DE844178C

DE844178C - Anordnung zur absatzweisen Mehrfachuebertragung mittels kurzer elektromagnetischer Wellen

Info

Publication number: DE844178C
Application number: DEP28969A
Authority: DE
Inventors: Gustav Dipl-Ing Guanella
Original assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Current assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Priority date: 1944-11-13
Filing date: 1949-01-01
Publication date: 1952-07-17
Also published as: FR916461A; CH246144A; GB633620A

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN .VM 17. JULI 1952

ρ 28969 VIII a 2/a± D

ist als Erfinder genannt worden

Glarus (Schweiz)

elektromagnetischer Wellen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur absatzweisen mehrfachen Übertragung von Signalen mittels kurzer elektromagnetischer Wellen.

Die Erfindung besteht darin, daß die Signale mittels Pendelrückkopplungsempfänger empfangen werden, wobei die Pendelfrequenz der Empfänger mit der Impulsfrequenz in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander synchronisiert ist und die Phase höchster Empfindlichkeit zeitlich mit den ankommen den Hochfrequenzimpulsen eines der zu empfangenen Signale wenigstens angenähert übereinstimmt.

Die normale Verstärkung kurzwelliger Hochfrequenz mittels Elektronenröhren ist durch die dabei auftretende Gitter-Kathoden-Dämpfung stark erschwert. Die Ursache liegt in der sich hier bemerkbar machenden begrenzten Elektronengeschwindigkeit. Mehrstufige Verstärker mit normalen Elektronenröhren eignen sich deshalb schlecht für den Empfang und die Verstärkung sehr kurzer Wellen. Wesentlich besser eignet sich dafür der Pendeirückkopplungsempfänger. Bei vorliegender Anordnung wird die Verstärkung durch das Aufschaukeln der schwachen Empfangsschwingungen zu beträcht-

lichen Amplituden in einem rückgekoppelten Schwingungskreis erreicht.

Der Pendelrückkopplungsempfänger hat nur während eines Bruchteils einer Pendelschwingung

■ 5 seine hohe Empfindlichkeit, und zwar zu Beginn der Anschwingzeit des zu entdämpfenden Schwingungskreises. In der übrigen, weitaus längsten Zeit einer Pendelschwingung ist der Empfänger unempfindlich auf ankommende Empfangsschwingungen. Die

ίο Empfangsenergie und damit schließlich auch die Sendeenergie wird also nur während der Anschwingzeit vom Empfänger wirklich ausgenutzt, in der übrigen Zeit ist der Empfang gesperrt.

Der Empfänger hat eine Synchronisierungseinrichtung, die so arbeitet, daß im Moment des Eintreffens eines Hochfrequenzimpulses das Anschwingen des Empfängerkreises durch kurzzeitige Freigabe der Rückkopplung erfolgt. Die Pendelfrequenz dafür entsteht in einem lokalen Generator, der für sich vorerst so genau als möglich in einem ganzzahligen Verhältnis auf die Impulsfrequenz des Empfangssignals abgestimmt ist und z. B. durch den Mitnahmeeffekt noch auf das Eintreffen der Impulse synchronisiert wird, beispielsweise ist die Pendelfrequenz doppelt so groß oder nur halb so groß wie die Impulsfrequenz. Die Impulse können dem Anodenkreis der Verstärkerröhre über Siebmittel entnommen werden.

Die Erfindung bringt den Vorteil, daß man die Röhren der Senderstufe während den relativ kurzzeitigen Impulssendungen leistungsmäßig sehr hoch über der zulässigen mittleren Belastung beanspruchen kann. Würde man einen Sender mit durchgehender Abstrahlung verwenden, so müßte man, um auf der Empfängsseite denselben nutzbaren Empfangspegel zu erhalten, viel größere Sendeenergie aufbringen und damit auch größere Röhren verwenden. So aber ist es möglich, Röhren mit relativ kleinen Abmessungen, also Hochtaströhren zu verwenden. Bei Amplitudenmodulation des Senders kann die dem Modulator zugeführte Gleichspannung zusammen mit der überlagerten Modulationsspannung impulsmäßig getastet werden. Diese so gebildete Spannung kann nun zusammen mit der Trägerfrequenzspannung auf dem Sendermodulator gegeben werden. Man kann aber auch die Gleichspannung und die Modulationsspannung ungetastet lassen und dafür die Trägerfrequenzspannung in gleicher Weise tasten. Ferner ist es möglich, die Tastung zwischen dem Modulator, also im eigentlichen Hochfrequenzkanal, und dem Ausgangskreis vorzunehmen, z. B. durch taktmäßiges Steuern der Gittervorspannung an der Ausgangsstufe.

