DE758889C - Verfahren und Anordnung zur Frequenz- oder Phasenmodulation - Google Patents

Description

Erteilt auf Grund der VO. vom 12.5.1943 — RGBl. II S. 150

AUSGEGEBEN AM 21. JUNI 1954

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21a⁴ GRUPPE 14oi

L 99450 Villa / 21 a*
Nachträglich gedruckt durch das Deutsche Patentamt in München

(§ 20 des Ersten Gesetzes zur Änderung und Überleitung von Vorschriften auf dem Gebiet des gewerblichen Rechtsschutzes vom 8. Juli 1949)

Hans Roder, Sdienectady, New York (V. St. A.)

ist als Erfinder genannt worden

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft, Berlin-Grunewald

Verfahren und Anordnung zur Frequenz- oder Phasenmodulation

Patentiert im Deutschen Reich, vom 14. November 1939 an Der Zeitraum vom 8. Mai 1945 bis einschließlich 7. Mai 1950 wird auf die Patentdauer nicht angerechnet

(Ges. v. 15. 7.51)

Patenterteilung bekanntgemacht am 9. November 1944

Die Priorität der Anmeldung in den V. St. v. Amerika vom 12. November 1938

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung befaßt sich mit der Frequenzoder Phasenmodulation einer Trägerwelle.

Erfindungsgemäß soll eine frequenz- oder phasenmodulierte Trägerwelle gewonnen werden, ohne daß die üblichen Mittel zur Frequenzmodulation benutzt zu werden brauchen, beispielsweise ohne daß die Frequenz einer Stromquelle in Übereinstimmung mit dem zu übertragenden Zeichen geändert werden muß. Nach dem Erfindungsgedanken wird die Frequenzoder Phasenmodulation mit den allgemein für die Amplitudenmodulation verwendeten Einrichtungen vorgenommen.

Die Erfindung soll an Hand der folgenden Beschreibung unter Zuziehung der Zeichnungen näher erläutert werden.

Fig. ι stellt eine Ausführungsform einer Anordnung gemäß der Erfindung dar;

Fig. 2 und 3 zeigen Teile davon, und

Fig. 4 stellt eine Abänderung dar.

Eine phasen- oder eine frequenzmodulierte Welle wird mathematisch durch folgenden Ausdruck dargestellt:

sin (wt + »tsin μ t).

Dieser Ausdruck kann nach trigonometrischer Umformung auch so geschrieben werden:

sin w t cos (m sin μ t) + cos w t sin (m sin μ t).

ίο In diesen Ausdrücken ist w = 27tf, wobei f die Frequenz der Trägerwelle, t die Zeit und μ die Modulationsfrequenz darstellt, in ist eine Konstante bei Phasenmodulation und bei

- Frequenzmodulation wird m — , wobei Δ \

die maximale Änderung der Trägerfrequenz darstellt.

In Fig. ι zeigt ι einen Generator für die Trägerfrequenzschwingungen. Dessen Ausgangsklemmen sind an zwei Amplitudenmodulatoren 3 und 4 angeschlossen, von denen jeder auf bekannte Art zur Amplitudenmodulation einer Trägerwelle eingerichtet ist. Die dem Amplitudenmodulator 4 zugeführten Schwingungen werden durch ein phasendrehendes Netzwerk 5 in ihrer Phase um 90⁰ gegenüber den Schwingungen, welche dem Modulator 3 zugeführt werden, gedreht. Dementsprechend können die von dem Generator 1 zum Modu-Iator3 gelangenden Schwingungen mit dem Ausdruck sin w t und die dem Modulator 4 zugeführten Schwingungen mit dem Ausdruck cos κ t bezeichnet werden.

