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Vorrichtung zur Anzeige der Amplituden- oder Phasen-Frequenzcharakteristik
eines amplitudenmodulierten Rundfunk- oder Fernsehsenders
Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Anzeige der Amplitude oder Phasen-Frequenzcharakteristik eines
amplitudenmodulierten Rundfunk- oder Fernsehsenders mit der Absicht, ein verbessertes
Gerät für diesen Zweck herzustellen.
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Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält Mittel zur Modulation
der Trägerwelle des Senders durch Schwingungen einer ersten dauernd veränderlichen
Frequenz, Mittel, wodurch die modulierte Trägerwelle mit anderen Schwingungen veränderlicher
Frequenz gemischt wird, welche von der Frequenz der ersten Schwingungen um die Trägerwelle
und eine feste Frequenz sich unterscheidet, um hierdurch Schwingungen der festen
Frequenz zu erhalten, und Mittel, um den Strahl einer Kathodenstrahlröhre in einer
Achse in Übereinstimmung mit der Frequenz der zweiten Schwingungen von veränderlicher
Frequenz abzulenken und in einer anderen Achse in Übereinstimmung mit der Amplitude
von Schwingungen der festen Frequenz.
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Zweckmäßigerweise werden die Mittel, die zur Erzeugung der zweiten
Schwingungen veränderlicher Frequenz benutzt werden, zur Erzeugung der ersten Schwingungen
verwendet, mit der die Trägerwelle
moduliert wird. Zu diesem Zweck
kann der Ausgang der Mittel mit Schwingungen einer geeigneten festen Frequenz- gemischt
werden, um die obigen Modulationsschwingungen herzustellen.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. I bis 3 sind Blockdarstellungen, die die Anwendung der Erfindung
auf die Untersuchung der Charakteristiken -der Seitenbänder eines Senders, den Modulator
eines Senders und den Trägerfrequenzteil eines Senders darstellen.
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Fig. 4 stellt eine Blockzeichnung dar, die die Erfindung in ihrer
Anwendung auf die Untersuchung der Phase oder des Phasenfehlers eines Senders wiedergibt.
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In Fig. I soll Fc die Trägerfrequenz eines Senders I und Frn die
Modulationsfrequenz des Senders sein.
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Um den Frequenzverlauf des Senders zu prüfen, muß Fm von Null bis
zur maximalen Modulationsfrequenz Fm verändert werden, die für die Untersuchung
benötigt wird. In der Praxis ist es zweckmäßige F" etwas größer als den normalen
Durchlaß des Senders zu wählen, so daß die Enden der Charakteristik untersucht werden
können. Ein Oszillator 2 mit veränderlicher Frequenz hat eine AusgangsfrequenzFw,
die zyklisch verändert wird, wobei die Mittelfrequenz von Fw gleich Fc + Fa ist,
die untere Grenze F0 + Fd -Fn und die obere Grenze Fc + Fd + Fm. Der tatsächliche
Wert von Fd wird später mitgeteilt; im allgemeinen wird er ein kleiner Bruchteil
von Frn sein. Der Ausgang vom Oszillator 2 wird in einen Mischer 3 geführt, zu dem
ebenfalls Schwingungen einer festen FrequenzF¢~+Fs geleitet werden, die von einem
Oszillator 4 erhalten werden, wobei die Amplitude dieser Schwingungen klein ist
im Verhältnis zu der der Schwingungen der Frequenz Fw vom Oszillator 2. Der Mischer
3 gibt einen Ausgang mit der Differenzfrequenz zwischen den beiden Eingangsfrequenzen.
Dieser Ausgang wird in ein Tiefpaßfflter 5 geleitet, das eine Grenzfrequenz etwas
größer als Fm hat. Der Ausgang vom Filter 5 wird zu den -Modulationseingangsklemmen
des Senders 1 geleitet und hat die Frequenz F».
