DE851965C - Anordnung zur UEbertragung von Signalen mittels Impulszeitmodulation - Google Patents
Anordnung zur UEbertragung von Signalen mittels ImpulszeitmodulationInfo
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Description
(WiGBl. S. 175)
AUSGEGEBEN AM 9. OKTOBER 1952
p 20325 Villa 121a1 D
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung von Signalen mittels Impulszeitmodulation,
z. B. Impulsdauermodulation oder Impulsphasenmodulation. Bei Impulsdauermodulation wird
die Trägerschwingung von Impulsen mit konstanter Frequenz moduliert, deren Zeitdauer vom Augenblickswert
der Amplitude des zu übertragenden Signals abhängig ist. Bei Impulsphasenmodulation sind die
Zeitdauer und die mittlere Frequenz konstant, der Zeitunterschied aber ändert sich zwischen dem Augenblick,
in dem die Impulse auftreten, und dem Moment, in dem sie in -unmoduliertem Zustand auftreten
würden, mit dem Augenblickswert der Amplitude des zu übertragenden Signals. Die Zeitdauer der Impulse
ist hierbei kurz gegenüber dem Intervall zwischen den Impulsen.
Bei den beiden Modulationsverfahren muß der in Zeitpunkten gleicher Abstände auftretende Augenblickswert
der Amplitude des zu übertragenden Signals in Zeit umgesetzt werden. 2c
Es ist bekannt, den Augenblickswert der Amplitude eines zu übertragenden Signals dadurch in die Zeitdauer
von Impulsen mit konstanter Frequenz zu überführen, daß man das zu übertragende Signal nebst
einer sägezahnförmigen Spannung mit der gewünschten Impulsfrequenz eine Schwelle passieren läßt. Die
beiden Spannungen können z. B. dem Gitter einer Röhre zugeführt werden, die nur leitend ist, wenn die
am Gitter auftretende Spannung einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.
Zur Erklärung des Vorstehenden ist in Fig. 1 ein Teil ι einer in Impulse zu überführenden Signal-
spannung als Funktion der Zeit dargestellt. Die resultierende Spannung, die bei Summierung der
Signalspannung und einer sägezahnförmigen Spannung 2 mit der gewünschten Impulsfrequenz entsteht,
ist durch die Kurve 3 dargestellt. Die Frequenz der sägezahnförmigen Spannung ist hierbei hoch gegenüber
derjenigen der Signalspannung. Die Amplitude der sägezahnförmigen Spannung ist gleich oder höher
als die Maximalamplitude der Signalspannung, ίο Nehmen wir an, daß die Schwellenspannung gleich
der Amplitude der sägezahnförmigen Spannung ist und durch eine waagerechte Linie 4 dargestellt wird,
so wird ohne das Vorhandensein eines umzusetzenden Signals die Schwellenspannung in auf der Mitte der
beiden Flanken der Sägezahnspannung liegenden Punkten α und b passiert. Bei Vorhandensein des zu
übertragenden Signals 1 wird die Schwellenspannung während zwischen den Punkten ay und b liegender
Zeitteile passiert. Eine Entladungsröhre mit einem Schwellenwert, dem die resultierende Spannung 3 zugeführt
wird, ist daher während derjenigen Zeitteile leitend, die in der Figur verdickt dargestellt sind, so
daß im Ausgangskreis eine impulsförmige Spannung auftritt, wobei die Zeitdauer der Impulse vom Augenblickswert
der Amplitude der Signalspannung 1 abhängig ist.
Dieses bekannte Verfahren zur Umwandlung einer Spannung mit veränderlicher Amplitude in Impulse
mit konstanter Frequenz und mit einer vom Augenblickswert der Amplitude der veränderlichen Spannung
abhängigen Zeitdauer kann aber eine Verzerrung ergeben, insbesondere bei der Umsetzung von Frequenzen,
die von der Größenordnung der Impulsfrequenz sind.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Ursache dieser Verzerrung darin
besteht, daß nicht die in Zeitpunkten gleicher Abstände auftretenden Augenblickswerte der Amplitude
des zu übertragenden Signals C1, C2, C3 in der Zeitdauer
der Impulse zum Ausdruck gebracht werden, sondern die Augenblickswerte (I1, d2, d3, deren Intervall vom
Verlauf der Signalkurve abhängig ist, so daß eine lineare Beziehung zwischen den in Zeitpunkten
gleicher Abstände auftretenden Augenblickswerten der Amplitude und der Zeitdauer der Impulse nicht
vorhanden ist.
