DE854231C - Verfahren zur Erzeugung zeitmodulierter Impulsreihen - Google Patents

Description

Die Zeitmodulation bringt bei der drahtlosen Übertragung ähnlich wie die Frequenzmodulation gegenüber der Amplitudenmodulation den Vorteil der verminderten Störanfälligkeit beim Empfang sowie Vereinfachungen beim Senderaufbau. Während jedoch die Frequenzmodulation besondere Empfänger braucht, die für die Amplitudenmodulation nicht verwendbar sind, bietet die Zeitmodulation den besonderen Vorteil, daß sowohl mit frequenzmodulierten Empfängern als auch mit amplitudenmodulierten Empfängern empfangen werden kann. Die Zeitmodulation eignet sich deshalb für Rundfunkzwecke, weil die allgemein verwendeten bisherigen amplitudenmodulierten Empfänger mit einigen Änderungen benutzt werden können. Bei der Zeitmodulation werden bekanntlich Impulsreihen von Stromstößen oder Hochfrequenzwellenzüge konstanter Amplituden erzeugt, wobei üblicherweise die zeitliche Dauer, also die Breite der Impulse, entsprechend der Modulation verändert wird.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver- ao fahren und eine Einrichtung zur Erzeugung von zeitmodulierten Impulsreihen. Die Impulsreihen können Spannungs- bzw. Stromimpulse sein. Die Spannungsbzw. Stromimpulse können dazu benutzt werden, um zeitentsprechende Hochfrequenzimpulse, also Wellenzüge, auszusteuern. Solche Verfahren sind zwar schon bekannt, doch erfordern diese, da sie die Zeitmodulation auf direktem Weg ermöglichen, umfangreiche

Einrichtungen. Demgegenüber hat das indirekte Verfahren der Erfindung den Vorzug, daß die Modulationseinrichtungen einfacher werden.

Die Erfindung besteht darin, daß von zwei gleichfFequenten Schwingungen mindestens eine phasenmoduliert wird und diese darauf einander überlagert werden. Die Überlagerung kann in additiver oder multiplikativer Weise erfolgen. Die Schwingungen können bezüglich ihres Spannungs- und Stromverlaufs ίο sinusförmig oder impulsförmig sein. Unter impulsförmig wird ein wenigstens angenähert rechteck- oder trapezförmiger Verlauf verstanden.

In vielen praktischen Fällen genügt die Phasenmodulation nur der einen Wechselspannung, während die Frequenz der andern Spannung konstant bleibt. Führt man die Phasenmodulation jedoch an beiden Wechselspannungen durch, so kann dadurch der gesamte Phasenhub vergrößert werden. Von besonderer praktischer Bedeutung ist die Phasenmodulation ao beider Wechselspannungen, wenn diese in gleicher Größe, aber phasenentgegengesetzt erfolgt, wenn also z. B. in einem Phasenmodulator eine Phasenvoreilung und im andern Phasenmodulator eine gleich große Phasennacheilung erzeugt wird. Dieses letztere Verfahren wird nun an Hand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert, und zwar für den Fall, wo beide Wechselspannungen Impulsform haben. Selbstverständlich könnte sich die Betrachtung genau so auch auf die Wechselströme beziehen, weshalb nachstehend auch allgemeiner von Impulsen die Rede ist.