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Da im Betrieb Fw von einem Extremwert zumanderen sich ändert, so
ändert sich F, von F" bis Null und wieder herauf auf Fm. Die Amplitude von Fm soll
unabhängig von ihrer Frequenz sein mit Ausnahme eines kleinen Bereichs in der Nähe
von Null, und der Mischer 3 und das Filter 5 müssen entsprechend gebaut sein. Um
noch weiter jede Änderang der Amplitude herabzusetzen, wird ein Teil des Ausgangs
vom Filter 5 durch einen Gleichrichter õ gleichgerichtet und zurück zu dem Oszillator
4 so geleitet, daß er die Amplitude von Fm stabilisiert.
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Die Schwingungen Fm modulieren den Ausgang des Senders I, so daß dessen
Ausgang aus drei Frequenzen besteht, nämlich dem Träger F,, dem unteren Seitenband
Fc - Frn und dem oberen Seitenband Fc + Fern; die Amplitude der beiden Seitenbänder
soll getrennt untersucht werden. Ein kleiner Teil des Ausgangs des Senders I wird
deshalb zu einem Mischer 7 geleitet, zu dem ebenfalls ein Teil des Ausgangs vom
Oszillator 2 (von der Frequenz Fw) geleitet wird, um einen Ausgang mit der Differenzfrequenz
zwischen seinen beiden Eingängen zu erzielen. Der Ausgang vom Mischer 7 wird zu
einem Bandpaßfilter 8 geführt, dessen MittelfrequenzFd ist, so daß von den Frequenzen,
die von dem Sender I kommen, der die Ausgangsspannung aus dem Filter 8 beeinílußt,
nur die in Frage kommen, die eine Differenz von ungefähr Fa von Fw haben. Wenn Fw
an der unteren Grenze ist, d. h. F#= Fc + Fd -Fm ist, so wird die Eingangsmodulationsfrequenz
Frn beim Sender Fm sein.
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Der Ausgang des Senders rwird in einem Moment aus drei Frequenzen
bestehen, nämlich Fa Frn, Fa und Fa + Fern. Von diesen Frequenzen differiert von
Fw um Fd nur das untere SeitenbandF,-F, Wenn der Mischer 7 sorgfältig gebaut ist,
wird der Ausgang der Frequenz aus dem Filter 8 proportional der Amplitude des unteren
Seitenbandes des Ausgangs des Senders I- sein. Wenn FW mit der Frequenz steigt,
so wird Frn eine niedrigere Frequenz annehmen, bis es Null erreicht, wenn Fw = Fa
+ Fa ist, aber die Differenz zwischen Fw und dem unteren Seitenband wird konstant
bei Fd bleiben. Die Amplitude der Schwingungen mit der Frequenz Fd aus dem Filter
8 wird deshalb proportional der Amplitude des unteren Seitenbandes bleiben. Wenn
Fw noch weiter von F0 + Fd auf Fa + Fd + Frn anwächst, so wird die Frequenz von
F, wieder von Null auf Frn ansteigen.
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Die Differenzfrequenz zwischen Fw und dem oberen Seitenband des Senderausgangs
wird jetzt konstant sein und gleich, so daß die Amplitude des Ausgangs vom Filter
8 jetzt proportional dem oberen Seitenband sein wird.
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Der Ausgang vom Filter 8 wird durch den Verstärker 9 verstärkt. Sein
Ausgang wird gleichgerichtet durch den Gleichrichter 10 und dann wieder verstärkt
durch den Gleichstromverstärker II und endlich an die vertikalen Ablenkungsplatten
einer Kathodenstrahlröhre 12 angelegt. Die vertikale Ablenkung des Strahls dieser
Röhre wird deshalb proportional der Amplitude der Seitenbänder sein, ausgenommen
für drei Frequenzbänder, wo der Ausgang vom Filter 8 nicht proportional nur einem
der Seitenbänder sein wird. Diese Bänder werden auftreten, wenn entweder der Träger
oder das unerwünschte Seitenband von dem gewünschten Seitenband um einen Betrags
der ungefähr 2 Fa gleich ist, differiert, so daß sie daher Differenzfrequenzen von
ungefähr Fd im Mischer 7 erzeugen und den Ausgang am Filter 8 beeinflussen werden.
Wenn indessen der Wert von Fd und die Bandbreite des Filters 8 sorgfältig ausgewählt
sind, dann können diese Bänder eng gemacht werden und in der Nähe der Trägerfrequenz,
so daß sie die Messungen nur bei verhältnismäßig unwichtigen Frequenzen verderben.
