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Elektrischer Frequenzwandler Die Erfindung betrifft Anordnungen, die
elektrische Frequenzwandler enthalten. Unter Frequenzwandlern sind Gebilde zu verstehen,
die ein Frequenzband aus einem Teil des Frequenzspektrums in einen anderen Teil
verschieben. Es werden also sowohl Modulatoren, die im albgemeinen das Frequenzband
aus einer niederfrequenten Lage in eine höherfrequente Lage, als auch Demodulatoren,
die im allgemeinen das Frequenzband aus einer höherfrequenten Lage in eine niederfrequente
Lage des Frequenzspektrums verschieben, als F requenzwandler bezeichnet.
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Das umzuwandelnde Frequenzband wird dem Frequenzwandler über ein Klemmenpaar
zugeführt und das umgewandelte Band von einem anderen Klemmenpaar abgenommen. Im
allgemeinen kann das gleiche Klemmenpaar sowohl als Ausgang als auch als Eingang
benutzt werden. Zur Frequenzwandlung werden ein oder mehrere nichtlineare Widerstände
benutzt, z. B. Röhren oder Trockengleichrichter, die durch eine die gewünschte Verschiebung
ergebende Trägerfrequenz gesteuert werden. Die Eingangsklemmen sind im allgemeinen
mit einem Eingangsfilter und die Ausgangsklemmen mit einem Ausgangsfilter verbunden.
Das Eingangsfilter hält unerwünschte Frequenzen vom Frequenzwandler fern; durch
das Ausgangsfilter werden unerwünschte Modulationsprodukte vom Ausgange der Anordnung
ferngehalten.
Um Verzerrungen zu vermeiden, ist es erwünscht, daß
der wirksame Scheinwiderstand, auf den der Frequenzwandler arbeitet, wenigstens
im Bereich des Eingangs- und Ausgangsfrequenzbandes konstant ist. Der wirksame Scheinwiderstand
setzt sich zusammen aus dem Scheinwiderstand des Eingangsfilters und dem Scheinwiderstand
des Ausgangsfilters vom Frequenzwandler aus gesehen. Die Eingangs- und Ausgangsklemmen
des Frequenzwandlers liegen gewöhnlich parallel, d. h. sie sind so angeordnet, daß
die Spannung an den Ausgangsklemmen in jedem Augenblick gleich der an den Eingangsklemmen
auftretenden Spannung ist, so daß der wirksame Scheinleitwert, auf den der Frequenzwandler
arbeitet, gleich ist I'A + I'B, wobei YA gleich dem Scheinleitwert des Eingangsfilters
und I'B der Scheinleitwert des Ausgangsfilters vom Frequenzwandler aus gesehen ist.
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Die Eingangs- und Ausgangsfilter müssen so aufgebaut sein, daß sie
das Eingangs- und Ausgangsfrequenzband voneinander trennen. Wenn die beiden Bänder
genügend weit auseinander liegen, können geeignete Filter mit den erforderlichen
Grenzfrequenzen und mit einem konstanten Scheinwiderstand im Frequenzbereich des
Eingangs- und Ausgangsbandes mit genügender Genauigkeit für alle praktischen Zwecke
aufgebaut werden. Liegen die beiden Bänder jedoch dicht benachbart, so ist es schwierig,
Filter aufzubauen, die sowohl geeignete Grenzfrequenzen als auch die notwendige
Konstanz des Scheinwiderstandes aufweisen.
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Dies ersieht man deutlicher bei Betrachtung der Fig. i, in der die
Kurve i den Scheinwiderstand eines Tiefpasses und Kurvet den Scheinwiderstand eines
Hochpasses in Abhängigkeit von der Frequenz f zeigt. Beide Filter sind so gebaut,
daß sie einen konstanten Scheinwiderstand im Bereich der Eingangsfrequenzen f" bis
f6 bzw. im Bereich des oberen Seitenbandes von (F -i- f,) bis (F -f-
f6) zeigen. Werden die beiden Filter parallel geschaltet, so ergibt sich aus dem
Verlauf der Kurven i und 2, daß in einem großen Bereich des Übertragungsbandes jedes
Filters und insbesondere des Nutzfrequenzbereiches, d. h. von f" bis f6 oder von
(F -I-- f,) bis (F + f6), da der Scheinwiderstand des jeweiligen anderen
Filters in diesem Bereich nicht konstant ist, der gesamte Scheinwiderstand in jedem
Nutzfrequenzbereich unkonstant ist und Verzerrungen auftreten.
