DE759851C

DE759851C - Verfahren zur Modulation von Hochfrequenzroehrensendern

Info

Publication number: DE759851C
Application number: DES139430D
Authority: DE
Inventors: Henri Chireix; Jacques Fagot
Original assignee: Societe Francaise Radio Electrique
Current assignee: Societe Francaise Radio Electrique
Priority date: 1938-12-02
Filing date: 1939-12-03
Publication date: 1952-11-10
Also published as: US2269518A; CH222396A; FR50403E; US2282714A; FR856319A; GB537076A; FR854015A; NL57174C

Description

AUSGEGEBENAM 10. NOVEMBER 1952

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21a⁴ GRUPPE 14oi

6" 139430 Villa/21 al·

Jacques Fagot und Henri Chireix, Paris

sind als Erfinder genannt worden

Societe Fran9aise Radio-Electrique, Paris

Patentiert im Deutschen Reich vom 3. Dezember 1039 an Patenterteilung bekanntgemacht am 16. November 1944

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Modulationsverfahren, das bei Telephoniesendern anwendbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht zu einem Teil auf der Modulation durch Phasenänderung, die unter dem Namen Chireix-Modulation bekannt ist, und zum anderen Teil auf der gewöhnlichen Modulation durch Änderung der Amplitude des Trägers. Die erfindunigsgemäße Modulation kann also im gewissen Sinai als eine Verbesserung der beiden eben 'gemannten) Verfahren betrachtet werden.

Es ist bekannt, daß die beiden Verfahren sich im wesentlichen durch die Art unterscheiden, in welcher die Modulation der Antennenströme unter Einwirkung der Signalwechselströme erzielt wird. Diese Modulation erzeugt in beiden Fällen Änderungen der Amplitude der Trägerschwingung.

Bei dem gewöhnlichen Modulationsver-• fahren wird diese Amplitudenänderung des Trägers erhalten, indem man der Antenne eine Hochfrequenzspannung zuführt, die bereits in ihrer Amplitude durch Signale moduliert ist.

Bei der unter der Bezeichnung Chireix-Modulation bekannten, mittels Phasenänderung arbeitenden Modulation wird die Änderung der Amplitude des Trägers dadurch erzielt, daß man unter der Einwirkung der Signalwechselströme nicht die Amplitude, sondern die gegenseitige Phase der beiden Hochfrequenzspannungen, die an die Antenne angelegt werden, ändert. Beim Fehlen der ίο Modulation muß man es dabei so einrichten, daß die beiden genau gleichen Spannungen zwischen sich einen genügend weiten Winkel, beispielsweise von 140⁰, einschließen. Unter der Einwirkung einer Phasenmodulation im umgekehrten Sinn auf diese beiden Grundspannungen ändert sich ihre gegenseitige Phasenlage z. B. zwischen 120 bis i6o°, und es ergibt sich, daß der augenblickliche Strom in der Antenne sich in gleicher Weise zwischen zwei Extremwerten I₀ und I₁ ändert, die für eine tiefe Modulation des Senders in der Nähe von ο und in der Nähe des doppelten Effektivwertes des Trägers I_m liegen können.

Ein sehr vereinfachtes Schema einer solchen Modulationsanordnung ist in der Abb. 1 dargestellt. In dieser Abbildung besitzen die beiden Endröhren 1 und 2 auf die gleiche Trägerfrequenz abgestimmte Anodenkreise. die durch einen gemeinsamen Belastungskreis, der schematisch in Form eines Widerstandes R₁₁ dargestellt ist, belastet sind. Der Widerstand R_a entspricht z. B. dem Gesamtwiderstand einer Antenne, die in der Praxis auf irgendeine bekannte Weise mit den beiden Kreisen L₁, C₁ und L₂, C₂ gekoppelt ist.

Die Gitter G₁ und G₂ der beiden Endröhren werden durch zwei Spannungen Zi₁ und H₂ gesteuert, die ihnen von demselben Hoclifrequenzoszillator O über zwei dazwischenliegende getrennte Verstärkerketten C₁, C₂' zugeführt werden. Diese beiden Spannungen werden bei M₁ und ?;;., durch Änderung der Phasen in entgegengesetzten Richtungen moduliert.

Das erfindungsgemäße Modulationsverfahren ist schematisch in Abb. 2 dargestellt Es unterscheidet sich von dem vorhergehenden Bekannten durch die Art der Steuerung der Gitter G₁ und G₂ der Röhren 1 und 2, während die Anodenkreise der Röhren die gleichen und gleichartig eingestellt sind.

Gemäß der Erfindung erhalten bei einem Verfahren zur Modulation von Hochfrequenzröhrensendern mit einer Endstufe aus zwei Röhren oder Röhrengruppen, welche anodenseitig differentiell geschaltet sind und auf einem gemeinsamen Belastungskreis arbeiten, die Röhren Steuerspannungen, die unterhalb eines Grenzwertes eine feste Phasenlage zueinander unabhängig von Amplitudenänderuiigen haben, während oberhalb dieses Grenzwertes sich ihre Phasenlage mit der Amplitude ändert.

