildet sein können. Werdtn Drahtnetze verwendet,
so ist es vorteilhaft, hinter diesen Drahtnetzen noch eine weitere geeignet vorgespannte
Sammelelektrode anzuordnen. Die amplitudenmodulierten Schwingungen werden mit 9o'
Phasenverschiebung der. beiden Plattenpaaren gleichzeitig zugeführt, so daß der
Kathodenstrahl eine kreisförmige Bahn beschreibt, deren Radius von der jeweils herrschenden
Amplitude abhängt. Damit nun die von den beiden Teilen der Auffangelektrode abgenommenen
Spannungen phasen-oder frequenzmoduliert sind, wobei die Phasen- bzw. Frequenzänderungen
eine lineare Funktion der .-",mplituden,änderungeti der ursprünglichen Schwingungen
sind, müssen die Elektroden so geformt sein, daß die Gleichung r = a C),
d. h. die Gleichung einer archimedischen Spirale erfüllt ist. In dieser Gleichung
ist r- der Abstand vorn Mittelpunkt der Auffangelektrode bis zu einem beliebigen
Umrandun.gspunkt eines Elektrodenteils und O der Winkel zwischen einer willkürlich
vorgegebenen Geraden und demselben Umrandungspunkt. a ist eine Konstante, die von
der Anzahl der verwendeten Elektrodenteile abhängt. r und N sind also die
normalen Variabler. in Polarkoordinaten.
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Die- Röhre ist so ausgebildet, daß der Elektronenstrahl scharf fokussiert
ist und bei Fehlen von Ablenkspannun;gen genau auf die Mitte der Auffangelektrode
fällt. Sind die Ablenkplatten, wiedarg stellt, um go=' gegerreinander versetzt,
so beschreibt der Kathodenstrahl einen Kreis, wenn die Ablenkspannungen ebenfalls
um 963 in der Phase gegeneinander verschoben sind. Es liegt natürlich im Rahmen
der Erfindung, wenn die Ablenkplatten in einem anderen, Winkel zueinander stehen
und auch die relative Phasenverschiebung zwischen den Ablenkplatten dementsprechend
einen anderen Wert annimmt. Das Wesentliche ist nur, daß der Kathodenstrahl einen
Kreis beschreibt, dessen Radius von der Amplitude der Ablenkspannung abhängt.
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Abb.3 zeigt im Prinzip den Schaltungsaufbau. Einem :#,mpl:itudenmodulator
20 werden Trägerfrequenzströme und Mo.dulationsspannungen zugeführt. Der Ausgang
dieses Modulators liegt an einem Potentiometer P1, das mit einer Phasendreheinrichtung
22 verbunden ist. Im Ausgang dieser Einrichtung treten zwei um 9o° gegeneinander
versetzte amplitude@nmodulierte Spannungen e1 und e. auf, die gegebenenfalls noch
über Amplitudeneinstellglieder P., zu den Ablen:kplatten der Braunschen Röhre geführt
werden. Abb. 3 a zeigt ein Beispiel für eine Phasendreheinrichtung. Die amplitudenmodulierten
Spannungen werden der Reihenschaltung eines Ohmschen Widerstandes 30 und
einer variablen Kapazität 32 zugeführt. Von dem Widerstand 30 kann. dann die eine
Spannung e1, von der Kapazität 32 die andere, um 9o' gegen die erstere versetzte
Spannung e#, abgenommen werden. Die Spannungen können durch Telegraphiezeichen,
Sprache, Fernsehsignale. Bildtelegraphie moduliert sein. Wird eine Phasenmodulation
im
Ausgang der ganzen Anordnung gewünscht, so können die ampl.itudenmodulierten Signale
unverzerrt der Braunschen Röhre zugeführt werden. Soll dagegen die erzielte Schwingung
frequenzmo,duliert sein, so müssen die Modulationsspanuungen so vorverzerrt sein,
daß die nichtigeBeziehung zwischen einer Frequenz und einer Amplitude erfüllt ist.
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Die Umwandlung der Ampli.tudenmodulation in Phasen oder Frequenzmodulation
geht auf folgende Weise vor sich: Die Braunsche Röhre ist .so reingestellt, daß
der Mittelpunkt des vom Kathodenstrahl beschriebenem Kreises mit dem Mittelpunkt
der Auffangplatte genau zusammenfällt. Die beiden Teile 14 und 16 der Auffangplatte
in Abb. 2 sind über einen Widerstand Z" miteinander verbunden, an dessen Mittelpunkt
eine positive Vorspannung angelegt wird. Von diesem Widerstand werden die Ausgangsspannungen
abgenommen. Es sei nun angenommen, daß die Ablenkspannungen nicht moduliert sind.