Die Amplitude der Signalkurve ändert sich um so stärker während der Schwingungszeit der sägezahnförmigen
Spannung, je größer die Verzerrung ist, so daß die Verzerrung mit der Frequenz zunimmt.
Nach der Erfindung wird der erwähnte Nachteil beseitigt durch Verwendung einer von periodisch
auftretenden Impulsen gesteuerten Vorrichtung zur Umsetzung der zu übertragenden Signale in eine
stufenförmige Schwingung, deren Amplitude sich beim Auftreten dieser Impulse diskontinuierlich in den in
diesen Zeitpunkten auftretenden Augenblickswert der zu übertragenden Signale ändert und zwischen zwei
aufeinanderfolgenden diskontinuierlichen Änderungen ungeändert bleibt, wobei diese stufenförmige Schwingung
einem Impulszeitmodulator zugeführt wird.
Vorzugsweise wird die stufenförmige Schwingung einer sägezahnförmigen Spannung überlagert zur Erhaltung
einer Kombinationsschwingung, die als Modulationsschwingung dem Impulszeitmodulator zügeführt
wird.
Der Impulszeitmodulator enthält vorzugsweise eine gesperrte, gittergesteuerte Elektronenentladungsröhre,
welche Röhre in jeder Periode der sägezahnförmigen Spannung durch die dem Steuergitter zugeführte
Kombinationsschwingung freigegeben wird.
In Fig. 2 ist ein Teil der zu übertragenden Signalspannung als Funktion der Zeit mit 1 bezeichnet,
während die stufenförmige Schwingung, in die das Signal umgesetzt wird, durch die Kurve 1' dargestellt
ist. Die Augenblicksamplitude der betreffenden Schwingung 1' zur Zeit I1 ist gleich dem Augenblickswert der Amplitude des Signals 1 in diesem Augenblick
und ändert sich diskontinuierlich in den Zeitpunkten t%, t3 usw. in den in diesen Zeitpunkten auftretenden
Augenblickswert der Amplitude des Signals 1. Die Frequenz, mit der sich die Schwingung 1' diskontinuierlich
ändert, ist gleich der gewünschten Impulsfrequenz.
Die- resultierende Spannung, die bei Summierung der stufenförmigen Schwingung 1' und einer sägezahnförmigen
Spannung 2 mit der gewünschten Impulsfrequenz entsteht, ist durch die Kurve 3' dargestellt.
Von dieser Spannung wird die Schwellenspannung 4 in einem Augenblick passiert, in dem der Unterschied
zwischen der Amplitude der sägezahnförmigen Spannung 2 und der Amplitude der Kurve 3' gleich der
Augenblicksamplitude rf/ bzw. d2', d3 der Spannung 1'
ist; dieser Unterschied ist proportional zum Zeitunterschied zwischen den Punkten a' und α/. Da
aber die Augenblicksamplitude ^1' bzw. d2', d3 der
Spannung 1' gleich dem Augenblickswert der Amplitude des zu übertragenden Signals zur Zeit I1 bzw.
t2, t3 ist, ist der Zeitunterschied zwischen den Punkten
O1' und a' proportional zu der zur Zeit I1 bzw. t2, t3
auftretenden Amplitude des zu übertragenden Signals.
Die vom zu übertragenden Signal herbeigeführte Änderung der Zeitdauer der Impulse ist daher proportional
zu dem in Zeitpunkten ^1, t2, t3 ... gleicher
Abstände auftretenden Augenblickswert der Amplitude des zu übertragenden Signals, so daß die bei den
bekannten Vorrichtungen auftretende Verzerrung beseitigt ist.
Die diskontinuierlichen Änderungen erfolgen vorzugsweise während der Rücklaufzeiten der sägezahnförmigen
Spannung, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, so daß die ganze zwischen den Impulsen liegende
Zeitdauer zum Modulieren der bei Abwesenheit eines Signals auftretenden Impulse a', b' verfügbar ist.
Erfolgt der diskontinuierliche Übergang während der schrägen Flanke der sägezahnförmigen Spannung, so
ist nur ein Teil der erwähnten Zeitdauer zum Modulieren verfügbar, und man muß sich mit einer Modulationstiefe
kleiner als 100% zufrieden geben.