Ein Vorteil dieser Übertragungsweise besteht darin, daß der Empfänger in den Tastpausen zum größten Teil unempfindlich ist, weil dann die Empfangskreisschwingungen bereits so weit aufgeschaukelt sind, daß äußere Störcinflüsse belanglos werden. Man erreicht damit eine höhere Rauschfreiheit.

Die impulsartige Sendung und Sperrung der Hochfrequenz auf der Senderseite und die damit synchronisierte Aufnahme und Sperrung derselben auf der Empfangsseite macht dieses Verfahren außerordentlich geeignet zur Durchführung der absatzweisen Mehrfachsignalübertragung (Zeitmultiplexsysteme) auf ultrakurzen Wellen, insbesondere für die Mehrfachtelefonie, für Relaisstationen aber auch für irgendwelche andere Zeichenübertragung, wie Telegrafie, Fernsteuerung, Fernmessung, Fern- · sehen, Peilung.

Die absatzweise Mehrfachsignalübertragung wird nath der Erfindung durchgeführt, indem die impulsartig gesandte Hochfrequenz zeitlich absatzweise moduliert wird mit den in den einzelnen Sendereingangsleitungen momentan vorhandenen Signal amplituden. Die Umschaltung des Senders auf die einzelnen Sendereingangsleitungen erfolgt nach bekannten Methoden, z. B. so, daß eine Schalteinrich-Hing absatzweise in zyklischer Reihenfolge die Verbindung mit je einer der Eingangsleitungen herstellt. Der Sender erhält so seine Modulationsspannung absatzweise aus allen Sprechkanälen in sehr rascher Reihenfolge. Empfängerseitig werden eine den Übertragungskanälen entsprechende Anzahl Pendelrückkopplungsempfänger verwendet. Die Pendelfrequenz ist nach Frequenz und Phase so synchronisiert, daß jeder Empfänger in zyklischer Reihenfolge während der Übertragung des ihm zu geordneten Senderimpulses seine hohe Empfindlichkeit aufweist und in der übrigen Zeit für die ankommenden Impulse, die für die anderen Empfänger bestimmt sind, praktisch gesperrt ist. Auch dieser Vorgang ist mit den vom Sender kommenden Hochfrequenzimpulsen synchronisiert.

Das Prinzip der amplitudenmodulierten Signalübertragung wird an Hand der Fig. 1 und 3 näher erläutert. Fig. 1 stellt eine Sender- und Fig. 3 eine Empfängeranordnung dar.

In der Senderanordnung Fig. 1 gelangen die Signalspannungen M₁ über die Eingangsleitung /, auf den Modulationsverstärker M und als verstärkte Spannung U₂ auf den Transformator T. Die Sekundärspannung W₃ ist mit der Gleichspannung W₅ der Gleichstromquelle G in Serie geschaltet. Die Summenspannung wird mittels der Schalteinrichtung U periodisch getastet. Die entstehenden Impulsspannungen gelangen als Steuerspannung u_i auf den Sender S. Dem Hochfrequenzgenerator H wird die erforderliche Trägerspannung W₆ für den Sender S entnommen. Vom Ausgang des Senders gelangt die impulsmoduliert« Hochfrequenzspannung 11-auf die Senderantenne A. Die Schaltfrequenz des Schalters U liegt um ein Mehrfaches, zweckmäßig mindestens das Drei- bis Fünffache, über der höchsten Übertragungsfrequenz der Eingangsspannung «,. Die Schließungszeit richtet sich nach den Erfordernissen des Empfängers. Sie muß etwa so lange dauern, als dies für das Aufschaukeln der Empfangsschwingungen noch nützlich ist. Bei der Übertragung, beispielsweise von Sprache, auf ultrakurzen Wellen ist diese Zeit absolut und relativ zur erforderlichen Schaltgeschwindigkeit außerordentlich klein. Der zeitliche Ablauf eines solchen Vorganges ist in der Fig. 2 näher erläutert.