Die Leitungen A und B, welche an den Niederfrequenzeingang des Modulators 3 angeschlossen sind, werden mit Strömen gespeist, welche durch den Ausdruck cos (m sin μ t) dargestellt sind, und ähnlich werden die Leitungen C und D, welche den Eingang des Modulators 4 bilden, mit Strömen versorgt, welche durch den Ausdruck sin (m sin μ t) gekennzeichnet sind. Diese letzteren Ströme besitzen die Tonfrequenz μ und modulieren die Ströme der Trägerfrequenz, welche den betreffenden Modulatoren 3 und 4 zugeführt werden. Dadurch entsteht am Ausgang des Modulators 3 ein Strom, welcher durch sin w t cos (in sin μ t) ausgedrückt werden kann, und am Ausgang des Modulators 4 entsteht ein Strom, welcher durch cos w t sin (in sin μ t) ausgedrückt werden kann. Diese Ausdrücke sind einfach jeweils das Produkt aus den Ausdrücken, welche die Trägerschwingung und die Modulationsfrequenz bei den beiden Amplitudenmodulatoren darstellen. Diese beiden Ströme werden am Eingang des Filters 6, welcher auf die Trägerwelle abgestimmt ist, additiv gemischt. Die Ausgangsleistung des Filters 6 wird durch einen Kraftverstärker 8 verstärkt und dann von der Antenne 9 abgestrahlt. Der Antennenstrom wird naturgemäß durch den Ausdruck sin w t cos (m sin /( t) -f- cos w t sin (m sin μ t) dargestellt. Dieser Ausdruck stellt, wenn m konstant ist, eine phasenmodulierte

Welle, und wenn m durch gekennzeichnet

ist, eine frequenzmodulierte Welle dar.

Der Teil der in Fig. 1 dargestellten Anordnung gibt nun beispielsweise Mittel zur Erzeugung der beiden den Modulatoren über die Leiter A, B und C, D zugeführten Ströme an. Es ist eine Kathodenstrahlröhre 10 mit der üblichen Kathode 11 so eingerichtet, daß ein Elektronenstrahl erzeugt und auf eine Stelle des fluoreszierenden Schirmes am Ende 12 der Kathodenstrahlröhre gelenkt wird. Die Richtung des Strahles wird von vier Ablenkplatten geregelt, welche ein Paar horizontale Platten 13 und 14 enthalten. Den Platten 13 und 14 werden Schwingungen sehr hoher Frequenz, beispielsweise 5000 kHz oder einer anderen Frequenz, die groß ist gegenüber der Niederfrequenz, von einer Stromquelle 15 zugeführt. Diese Platten dienen dazu, den Strahl nach oben und unten abzulenken, so daß er, solange keine Tonfrequenz da ist, auf dem fluoreszierenden Schirm der Kathodenstrahlröhre eine leuchtende Linie hervorruft. Außerdem wird der Strahl auch horizontal abgelenkt durch ein Elektrodenpaar 16 und 17, an welches die Tonfrequenz angelegt wird. Die Tonfrequenzquelle wird von einem Mikrophon 18 gebildet, dessen Ausgangsleistung über einen Verstärker 19 und ein aus einem Längswiderstand 20 und Querkondensator 21 bestehendes Netzwerk den Platten 16 und 17 gs zugeführt wird. Auf diese Weise wird die vom Generator 15 des Kathodenstrahloszillographen hervorgerufene leuchtende Vertikallinie in Übereinstimmung mit den Tonfrequenzströmen horizontal über den Schirm abgelenkt. Das von dem oberen Teil des Schirmes der Kathodenstrahlröhre 12 ausgehende Licht wird durch eine Linse 22 auf eine photoelektrische Zelle 23 gesammelt. Der Photozellenstrom wird verstärkt und den Leitern A und B zugeführt. Das von dem unteren Teil des Schirmes der Kathodenstrahlröhre ausgehende Licht wird von einer Linse 25 auf eine photoelektrische Zelle 26 gesammelt. Der Strom dieser Zelle wird durch einen Verstärker 27 verstärkt und den Leitern C und D zugeführt.