Bei einer Ausführungsform erfolgt die Umsetzung des Signals mit veränderlicher Amplitude in eine
stufenförmige Schwingung dadurch, daß dieses Signal zwei Aufladekreisen mit einem gemeinsamen Kondensator
zugeführt wird, die in entgegengesetzten Riehtungen Ströme durch den Kondensator durchlassen
können, wobei die Kreise nichtlineare Elemente enthalten, die von kurzen Impulsen mit der gewünschten
Impulsfrequenz derart gesteuert werden, daß je nach der Richtung, in der sich der Augenblickswert der
Amplitude des umzusetzenden Signals ändert, der eine oder der andere Aufladekreis während der Impulsdauer
wirksam ist.
In Fig. 3 ist diese Ausführungsform schematisch dargestellt. Hier werden die nichtlinearen Elemente
ίο in den beiden Aufladekreisen von normalerweise gesperrten,
antiparallel geschalteten, gittergesteuerten Entladungsröhren 5 und 6 gebildet. Sie sind derart
geschaltet, daß die Kathode einer Röhre mit der Anode der anderen Röhre verbunden ist und umgekehrt.
Eine den beiden Aufladekreisen gemeinsame Eingangsimpedanz besteht aus einem Transformator 7,
dem die umzusetzende Spannung mit kontinuierlich veränderlicher Amplitude zugeführt wird. Der den
beiden Kreisen gemeinsame Ladekreis besteht aus der Parallelschaltung eines Kondensators 8 und eines
Widerstandes 9. Den Gittern der beiden Röb/en wird eine impulsförmige Spannung zugeführt, die aus
kurzen Impulsen besteht mit der Frequenz, mit der die Ausgangsschwingung sich diskontinuierlich ändern
muß, und zwar in der Weise, daß den Röhren gleichzeitig während jeder Impulsdauer eine gegenüber der
zugehörigen Kathode positive Gitterspannung zugeführt wird.
Bei richtiger Wahl der Größe des Kondensators 8 wird dieser Kondensator während jeder Impulsdauer
der den Röhren 5 und 6 zugeführten Spannung über eine der Röhren schnell aufgeladen, bis die Kondensatorspannung
einen Wert hat, der gleich dem während der Impulsdauer auftretenden Augenblickswert der
Amplitude der dem Transformator 7 zugeführten Spannung ist. Während der Zeit zwischen zwei
Impulsen behält der Kondensator 8 diese Spannung, vorausgesetzt, daß die Entladezeit des Kondensator
einen gegenüber der Schwingungszeit der Impulsfrequenz großen Wert hat. Solange der Augenblickswert der Amplitude der zugeführten Spannung in
positivem Sinne größer ist als die Spannung über den Kondensator 8, wird dieser über die Röhre 5 aufgeladen.
Unterschreitet der Augenblickswert die Kondensatorspannung, so wird der Kondensator 8
über die Röhre 6 entladen, bis der betreffende Augenblickswert erreicht ist. Während der anderen Halbwelle
der zugeführten Spannung wird der Kondensator 8 über die Röhre 5 aufgeladen oder über die
Röhre 6 entladen. Die Spannung über den Kondensator 8 ändert sich daher diskontinuierlich, wie es in
Fig. 4 dargestellt ist, in der mit 10 die dem Transformator 7 zugeführte Spannung mit veränderlicher
Amplitude und mit 11 die über den Kondensator 8 auftretende, diskontinuierlich veränderliche Ausgangsspannung
dargestellt ist. Der Verlauf der Ausgangsspannung ist derart, daß ihr Wert in jedem Moment
durch den während des' vorhergehenden Impulses auftretenden Augenblickswert der Amplitude der
Signalspannung bedingt wird. Die Frequenz, mit der sich die Spannung diskontinuierlich ändert, ist gleich
derjenigen der Impulse, die den Gittern der Röhren 5 und 6 zugeführt werden.
Wenn die über den Kondensator 8 auftretende diskontinuierlich veränderliche Spannung in Reihe
mit einer sägezahnförmigen Spannung mit der Impulsfrequenz dem Gitter einer Röhre mit einem Schwellenwert
zugeführt wird, so werden im Anodenkreis Impulse erzeugt, deren Zeitdauer immer durch den
in Zeitpunkten gleicher Abstände auftretenden Augenblickswert der Amplitude der ursprünglichen Signalspannung
bedingt wird.