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Um zu erreichen, daß die vertikale Ablenkung des Strahls der Kathodenstrahlröhre
12 sich linear mit der Amplitude des Seitenbandes ändert, ist es notwendig, daß
der Ausgang pa aus dem Mischer 7 sich linear mit der Amplitude des Seitenbandes
vom Sender I ändert. Das kann erreicht werden, indem man dafür sorgt, daß der Eingang
zum Mischer 7 aus dem Oszillator 2 groß ist im Vergleich mit dem Eingang aus dem
Sender r und indem man ebenfalls dafür sorgt, daß die Amplitude des Ausgangs des
Oszilla-
tors 2 soweit wie möglich konstant über den Frequenzbereich
bleibt. Um dies sicherzustellen, wird ein Teil des Ausgangs vom Oszillator 2 durch
einen Gleichrichter 13 gleichgerichtet, und der Ausgang vom Gleichrichter I3 wird
zum Oszillator 2 zurückgeleitet derart, daß irgendwelchen Veränderungen in der Amplitude
von Fw entgegengewirkt wird.
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Um die horizontale Ablenkung des Kathodenröhrenstrahls zu verhalten,
wird ein Teil des Ausgangs vom Oszillator 2 zu einem Frequenzdiscriminator 14 geführt,
der so gebaut ist, daß er einen im wesentlichen linearen Ausgang mit der Frequenz
über das Band über welches Fw sich ändert, gibt. Der Ausgang vom Discriminator I4
wird durch einen Gleichstromverstärker 15 verstärkt und zu den horizontalen Ablenkungsplatten
der Kathodenstrahlröhre 12 geführt.
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Wenn Fw von einem Extremwert zum anderen sich ändert, so zeigt die
Kathodenstrahlröhre dann die Amplituden-Frequenzcharakteristiken beider Seitenbänder
an.
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Um einzelne FrequenzwerteFm der Charakteristiken genau messen zu
können, wird ein Teil des Ausgangs vom Filter 5 (von der Frequenz Fm) zu einem Mischer
I6 geführt. Der andere Eingang zum Mischer I6 wird von einem geeichten Oszillator
17 erhalten. Dieser Oszillator ist genau über den Bereich von F, geeicht, d. h.
von einer niedrigen Frequenz bis zu F"î. Der Mischer I6 ist so gebaut, daß er eine
Ausgangsdifferenzfrequenz zwischen seinen beiden Eingängen gibt, und obiger Ausgang
wird zu einem Tiefpaßfilter I8 geführt. Die Bandbreite dieses Filters ist ganz schmal,
so daß eine Spannung an seinem Ausgangskreis nur auftritt, wenn die Ausgangsfrequenz
vom Oszillator I7 ungefähr gleich Frn ist. Der Ausgang vom Filter I8 wird durch
einen Gleichrichter 19 gleichgerichtet, dann durch einenVerstärker2 0 verstärkt
und an die Steuerelektrode der Kathodenstrahlröhre 12 angelegt. Wenn Ffß über seinen
Frequenzbereich sich ändert, so wird ein Impuls an die Steuerelektrode angelegt,
wenn Frn die Frequenz durchläuft, auf welche der Oszillator I7 abgestimmt ist. Es
kann eingerichtet werden, daß dieser Impuls entweder die Spur der Kathodenstrahlröhre
erhellt oder verdunkelt, wodurch ein Markierungspunkt auf den Charakteristiken hergestellt
wird.
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Es ist vorteilhaft, die Zahl der vollständigen Läufe pro Sekunde
des Kathodenröhrenstrahls nicht allzu niedrig zu halten, da das Bild auf dem Kathodenröhrenschirm
nicht sehr stark flackern darf. Es können z. B. hundert Läufe pro Sekunde sein,
wobei der Oszillator 2 eine Änderungsfrequenz Es von fünfzig Schwingungen pro Sekunde
hat, da die Kathodenstrahlröhre zwei vollständige Läufe pro Schwingung erzeugt.