Die an die Gitter G₁ und G₂ angelegten Wechsel spannungen setzen sich, wie später erklärt werden wird, aus je drei hochfrequenten amplitudenmodulierten Spannungen C₁ bzw. C₂ und U₁₁, U_b zusammen.

Die Spannungen U₁, U₂ und U_b stammen von dem Hochfrequenzoszillator O und durchlaufen eine Verstärkerkette C, die einen Modulator M beliebiger Art enthält, der die Amplitude in Abhängigkeit von den Signalwechselströmen schwanken läßt.

Die unter sich gleichen Spannungen U₁, U₂ werden mit entgegengesetzter Phase je einem der beiden Gitter G₁ und G., zugeführt, während die Spannung U_b beiden Gittern gemeinsam mit einer Phasenverschiebung von go° gegenüber den beiden vorhergehenden Spannungen zugeführt wird.

Die Spannung U₁₁ schließlich wird durch den Widerstand R_a des Belastungskreises, beispielsweise durch den Antennenkreis, erzeugt. Dies ist also ebenfalls amplitudenmodulierte Hochfrequenzspannung, und es ist durch die Schaltung selbst bedingt, daß diese Spannung U₁₁ gegenphasig zur Spannung U_b ist. Die Spannung U_a kann also als eine Art go Gegenkopplung betrachtet werden.

Die resultierenden Wechselspannungen an den Gittern G₁ und G₂ sind in dem in Abb. 3 gezeichneten Vektorbild dargestellt. Ausgehend λόπ Punkt o, der beispielsweise dem Erdpopential entspricht (Punkt ο der Abb. 2), zieht man einen Vektor OA gleich U_a, dann im entgegengesetzten Sinn einen Vektor AB gleich C₆, und schließlich die beiden Vektoren BG₁ und 5G₂ gleich U₁ und U_v aber jeder um 90⁰ gegenüber den vorhergehenden verschoben, und zwar der eine voreilend und der andere nacheilend. Die an den Gittern G₁ und G₂ der beiden Röhren 1 und 2 (Abb. 2) resultierenden Spannungen sind durch die entsprechenden beiden Vektoren OG₁ und OG., dargestellt, die zwischen sich einen Winkel von i8o° —2x einschließen.

Man wird in der Praxis diese Anordnung so einstellen, daß beim Fehlen der Modulation der Winkel'α einen kleinen Wert, beispielsweise von 20-, besitzt.

Man sieht also, daß beim Fehlen der Modulation die an die Gitter G₁ und G₂ der beiden Röhren angelegten Wechselspannungen die gleichen sind wie bei der bekannten Anordnung mit der Phasenmodulation gemäß Abb. i.

Die beiden Endröhren des Senders sind so eingestellt, daß sie im unmodulierten Zustand im Grenzzustand arbeiten. Wenn man dann prüft, was sich innerhalb des Modulations-

bereiches ereignet, stellt man fest, daß für alle die Punkte der Modulationsperiode, für welche die Amplitude in dem Belastungskreis kleiner ist als die, die dem Träger allein entsprechen würde, die ,Spannungen U₁, U₂, U_a und U_b sich linear ändern, d. h. daß das Schaubild der an die Gitter angelegten Spannungen (Abb. 3) sich .vergrößert oder vermindert, ohne seine Form zu verändern, d. h. daß es

ίο sich selbst ähnlich bleibt.

Der Wirkungsgrad der Leistungsstufe für alle diese Punkte ist übrigens um so besser, je näher die Amplitude dem Wert des Trägers kommt. Er wird nur für sehr kleine Amplituden schlecht, aber der Einfluß auf den Gesamtwirkungsgrad ist von geringer Bedeutung, da dann die zur Wirkung kommende abgegebene Leistung klein ist.

Für die Punkte der Modulationsperiode, die größeren Amplituden als dem Mittelwert des Trägers entsprechen, wächst die Spannung U_a infolge des Grenzzustandes nicht mehr linear an, während die Spannungen U₁, U₂. und U_b fortfahren, proportional anzuwachsen. Es folgt daraus, daß zur gleichen Zeit, in der das Vektorbild sich vergrößert, es sich deformiert. Der Winkel a, der zuerst z. B. 2O° groß war, wird vergrößert, und für die Punkte der Periode, die dem Amplitudenmaximum entsprechen, erhält man z. B. das in Abb. 4 dargestellte Schaubild. Die Spannungen U₁, CZ₂' und U_b' sind den Spannungen 2 CZ₁, 2 CZ₂ und 2 CZ₆ gleich, während CZ/ kleiner als 2 CZ₀ ist. Es folgt daraus z. B., daß U_b'-U_a' nicht gleich 2(CZ₆-CZ₃) geworden ist, sondern gleich 4(CZ₆-CZ₁,) und daß der Winkel α' gleich 2a, z.B. 40⁰, geworden ist.