Der konstanten Gleichspannung M₅ ist die verstärkte und transformierte Signalspannung M₃. z. ß. eine Sprachspannung, überlagert. Beide ergeben zusammen die noch ungetastete Senderspannung (Wr₁-J-M₃). Der Schalter gibt diese Spannung während den sehr kurzen Schaltzeiten t auf den Sender. Die sich ergebenden Steuerimpulse sind mit J₁, J₂ . . . l>ezeichnet. Sie folgen einander in regelmäßigen Abständen. Die im Senderausgang auftretenden

ίο Hochfrequcnzimpulse sind diesen Impulsen nach Amplitude und Zeitdauer wenigstens angenähert proportional, so daß also J₁, J₂, J₃ . .. auch den Ablauf der Hochfrequenzimpulse darstellen. Die Umhüllungskurve (J dieser Impulse deckt sich somit mit

t5 der Spannungskurve des Eingangssignals M₁.

Die Empfängeranordnung ist in der Fig. 3 dargestellt. Von der Antenne A gelangt die Hochfrequenzspannung U_x, die sich gemäß Fig. 2 aus Impulsen /,, J₂, /_:i. .. aufbaut, auf den Schwingkreis K der Pendelrückkopplungsschaltung. Die sich aufschaukelnde Spannung U₂ gelangt auf das Verstärkerrohr R, das gleichzeitig auch als Demodulator .wirkt. Die verstärkte Hochfrequenzspannung M₄ wird über die periodisch arbeitende Schalteinrichtung (J als Rückkopplungsspannung u_:, auf den Schwingkreis zurückgegeben. Bei Durchlaß schaukeln sich die Schwingungen im Abstimmkreis in bekannter Weise auf und bei Sperrung klingen die Schwingungen ab. Es vollzieht sich somit der bekannte Vorgang beim Pendelkopplungsempfänger. Die periodische Schaltung wird durch die Steuerspannung w₆, herrührend vom Pcndelgenerator P, gesteuert. Die Frequenz des Pendelgenerators ist so genau als möglich auf die Periode der Hochfrequenzimpulsgäbe des Senders eingestellt. Durch die synchronisierende Wirkung der dem Anodenstromkreis entnommenen Steuerspannung M₃* erfolgt die genaue Synchronisierung mit der Impulsgabe des Senders. Die Steuerspannung U₃* enthält die 'Frequenz der Senderimpulse, welche der Ausgangssignalspannung M₃ überlagert und durch die Demodulatorwirkung der Verstärkerröhre ausgeschieden sind. Durch einen Phasenregler, der im Pendelfrequenzgenerator eingebaut ist, wird die Phasenlage der Schaltzeit der Schalteinrichtung LJ so eingestellt, daß der Beginn der Aufschaukelung des Schwingkreises mit dem ankommenden Hochfrequenzimpuls zusammenfällt. Mit dieser Schaltung wird also er reicht, daß auch ein impulsgetasteter modulierter Sender mit einem Pendelrückkopplungsempfänger empfangen werden kann. N ist der Verbraucher der übertragenen Signalspannung, z. B. ein Telefonhörer.

Die Anordnung der Erfindung ist für die absatzweise Mehrfachtelefonie besonders vorteilhaft, weil l)ei kurzen Wellen die Zeit für einen Impulsablauf sehr kurz ist gegenüber der Ablauf zeit einer Pendelschwingung. Das Zeitverhältnis ist meistens kleiner

, als . Es ist deshalb leicht möglich, zwischen

DO KiO

zwei folgenden Impulsen eines Übertragungskanals noch weitere Impulse zu legen, die jeweils je einem unabhängigen Signalübertragungskanal angehören.

