DE867700C - Verfahren zur Umwandlung von zeit- in amplitudenmodulierte Impulse - Google Patents

Description

Bei der Übertragung von Nachrichten mittels zeitmodulierten Impulsen unterscheidet man breite- und lagemodulierte Impulse. Bei den breitemodulierten Impulsen entspricht die Breite, also die Zeitdauer der sich folgenden Impulse, den Momentan werten eines modulierten Signals. Bei den lagemodulierten Impulsen ist das Kennzeichen des Modulationsgrades der zeitliche Abstand einer oder beider Kanten der Impulse von äquidistanten Zeitpunkten. Die Demodulation von zeitmodulierten Impulsen erfolgt z. B. in der Weise, daß diese zunächst in amplitudenmodulierte Impulse umgewandelt werden. Hierauf erfolgt die eigentliche Demodulation auf das ursprüngliche modulierende Signal. Bei der Umwandlung der breite- bzw. lagemodulierten Impulse auf amplitudenmodulierte Impulse ist eine möglichst verzerrungsfreie Impulsumwandlung erwünscht.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Einrichtung zur Ausführung dieser Umwandlung.

Das Verfahren besteht darin, daß zu den die Modulation der zeitmodulierten Impulse kennzeichnenden Zeitgrößen proportionale Spannungswerte erzeugt und wenigstens ein Teil derselben aufgespeichert wird und daß zu diesen in gleichen Zeitabständen einsetzende, amplitudenproportionale Impulse erzeugt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bringt Vorteile hinsichtlich der nichtlinearen Verzerrungen und Störtöne. Es läßt sich mit Vorteil bei der Demodulation von solchen breitemodulierten Impulsen anwenden, bei denen die Impulse z. B. immer mit genau gleichen Zeitabständen T beginnen. Die Impulsdauer ist die kennzeichnende Zeitgröße für die momentane Modulation. Diese Kenngröße wird zweckmäßig durch einen entsprechenden Spannungswert zur Anzeige gebracht. Nach erfolgter Demodulation soll die erhaltene Demodulationsspannung in möglichst linearer Abhängigkeit zu diesem Spannungswert stehen.

Inder Fig. ι ist das erfindungsgemäße Verfahren an einem Beispiel für breitemodulierte Impulse dargestellt. J₁, J₂, J₃ sind zeitmodulierte Impulse für verschiedene Modulationsgrade. Die Zeitpunkte der Impulsanfänge, gekennzeichnet durch die Lage der linken Impulskanten, folgen sich bei diesem Beispiel in gleichen Zeitabständen T. Die jeweiligen Zeitdauern X₁, X₂, -^-3 · · · ^^βΓ Impulse sind die den Modulationsgrad kennzeichnenden Zeitgrößen. Diese erzeugen die zeitproportionalen Spannungswerte Y₁, Y₂, Y₃ ... . Die zeitproportionalen Spannungswerte erreichen ihre Werte Y₁, Y₂ ... am Schluß eines jeden Impulses z. B. durch Aufladen eines Kondensators mit konstantem Strom während einer Aufladezeit, die der jeweiligen Impulsdauer X₁, X₂, X₃ entspricht.

Entsprechend den Spannungswerten Y₁, Y₂, Y₃ ... entstehen die amplitudenmodulierten Impulse Z₁, Z₂, Z₃