Ist das Potentiometer P1 so eingestellt, daß die erzielte Kreisbahn des Kathodenstrahles
der Bahn cl in Abb. 2 ,entspricht, so haben. die am Widerstand Z auftretenden Spannungen
die Form a der Abb. 4. Der Elektronenstrom geht an den Punkten p1 und p1' von dem
einen Plattensegment jeweils auf das andere über. Werden nun die Ablenkspannungen
durch Einstellung des Potentiomebers P1 z. B. auf die Hälfte verkleinert, so beschreibt
der Kathodenstrahl den Kreis c2, und die am Widerstand Z" auftretenden Spannungen
erhalten die Form b in Abb. 4. Der Kathodenstrahl geht jetzt an den Punkten p2 und
p2 von dem einen Segment auf das andere über. Wird die Ampliitude der Ablenkspannungen
wieder vergrößert, und zwar z. B. auf einen. Wert, der um die Hälfte größer ist
als der ursprüngliche Wert, so beschreibt der Kathodenstrahl die Kurve c3, so daß
die Ausgangsspannungen die Farm c in Abb. 4 erhalten-. Die übergangsstelle des Elektronenstrahles
von einem Segment auf das andere liegt jetzt bei den Punkten p3 und p,'. Man sieht,
daß durch die Formung der Elektrodensegmente eine Phasenverschiebung derAusgangsspannungen
je nach dem Radius des vom Kathodenstrahl beschriebenen Kreises erzielt wird, d.
h. daß eine Amplitudenmodulation in eine Phasenmodulation umgewandelt wird. DieAmplitude
der Ausgangsspannungen bleibt vollkommen konstant. Die Einstellung der Braunschen
Röhre erfolgt am besten dadurch, d'aß die Auffangplatte mit einer fluoreszierenden
Schicht versehen ist, so daß der Weg des Kathodenstrahles direkt sichtbar ist. Der
Widerstand Z" kann rein ohmisch sein, kann aber auch aus einer Reaktanz, z. B. einem
abgestimmten Schwingungskreis, bestehen, der auch auf eineHarmonischeder ursprünglichen
Frequenz abgestimmt sein. kann. Da die Ausgangsspannungen nicht sinusförm,ig sind,
ist der Anteil der Harmonischen genügend groß. Stattdessen kann eineFrequenzvervielfachung
auf einfache Weise auch dadurch erzielt werden:, daß die Auffangplatte nicht nur
aus zwei Segmenten, sondern aus mehreren:, in Abb. 2 a z. B. aus vifer Segmenten
zusammengesetzt ist. Jeweils zwei dieser Segmente 16, 16' und 14, 1d' sind, wie
dargestellt, über Verbindungsbügel iio und zig miteinander verbunden. Die Form der
Umrandungskurve entspricht wie vorher einer archimedischen Spirale. Die Wirkungsweise
dieser Anordnung geht ohne weiteres aus der oben beschriebenen Wirkungsweise der
Anordnung gemäß Abb.2 hervor, wobei zusätzlich zur Phasenmodulation noch eine Frequenzverdopplung
erzielt wird. Die Zahl der Segmente kann beliebig erhöht werden, wodurch eine beliebige
Frequ.enzsteigerung erreichbar ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die speziell dargestellte Braunsche Röhre
beschränkt, sondern kann in gleicher Weise bei beliebigen anderen Röhrenkonstruktionen
Anwendung finden. So kann in der Röhre: selbst noch eine Verstärkung durch Sekundäremission
vorgenommen werden. Außerdem ist es vorteilhaft, in der Röhre noch eine weitere
Elektrode unterzubringen, durch die nicht von der Auffangplatte aufgefangene Elektronen
oder Sekundärelektronen gesammelt werden. Die elektrostatische Ablenkung kann durch
eine elektromagnetische Ablenkung ersetzt werden. Statt mit einer Amplitudenmodulation
können die Ablenkspannungen, auch; mit konstanter Amplitude den Ablenkelektroden
zugeführt werden, während die Modulationsspannungen an eine Beschleunigungselektrode,
angelegt werden. Änderungen der Beschleunigungsspannung ändern die Steifheit des
Kathodenstrahles, so daß dieser wiederum einen Kreis beschreibt, dessen Radius der
Größe der Beschleunigungsspannung umgekehrt proportional ist. Die Erfindung eignet
sich demgemäß nicht nur zur Umwandlung von Amplitudenmodulation in eine andere Modulationsart,
sondern auch zur direkten Erzeugung z. B. von Phasenmodulation oder einer anderen
Modulationsart.