Wenn man z. B. annimmt, daß die Abb. 3

einem solchen Punkt der Modulationsperiode entspricht, bei dem die augenblickliche Leistung des Senders gleich der mittleren Trägerleistung ist, entspricht die Abb. 4 dem Scheitelpunkt der gleichen Periode.

Man sieht also, daß sich für die höheren Werte der Modulationsperiode eine der Phasenmodulation analoge Arbeitsweise er-• gibt, jedoch mit dem Unterschied, daß die Steueramplituden der Gitter anwachsen.

An jenem Teil der Periode, der oberhalb des Effektivwertes des Trägers liegt, ist die Leistung in allen Punkten groß und gleich der Telegraphieleistung.

Wenn man schließlich die gesamte Wirkungsweise des Senders in einem beliebigen Modulationsbereich betrachtet, sieht man, daß der Wirkungsgrad, der größer als 60% für die Trä^erleistung und oberhalb der letzteren und nur für sehr kleine Belastungen gering ist, im Ganzen sehr gut bleibt.

Inder Abb. 3 Jiat man nun U_b = 10 (CZ₆-CZ₀) gemacht. Man sieht dann, daß ein Ab- | sinken von CZ₀ um etwa 10% des Scheitelwertes genügt, um den Wert von CZ₆-CZ₀ zu verdoppeln, also um den Winkel α von 20 auf 40 ° zu verschieben, d. h. um den Antennenstrom genau zu verdoppeln. Die Anodenkreise der letzten Stufe sind genau wie in dem bekannten Modulationsverfahren mittels Phasenverschiebung angeordnet.

Die Amplitudenkurve weist unter diesen Bedingungen einen Abfall von 10% im Scheitelwert auf, ein Wert, der nicht übermäßig erscheint.

Es ist andererseits klar, daß dieser Abfall geringer sein' würde, wenn man für CZ₀ und CZ₆ im Hinblick auf ihre Differenz größere Werte nehmen würde.

Man kann übrigen diesen Abfall auf verschiedene Weise kompensieren. Man kann z. B. auf die Gitter G₁, G₂ nicht die Spannung CZ₀ selbst oder eine Spannung, die ihr proportional ist, geben, sondern eine Spannung, die bei Annäherung an ihren Scheitel nach dem gleichen Gesetz abfällt.

Man kann diese geringe Verzerrung auch mittels der bekannten Gegenkopplung kompensieren, die man zwischen dem Ausgangskreis und dem Anfang der Kette C oder einer dazwischenliegenden geeigneten Stufe diese: Kette wirken läßt.

Gemäß der weiteren Erfindung (Abb. 5) kann diese Korrektion noch mittels eines Hilfssenders geringer Leistung oder eines einfachen Verstärkers D bewirkt werden, dei die gleichen Verzerrungen wie der Hauptsender Em aufweist. Bei diesem Hilfssendei oder diesem Verstärker D, die als Kompensator dienen, wendet man in bekannter Weise Gegenkopplung an.

Wenn man mit Ee die unverzerrte Steuerspannung bezeichnet, die sowohl Em als auch D zugeführt wird, und mit Es die Ausgangsspannung des Kompensators, die der Steuerspannung Ee in umgekehrter Phase überlagert wird, so erhält man für Em eine Steuerspannung, die die gleichen Verzerrungen aufweist wie der Ausgang von Em, jedoch mit umgekehrter Phasenlage, so daß der Ausgang von Em verzerrungsfrei wird.

In dem Fall, in dem man die Gegenkopplung über den gesamten Hauptsender anzuwenden wünscht, würde man Gefahr laufen, durch eine Phasenverzögerung dieses Senders, die mit steigender Frequenz zunimmt, behindert zu werden.

Man kann dann, um die Phasenverzögerung des Hauptsenders zu kompensieren, die Phase des Hilfssenders in einem geringeren Maß verzögern, um bei letzterem die Gegenkopplung anwenden zu können. Die Spannung zwischen Gitter und Kathode der Eingangsröhre würde dann eine Phase, die sich mit der Frequenz

nach einem Gesetz in umgekehrter Richtung ändert, besitzen.

Verwendet man zur Steuerung des Eingangs des Hauptsenders diese Spannung, so würden seine Phasendrehungen ganz oder zum Teil aufgehoben werden.

Die Wirkung eines solchen !Compensators könnte übrigens, wenn notwendig, sogar mehrfach mittels mehrerer in Reihe geschalteter Kompensatoren vergrößert werden.