Würden diese modulierten Impulse, was

schaltungstechnisch das einfachste wäre, unmittelbar bei Aufhören der Impulse (rechte Impulskanten) entstehen, so würden diese Impulse nicht in gleichen Zeitabständen auftreten. Die Folge davon wären nichtlineare Verzerrungen auf der Demodulatorausgangs-' seite. Diese Verzerrungen werden nach der Erfindung vermieden, indem die mit der Amplitude modulierten Impulse sich in gleichen Zeitabständen T' = T folgen. Das geschieht erfindungsgemäß so, daß die Spannungswerte Y₁, Y₂, Y₃ ... gespeichert werden und erst in äquidistanten Zeitpunkten in Form von amplitudenmodulierten Impulsen Z₁, Z₂ zur Auswirkung kommen. S₁, S₂, S₃ sind die entsprechenden Speicherzeiten. Der amplitudenmodulierte Impuls entsteht also erst gegen das Ende einer Impulsfolgezeit T. Man kann auch den Impuls im Moment entstehen lassen, wo der nächste Impulsablauf X₂ einsetzt, da das Einsetzen in äquidistanten Zeitpunkten erfolgt. Auf alle Fälle folgen sich die ausgesteuerten amplitudenmodulierten Impulse Z in konstanten Zeitabständen T, also in äquidistanten Zeitpunkten, was zur Folge hat, daß die Demodulation linear, also getreu der Kurvenform der ursprünglichen modulierenden Spannung erfolgt.

Ein weiteres Änwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei der Demodulation von breitemodulierten Impulsen nach der Fig. 2 gegeben. Hier sind die Impulse in der Weise moduliert, daß der Zeitabstand der beiden Kanten der Impulse von äquidistanten ZeitpunktenPa₁, Pb₁, Pa₂₁Pb₂, Pa₃, Pb₃ ... aus als kennzeichnende Zeitgrößen dienen. Die äquidistanten Zeitpunkte folgen sich mit der doppelten Im-5.0 pulsfrequenz, wobei jeder zweite der sich folgenden Zeitpunkte Pa₁, Pa₂ ... innerhalb der Impulse und die andern innerhalb derjmpulslücken liegen (Pb₁₁Pb₂.,.). Der Zeitgröße a_lt gemessen von der linken Impulskante bis zum äquidistanten Punkt Pa₁, entspricht ein proportionaler Spannungswert Ya₁. Diese Spannung steuert in linearer Abhängigkeit den ImPuIsZa₁ aus. Der Zeitgröße S₁ entspricht ein Spannungswert Yo₁. Im »Moment, wo der Impuls aufhört, hat auch die Spannung Yo₁ ihren Endwert erreicht. Der zu dieser Spannung proportionale Impuls soll aber nicht auch in diesem Moment entstehen, sondern etwas spater, nämlich wenn der äquidistante Zeitpunkt Po₁ erreicht ist. Erfindungsgemäß wird deshalb die Spannung YS₁ gespeichert, und zwar während der Speicherzeit S₁. Der entsprechende Vorgang spielt sich bei allen folgenden Impulsen ab. Die ausgesteuerten Impulse Za₁, Zo₁, Za₂, Ζδ₂ · · · folgen sich also in gleichen Zeitabständen. Damit ist eine wichtige Voraussetzung für eine verzerrungsfreie Demodulation erfüllt. Die Umhüllungskurve U entspricht dann der sendeseitigen Modulationskurve. Dies gilt insbesondere für Übertragungen, bei denen auch sendeseitig die zeitmodulierten Impulse aus äquidistanten Modulationswerten Za₁, Zb₁ ... gewonnen werden.

Das Verfahren der Erfindung läßt sich natürlich auch auf andere Zeitmodulierte, z. B. lagenmodulierte Impulsarten anwenden.

Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun näher erläutert. Die Einrichtung, die zunächst beschrieben wird, dient dazu, breitemodulierte Impulse, wie sie in der Fig. 2 gezeigt sind, in entsprechende amplitudenmodulierte Impulse zu überführen. In der Einrichtung sind Mittel vorhanden, welche die die Modulation kennzeichnenden Zeitwerte A₁₁ b_lt a₂, b₂ ... der breitemodulierten Impulse in proportionale Spannungswerte überführen, wobei die Spannungswerte Yb₁₁Yb₂ ... der durch die Lage der Schlußkante der Impulse gekennzeichneten Zeitgrößen aufgespeichert werden. Ferner sind Mittel vorhanden, um proportional zu den Spannungswerten Ya₁, Yb₁, Ya₂, Yb₂ ... in äquidistanten Zeitpunkten Pa₁, Po₁, Pa₂, Pb₂.. .amplitudenmodulierte Impulse Za₁, Zo₁, Za₂, Zb₂ ... entstehen zu lassen. Die Umwandlung erfolgt in zwei getrennten Schaltungen, wobei die Zeitwerte der linken Kante, also mit Beginn des Impulses, und die Zeitwerte der rechten Kante, also mit Ende des Impulses, getrennte, einander zeitlich abwechselnd folgende Steuerungen auslösen.