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Damit die Amplitudencharakteristik in der Kathodenstrahlröhre richtig
dargestellt wird, muß der Frequenzverlauf des Gleichrichters 10 und des Verstärkers
II bis zu einer Frequenz, die beträchtlich höher als Fa ist, flach sein. Der hundertfache
Wert von F8 würde hinreichend sein, was bedeutet, daß der erwähnte Verlauf bis zu
5 kHz flach sein muß, aber es ist im Bedarfsfall nicht schwierig, ein breiteres
Band als dieses herzustellen.
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Der Gleichrichter 10 muß an seiner Ausgangsseite einige Glättungsmittel
haben, so daß die Eingangsfrequenz zum Gleichrichter 10 (Fd) groß sein muß im Vergleich
zu 5 kHz. Ein Faktor 10 würde hinreichend sein; dann ist die Minimalfrequenz für
Fa gleich 50 kHz. Indessen hängt die Frequenz Fd, von der Differenz zwischen der
Trägerfrequenz Fe des Senders 1 und der Frequenz des Oszillators 4 ab, und da keiner
von diesen vollständig stabil sein wird, so muß ihre Drift so weit zugelassen sein,
daß Fd niemals unter 50 kHz heruntergeht.
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Wenn sowohl Sender 1 wie Oszillator 4 kristallgesteuert sind, so
kann es leicht erreicht werden, daß sie eine Frequenz besitzen, die bis auf 50 Teile
von 106 stabil ist, so daß Fd einen Mittelpunktswert von 50 50,000 + 2 Fc x 106
hat, um die maximale Drift zuzulassen. Wenn die Vorrichtung für einen Maximalwert
Fc von 200 MHz gebaut ist, so ist 2 X 200 Fd = 50,000 + 6 X 50 X I06 = 70 kHz.
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I06 Das Durchlaßband vom Filter 8 und Verstärker 9 muß den Mittelpunkt
bei Fd haben und breit genug sein, um sowohl die Modulation (5 kHz) wie die Frequenzdrift
(20 kHz) zuzulassen. Es wird darauf hingewiesen, daß es zweckmäßig ist, Fd so klein
wie möglich zu halten, und die Durchlaßbänder der Teile 8 und g so klein wie möglich.
Das hat den Zweck, unerwünschte Wirkungen in der Nähe der Trägerfrequenz herabzusetzen,
wenn beide Seitenbänder oder der Träger und ein Seitenband Frequenzen erzeugen,
die durch die Filter 8 und Verstärker 9 durchlaufen.
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Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel dieser Vorrichtung beträgt
Fe = 62 MHz, Fm = 8 MHz, Fd = 0,10 MHz, und das Durchlaßband des Filters 8 und Verstärkers
g reicht von 50 bis 150 kHz.
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In der Fig. 2, die die Erfindung auf die Prüfung des Modulationsfrequenzteiles
des Senders angewendet darstellt, bedeutet Bezugsnummer 21 das Modulationsfrequenzgerät,
das geprüft wird, wobei die Eingangsfrequenz Frn hieran in derselben Weise herangeführt
wird wie bei einem vollständigen Sender.
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Der Ausgang vom Gerät 2I wird zu einer künstlichen Belastung 22 geführt,
und ein kleiner Teil wird zu einem Mischer 23 geleitet, der ebenfalls mit einer
Trägerwelle der Frequenz F¢ gespeist wird, die von einem unabhängigen Oszillator
24 erhalten wird, so daß die Einheiten 23 und 24 sich genau so verhalten, wie die
Trägerfrequenzstufen des Senders.
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Der Ausgang vom Mischer 23 wird in einen Mischer 7 geleitet. Die Messungen
können in genau derselben Weise wie vorher durchgeführt werden. Es muß natürlich
dafür gesorgt werden, daß nicht der Mischer 23 selbst irgendwelche Fehler hineinbringt.
In diesem Fall erzeugt die Kathodenstrahlröhre 12 noch zwei Charakteristiken, die
den beiden Seitenbändern entsprechen, aber diese sind natürlich identisch. Wenn
gewünscht, kann die Trägerwelle aus dem Oszillator
des Senders genommen
werden an Stelle von einem unabhängigen Oszillator.