Zurückkommend auf die allgemeine Arbeitsweise des Modulationsverfahrens gemäß der Erfindung und insbesondere auf die Abb. 2 muß betont werden, daß in der Praxis die Gegenkopplungsspannung nicht an die Gitter der Leistungsstufe selbst angelegt werden könnte, sondern an eine der vorhergehenden Stufen des Senders. Man würde dann ein ähnliches Bild wie das in Abb. 6 dargestellte erhalten.

In dieser Abbildung sind die Röhren 1 und 2 immer die Röhren der Leistungsstufe und die beiden Röhren 1' und 2' die der vorhergehenden Stufe. Die Spannungen U₁, U₂, U_a und U_b, die aus der Kette C und dem Widerstand R_u stammen, sind dort an die Gitter G₁ und Ga der beiden letztgenannten Röhren angeschlossen.

Es kann ebenso vorteilhaft sein, die beiden Spannungen U₁ und C₂ unmittelbar an die Gitter der Röhren der Endstufe anzuschließen und im Gegensatz dazu die Spannungen U_b und U₁₁ durch Zwischenschaltung einer oder mehrerer Yerstärkerröhren. Ein solcher Aufbau mit einer Hilfsröhre 3 ist in Abb. 7 dargestellt.

Im folgenden werden nun die Mittel be- ^: schrieben werden, die in dem Fall eines Senders großer Leistung,, dessen Endstufe doppelt symmetrisch aufgebaut ist und vier Endröhren oder ein Vielfaches von vier enthält, angewendet werden müssen. Es wird für einen Fachmann leicht sein, durch Weglassen von Aufbauteilen der Abb. 9 für den Fall, in dem die letzte Stufe nur zwei Röhren (eine rechts, eine links) enthält, einen ebenso einfachen Aufbau zu finden.

Wie bereits weiter oben erwähnt wurde, ähnelt das beschriebene Modulationsverfahren der bekannten sog. Chireix-ilodulation. Der Ausgangskreis des Verstärkers ist genau der gleiche wie bei dem bekannten Verfahren. Der wesentliche Unterschied der Arbeitsweise beruht auf der Tatsache, daß die Anordnung für aile Momentanleistungen, die kleiner als die Trägerleistung sind, sich wie ein amplitudenmoduliertes Hochfrequenzsystem verhält und bei allen Momentanleistungen, die größer als die Trägerleistung sind, mit Modulation durch Phasenverschiebung arbeitet, wobei letztere automatisch durch die Gegenkopplung erzielt wird, welche die gewünschten Phasendrehungen bewirkt, sobald die hochfrequente Wechselspannung in dem Ausgangskreis der Röhren ihre Sättigung erreicht.

An Hand der Abb. 9'und 10 wird die Einstellung und die Arbeitsweise näher beschrieben werden. T bezeichnet einen Sender, der an einen aus einer Kapazität und einer Induktivität i, 1', 1" bestehenden Schwingungskreis modulierte Hochfrequenzenergie liefert, die von den ebenfalls abgestimmten Kreisen 2, 2', 2" der Abb. 9 abgenommen wird.

Die abgestimmten Kreise 2 und 2', die durch die Widerstände R belastet sind, bilden die Steuerkreise der Gitter der beiden symmetrisch aufgebauten Röhren, und die abgestimmten Kreise 3 und 3' bilden die Ausgangskreise derselben Röhren. Man erreicht durch die abgestimmten Kreise, wenn man die Verbindung an den Punkten m und η unterbricht, daß die Belastung der Röhren rein ohmisch ist. Die Kondensatoren Λ^τ sind Xeutrokondensatoren und die Teile 4 und 5 Trennkondensatoren und Sperrdrosseln. Die Ausgangskreise 3, 3' sind unter Zwischenschaltung einer induktiven Kopplung mit der Selbstinduktion 6 1 links) und mit einer elektrostatischen Kopplung (rechts), die durch den Kondensator 7 gebildet ist, mit der Antenne, die schematisch durch den Widerstand R dargestellt ist, gekoppelt. Die Teile 6 und 7 bilden außerdem einen abgestimmten Kreis, und weiterhin ist die induktive Kopplung der elektrostatischen Kopplung gleich. Unter diesen Bedingungen zeigt die Theorie, daß die Spannung U an den Enden von R in Phase mit der symmetrischen Eingangsspannung 5" ist und daß, wenn die Kopplungsimpedanz £ von 6 oder 7 mit dem AVider- stand R durch die Beziehung

verbunden ist, die Röhren nur durch einen reinen Widerstand belastet sind, wenn die Trennungen an den Punkten m und η geschlossen sind und die Eingangsspannungen an den Enden der beiden Kreise 2 und 2'. anstatt in Phase zu sein, gegeneinander um den Winkel 2 O₁, auf der linken Seite nach vorwärts und auf der rechten Seite nach rückwärts, verschoben sind. Dieser Winkel O₁ gilt für die Trägerleistung und bleibt für alle kleineren Leistungen als die Trägerleistung fest, während er im Bereich höherer Leistungen als die Trägerleistung wächst. Im Gegensatz dazu wird bei der bekannten Modulation mittels Phasenverschiebung der Winkel Θ während der ganzen Modulationsperiode verändert. Für größere Leistungen als die Trägerleistung ist der Belastunffskreis der Röhren

nicht sehr genau abgestimmt, aber der Leistungsfaktor bleibt trotzdem groß, da Θ_ί die Größenordnung von 20 bis 25 ° hat.