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In Abb. i ist die Auffangplatte io eben gezeichnet. Sie kann jedoch
auch gemäß Abb. i a so gekrümmt sein, daß sämtlichePunkte einen gleichen Abstand
von der Kathode der Röhre aufweisen. Hierbei gilt jedoch nicht mehr die einfache
Gleichung der archimedischen Spirale. In der Braunschen Röhre können auch noch zusätzliche
Elektroden angeordnet sein,
die zur selbsttätigen Anzeige von Übermodulation
oder zur Modulationsgra:deinstellung dienen.
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Aus der bisherigen Beschreibung geht ohne weiteres hervor, daß jede
gewünschte Funktion zwischen den ursprünglichen k@odulationsspan.nungen und dem
erzielten Hub der Phasenmodulation durch geeignete Formung der Auffangplatte und
der einzelnen Segmente erzielt werden kann. Zusätzlich zur Phasenmodulation kann
noch eine Amplitudenmodulation dadurch im Ausgang erreicht werden, daß das Steuergitter
der Braunsehen Röhre gleichzeitig von den Modulationsspannungen gesteuert wird.
Wünscht man lediglich eine Amplitudenmodulat.ion, so gibt man keine oder konstante
Ablenkspannungen auf die Platten, so daß der Elektronenstrahl nur durch das Steuergitter
beeinflußt wird.
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Im folgenden soll ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben
werden. Zur Bildtelegraphie wird mit Vorteil ein Verfahren verwendet, bei dem eine
überhörfrequente Schwingung mit rechteckiger Kurvenform konstanter Amplitude so
moduliert wird, daß die mittlerer Frequenz konstant bleibt, während die Breite der
einzelnen Rechteckimpulse um einen mittleren Wert variiert wird. Die Erfindung eignet
sich nun zur Erzeugung einer solchen Bildtelegraphiemodulation aus einer ursprünglich.
normal amplitudenmodulierten Dies Ausführungsbeispiel soll an Hand: der Abb. 5 bis
1a beschrieben werden. Die Auffangplatte der Braunsehen Röhre besteht gemäß Abb.
5 aus zwei Teilen 14 und 16. Die äußere Umrandungskurve der einen Hälfte des Segmentes
16 folgt der Gleichung r = -a N -d,
die Umrandungskurve der
anderen Hälfte der Gleichung r = -j- a C -d. Die innere Umrandungskurve
der einen Hälfte des Seginentes 1q. folgt der Gleichung r = -a U -I-
d,
die innere Umrandung der anderen Hälfte von 1d. der Gleichung
r = a O + d. r ist hierin wiederum der Abstand vom Nullpunkt, O der
Winkel von einer vorgegebenen Geraden aus und a und d Konstante, wovon
die letztere von dem Abstand zwischen den Segmenten abhängt. Die ursprünglich amplitudenmodul.ierten
Schwingungen werden wiederum der BraunschenRöhre so zugeführt, daß der Kathodenstrahl
einen Kreis beschreibt, dessen Radius von der Größe der Modulationsspannun.g abhängt.
Die Modulation kann in Faksimilesignalen, Tastimpulsen, Sprache, Musik oder Fernsehsendungen
bestehen.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Sind keine Modulationsspannungen
vorhanden, so beschreibt der Elektronenstrahl einen Kreis, dessen Mittelpunkt finit
der Mitte der Auffangelektrode zusammenfällt. Dieser Kreis seei z. B. in Ab:b. 5
mit cl bezeichnet. Am Ausgangswiderstand Z,a tritt dann eine Spannung auf, deren
Verlauf der Kurve a in Abb. 6 entspricht. Der Elektronenstrahl geht von dem einen
Plattensegment 16 auf das andere Segment 1q. bzw. umgekehrt an den Stellen pi und
p,' über. Diese Stellen liegen zSo° gegeneinander versetzt. Hierdurch werden die
positiven und negativen Teile einer jeden Periode der überhörfrequenten Ausgangsspannung
einander gleich, was der Modulation :1u11 entspricht. `'Nenn nun die Ablenkspannungen
verkleinert werden, so beschreibt der Kathodenstrahl die Kurve c2, und die Ausgangsspannungen
nehmen die Form bin .ebb. 6 an. Die Übergangsstellen von einem Segment auf das andere
liegen nun an dien Punkten p2 und p2'.