Die Überführung der Zeitwerte der linken Impulskante in bezug auf die äquidistanten Zeitpunkte Pa₁, Pa₂, Pa₃ ist in dem Diagramm (Fig. 3) und in der Schaltung (Fig. 4) dargestellt.

Einer Röhre VL werden über das Steuergitter die vom Sender empfangenen breitemodulierten Impulse mit der Amplitude IT₀ zugeführt, desgleichen die Impulsspannung U₁, die einem Generator entnommen ist und auf die empfangenen Impulse synchronisiert ist. Die lokalen Impulse U₁ sind gegenüber den empfangenen Impulsen um 90⁰ phasenvoreilend. Die no Impulsverläufe an dem Steuergitter sind in der Fig. 3 a dargestellt. Die Gittervorspannung ist z. B. so gewählt, daß der Arbeitspunkt auf dem unteren Knick der Röhrenkennlinie liegt. Ein Anodenstrom wird somit nur ausgesteuert, wenn beide Gittersteuerspannungen positiv sind. Im Anodenkreis treten infolgedessen neue zeitmodulierte Impulse auf, wie sie in der Fig. 3 b schraffiert dargestellt sind. Ihre Impulsbreiten entsprechen den Zeitwerten a_lt a₂, a₃ usw. der Fig. 2. Sobald die Spannung U₀ + U₁ positiv und ein gewisser Schwellwert S überschritten wird, fließt in der Röhre VL ein Anodenstrom JL, welcher den Kondensator C an der Klemme b über den Widerstand R negativ auflädt. Durch den am Widerstand R entstehenden Spannungsabfall bleibt die Entladeröhre VE gesperrt bis der Strom JL zu fließen aufhört.

Das ist der Fall in den äquidistanten Zeitpunkten Pa₁, Pa₂, Pa₃... . Von diesem Moment an wird der Stromdurchlaß der Röhre VE wieder geöffnet, indem das Gitter positiv wird. Die Folge ist, daß der Kondensator C sich wieder entlädt infolge des Entladestromes JE, der jetzt über die Röhre VE fließt. Der Kondensator darf sich aber nur wieder auf die Spannung Null entladen. Um dies zu erreichen und eine Aufladung in umgekehrter Richtung zu verhindern, ίο ist parallel zum Kondensator ein Gleichrichter Gl geschaltet. Sobald die Klemme δ positiv werden sollte, fließt durch den Gleichrichter ein Strom, der einen Spannungsanstieg in der umgekehrten Richtung verhindert. In der Fig. 3 c ist dieser Auflade- und Entladevorgang dargestellt. Die Aufladung ist beendet im Zeitpunkt Pa₁, Pa₂ ... Die erreichte Spannung UaI₁, Uab₂ ... entspricht der jeweiligen Impulsdauer der Impulse, dargestellt in der Fig. 3 b, und entspricht ferner den Zeitwerten a_v a₂, a₃ ... der Fig. 2. In einer weiteren Röhre Va werden nun die eigentlichen amplitudenmodulierten Impulse erzeugt, die sich in äquidistanten Zeitpunkten folgen. Um das zu erreichen, wird ein Teil der Kondensatorspannung über einen Spannungsteiler R₁, R₂ dem Gitter der Röhre Va zugeführt. Die Röhre ist normalerweise, also wenn keine Impulse empfangen werden, gesperrt. Dem Gitter werden außerdem über den Widerstand Rga zeitäquidistante Kurzimpulse U₂ (Fig. 3 d) zugeführt. Diese Amplitude ist so gewählt, daß der Ausgangspunkt des Anodenstromeinsatzes gerade erreicht wird. Zu diesen Impulsspannungen U₂ addieren sich nun die proportionalen Anteile der Kondensatorspannungen UaI)₁, Uab_ä ..., so daß die ausgesteuerten Anodenströme proportional diesen Kondensatorspannungen sind und damit auch den Zeitwerten a_x, a₂, a₃ ... . Die Überführung der Zeitwerte der rechten Impulskanten in bezug auf die äquidistanten Zeitpunkte ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Bei den in der Fig. 2 dargestellten Impulsen handelt es sich um die Zeitwerte B₁, b₂, b₃ ... . Diese Zeitwerte sollen in proportionale Spannungswerte Yb₁, Yb₂ ... umgewandelt und über die Zeiten S₁, S₂, S₃ gespeichert werden, um in den zeitäquidistanten Punkten Pb₁, Pb₂... proportionale Impulse Zb₁, Zb₂ ... auszusteuern.
Eine Schaltung zur Überführung der Zeitwerte der rechten Impulskante in bezug auf die äquidistanten Punkte Pa₁, Pa₂ ... ist in der Fig. 6 dargestellt.