Es ist leicht einzusehen, daß, wenn die Eingangsspannungen von 2 und 2' in Phase sind, der Strom in R Null ist, welches auch immer die Größe dieser als gleich vorausgesetzten Eingangsspannungen 'sein möge (Fall der Modulation mittels Phasenverschiebung bei tiefer Modulation)^ Man kann sie vervollständigen, wenn man der symmetrischen Eingangsspannung S, wie bereits ausgeführt, zwei gleichmodulierte, aber um 90° phasenverschobene Hilfsspannungen hinzufügt, die mit E und U bezeichnet sind. E wird durch den Sender T und U durch die Antenne erzeugt und wirkt der Spannung E entgegen. Die kleinen Vektordiagramme neben den Kreisen 2 und 2' zeigen, den Richtungssinn dieser Spannungen an. Man sieht aus diesen Diagrammen, daß die Vektoren der Eingangsspannung um einen Winkel Θ gedreht sind, der durch

as .„E — U

bestimmt ist. Wenn man die Gesamteingangsspannung

_V= Y(E- C/)²+ S²

in solcher Weise einstellt, daß- bei Trägerleistung die in 3 und 3' erzeugte Wechselspannung der Gleichspannung die Waage hält (kleine Verlustspannung), erhält man für diesen Bereich ,einen guten Wirkungsgrad der letzten Stufe (abgestimmter Kreis und kleine Verlustspannung). Für kleinere augenblickliche Leistungen arbeitet die Anordnung linear, die Winkel der Eingangsspannungen an 2 und 2' bleiben fest und die Leistung ist proportional der augenblicklichen Amplitude. Für größere Leistungen als die Trägerleistung und wegen der Tatsache der Sättigung der an 3 und 3' erzeugten Wechselspannung bleibt U konstant, der Winkel Θ vergrößert sich und zieht so eine Vergrößerung von E — U nach sich. Die Annäherung an die

P Tj

Linearität ist um so besser, je größer

o gegenüber der Einheit ist.

Es bleibt noch zu erklären, wie man diese Spannungen E—U erhält. Zu dieser Erklärung dient die Abb. 8, die ein einfaches Ersatzschaltbild darstellt. Dieses-Ersatzschaltbild kommt aus der Abb. 9 wie folgt zustande: Verbindet man sämtliche Punktet' und sämtliche Punkte B' in der rechten Hälfte der Abb. 9 miteinander, so erhält man bei der Betrachtung des Punktes B' des Schwingungskreises 2' das Schaltbild gemäß Abb. 8. Die Spannung E wird dem Schwingkreis 2' über eine Drossel zugeführt, während die Spannung U von der Antenne dem Punkte B' kapazitiv zugeführt wird. Der Kreis 2' taucht in der Abb. 8 als LRC wieder auf.

In diesem Ersatzschaltbild sind λ ω und

= zwei gleiche Reaktanzen mit umgekehrten

Vorzeichen, für die

\λω

γω

= Z_n

gilt. Bezeichnet man mit E und U die Spannung an den Enden des Widerstandes R, so erhält man

E-U=-j [E-U

welches auch immer die Werte für E und U sein mögen. Man hat also ein einfaches Mittel, die gewünschte rechtwinklige Phasenverschiebung zu erzeugen, und die Rechnung zeigt weiter, daß E und U rein ohmisch belastet sind. g.

Wenn E und U an zwei solche Anordnungen, wie sie in Abb. 8 dargestellt sind, Leistung abgeben, wobei die erste Anordnung für E mit einer Serienselbstinduktion λ und die zweite (immer für E) mit einer Kapazi- _go tat γ beginnt, erhält man zwei parallel zu E und U liegende abgestimmte Kreise. Auf diese Weise gelangt man ohne weiteres zur Abb. 9. Der über den Transformator gespeiste und abgestimmte Kreis 2" ist einerseits mit den Punkten A und B des Kreises 2 und andererseits mit den Punkten A' und B' des Kreises 2' durch die Kondensatoren und Induktanzen λ und γ verbunden.

Ebenso ist die Speiseleitung zur abgestimmten Antenne auf die gleiche Weise mit den Punkten A₁ A', B₁ B' verbunden. Man bemerkt, daß jeder der Punkte wie A₁ B₁ A', B' einerseits mit E über eine Reaktanz mit einem gewissen Vorzeichen und andererseits mit U über eine Reaktanz mit umgekehrten Vorzeichen verbunden ist. Man verwirklicht so viermal den Aufbau gemäß Abb. 8, und dann sind E und U in Phase.