wodurch die Dauer der positiven Teile
gegenüber der der negativen Teile einer Periode stark verkürzt wird. Werden die
Ablenkspannungen schließlich über den Mittelwert hinaus vergrößert, so ergeben sich
der Kreis c.", die Übergangsstellen p2. p3' und Ausgangsspannungen von der Form
c in Ab b. 6. Es ergibt sich also, daß durch die dargestellte Anordnung amplitudenmodulierte
Wechselspannungen beliebiger Frequenz in rechteckige Wechselspannungen umgewandelt
werden können, deren mittlere Frequenz konstant ist. bei denen aber die Breite der
einzelnen Rechteckimpulse schwankt. Abb. 7 zeigt eine derart modulierte Ausgangsspannung.
In diesem Beispiel ist die Modulationsfrequenz sinusförmig und gleich ein Zwanzigstel
der überhörfrequenten Trägerschwingung. Der Modulationsgrad beträgt 75 °/o. Diese
Spannung kann wiederum zur Modulation eines hochfrequenten Trägers verwendet werden.
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Statt der beschriebenen Modulationsart, bei der die rechteckigen Impulse
in ihrer vollen Breite übertragen werden, ist es auch bekannt, jeweils im Anfang
und am Ende eines Rechteckimpulises zwei kurzzeitige Impulse zu senden, deren Abstand
dann die Breite des ursprünglichen Impulses bestimmt. Um diese Modulationsart mit
der erfindungsgemäßen Röhre herzustellen, kann eine Auffangelektrode gemäß Abb.
8 Verwendung finden. Diese Elektrode hat dieselbe Form wie die der Abb. 5, mit dem
Unterschied jedoch, daß zwischen den beiden Segmetiteii ang°Ordnet noch eine weitere
Elektrode 115
ist, die von den beiden Segmenten 14 und 16 elektrisch unabhängig
ist und über einen 7usätzlichen Außenwiderstand ZI; positiv vorgespannt ist. An
dem Widerstand ZB können die erwähnten kurzzeitig"ri Impulse abgenommen werden.
Die erzielte Impulsform ist
in. Abb. 9 dargestellt, wo dieselbe
Modulation wie in. Abb. 7 verwendet ist. Eine Beschreibung der Wirkungsweise dieser
Anordnung erübrigt sich..
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Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann die Erzeugung einer-kreisförmigen
Kathodenstrahlbahn statt durch die Abdenkung mittels amplitudenmodulierter Spannungen
dadurch geschehen, daß die überhörfrequenten Träg Urschwingungen urimoduliert auf
die Ablenkplatte gegeben werden, während die Modulationsspannunagen einem Beschkeunigungsgitter
oder der Anodenspannung der Brauaschen Röhre überlagert werden.
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Die Abbildung en zeigten bisher Auffangelektroden, bei denen die einzelnen
S-egrnente innerhalb einer Ebene. lagen, bzw. auf einer Kugeloberfläche, und durch
Luftspalte voneinander getrennt waren. Eine konstruktiv wesentlich einfachere Anordnung
läßt sich dadurch erzielen, daß die einzelnen. Elektroden hintereinander angeordnet
sind, wie! es die Abb. io bis 12 zeigen, bei denen die Auffangelektrode links im
Schnitt und rechts v011 vorn dargestellt ist. Der Pfeil links deutet jeweils die
Richtung der Kathodenstrahlen an. In Abb. io ist 14 einfach, eine kreisförmige Plattenelektrode
und 16 eine- davor allgeordnete, etwa herzförmige zweite Elektrode. Es ist ohne
weiteres ersichtlich, daß hierdurch dieselbe Wirkung wie durch die Anordnung nach
Abb. 5 erzielt wird. Aus den Gleichungen fällt bei dieser Anordnung die Konstante
d heraus, da der Elektronenstrahl direkt von einem Segment auf das andere übergeht.
In Abb. ii ist 16' eine kreisförmige Plattenelektrode, mit einem herzförmigen Ausschnitt,
hinter der die beliebig geformte, z. B. kreisförmige zweite, Elektrode 14' angeordnet
ist. Eine Anordnung. zur Erzielung von Impulsen gemäß Abb.9 zeigt die Abb. i2, bei
der vor einer plattenförmigen Elektrode 14 eine aus einem schmalen Band bestehende
herzförmige Elel(ctrode 115 angeordnet ist.
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Wie schon oben erwähnt, können die Elektroden auch: aus geeignet gegeneinander
isolierten Metallbelegungen auf dem Röhrenboden oder einer anderen Unterlage, bestehen.