Um nun eine Einwirkung jenes Lichts, das von der oberen Hälfte des Schirmes der Kathodenstrahlröhre kommt, auf die photoelektrische Zelle 26 zu verhindern und ähnlich, um eine Einwirkung jenes Lichts, das von der unteren Hälfte des Schirmes kommt, auf die photoelektrische Zelle 23 zu verhindern, ist ein Schirm 28 vorgesehen, der sich zwischen den Linsen 22 und 25 bis zu einem eng an die Mitte des Schirmes der Kathodenstrahlröhre anlegenden Punkt erstreckt.

Am Ende der Kathodenstrahlröhre befindet sich entweder außerhalb oder innerhalb davon, jedenfalls aber zwischen dem Leuchtmaterial· und den Sammellinsen eine Fläche aus undurchsichtigem Material, welche eine Form besitzt, wie sie in Fig. 2 gezeigt wird. Die Mittellinie des Schirmes 12 wird dabei durch die Linie 28 angegeben, welche auch zur Darstellung der Abschirmung 28 in Fig. 1 dienen mag. Der Teil des Schirmes oberhalb der Linie 28 wirkt auf die Photozelle 23 ein, während der Teil unterhalb der Linie 28 auf die Photozelle 26 einwirkt. Die schraffierten Stellen beider Seiten oder beider Abschnitte sind, wie in Fig. 2 gezeigt wird, mit undurchsichtigem Material bedeckt, so daß das Licht, das von dem Leuchtschirm in der Röhre herrührt, von außen nicht sichtbar ist und nur das Licht die Photozellen beeinflußt, das von den Stellen des Leuchtschirmes kommt, welche frei von undurchsichtigem Material sind.

Die senkrechte Linie 29 stellt die leuchtende Linie dar, welche von dem Kathodenstrahl hervorgerufen wird, solange keine Tonfrequenzspannung an die Platten der Horizontalablenkung gelangt.

Sobald Tonfrequenzspannungen auftreten, bewegt sich diese Linie parallel zu sich selbst, nach rechts und links entsprechend den Änderungen der Tonfrequenzspannung. Die oberen Ränder jeder der schraffierten Flächen sind durch sinusförmige Linien 30 bzw. 31 begrenzt. Diese Linien 30 und 31 sind gegeneinander mit Bezug auf die Mittelstellung der Linie 29 um 90° versetzt. Daraus ergibt sich, daß sich das Licht, welches die Photozelle 23 beeinflußt, nach einer Kosinusfunktion der Tonfrequenzspannung verändert und daß sich ähnlich dazu das Licht von der unteren Hälfte des Schirmes, welches die Photozelle 26 beeinflußt, nach einer Sinusfunktion der Tonfrequenzspannung verändert. Dementsprechend werden die Ströme, welche diese Kosinusfunktion der Tonfrequenzspannungen darstellen, am Ausgang des Verstärkers 24 den Leitungen A und B zugeführt, und ebenso werden die Ströme, welche die Sinusfunktion der Tonfrequenzspannungen darstellen, am Ausgang des Verstärkers 28 den Leitungen C und D zugeführt. Bei Frequenzmodulation muß, wie bereits

oben erwähnt wurde, m gleich sein, d. h.

gleich dem Verhältnis der Änderung der Trägerfrequenz zur Tonfrequenz. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem einfach der Kettenleiter 20, 21 in den Ausgangskreis des Tonfrequenzverstärkers 19 eingeschaltet wird. Dieser Kettenleiter ist so bemessen, daß sich die Spannungen zwischen den Platten 16, 17 invers zur Frequenz ändern. Auf solche Art ist der von der Antenne abgestrahlte Strom ein frequenzmodulierter Strom, und die Modulation, befindet sich in Übereinstimmung mit dem Strom im Mikrophon 18.

