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Verfahren und Einrichtung zum Schwundausgleich bei der Ubertragung
von zeitmodulierten Impulsen Die Zeitmodulation hat vor anderen Modulationsarten
den Vorteil, daß Empfangsstörungen weitgehend unterdrückt werden können, indem man
die Empfangsspannungen durch eine begrenzende Schwelle hindurchgehen läßt. Unter
einer begrenzenden Schwelle wird eine als Amplitudensieb arbeitende Einrichtung
verstanden, die einerseits als Begrenzer wirkt und Amplitudenwerte, die einen oberen
Grenzwert überschreiten, abschneidet und anderseits die Eigenschaft einer Schwelle
besitzt und Empfangsspannungen, welche einen unteren Grenzwert nicht erreichen,
unterdrückt. Eine wesentliche Schwierigkeit, welche die Wirksamkeit dieser Entstörungseinrichtung
in Frage stellen kann, liegt darin, daß es von der Art der jeweils auftretenden
Störungen und von den Übertragungsbedingungen abhängt, in welcher Höhe man die erwähnten
oberen und unteren Grenzwerte wählen muß, um den besten, d. h. am wenigsten gestörten
Empfang zu gewährleisten. Eine Einregelung dieser Grenzwerte mit der Hand nach dem
Gehör ist nicht nur mühsam, sondern führt in den meisten Fällen nicht zu den bestmöglichen
Ergebnissen. Ein Schwundausgleich in der beim Empfang amplitudenmodulierter Wellen
üblichen
Form, bei welchem die mittlere Trägeramplitude als Maß für den einzustellenden Verstärkungsgrad
dient; läßt sich bei der Übertragung zeitmodulierter Impulse nicht anwenden, weil
diese Art der Regelung bei anwachsenden Störungen in gleicherjWeise wirksam würde
wie bei der Zunahme der Signal-- amplitude. Die Erfindung bezweckt die- Behebung
.dieser -Schwierigkeiten und gibt einerseits Mittel an, um die Grenzwerte der begrenzenden
Schwelle den herrschenden Übertragungsbedingungen richtig anzupassen, und ermöglicht
anderseits auch dieDurchführung einer selbsttätigen Schwundregelung.
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Die Beschreibung und Erläuterung der Erfindung erfolgt nunmehr an
Hand der Zeichnung. In Fig. z sind die gleichgerichteten Empfangsspannungen über
der Zeit aufgetragen. Die folgenden Ausführungen gelten auch für kompliziertere
Störerscheinungen, z. B. zusätzliche periodische Impulse, oder häufig auftretende
Störungen, deren Spitzenwerte größer als die Amplituden der@zur Nachrichtenübertragung
ausgenutzten Impulse sind. Die Signalimpulse i haben eine Wiederholungsperiode
T und eine Dauer t; sie sind überlagert mit unregelmäßigen Störspannungen
s. Es soll nun untersucht werden, mit welcher Häufigkeit H die verschiedenen
Amplitudenwerte U der Empfangsspannung innerhalb einer Impulswiederholungsperiode
auftreten, wobei die über eine große Periodenzahl genommenen Mittelwerte betrachtet
werden sollen. Man erhält hierbei eine Kurve von etwa dem in Fig. 2 dargestellten
Verlauf. Wenn überhaupt keine Störungen vorhanden sind, tritt lediglich der der
Impulskuppe entsprechende Amplitudenwert U' mit einer Häufigkeit auf, die gleich
dem Verhältnis tIT ist; in Fig. 2 wäre also nur über der Abszisse U4 eine senkrechte
Linie entsprechender Länge einzuzeichnen: Bei dem in Fig. z angenommenen Störungsverlauf
treten sehr kleine Werte von U mit großer Häufigkeit auf. Die Häufigkeit nimmt dann
mit wachsendem U ab und sinkt etwa bei U = U2 auf Null, da hier die Impulsflanken
einen sprunghaften Anstieg der Empfangsspannungen verursachen. Der der Impulskuppe
entsprechende Spannungswert U4 tritt wieder mit größerer Häufigkeit auf, während
die Häufigkeit für noch größere Spannungswerte wieder abnimmt.
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Die Erfindung besteht darin, daß beim Empfang von zeitmodulierten
Impulsen, welche von Störungen überlagert werden und gegebenenfalls Schwunderscheinungen
unterliegen, das Übertragungsmaß des vor einer begrenzenden Schwelle liegenden Empfängerteiles
oder die Höhe der die Empfangsspannung oben und unten abschneidenden Grenzspannungen
der begrenzenden Schwelle in Abhängigkeit von der mittleren Häufigkeit des Auftretens
der verschiedenen Amplitudenwerte der Empfangsspannung in solcher Weise selbsttätig
geregelt wird, daß die aus der begrenzenden Schwelle austretenden Impulse am wenigsten
gestört sind. Im Fall der Fig. 2 wird man die untere Grenzspannung der begrenzenden
Schwelle mindestens gleich U2 oder größer als U2 und den oberen Grenzwert höchstens
gleich U,, oder kleiner als U4 wählen. Es. ist zweckmäßig, den unteren Grenzwert
knapp unter den oberen Grenzwert zu legen, um möglichst viele Störungen auszuschalten.