In Fig. 4 sind beispielsweise durch a, b, c drei zu übertragende Signale dargestellt. Aus diesen Signalen werden die amplitudenproportionalen Impulse A₁, A₂, A_a... bzw. B₁, B₂, Β_Ά... bzw. C₁. C₂, C₃... ausgeschieden, deren Gesamtheit ein Signal ρ ergibt, welches übertragen werden soll. Am Empfangsort können die zu α bzw. b bzw. c ^! gehörenden Impulsfolgen A₁, A_i . . . B₁, B₂ .. . usw. wieder ausgeschieden werden. Diese Impulsfolgen enthalten als Grundfrequenz die Signale α bzw. /; j bzw. c, d. h. diese Signale lassen sich aus den Impulsfolgen durch einfache Beruhigung wiedergewinnen. Statt dessen können aus den Impulsfolgen durch einfache Gleichrichterschaltungen auch Signale gewonnen werden, deren langsame verän- \ derliche Größe jeweils der Impulsspitze entspricht. Auch diese Signale entsprechen natürlich mit guter Annäherung den ursprünglichen Zeichen a, b, c.

Die Durchführung kann beispielsweise mit einer Einrichtung gemäß Fig. 5 erfolgen. Die Signale«, b, c gelangen von den eingehenden Leitungen L₁₁, Li,, Lc zum elektronischen Schalter S₁, welcher im Takt der im Generator K₁ erzeugten Steuerspannung S₁ periodisch abwechselnd eine Verbindung zwischen den Leitungen L_a, Lb, L₁- und dem Sender T herstellt, durch den die so erzeugten Impulszeichen ρ (vgl. Fig. 14) einem Träger aufmoduliert werden. Gleichzeitig werden durch T noch Synchronisierungszeichen ausgesandt, die auf der Empfängerseite den zeitlichen Ablauf des Schalters S₂ steuern. Durch Gleichrichtung erhält man im Empfänger R ,

wieder die Impulssignale/? und die Synchronisierungszeichen. Letztere halten den Generator K₁, so daß der Ablauf des Schalters S₂ in der Phase und Frequenz mit dem des Schalters S₁ übereinstimmt. Der mit dem Schalter S₁ synchronisierte' elektronische Schalter S₂ scheidet aus den ablaufenden Imj pulsen die Impulsfolgen A₁, A₂ . ■.. bzw. B₁, B₂ ... bzw. C₁, C₂ .·■ aus, durch deren Beruhigung in F,„ Fb, F _c wieder die ursprünglichen Signale a, b, c entstehen. Der Empfänger R ist erfindungsgemäß ein PendelrÜGkkopplungsempfänger. Synchron mit der Impulsfolge wird die Empfindlichkeit des Empfängers so gesteuert, daß dessen höchste Empfindlichkeit bei Eintreffen der Impulse vorhanden ist. Die Steuerung erfolgt durch den Generator K₂ unter Zwischenschalten von entsprechenden Phaseneinstellgliedern.

An Stelle des einen Empfängers R in Verbindung mit dem elektronischen Schalter S₂ können mehrere, der Anzahl der zu empfangenden Übertragungskanäle entsprechende Pendelrückkopplungsemp- fänger verwendet werden. Jeder Empfänger arbeitet über die Filter F_a ... b auf die Kanäle a, b, c usw. Diese Empfänger werden durch den Generator K₂ \ in zyklischer Reihenfolge auf höchste Empfindlich- • keit gebracht und nachher wieder gedämpft, und zwar wieder synchron mit dem Schalter S₁ des Senders. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß grundsätzlich dieselbe zyklische Verteilung erreicht Wie. mit dem Schalter S₂.