Man kann auch, anstatt einen Teil des Schirmes mit undurchsichtigem Material zu bedecken und den Rest vollkommen durchsichtig zu gestalten, den ganzen Schirm mit einem Material bedecken, welches einen veränderlichen Grad an Durchsichtigkeit aufweist und dessen Durchsichtigkeit sich in Übereinstimmung mit der Sinus- und der Kosmusfunktion befindet. Ein solcher Überzug am Ende der Kathodenstrahlröhre wird in Fig. 3 gezeigt, wo die schraffierten Stellen 33 die geringste Lichtdurchlässigkeit des Schirmes aufweisen, während die unschraffierten Stellen eine größere Lichtdurchlässigkeit des Schirmes besitzen. Die Durchlässigkeit des Materials verändert sich zwischen diesen beiden Gebieten gemäß einer Sinusfunktion. Natürlich ändert sich das auf die Photozelle fallende Licht genau auf dieselbe Art, wie es in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde.

An Stelle des fluoreszierenden Schirmes und der in Fig. 2 und 3 gezeichneten Überzüge können auch leitende Gitter, wie sie in Fig. 4 mit 34 und 35 gezeigt werden, am Ende der Kathodenstrahlröhre angeordnet werden. Diese Gitter enthalten parallele Leiter 36 und 37, welche gegenseitig gleichmäßige Abstände längs des Schirmes der Kathodenstrahlröhre besitzen. Die Leiter 36 des einen Gitters 34 sind gegenüber den Leitern 37 des anderen Gitters 35 um ein Viertel des Abstandes zwischen den Leitern versetzt. Die Leiter 36 sind untereinander und mit der Zuleitung 38, welche zum Niederfrequenzverstärker 40 führt, verbunden. Entsprechend sind die Leiter 37 unter sich und mit der Zuleitung 39, welche zum Niederfrequenzverstärker 41 führt, verbunden.

Die von dem Kathodenstrahl beschriebene Vertikallinie schneidet, solange keine Tonfrequenzspannung auftritt, die beiden Gitter in einem bestimmten Punkt, welcher durch die Vertikallinie 42 aufgezeigt ist. Wenn der Kathodenstrahl durch Tonfrequenzspannungen längs der beiden Gitter abgelenkt wird, erhalten die Leiter 38 und 39 schwankende Ladungen. Das bedeutet, daß die Ladung eines Leiters dann ein Maximum wird, wenn der Strahl direkt auf einen der Leiter 36 oder 37 fällt. Diese Ladung verringert sich dann auf ein Minimum, wenn der Kathodenstrahl mitten zwischen solche Leiter fällt. Sie wächst dann wieder an, wenn sich der 11g Strahl dem nächsten Leiter nähert. Auf diese Art ändert sich die Ladung auf den Leitern 38 und 39 sinusförmig. Entsprechend der gegenseitigen Verschiebung der Leiter 37 gegenüber den Leitern 38 längs der Gitter, ändert sich die iao Ladung des Leiters 38 nach einer Kosinusfunktion des Tonfrequenzstromes, während sich