Bisher benötigte man immer, um synchrone Spannungen gewünschter Phase und Intensität zu erhalten, die an die Gitter der Endröhren des Senders gelegt werden, eine Kombination einer gewissen Anzahl von Grundspannungen, die einesteils durch die Teile einer vorhergehenden passenden Verstärkerkette erzeugt wurden und zum anderen Teil durch eine Gegenkopplung der an dem Ausgangskreis, beispielsweise an dem Antennenkreis des Senders erzeugten Spannung hergestellt wurden.

Im folgenden wird nun ein etwas anderer

Aufbau des Senders beschrieben, durch welchen das gleiche Ergebnis in der letzten Stufe des Senders erhalten wird, die stets genau so, wie bei der Modulation mittels Phasenverschiebung aufgebaut ist, aber mittels auf eine ein wenig andere Weise erzeugter und zusammengesetzter Gittterspannungen. Dies wird im folgenden näher an Hand der Abb. Ii beschrieben, die schematisch ein ίο Ausführungsbeispiel zeigt, und ebenfalls an Hand der Abb. 12 bis 20, die graphisch die Arbeitsweise im einzelnen darstellen.

Die Endstufe des in der Abb. 11 dargestellten Senders setzt sich aus zwei Leistungsröhren L₁ und L₂ zusammen, deren Ausgangskreise genau so geschaltet sind wie bei einem Modulationsverfahren mittels Phasenverschiebung (Chireix-Modulation). Die Ausgangskreise speisen unter Zwischenschaltung einer Energieleitung Z eine Antenne, die in der Abbildung nicht dargestellt ist.

Die beiden Endröhren arbeiten im ß-Betrieb

gemäß dem Modulationsverfahren mittels Phasenverschiebung. Sie arbeiten also immer in gleichmäßiger Weise und geben beide im Scheitel ihre volle Leistung ab.

Die unabhängige Anordnung ihrer Anodenkreise erlaubt übrigens ein leichtes Einstellen und unabhängig von diesem eine, genaue Ab-Stimmung, indem man für diese Einstellung bei 25 und 26 Unterbrechungen einführt, um auf die Weise die Last abzuschalten. Ebenso ermöglichen es die Schalter X und Y, die im Zuge der Energieleitung Z liegen, für die Einstellung, den Sender entweder mit der Kntenne oder mit einem Ersatzwiderstand W zu belasten.

Die Spule 27 erlaubt schließlich bei 28, 29, in den ersten Verstärkerstufen des Senders eine Gegenkopplung zur Verminderung der Verzerrungen einzuführen.

Die ersten Stufen des Senders, die nur durch die Leitung A und B dargestellt sind, sind die gleichen wie bei einem beliebigen amplitudenmodulierten Sender. Sie können nach einem beliebigen Verfahren arbeiten, z. B. mit Anodenmodulation im Gegentakt, als modulierte Verstärkerstufen usw.

Vor der letzten Stufe ist eine \^rorstufe angeordnet, die aus zwei Leistungsröhren L₃, L₄ und zwei Ausgangskreisen gebildet wird, die im Gegensatz zum bisherigen einen besonderen Aufbau besitzt, der im folgenden näher beschrieben ist.

Die Gitter der beiden Röhren L₃, L₄ werden zuerst symmetrisch durch denselben Kreis gesteuert, der aus vorhergehenden Stufen eine amplitudenmodulierte Spannung zugeführt erhält, aber die Arbeitsweise unterscheidet sich wesentlich durch die verschiedene Einstellung ihrer Vorspannung.

Die Röhre L₃ ist für S-Betrieb eingestellt und arbeitet in der Xähe des Trägerortes oder oberhalb desselben im Grenzzustand.

Die Röhre L₄ arbeitet im Gegensatz dazu im C-Betrieb, und zwar in der Weise, daß sie für die Augenblickswerte, die kleiner oder gleich dem Trägerwert sind, gesperrt ist.

Die Anodenkreise der beiden Röhren L₃, L₄ steuern andererseits die Gitter der Leistungsröhren L₁, L₂ gleichzeitig in folgender Weise:

a) Im Gleichtakt unter Zwischenschaltung des abgestimmten Anodenkreises 30 der Röhre L₄ und dann der entsprechenden Kreise 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 11 und 11, 18, 19, 20, 15, 16, 17, 11, die einen abgestimmten Kreis bilden;

b) im Gegentakt unter Zwischenschaltung des Anodenkreises 21 der Röhre L₃, des Kreises 22, der mit ihm gekoppelt ist. und des Kreises 23, der mit dem vorigen über den Weg 24,14,15,20,24 gekoppelt ist. Alle diese Kreise sind abgestimmt.