Einer Röhre VL' werden über das Steuergitter die vom Sender empfangenen breitemodulierten Impulse U₀ zugeführt, desgleichen die Impulsspannung V₁, die dem lokalen Generator entnommen ist. Die lokalen Impulse sind gegenüber den empfangenen Impulsen um 90⁰ phasenvoreilend. Diese Impulsabläufe am Steuergitter der Röhre VL' sind in der Fig. 5 a dargestellt. Die Gittervorspannung ist so gewählt, daß der Arbeitspunkt auf dem unteren Knick der Kennlinie liegt. Ein Anodenstrom wird somit nur ausgesteuert, wenn beide Gittersteuerspannungen positiv sind. Im Anodenkreis werden neue zeitmodulierte Impulse ausgesteuert, wie sie in der Fig. 5 b scharffiert dargestellt sind. Ihre Impulsbreiten entsprechen den Zeitwerten b_lt b₂, ö₃usw. Sobald die Spannung U₀ + V₁ positiv wird, fließt in der Röhre VL' ein Anodenstrom JL, welcher den Kondensator C an der Klemme V negativ auflädt. Die nach jedem Impuls erreichte Aufladespannung Vab ist nun jeweils proportional der Zeitdauer der schraffierten Impulse der Fig. 5 b. Nach Aufhören dieser Impulse bleiben nun die Spannungen VaB₁, Vab₂ ... am Kondensator über die Zeiten S₁, S₂ ... jeweils gespeichert bis zu den Zeitpunkten Po₁, Pb₂... . Diese Zeitpunkte liegen in der Mitte zwischen den äquidistanten Zeitpunkten Pa₁, Pa₂, Pa₃... . In den Zeitpunkten Po₁, Pb₂, Pb₃ ... erfolgt die Aussteuerung von Impulsen mit einer Amplitude, die proportional ist den gespeicherten Spannungen F^o₁, Vab₂ ... . Das geschieht in der Weise, daß eine parallel geschaltete Röhre VE' in den Zeitpunkten Pb _1; Pb₂ .... stromführend gemacht wird, indem die Impulsspannung V₁ z. B. an dem Schirmgitter SG wirksam ist. Das Schirmgitter ist dabei über eine Drosselspule D mit der Anode A verbunden. Der Kondensator entlädt sich über das Rohr auf die Spannung O. Um eine Aufladung mit umgekehrter Polarität zu verhindern, ist parallel zum Kondensator C der Gleichrichter GV geschaltet. Zur Auslösung der eigentlichen Impulse in den Zeitpunkten Pb₁... (schraffierte Flächen Fig. 5 c) ist eine weitere Röhre Va' vorhanden. Das Steuergitter liegt am Abgriff eines Spannungsteilers, der parallel zum Kondensator C liegt. Auf das Steuergitter werden über einen Widerstand außerdem Steuerimpulse V₂ (Fig. 5 d) gegeben, die entsprechende Stromimpulse Ja' zur Folge haben. Die Steuerimpulse V₂ und die Gittervorspannung sind so gewählt, daß der Steueranteil der Kondensatorspannung proportionale Stromimpulse aussteuert.