die Ladung des Leiters 39 nach einer Sinusfunktion des Tonfrequenzstromes ändert. Diese Ladungen werden in den Verstärkern 40 und 41 verstärkt und den Stromkreisen A, B bzw. C, D zugeführt, um die Trägerwelle in den Modulatoren 3 bzw. 4 zu modulieren. Obwohl nur zwei Möglichkeiten zur Erzeugung der beiden Ströme cos (m sin μ t) und sin (m sin μ t) gezeigt wurden, so kann auch irgendein anderes brauchbares Mittel zur Gewinnung solcher sinusförmiger Ströme, die um 90° gegeneinander phasenverschoben sind, verwendet werden.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ¹S i. Verfahren zur Frequenz- oder Phasenmodulation, dadurch gekennzeichnet, daß zwei um 90⁰ in der Phase gegeneinander verschobene Trägerfrequenzschwingungen gleicher Frequenz (sin wt und cos wt) in bezug auf die Signalströme (sin/ii) sinusförmig moduliert werden, und zwar derart, daß die Modulation der einen um 90⁰ in der Phase vorauseilenden Trägerfrequenzschwingung (cos wt) nach einer Sinusfunktion der Signalströme und die Modulation der anderen Trägerfrequenzschwingung (sin wt) nach einer Kosinusfunktion der Signalströme erfolgt und daß die beiden so modulierten Trägerfrequenzschwingungen additiv vereinigt werden.
2. 2. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Braunsche Röhre vorgesehen ist mit zwei zueinander senkrecht angeordneten Ablenkplattenpaaren, deren einem die Signalfrequenz und deren anderem eine hochfrequente Hilfsschwingung zugeführt wird, und mit einem auf dem Fluoreszenzschirm angeordneten Überzug derartiger Durchlässigkeit, daß die von dem Schirm ausgehende Strahlung aus zwei durch eine in Richtung der Signalablenkung des Strahles verlaufende Gerade voneinander getrennten Teilen besteht, deren einer nach einer Sinusfunktion und deren anderer nach einer Kosinusfunktion in Richtung der Signalablenkung verläuft, und ferner zwei auf die von dem Fluoreszenzschirm ausgehende Strahlung ansprechende photoelektrische Einrichtungen so angeordnet sind, daß die eine nur den sich nach einer Sinusfunktion ändernden Teil und die andere nur den sich nach einer Kosinusfunktion ändernden Teil der von dem Fluoreszenzschirm ausgehenden Strahlung aufnimmt, wobei der Ausgang der einen photoelektrischen Einrichtung an den Eingang der für die Modulation der einen Trägerfrequenz vorgesehenen Modulationseinrichtung, und der Ausgang der anderen photoelektrischen Einrichtung an den Eingang der für die andere Trägerfrequenz vorgesehenen Modulationseinrichtung, vorzugsweise über Verstärkereinrichtungen, angeschlossen ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Fluoreszenzschirm ein undurchsichtiger überzug vorgesehen ist, der durch eine in Richtung der Signalablenkung des Strahles verlaufende Gerade in zwei Teile getrennt ist, deren einer eine nach einer Sinusfunktion und deren anderer eine nach einer Kosinusfunktion in Richtung der Signalablenkung verlaufende Umrandungslinie besitzt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluoreszenzschirm mit einer Schicht bedeckt ist, die durch eine in Richtung der Signalablenkung verlaufende Gerade in zwei Teile geteilt ist, deren einer eine in Richtung der Signalablenkung nach einer Sinusfunktion und deren anderer eine nach einer Kosinusfunktion verlaufende Durchlässigkeit besitzt.
5. 5. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kathodenstrahlröhre vorgesehen ist mit zwei zueinander senkrecht angeordneten Ablenkplattenpaaren, deren einem die Signalfrequenz und deren anderem eine hochfrequente Hilfsschwingung zugeführt wird, wobei an Stelle des Fluoreszenzschirmes zwei zu beiden Seiten einer in Richtung der Signalfrequenz verlaufenden Geraden angeordnete, aus senkrecht zur Signalablenkung mit gleichmäßigem Abstand parallel zueinander angeordneten Leitern bestehende und in Richtung der Signalablenkung um */₄ des gegenseitigen Abstandes der Leiter gegeneinander versetzte Gitter vorgesehen sind, die mit je einer Stromzuführung versehen sind, die zum Eingang je einer für die Modulation der beiden Trägerfrequenzschwirigungen vorgesehene Modulationseinrichtung, vorzugsweise über je eine Verstärkereinrichtung führen.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   Deutsche Patentschrift Nr. 616 269; USA.-Patentschrift Nr. 1744044;

   Vilbig: Lehrbuch der Hochfrequenztechnik, ι. Α., S. 426f.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   9525 6.54