Der Zwischenkreis 22, der zwischen dem Anodenkreis der Röhre L₃ und dem Kreis 23 angeordnet ist, hat die Aufgabe, die rechtwinklige Phasenverschiebung der Gleich- und Gegentaktspannungen zu erreichen.

Die beiden Hilfskreise 13 und 19, die in die Gitterkreise der beiden Endröhren L₁ und L₂ eingeschaltet sind, sollen für den einen Vektor der Gitterspannung eine Phasendrehung nach rechts und für den anderen nach links bewirken. Diese Drehungen, die, wie in den Zeichnungen dargestellt ist, etwa 25⁰ betragen, bestimmen die Leistung der beiden Röhren L₁, L₀ dann, wenn sie kleiner als die Trägerleistung oder gleich dieser ist.

Die Abb. 12 bis 20 zeigen im einzelnen die Art des Zusammenwirkens der in Abb. 11 dargestellten Kreise.

Die Diagramme 12 und 13 stellen an E₃ und £₄ die Werte der Gegentakt- und Gleichtaktsteuerspannung dar, die an die Gitter der Endröhren L₁, L₂ unter Zwischenschaltung der Wege 24, 15, 20 und 15, 16, 17, 11 und der Vorstufen gelegt wird, in Abhängigkeit von der in den Vorstufen entstehenden Steueramplitude E_AB. Diese Kurven geben in den Punkten o, 31, 32 die Werte der Gegentakt- und Gleichtaktsteuerung an, die der Reihe nach entsprechen: keiner Erregung an AB (Punkt o), einer dem Träger entsprechenden Steuerung (Punkt 31) und einer dem Scheitelwert entsprechenden Steuerung (Punkt 32).

Beim Fehlen der phasenverschiebenden Hilfskreise 13 und 19 würde die Zusammensetzung der Gleichtakt- und Gegentaktsteuerspannung durch die Abb. 14 gegeben sein, die auf beiden Seiten der als Achse dienenden Gleichtaktsteuerspannung -E₄ die Spannungen OP₁ und P₁, C₁, OF₂ und F₂. C₂ darstellt, die

an den Gittern der Röhren L₁ und L₂ wirksam werden.

Die Phasendrehungen von etwa 25¹⁰ in beiden Richtungen, die die beiden Hilfskreise 13 und 19 erzeugen, übertragen sich durch Drehung der Spannungen OP₁ und OP₂ im entgegengesetzten Sinn derart, daß die endgültigen Gitterspannungen V_gl und V_g2, die den Gittern der Röhren L₁ und L₂ zugeführt werden, für verschiedene Werte der von Vorstufen herrührenden Steueramplitude durch die Abb. 15 gegeben sind. Wie bei dem eingangs beschriebenen Modulationsverfahren mit gemischter Amplituden- und Phasenmodulation sieht man, daß die Änderung der Phase der Gitterspannungen nur noch für den oberen Teil der Modulationsperiode verwendet wird, d. h für den Bereich, in welchem die augenblickliche Amplitude des Antennenstromes größer als die Amplitude des Trägers ist. Es ist bekannt, daß innerhalb dieses Bereiches eine Änderung der Phasenverschiebung von 25 auf 50'⁰ den Antennenstrom linear . anwachsen läßt und daß der Wirkungsgrad einen höheren Wert besitzt, zumindest aber 60% beträgt. In diesem ganzen Bereich wird die Gittersteuerung auch auf einem Wert gehalten, der zur Erzeugung der erforderlichen Leistung der Endröhre ausreicht, d. h. daß die den Gittern dieser Röhre aufgedrückten Phasenänderungen von einem Anwachsen der Steueramplitude begleitet sind, deren Maximalwert dem Scheitelpunkt entspricht.

Im Gegensatz dazu wird die Steuerspannung des Gitters für die negative Halbwelle der Modulation, d. h. für den Bereich, in welchem die augenblickliche Amplitude des Antennenstromes kleiner als die Trägeramplitude ist, genau wie in einem amplitudenmodulierten System vermindert, und der Winkel der Phasenverschiebung bleibt dann konstant, beispielsweise 25'°' wie für den Trägerwert.

Die Arbeitsbedingungen, die für die Leistungsstufe eines Senders daraus resultieren, sind graphisch in den Abb. 16 bis 20 dargestellt, die in Abhängigkeit von dem augenblicklichen Wert des Antennenstromes I_ant das Verhalten folgender Größen zeigen: Änderung des Wirkungsgrades R_a (Abb. 16), Änderung der. Spannung in dem Anodenschwingkreis U_p (Abb. 17), Änderung des Anodengleichstromes I_p (Abb. 18), Änderung der Phase Ph der Steuerspannung der Gitter (Abb. 19), Änderung der Amplitude der Gittersteuerspannung U_g (Abb. 20).

Schließlich ist in der Abb. 16, 17 und 18 der Verlauf gestrichelt dargestellt, den dieselben Kurven bei einem amplitudenmodulierten System nehmen wurden, d. h. ohne zusätzliche Phasenänderung oberhalb des Trägerwertes.