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Falls das Eingangs- undAusgangsfrequenzband genügend weit voneinander
getrennt sind, ist der Scheinwiderstand jedes Filters im Nutzfrequenzbereich des
anderen Filters so groß. daß er vernachlässigt werden kann. Bei Systemen, bei denen
Eingangs- und Ausgangsfrequenzband dicht benachbart sind, treten jedoch die vorhergehend
angeführten Nachteile auf.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es nun, diese Nachteile
zu vermeiden.
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Gemäß der Erfindung werden bei mit nichtlinearen Widerständen arbeitenden
Frequenzwandlern, die ein Frequenzband in eine benachbarte Lage im Frequenzspektrum
versetzen, die Eingangs- und/oder Ausgangsklemmen mit einem Paar von komplementären
Filtern verbunden. Die komplementären Filter sind so zu bemessen, daß mindestens
in einem beträchtlichen Teil des Eingangs- und Ausgangsfrequenzbandes der resultierende
Scheinwiderstand vom Frequenzwandler aus gesehen konstant und reell ist.
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Die Eingangs- und Ausgangsfilter können selbst parallel geschaltet
und komplementär sein, so daß ("A -f- YB) konstant ist, obwohl I'A und YB selbst
nicht konstant sind. Ebenso können auch Eingangs- und Ausgangsfilter je mit einem
komplementären Korrektionsfilter verbunden sein, so daß YA und YB konstant sind.
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Um diese Schwierigkeit zu überwinden, macht die Erfindung also von
der an sich bekannten Tatsache Gebrauch, daß hei der Parallelschaltung von zwei
Filtern, die mit einer geeigneten Impedanz abgeschlossen sind und verschiedene Durchlaßbereiche
haben, der resultierende Scheinwiderstand über einen großen Frequenzbereich konstant
und reell ist, selbst wenn die Einzelimpedanzen in diesem Bereich nicht konstant
sind.
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Der Abschluß jedes Filters mit einer geeigneten Impedanz ermöglicht
die Umbildung der reaktiven Komponenten der Filterscheinwiderstände, so daß bei
Parallelschaltung der Filter sich diese reaktiven Komponenten wenigstens in einem
Teilbereich des umzuwandelnden ursprünglichen Frequenzbandes und der bei der Modulation
entstehenden wesentlichen 11Iodulationsprodukte aufheben. Der kombinierte Scheinwiderstand
ist in diesem Bereich rein ohmisch und daher frequenzunabhängig. Dies ersieht man
deutlicher aus der Fig. 2, die die Blindleitwert- und Wirkleitwertkurven von mit
einem geeigneten Abschluß versehenen Tief- und Hochpässen zeigt. Da die Filter parallel
geschaltet sind, ist es zweckmäßiger, die Blindleitwert- und Wirkleitwertkurven
zu betrachten als die Reaktanz- und Widerstandskurven. Einer Aufhebung der Blindleitwerte
entspricht Aufhebung der Blindwiderstände. In der Fig. 2 stellen die Kurven ia und
i6 die Blindleitwerte und die Wirkleitwerte eines Tiefpasses dar, der mit einem
entsprechenden Anpassungswiderstand abgeschlossen ist. Die Kurven 2a und 26 stellen
die Blindleitwerte und Wirkleitwerte eines Hochpasses dar, der ebenfalls entsprechend
abgeschlossen ist.
Werden die Eilter parallel geschaltet, so addieren
sich die Blindleitwerte und es: ergibt sich der durch die gestrichelt gezeichnete
Kurve 3 dargestellte Wert. Derübrigbleib°nde Blindleitwert kann durch geeignete
Wahl der Abschlu.ßwiderstände für alle praktischen Zwecke genügend klein gemacht
werden, wenn die Grenzfrequenzen der Filter genügend nahe zusammenfallen.