In der Empfangsschaltung sind nun die beiden Schaltungen Fig. 4 und 6 kombiniert. Im Ausgang der so kombinierten Empfangsschaltung sind amplitudenmodulierte Impulse vorhanden, gemäß den Fig. 3 c und 5 c. Die Impulse folgen sich in konstanten Zeitabständen Pa₁, Pb₁, Pa₂, Pb₂... und mit der doppelten Impulszahl als die der breitemodulierten Impulse am Eingang der Schaltung. Die den beiden Schaltungen zugeführte Impulsspannung U₀ kann z. B. einem gemeinsamen Empfänger entnommen sein, in welchem die über eine Antenne empfangenen Hochfrequenzimpulssignale verstärkt und in breitemodulierte Impulse umgewandelt werden. Synchron mit den empfangenen Signalimpulsen läuft ein Generator, der die unmodulierten Steuerimpulse CZ₁ und F₁ für beide Schaltungen erzeugt. Durch besondere Mittel im Generator wird dafür gesorgt, daß.die den beiden Verstärkern zugeführten Impulse je eine Phasenverschiebung von 90° gegenüber dem unmodulierten Empfangsimpuls aufweist. Die Spannung U₁ ist gegenüber der Spannung U₀ voreilend und die Spannung F₁ gegenüber U₀ nacheilend.

Die Ausgänge der Verstärker sind parallel geschaltet, so daß nun im gemeinsamen Ausgangskreis die doppelte Anzahl Impulse vorhanden ist. Die Impulse folgen sich in konstanten Zeitabständen und sind in der Aplitude moduliert, entsprechend den Zeitgrößen der breitemodulierten Impulse.

Wenn es sich darum handelt, zeitmodulierte Impulse i»s in der Art der Fig. 1 in amplitudenmodulierte Impulse

zu überführen, kann ohne weiteres die Schaltung der Fig. 6 benutzt werden. Auch hier ist, wie bereits gezeigt, eine Speicherung der Spannungswerte Y₁, Y₂, Y₃ ... über die entsprechenden Speicherzeiten S₁, S₂, S₃ ... erforderlich.

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Umwandlung von zeitmodulierten Impulsen in amplitudenmodulierte Impulse, dadurch gekennzeichnet, daß zu den die Modulation der"zeitmodulierten Impulse kennzeichnenden Zeitgrößen proportionale Spannungswerte erzeugt und wenigstens ein Teil derselben aufgespeichert werden und daß zu diesen amplitudenproportionale, in äquidistanten Zeitpunkten einsetzende Impulse erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Umwandlung von in ihrer Breite modulierten Impulsen, die in äquidistanten Zeitpunkten einsetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Enden der Impulse vorhandenen, den Impulsbreiten proportionale Spannungswerte bis zu in den Impulslücken liegenden äquidistanten Zeitpunkten gespeichert und erst zu diesen Zeitpunkten als den Spannungswerten in ihrer Höhe proportionale Impulse abgegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der zeitmodulierten Impulse in bezug auf die sich folgenden äquidistanten Zeitpunkte derart ist, daß die Zeitpunkte innerhalb der Impulsdauer liegen.