Die Abbildungen zeigen, daß bei dem erfindungsgemäßen gemischten Modulationsverfahren (Amplitudenmodulation und Phasenmodulation) die Leistungsröhren unter viel besseren Bedingungen arbeiten.

Unter den Vorteilen des Systems sind folgende: erhöhter Wirkungsgrad, Einfachheit der Einstellung, Verbesserung der Qualität der Sendung durch Anwendung der Gegenkopplung und Verminderung des Grundgeräusches, was eventuell die Heizung der Leistungsröhren selbst mit Wechselstrom zuläßt.

Es sei zum Schluß betont, daß es selbstverständlich möglich ist, die Röhre L₄ so vorzuspannen, daß sie im .B-Betrieb arbeitet, während die Röhre L₃ dann so weit vorgespannt wird, daß sie nunmehr im C-Betrieb arbeitet. Es genügt in diesem Fall, den Sinn der Kopplung zwischen dem Ausgangskreis der Röhre L₂ und dem Antennenkreis umzukehren. Es würde dann die Gegentaktsteuerung die Rolle der Gleichtaktsteuerung und umgekehrt spielen.

Ebenfalls kann der Kreis Q zur Phasenverschiebung in die Gitterzuleitung der Röhre L₃ oder noch in die Gitterzuführung oder Anodenzuführung der Röhre L₄ gelegt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Modulation von Hochfrequenzröhrensendern mit einer Endstufe aus zwei Röhren oder Röhrengruppen, welche anodenseitig differentiell geschaltet sind und auf einen gemeinsamen Belastungskreis arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren Steuerspannungen erhalten, die unterhalb eines Grenzwertes eine feste Phasenlage zueinander unabhängig von Amplitudenänderungen haben, während oberhalb dieses Grenzwertes sich ihre Phasenlage mit der Amplitude ändert.

2. Anordnung für ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endröhren des Senders für die mittlere Trägerleistung im Grenzzustand arbeiten und daß an das Steuergitter jeder Endröhre die Vektor summe von je drei amplitudenmodulierten Trägerfrequenzspannungen (U₁ bzw. U₂ und U_b, U_a) angelegt ist, von denen die Spannungen U₁ und U₂ einander entgegengesetzt gerichtet sind und die Spannung U_b gegenüber diesen beiden um 9c*⁰ phasenverschoben ist und die Spannung U_a <C U_b, die im Bereich der positiven Modulationsperiode nicht mehr linear anwächst, der Spannung U_b entgegengesetzt gerichtet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung U_a von dem gemeinsamen Belastungskreis der

Endröhren durch Gegenkopplung gewonnen wird.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vektorsumme der je drei amplitudenmodulierten Spannungen der Endstufe über eine im Gegentakt geschaltete Vorstufe zugeführt wird.

5. Anordnung nach den x\nsprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen Uf,, U₁ und U₀ von einem gemeinsamen Steuersender erzeugt werden und von einer gemeinsamen Verstärkerkette (C) verstärkt und innerhalb derselben amplitudenmoduliert werden (Abb. 2).

6. Anordnung nach den Ansprüchen 2, 3 und S, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Spannungen U₆-U_a zusätzlich verstärkt wird.

7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anodenseitig differentiell geschaltete Endstufe aus vier Endröhren besteht, von denen je zwei im Gegentakt arbeiten.

8. Anordnung für ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endröhren (L₁, L₂) von zwei gegenphasig mit amplitudenmodulierten Schwingungen gesteuerten Leistungsröhren (L₃, L₄) gleichzeitig im Gegentakt über einen eine Phasenverschiebung von 90⁰ erzeugenden Kreis (22) und im Gleichtakt gesteuert sind und die die Gegentaktsteuerung erzeugende Röhre (L₃) so eingestellt ist, daß sie für den Trägerwert im Grenzzustand arbeitet, während die andere (L₄), die die Endstufe im Gleichtakt steuert, so weit vorgespannt ist. daß sie für die negative Halbwelle der Modulationsspannung gesperrt ist und daß unmittelbar vor dem Gitter der Endröhren (L₁. L.,) je ein Schwingungskreis (13, 19) angeordnet ist, die einander um etwa je 25 entgegengesetzt gerichtete Phasendrehungen erzeugen (Abb. 11).

9. Anordnung nach den Ansprüchen 2 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß zur Minderung von Modulationsverzerrungen eine Gegenkopplung vom Ausgangskreis der Endstufe auf den Eingangskreis einer Vorstufe vorgesehen ist.

10. Anordnung nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Minderung von Modulationsverzerrungen in einer Vorstufe gegenphasige Verzerrungen zugefügt werden.

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

Deutsche Patentschriften Xr. 515859,
546 958, 598 086. 611 Syu

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

θ 5517 10.52