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Aufhebung der Blindleitwerte kann bei parallel geschalteten. Bandpässen,
die mit geeigr neten Impedanzen abgeschlossen sind, in gleicher Weise erreicht werden.
In der Fig. 3 stellen die Kurven ja, 2a und ib, 2b die Blindleitwerte
und Wirkleitwerte von zwei Bandpässen mit aneinandergrenzenden Durchlaßbereichen
und geeigneten Abschlußwiderständen dar. Bei Parallelschaltung der beiden Bandpässe
ergibt sich ein resultierender Blindleitwert entsprechend der gestrichelt gezeichneten
Kurve 3. Obwohl an einem Ende jedes Durchlaßbereiches der Blindleitwert um ein geringes
vergrößert ist, wird doch der große Vorteil erreicht, daß über einen großen Teil
der aneinandergrenzenden Durchlaßbereiche der Blindleitwert annähernd Null wird.
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Der Aufbau von komplementären Filtern ist an sich bekannt und es sei
daher nicht näher auf ihn eingegangen. Die Erfindung bezieht sich ausschließlich
auf die Verwendung von komplementären Filtern in Frequenzwandlern. An Hand der Fig.
4 bis 6 seien einige Ausführungsbeispiele behandelt. In den Fig. 4 und 5 ist das
Eingangsfilter mit A, das Ausgangsfilter mit B und der Frequenzwandler mit C bezeichnet.
In der Fig. 6 ist entsprechend das Ausgangsfilter mit B und der Frequenzwandler
mit C bezeichnet.
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In den Fig. 4 und 5 ist der Frequenzwandler C in bekannter Weise als
Gegentaktmodulator dargestellt. Wird ein niederfrequentes Band den Eingangsklemmen
i, 2 zugeführt, so moduliert es die örtlich erzeugte Trägerfrequenz in, den Trockengleichrichtern,
und die beiden Seitenbänder sowie die Niederfrequenz können von den Endklemmen 3,
4 abgenommen werden.
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Wie in Fig. 4 dargestellt, ist das Eingangsfilter A ein Tiefpaß mit
einer Grenzfrequenz zur Begrenzung des niederfrequenten Bandes nach oben. Das Ausgangsfilter
B ist ein Hochpaß mit einer Grenzfrequenz an der unteren Grenze des oberen Seitenbandes,
so daß dieses obere Seitenband durchgelassen wird. Die Grenzfrequenzen der beiden
Filter sind dicht benachbart, da vorausgesetzt wird, daß nur ein kleiner Zwischenraum
zwischen den Bändern und daher die einleitend dargelegten Schwierigkeiten auftreten.
Gemäß der Erfindung sind die Filter A und B als komplementäre Hoch-und Tiefpässe
dargestellt mit den Reaktanzen7 und 8, so daß der Scheinwiderstand in Richtung des
Pfeiles im Arbeitsbereich nahezu frequenzunabhängig ist. Eine Scheinwiderstandsanpassung
durch den Transformator 5 ist in üblicherweise vorgesehen, um die Wirksamkeit der
Anordnung zu verbessern.
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Die Anordnung nach Fig. 5 entspricht der in Fig. 4 dargestellten,
da die Filter A und B
gleichfalls parallel liegen, wenn auch die Klemmen
i, 2 und 3, 4 getrennt dargestellt sind.
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In dem Demodulator nach Fig. 6 wird das zu demodulierende Seitenband
den Eingangsklemmen i, 2 des Frequenzwandlers C über eine Verstärkerröhre 6 zugeführt.
Der Scheinwiderstand von diesen Klemmen, in die Röhre hineingesehen, ist im Nutzbereich
konstant. B ist ein Tiefpaßfilter, dem ein komplementärer Hochpaß D parallel geschaltet
ist. Beide Filter sind mit Reaktanzen 7, 8 versehen, so daß der Scheinwiderstand
im Nutzbereich annähernd konstant gemacht wird. Bei dieser Anordnung dient das Filter
D lediglich als Korrektionsfilter.
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Die komplementären Filter brauchen nicht Hoch- und Tiefpässe zu sein.
Beide komplementären Filter können ebenso Bandfilter sein, oder auch das eine kann
ein Bandpaß sein und das andere ein Tief- oder Hochpaß.