Eine Ausführungsform einer Sendeschaltung für Impulsphasenmodulation, bei der eine Vorrichtung
nach der Erfindung verwendet wird, ist in Fig. 5 dargestellt.
Bei dieser Schaltung wird die zu übertragende Signalspannung mit veränderlicher Amplitude, die
von einer Spannungsquelle 12 herrührt, einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung 13 zum
Umsetzen einer Spannung mit kontinuierlich veränderlicher Amplitude in eine Spannung mit diskontinuierlich
veränderlicher Spannungskurve zugeführt. Gleichzeitig werden der Vorrichtung 13
Spannungsimpulse zum periodischen Leitendmachen der Demodulatorröhren zugeführt. Die erwähnten
Spannungsimpulse, deren Frequenz gleich der gewünschten mittleren Frequenz der zu übertragenden
phasenmodulierten Impulse ist, rühren von einer Spannungsquelle 14 her und sind einer sägezahnförmigen
Schwingung mit der gleichen Frequenz entnommen, die von einem Sägezahnoszillator 15
erzeugt wird. Die Frequenz der von dem Sägezahnoszillator 15 erzeugten Spannung wird von einem
Oszillator 16 stabilisiert, der eine sinusförmige Schwingung mit konstanter Frequenz erzeugt.
Die diskontinuierlich veränderliche Ausgangsspannung der Vorrichtung 13 und die sägezahniörmige
Spannung des Oszillators 15 werden gemeinsam einer Vorrichtung 17 mit einem Schwellenwert zugeführt,
welche die zugeführte Signalspannung in Impulse mit konstanter Frequenz umformt, deren Zeitdauer
von dem in Zeitpunkten gleicher Abstände auftretenden Augenblickswert der Amplitude der Signalspannung
der Quelle 12 abhängig ist.
In einer Vorrichtung 18 werden diese Impulse differenziert, so daß pro Impuls im Ausgangskreis der
Vorrichtung 17 zwei kurze Impulse entgegengesetzter Polarität entstehen, von denen einer den Anfang und
der andere das Ende des ursprünglichen Impulses angibt. In einer Vorrichtung 19 werden die kurzen
Impulse, die das Ende der Impulse im Ausgangskreis der Vorrichtung 17 angeben, abgetrennt. Darauf
werden die resultierenden kurzen Impulse, deren Intervall sich mit dem Augenblickswert der Amplitude
des zu übertragenden Signals ändert, in einem Sender einer Trägerschwingung aufmoduliert, und die
modulierte Trägerschwingung wird von einer Antenne übertragen.
Claims (1)
- Patentansprüche:i. Anordnung zur Übertragung von Signalen mittels Impulszeitmodulation, dadurch gekenn-zeichnet, daß eine von periodisch auftretenden Impulsen gesteuerte Vorrichtung vorgesehen ist zur Umsetzung der zu übertragenden Signale in eine stufenförmige Schwingung, deren Amplitude sich beim Auftreten dieser Impulse diskontinuierlich entsprechend den in diesen Zeitpunkten auftretenden Augenblickswert der zu übertragenden Signale ändert und zwischen zwei aufeinanderfolgenden diskontinuierlichen Änderungen ungeändert bleibt, und daß diese stufenförmige Schwingung zusammen mit einer sägezahnförmigen Spannung dem Impulszeitmodulator zugeführt wird.
2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulszeitmodulator eine gesperrte, gittergesteuerte Elektronenentladungsröhre enthält, welche durch die dem Steuergitter zugeführte Kombinationsschwingung freigegeben wird.3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch auftretenden Impulse, die der Vorrichtung zur Umsetzung der zu übertragenden Signale in eine stufenförmige Spannung zugeführt werden, einem Impulsgenerator entnommen werden, der mit der Spannungsquelle zur Erzeugung der sägezahnförmigen Spannung gekoppelt ist, derart, daß die periodischen Impulse beim Rücklauf der sägezahnförmigen Spannung auftreten.4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Umsetzung der zu übertragenden Signale in eine stufenförmige Spannung einen Kondensator enthält, dem die Signale über zwei normalerweise gesperrte, antiparallel geschaltete, gittergesteuerte Entladungsröhren zugeführt werden, welche gleichzeitig durch die periodisch auftretenden Impulse freigegeben werden.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen© 5395 9.52
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