4. Verfahren nach den Ansprüchen I und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kennzeichnende Zeitgröße aus zwei Teilen besteht, die durch die Zeitdauer von Beginn des Impulses bis zum äquidistanten Zeitpunkt und vom äquidistanten Zeitpunkt bis zum Ende des Impulses gegeben sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zeitgrößen proportionalen Spannungswerte in bezug auf den Beginn der einzelnen Impulse (x. Teil) in äquidistanten Zeitpunkten (Ci₁, a₂ ...) vorhanden sind und daß die den Zeitgrößen proportionalen Spannungswerte in bezug auf das Ende der einzelnen Impulse (2. Teil) am Ende der einzelnen Impulse vorhanden sind und bis zu anderen äquidistanten Zeitpunkten (O₁, &_ä) ... gespeichert werden, die in der Mitte der erstgenannten Zeitpunkte liegen.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuergitter einer ersten Verstärkerröhre [VL') die empfangenen zeitmodulierten Impulse (U₀) sowie aus einem örtlichen Generator entnommene nichtmodulierte Steuerimpulse (F₁), welche auf die empfangenen Impulse synchronisiert sind, liegen und daß im Anodenkreis der Röhre ein Kondensator (C) mit einem parallel liegenden Gleichrichter (G/') eingeschaltet sind und daß ferner parallel zu diesem Kondensator eine zweite Verstärkerröhre (VE'), welche eine Pentode ist, derart parallel geschaltet ist, daß deren Kathode und Fanggitter sowie deren über eine Vorspannungsquelle angeschlossene Steuergitter mit dem zur Anode der ersten Röhre führenden Kondensatorpol verbunden ist und daß deren Anode über eine Drosselspule (D) mit dem Schirmgitter verbunden ist, welchem die Steuerimpulse (F₁) zugeführt werden und daß ferner parallel zum Kondensator (C) ein Ohmscher Spannungsteiler geschaltet ist, dessen Abgriff an das Steuergitter einer weiteren, dritten Verstärkerröhre (Va') angeschaltet ist, und daß dem Steuergitter der dritten Röhre (Va') über einen Widerstand die kurzzeitige Impulsspannung (F₂) zugeführt ist und daß im Anodenkreis der dritten Röhre ein Ohmscher Widerstand (Ra') liegt, an welchem die amplitudenmodulierten Impulse abgenommen sind (Fig. 6).

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstärkerröhre (F₂') eine Pentode ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Verstärkerröhre (Va') eine Pentode ist.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuergitter einer Verstärkerröhre (VL) die empfangenen zeitmodulierten Impulse (U₀) sowie die dem örtlichen Generator entnommenen nichtmodulierten Steuerimpulse (JJ₁) liegen und daß im Anodenkreis ein Widerstand (R) und ein Kondensator (C) mit einem parallel liegenden Gleichrichter (Gl) eingeschaltet sind und daß femer parallel zu diesem Kondensator eine zweite Verstärkerröhre (VE), welche eine Pentode ist, derart parallel geschaltet ist, daß deren Kathode und Fanggitter mit dem über den Widerstand (R) zur Anode der ersten Röhre führenden Kondensatdrpol und dessen Steuergitter mit der Anode der ersten Röhre verbunden ist und daß ferner parallel zum Kondensator (C) ein Ohmscher Spannungsteiler geschaltet ist, dessen Abgriff an das Steuergitter einer weiteren dritten Verstärkerröhre (Fa) angeschaltet ist, und daß dem Steuergitter der dritten Röhre über einen Widerstand die kurzzeitigen Impulse (U₂) zugeführt sind und daß im Anodenkreis der dritten Röhre ein Ohmscher Widerstand (Ra) liegt, an welchem die amplitudenmodulierten Impulse abgenommen sind (Fig. 4),

10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitmodulierten Impulse (U₀) an einer Röhrenschaltung gemäß Anspruch 9 liegen und der Ausgang dieser Röhrenschaltung mit dem Ausgang der Einrichtung nach Anspruch 6 auf einen gemeinsamen Ausgangskreis geschaltet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Röhre (VL) eine Pentode ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Verstärkerröhre (Fa) eine Pentode ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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