In der Fig. 1 a ist der zeitliche Ablauf zweier rechteckförmiger Impulse i_v i₂ im unmodulierten Zustand dargestellt. Ihre Frequenz, also die Impulsfolge pro Sekunde, ist genau gleich, sie ist aufeinander synchronisiert. Ihre Phasenlage zueinander ist jedoch verschieden, sie beträgt in der gezeichneten Lage 90⁰ und kennzeichnet den Modulationsgrad m = 0. Wird nun der Sender moduliert, so wird entsprechend dem Modulationsgrad die gegenseitige Lage der Impulse ständig verändert. In den Fig. 2 a und 3 a ist für zwei weitere Modulationszustände die Phasenlage der Impulsabläufe veranschaulicht. In der Fig. 2 a ist die Zeit der sich überdeckenden Impulse kleiner als in der Fig. ι dargestellt. Die Überdeckungsdauer ist kleiner als ein Viertel der Dauer einer Impulsperiode. In der Fig. 3 a dagegen ist die Überdeckungsdauer größer. Die beiden Modulationszustände entsprechen momentanen Modulationsspannungen von entgegengesetztem Vorzeichen. Nach der Erfindung werden diese Schwingungen gleicher Amplitude, aber verschiedener Phasenlage gegenseitig überlagert. Die Überlagerung kann additiv oder multiplikativ erfolgen. Wie das im einzelnen gemacht werden kann, wird nachher gezeigt werden. In den weiteren Fig. ib, 2b, 3b ist das Ergebnis der additiven Überlagerung der Impulse dargestellt und in den entsprechenden Fig. ic, 2c und3c der Impulsverlauf nach erfolgter multiplikativer Überlagerung. Die Figuren zeigen, daß sowohl bei additiver als auch bei multiplikativer Überlagerung die Impulsbreite des Überlagererausgangsstromes von der Phasenlage abhängig ist. Es ergibt sich in beiden Fällen eine Zeitmodulation. Wird das durch additive Überlagerung erhaltene Modulationsprodukt gleichgerichtet, also in den Fig. ib, 2b, 3b die negativen Impulse nach positiv umgeklappt, so ergibt sich der gleiche Verlauf wie bei der multiplikativen Überlagerung. Das erhaltene Impulsprodukt hat die doppelte Impulsfrequenz. In analoger Weise sind in den Fig. 4, 5, 6 Modulationszustände dargestellt, wo die Spannung der zu modulierenden Schwingungen statt impulsförmig sinusförmig verläuft. Auch ist es möglich, in genau gleicher Weise sinusförmige und impulsförmige Spannungen miteinander zu modulieren.

Es wird nun an Hand des Blockschemas Fig. 7 eine beispielsweise Einrichtung gezeigt, bei welcher das beschriebene Modulationsverfahren angewendet wird. Im Generator G wird eine Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz der Impulsfrequenz entspricht. Es kann sich dabei, z. B. bei Telefonieübertragung, um Frequenzen im Bereich von etwa 20 bis 100 kHz handein. Es können aber je nach Art der zu übertragenden Nachricht auch andere Frequenzen verwendet werden. Vom Generator verzweigen sich die Schwingungen e₀ auf die Phasenmodulatoren P₁ und P₂. Die Schwingungen e₀' des Modulators P₁ laufen vorher über ein Phasendrehglied K, das eine vorausgehende feste Phasendrehung von 90⁰ hervorruft. Auf diese Weise wird eine Ruhemodulationslage geschaffen, wie dies in den Fig. ia, ib, ic dargestellt ist. Die Phasenmodulatoren P₁, P₂ werden durch einen den modulierenden Strom i₄ erzeugenden Verstärker V in bekannter Weise gespeist. Die Phasenlage der Ausgangsspannungen C₁' und e_x ist gleich 90⁰ in der Ruhelage, also für den Modulatorstrom i₄ = o. Bei Aufkommen eines modulierenden Stromes i_t verändert sich die Phasenlage der Spannungen e_x und e_lt und zwar so, daß der Winkel der beiden Spannungen um den gleichen, jedoch im Vorzeichen entgegengesetzten Betrag sich ändert. Auf diese Weise vergrößert bzw. verkleinert sich die Phasenlage der Impulsspannungen ^₁', B₁ nach Maßgabe des Modulationsgrades. Die Abweichungen erfolgen symmetrisch von der Impulsmittellage aus. Die so modulierten Spannungen e₂ und e₂ gelangen auf die Amplitudenbegrenzer B₁, B₂. Hier wird die.ursprüngliche sinusförmige Spannung in bekannter Weise in eine wenigstens angenähert rechteckförmige übergeführt. Die so erhaltenen rechteckförmigenAusgangsspannungen e₂ , e₂ mit konstanter Amplitude gelangen auf den Uberlagerer M. Dieser Überlagerer M kann eine Mischröhre n° bekannter Bauart sein. Die Vorspannungen der Mischröhre können so eingestellt sein, daß die momentanen Werte der Spannungen e₂ und e₂ sich addieren oder multiplizieren. Vom Überlagerer M gelangen die phasenmodulierten Impulse e₃ auf die Taststufe T des eigentlichen Hochfrequenzsenders. Mittels der Taststufe werden die Schwingungen des Hochfrequenzgenerators Gh entsprechend der modulierten Impulse e₃ getastet. Die Tastung erfolgt immer von ο auf den vollen Wert. Die Hochfrequenzwellenzüge, welche die Taststufe verlassen und auf einen weiteren Verstärker V₁ gehen können, weisen eine Umhüllungskurve auf, die mit den Steuerimpulsen e₃ synchron laufen. Der Hochfrequenzverstärker V₁ kann auch weggelassen werden, so daß die Schwingungen der Taststufe direkt auf den Senderausgang gelangen.