Der Erfindungsgedanke läßt sich bei weiteren praktischen Anwendungen mit Vorteil verwerten,

ζ. B. ist es möglich, auf dieser Grundlage Relaisstationen zu bauen. Das kann z. B. so geschehen,, daß beim Empfänger die empfangenen Impulse in der Impulszwischenzeit zur modulierenden Steuerung eines örtlichen Impulssenders verwendet werden. Zwischen Empfänger und Sender der Relaisstation wird ein zeitverzögerndes Glied eingebaut. Dadurch soll erreicht werden, daß der Sender nicht im Zustand der hohen Empfängerempfindlichkeit

ίο sendet, um störende Rückkopplungen zu vermeiden. Die Sendephase soll vielmehr in den Zustand der Unempfindlichkeit des Empfängers fallen. Die Weitersendung kann dann auf der gleichen oder auch auf einer andern Wellenlänge erfolgen. Der Empfang des Relaissenders kann nach den bereits •beschriebenen Methoden erfolgen. Der Empfänger arbeitet wieder mit Pendelrückkopplungsverstärkung. Seine Pendelfrequenz ist mit der Impulsfrequenz der Relaisstation synchronisiert und damit auch mit derjenigen des Senders der Anfangsstation.

Die Zahl der Relaisstationen läßt sich grundsätzlich weiter vermehren; es lassen sich Relaisketten aufbauen.

Die Relaisstation kann im übrigen auch aus einer einzigen Pendelrückkopplungsverstärkerstufe bestehen. Der Schwingungskreis ist dann mit einer Antenne verbunden, die abwechselnd als Empfangsoder als Sendeantenne arbeitet. Die Pendelfrequenzsteuerung erfolgt in diesem Fall so, daß die Sohwingungsanfachung bei Eintreffen der Hochfrequenzsignale vor sich geht. Die Beendigung der Schwingungsanfachung erfolgt zweckmäßig vor Erreichen der Aussteuerungsgrenze, ■ um nichtlineare Verzerrungen möglichst zu vermeiden, wobei das Schwingrohr die volle Sendeenergie aufbringen muß.

Bei einer Relaisstation ist es auch möglich, den Sender im Moment der höchsten Empfangsempfindlichkeit strahlen zu lassen. Um in diesem Fall Rückkopplung zu vermeiden, können Sender und Empfangsantenne entkoppelt zueinander liegen. Das ist möglich z. B. durch gekreuzte Anordnung der Dipole oder auch indem die eine Antenne im Strahlungsschatten der andern angeordnet ist.

Diese Übertragungsweise wird sinngemäß auch für phasen- oder frequenzmodulierte Schwingungen verwendet. Die Demodulation erfolgt dann in einem Diskriminator, der auf Frequenz- oder Phasenänderungen anspricht und der seine mittlere Hüfsfrequenz aus einem lokalen Generator erhält.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur absatzweisen mehrfachen Übertragung von Signalen mittels kurzer elektromagnetischer Wellen, insbesondere über Relaisstationen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender modulierte periodische Hochfrequenzimpulse absatzweise aussendet, und daß diese mittels Pendelrückkopplungsempfänger empfangen werden, wobei die Pendel frequenz der Empfänger mit der Impulsfrequenz in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander synchronisiert ist und die Phase höchster Empfindlichkeit zeitlich mit den ankommenden Hochfrequenzimpulsen eines der zu empfangenden Signale wenigstens angenähert übereinstimmt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Empfänger wenigstens angenähert in Phase mit den zu empfangenden· 7» Hochfrequenzimpulsen die Freigabe der Rückkopplung und der Beginn der Schwingungsaufschaukelung erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelfrequenz für die Steuerung der Rückkopplung von einem Generator geliefert wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelfrequenz von der Impulsfrequenz abweicht, jedoch in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander synchronisiert ist und die Phase höchster Empfindlichkeit zeitlich mit den ankommenden Hochfrequenzimpulsen eines der zu empfangenden Signale wenigstens angenähert übereinstimmt.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger einen ört-

• liehen Sender impulsmäßig moduliert.

6. Anordnung nac\\ Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Empfänger und Sender ein zeitverzögerndes Glied eingeschaltet ist, so daß die Sendephase des örtlichen Senders in die Phase der Unemprindlichkeit des Empfängers fällt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

O 5221 7.52