Im Fall eines Empfangsschwundes ist das Übertragungsmaß im Empfänger oder die Höhe
der Grenzwerte so zu regeln, daß die relative Lage der erwähnten Grenzwerte auf
der Häufigkeitskurve erhalten bleibt.
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Schaltungen mit einer begrenzenden Schwelle sind an sich beispielsweise
für den Empfang von amplitudenmodulierten Fernsehsignalen, die mit Synchronimpulsen
zusammen übertragen werden, bereits bekannt. Bei diesen bekannten Einrichtungen
handelt es sich jedoch einerseits nicht um den Empfang von zeitmodulierten Impulsen,
anderseits erfolgt dort keine selbsttätige Regelung der Schwelle, wie sie Gegenstand
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist. Auch ist bei der bekannten Anordnung nicht
von einer Regelung in Abhängigkeit von der mittleren Häufigkeit des Auftretens der
verschiedenen Amplitudenwerte der Empfangsspannungen'die Rede.
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Eine einfache Einrichtung, um die Häufigkeitsverteilung der einzelnen
Empfangsamplituden erkennbar zu machen, besteht in einer Braunschen Röhre mit einem
einzigen Paar von Ablenkplatten oder Ablenkspulen, denen die gleichgerichteten Empfangsspannungen
zugeführt werden. Nimmt man den in Fig. z dargestellten zeitlichen Spannungsverlauf
an, so beschreibt der Kathodenstrahl auf dem Leuchtschirni einen geraden Strich
mit ungleichmäßiger Helligkeit, der um so heller ist, je häufiger der die betreffende
Ablenkung bewirkende Spannungswert auftritt. In Fig. 3 ist die Ansicht des Leuchtschirms
L dargestellt, wobei die Helligkeit der Strahlspur S durch die Strichdicke zum Ausdruck
gebracht ist. Die Helligkeitsverteilung entspricht dem Verlauf der Häufigkeitskurve
in Fig.2. Stellt man neben den Leuchtschirm einen in Amplitudenwerten geeichten
Maßstab 1V1, so kann man unmittelbar ablesen, welchen Spannungswert die Impulskuppe
hat, und danach die Begrenzungseinrichtung z. B. mit der Hand so einstellen, daß
die obere Grenze des durchgelassenen Amplitudenbereiches gerade unterhalb der Impulskuppe
liegt. Ebenso kann man feststellen, wie hoch man den unteren Grenzwert der Schwelle
legen muß, um den Störpegel zu unterdrücken. Es ist natürlich auch möglich, den
in Fig. x dargestellten Spannungsverlauf auf dem Leuchtschirm der Braunschen Röhre
sichtbar zu machen, jedoch erfordert dies eine mit der Impulswiederholungsfrequenz
synchronisierte Zeitablenkung und infolgedessen einen komplizierten Aufbau der Meßeinrichtung.
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An Hand der Fig. 2 wurde untersucht, mit welcher Häufigkeit die in
den Empfangsspannungen enthaltenen Amplitudenwerte selbst auftreten. Man kann aber
äuch ermitteln, mit welcher Häufigkeit Spannungswerte vorkommen, die größer oder
kleiner als ein gegebener Spannungswert sind. Eine solche Häufigkeitskurve ist etwa
für den in Fig. x dargestellten Spannungsverlauf in Fig.4 dargestellt. Über den
durch die entsprechenden Abszissenwerte ausgedrückten Empfangsspannungen U ist die
Häufigkeit H aufgetragen, mit welcher den betreffenden Abszissenwert überschreitende
Spannungen auftreten. Beim Fehlen von Störspannungen erhält man eine Kurve, deren
Flächeninhalt durch das schraffierte
Rechteck angedeutet ist. Man
sieht aus Fig. 4, daß die Kurve A von links kommend in einen waagerechten Abschnitt
übergeht, der am Punkt A' bei dem der Impulskuppe zugeordneten Spannungswert U4
sprungartig abfällt. Die Kurve A läßt sich z. B. mit der in Fig. 5 dargestellten
Schaltung aufnehmen. Dem Steuergitterkreis einer Verstärkerröhre V wird über den
Blockkondensator c die gleichgerichtete Empfangsspannung und außerdem eine negative
Vorspannung - U, zugeführt. Beim Überschreiten des Gitterstromeinsatzpunktes
durch die Gitterspannung erzeugt der Gitterstrom an den im Gitterkreis liegenden
Widerständen y, y' einen so großen Spannungsabfall, daß ein weiterer Anstieg des
Anodenstroms nicht mehr stattfindet. In Fig.6 ist die Anodenstrom-Gitterspannungs-Kennlinie
der Röhre V und außerdem der zeitliche Verlauf der Empfangsspannung aufgetragen.