Es werden nun nähere Angaben gemacht über den Aufbau einzelner Schaltanordnungen, wie sie im Schema der Fig. 7 aufgeführt sind. Als Generator G kann irgendeine bekannte Schaltung angewendet werden, welche vor allem eine gute Frequenzkonstanz aufweist. Das Phasendrehglied kann sich in bekannter Weise aus Spulen, Kondensatoren und Widerständen aufbauen. Die Phasenmodulatoren P₁, P₈ können, wie Fig. 8 zeigt, aus je einem Verstärkerrohr V₁ und F₂ als Trennstufe mit nachfolgendem Anodenkreis bestehen. Im Schwingkreis ist eine steuerbare EisenspuleZ^bzwXg vorhanden, deren Induktivität durch eine weitere vom Steuerstrom j₄ durchflossen Wicklung W₁ bzw. W₂ verändert wird. Die Modulationsspannung wird an den Klemmen m, η angelegt. Die Änderung der Induktivität bewirkt eine Phasenänderung des Schwingstromes. Die Steuerwicklungen W₁, W_t sind so geschaltet, daß in den beiden Kreisen entgegengesetzte Phasenänderungen auftreten. Oberschwingungen, die

ao durch den Modulationsvorgang entstehen, werden in einem nachfolgenden Filterkreis F₁ bzw. JF₂ unterdrückt. Als Amplitudenbegrenzer B₁, B, in Fig. 7 kann eine Schirmgitterröhre verwendet werden, wobei der Gitterarbeitspunkt so gewählt wird, daß durch Gitter-

a5 stromeinsatz eine Begrenzung der Wechselspannungen e₂, e_t' eintritt und sich dadurch einen Kurvenverlauf von wenigstens angenäherter Rechteckform ergibt.
Als Überlagererröhre M eignet sich besonders eine Röhre mit zwei in ihrer Steuerwirkung gleichwertigen Gittern. Dies kann erreicht werden, indem z. B. zwei Spiralgitter von gleichen Abmessungen auf der gleichen Zylinderfläche schraubenförmig ineinandergewickelt werden. Ihre Vorspannung wird so gewählt, daß der Anodenstrom nur dann fließt, wenn beide Gitter gleichzeitig positiv ausgesteuert sind.

Der Verstärker V kann ein Verstärker bekannter Bauart sein, dessen Ausgangstransformator eine mit einer Mittelanzapfung versehene Sekundärwicklung

4Θ aufweist.

Als Taststufe T kann eine Verstärkerröhre verwendet werden, bei der auf das modulierende Gitter die Spannung e₃ gelangt, wobei die Vorspannung so gewählt ist, daß die vom Generator G/, kommende Hochfrequenzspannung zwischen Null und ihrem vollen Durchgangswert getastet wird.

Es ist auch möglich, die Taststufe wegzulassen. In diesem Falle kann die Tastung der Hochfrequenz in der Weise erfolgen, daß durch die Ausgangsspannung

des Überlagerers M in der Gitterspannung des Generators G)₁ Änderungen hervorgerufen werden. Die Schwingungen des Generators setzen dann z. B. bei positiven Impulsspannungen ein und setzen aus bei negativen Impulsen.