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Die Anordnung von Fig. 3 ist ähnlich der in Fig. 2 dargestellten.
Der einzige Unterschied besteht darin, daß der Trägerfrequenzteil 25 des Senders,
der in diesem Fall der Teil ist, der geprüft werden soll, mit dem Ausgangskreis
des Mischers 23 verbundenzist an Stelle mit seinem Eingangskreis. Die Betätigung
ist ähnlich der der Anordnung von Fig. 2.
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In bestimmten Fällen arbeitet ein Fernsehgerät nicht genau ohne Impulse,
die den Gleichlaufimpulsen entsprechen. Falls notwendig, kann eine geeignete Vorrichtung
zur Hinzufügung von Impulsen zwischen Filter 5 und das zu prüfende Gerät geschaltet
werden.
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Wenn die hinzugefügten Impulse nicht synchron mit Fs sind, werden
sie das Arbeiten des Gerätes nicht ernsthaft beeinflussen, und die Impulse sind
nicht deutlich auf der Kathodenstrahlröhre zu sehen.
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Die Erfindung ist, soweit sie die Anwendung zur Messung des Amplituden-Frequenzverlaufes
eines Senders oder damit verbundener Geräte betrifft, im. obigen beschrieben. Fig.
4 gibt eine Anordnung zur Anzeige der Phase oder des Phasenfehlers des zu prüfenden
Gerätes wieder. Unter Phasenfehler wird der Betrag gemeint, um den die Phase zwischen
Eingang und Ausgang von einer linearen Frequenzbeziehung abweicht. Bei der Anordnung
in Fig. 4 wird der Ausgang von Filter 8 zu einem Verstärker und Begrenzer 26 geführt,
der ein Signal konstanter Amplitude und Frequenz an einen Mischer 27, der Gleichrichter
10 der Fig. I ersetzt, abgibt. Zusätzlich werden Schwingungen der Frequenz F6 vom
Oszillator im Sender 1 entnommen und zu einem Mischer 28 geleitet, der ebenfalls
einen Teil des Ausgangs vom Oszillator 4 mit der Frequenz F0 + Fa zugeführt bekommt.
Mischer 28 gibt einen Ausgang mit der Differenzfrequenz zwischen seinen beiden Eingängen,
der durch ein Filter 29 läuft, das einen Ausgang mit der FrequenzFa gibt, der durch
eine veränderbare Verzögerungsschaltung 30 in den Mischer 27 geleitet wird. Beide
Eingänge zum Mischer 27 haben deshalb die Frequenz Fa, aber der Eingang von der
Schaltung 30 hat eine Phase, die unabhängig von der Frequenz F, des Ausgangs des
Oszillators 2 ist, während die Phase des Einganges vom Verstärker 26 von der Phasencharakteristik
des zu prüfenden Gerätes abhängt. Der Mischer 27 wird als Phasendiscriminator verwendet,
d. h. er gibt einen Ausgang, der proportional dem Cosinus der Phasendifferenz zwischen
seinen beiden Eingängen ist. Der Ausgang vom Mischer 27 wird zu den vertikalen Ablenkungsplatten
der Kathodenstrahlröhre 12 über den Verstärker II geführt, so daß die vertikale
Ablenkung der Spur ebenfalls proportional dem Cosinus der obigen Phasendifferenz
ist. Wenn die Verzögerungsschaltung 30 auf Null eingestellt ist, so zeichnet der
Strahl eine Cosinuskurve des Phasenfrequenzverlaufes für das untersuchte Gerät.
Wenn die Schaltung 30 auf eine Verzögerungszeit eingestellt ist, die gleich der
Verzögerungszeit der unteren Frequenz des geprüften Gerätes ist, dann zeichnet der
Strahl eine Kurve des Cosinus des Phasenfehlers in Abhängigkeit von der Frequenz.
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Die Anordnung nach Fig. 4 kann zur getrennten Messung der Phasencharakteristik
des Trägerfrequenz-oder des Modulationsfrequenzteiles des Senders verändert werden
in derselben Weise wie dies in Fig. 2 und 3 vorgenommen ist, um die Amplituden-Frequenzcharakteristiken
der obigen Teile zu messen.