In der Fig. 9 ist ein Schaltungsbeispiel für einen Teil der im Blockschema 7 dargestellten Einrichtung gezeigt.

Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in der Fig. 10 dargestellt. Ein Beispiel des schaltungsmäßigen Aufbaues ist in der Fig. 11 dargestellt. Hier arbeiten die Phasenmodulatoren P₁, P₂ direkt auf den Modulator M. Im Überlagerer M erfolgt eine Mischung der sinusförmigen Schwingungen. Als Überlagerer dient ein Ringmodulator, in welchem eine vorwiegend multiplikative Mischung zustande kommt. Die Ausgangsspannung e₃ hat dann einen in der Fig. 12 dargestellten Verlauf. Man sieht, daß die Zeitwinkel ^p₁, <p_t . .. der Nulldurchgänge der Spannung e_s von der Modulation abhängig sind. Es erfolgt nun eine Überführung dieser modulations- jo abhängigen Nulldurchgänge auf zeitmodulierte Impulse in der Begrenzeranordnung B₃ und B₄. Die Spannung e_a steuert das Gitter eines Verstärkerrohres, dessen Anodenstromverlauf einen scharfen Knick aufweist. Der ausgesteuerte Anodenstrom /„ hat dann einen den schraffierten positiven Flächen der Fig. 12 entsprechenden zeitlichen Verlauf. In einem nachfolgenden Amplitudenbegrenzer B₂ erfolgt eine Begrenzung der positiven Halbwellen. Die Ausgangsspannung e₆ erhält dann einen rechteckähnlichen Verlauf entsprechend c der Fig. 1, 2, 3. Als Begrenzerelemente d können Dioden verwendet werden. Die Ausgangsspannung β₆ kann nun zur Steuerung der Taststufe eines Hochfrequenzsenders benutzt werden.

Claims (20)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Erzeugung von zeitmodulierten Impulsen, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei go gleichfrequenten Schwingungen wenigstens eine phasenmoduliert wird und beide Schwingungen einander überlagert werden.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem auf der Impulsfrequenz arbeitenden Generator zwei Stromkreise angeschlossen sind und daß die Stromkreise mit einem Überlagerer verbunden sind, wobei wenigstens in einem der Stromkreise ein Phasenmodulator und ein Phasendrehglied eingeschaltet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schwingungen phasenmoduliert sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen entgegengesetzt phasenmoduliert sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen gleichphasig moduliert sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichfrequenten Schwingungen sinusförmig sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichfrequenten Schwingungen impulsförmig sind.

8. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwingung sinusförmig und die andere impulsförmig ist.

9. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- iao zeichnet, daß in den beiden Stromkreisen ein Phasenmodulator zwischengeschaltet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens dem einen Phasenmodulator eingangsseitig ein Phasendrehglied vor- i»5 geschaltet ist.

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasendrehglied eine Phasendrehung von wenigstens angenähert 90⁰ hervorruft.

12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenmodulatoren in Gegenphase aus einer gemeinsamen Spannungsquelle gesteuert werden.

13. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenmodulatoren einen Schwingkreis im Anodenkreis einer Verstärkerröhre aufweisen und daß die Abstimmspule dieses Kreises eine durch Vormagnetisierung in der Induktivität steuerbare Eisendrosselspule ist.

14. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Induktivität der Drosselspulen in Gegenphase erfolgt.

15. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlagerer (M) ausgangsseitig mit der Taststufe (T) des Hochfrequenzsenders verbunden ist.

16. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlagerer ausgangsseitig auf die Gitterspannung des Hochfrequenzgenerators einwirkt.

17. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlagerer eine Verstärkerröhre mit zwei in ihrer Steuerwirkung gleichwertigen Gittern aufweist.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerröhre zwei ineinandergewickelte Spiralgitter aufweist.

19. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem Phasenmodulator ein Amplitudenbegrenzer nachgeschaltet ist.

20. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Überlagerer ein Amplitudenbegrenzer nachgeschaltet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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