Der aussteuerbare Kennlinienbereich ist klein gegen die Impulsspannung. Ein Anodenstromfluß
kommt nur während der schraffierten Abschnitte der Empfangsspannungskurve zustande.
Die Anordnung wirkt somit wie eine begrenzende Schwelle, deren untere Grenze durch
den Einsatz der Anodenstromkennlinie und deren obere Grenze durch den Einsatz der
Gitterstromkennlinie bestimmt ist. Wenn man den Ausgangskreis der Röhre Y mit dem
Kondensator c', der einen Kurzschluß für die Impulswiederholungsfrequenz bildet,
überbrückt, ist der Anodenstrom Ja proportional der mittleren Häufigkeit
H, mit welcher die Empfangsspannung U den Wert der Gittervorspannung
- Ug überschreiten. Wenn man die Gittervorspannung Ug verändert und in Abhängigkeit
davon den Anodenstrom aufnimmt, erhält man die durch die Kurve A in Fig. .4 dargestellte
Funktion, aus der man wieder ohne weiteres den Amplitudenwert U4 der Impulskuppe
ablesen und für die Einstellung des oberen Grenzwertes auswerten kann.
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Eine Regelspannung zur selbsttätigen Einstellung des Grenzwertes einer
begrenzenden Schwelle bzw. des Übertragungsmaßes einer Verstärkerstufe des Empfängers
läßt sich mittels der in Fig. 7 dargestellten Schaltung gewinnen, die sich von der
Fig. 5 durch eine periodische Veränderung der negativen Vorspannung - U,
der Röhre V unterscheidet. Die periodische Vorspannungsänderung kann beispielsweise
dadurch erfolgen, daß die Gittervorspannung zu einem kleinen Teil aus dem Wechselstromheizkreis
der Röhre abgenommen wird. Wählt man nun die mittlere Vorspannung der Röhre V so
groß, daß sie in dem waagerechten Teil der Kurve A in Fig. 4 liegt, so tritt im
Anodenkreis der Röhre V kein Wechselstrom von der Verschiebungsfrequenz auf. Dies
ist dadurch zu erklären, daß der Arbeitspunkt durch die periodische Gittervorspannungsschwankungen
nur so wenig verschoben wird, daß die Röhre immer lediglich durch den zwischen den
Werten U2 und U4 liegenden Teil des Impulses ausgesteuert wird. Der Anodenkreis
ist wie in Fig. 5 durch einen Kondensator c' für die Impulswiederholungsfrequenz
und höhere Frequenzen kurzgeschlossen. Verkleinert man nun die dem Steuergitter
der Röhre V über den Kondensator c zugeführten Empfangsspannungen, indem man beispielsweise
den Verstärkungsgrad einer vorhergehenden Verstärkerstufe herabsetzt, so erreicht
man plötzlich einen Zustand, bei welchem die Impulskuppe durch die schwankende Vorspannung
der Röhre Y bis unter den Gitterstromeinsatzpunkt verschoben wird. In diesem Fall
tritt im Anodenstromkreis der Röhre V eine Wechselstromkomponente von der Frequenz
der Verschiebungsspannung auf. Diese kann mittels eines Übertragers Ü abgenommen
und in einem7Gleichrichter G gleichgerichtet werden, so daß an dem Widerstand R
eine Regelspannung zur Verfügung steht, mit welcher der Verstärkungsgrad einer vorangehenden
Verstärkerstufe selbsttätig so eingestellt werden kann, daß die mittlere Gittervorspannung
der Röhre V in Fig. 7 gerade unterhalb des Knickpunktes A - in Fig.4 liegt. Bei
einer Verringerung der Impulsspannung wird der im Anodenkreis der Röhre V auftretende
Wechselstrom von der Verschiebungsfrequenz größer, und damit nimmt auch der Spannungsabfall
am Widerstand R zu. Dieser kann dazu benutzt werden, den Verstärkungsgrad der geregelten
Verstärkerstufe so weit zu vergrößern, daß wieder der Gleichgewichtszustand erreicht
wird. Die Regelspannung kann natürlich auch zur Einstellung der Grenzwerte einer
begrenzenden Schwelle verwendet werden.
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Aus der Fig. 2 läßt sich auch die mit B bezeichnete Kurve der Fig.
4 herleiten, welche die Abhängigkeit des Anodenstroms der Röhre Y in Fig. 5 von
der Gittervorspannung U, für den Fall ergibt, daß der Aussteuerbereich dieser Röhre
-im gitterstromlosen Gebiet so groß ist, daß auch bei den höchsten Spitzen der Empfangsspannung
kein Gitterstrom fließt. In diesem Fall ist der mittlere Anodenstrom Ja ein
Maß für den gesamten oberhalb einer gewissen Spannung U liegenden Teil der in Fig.
i aufgetragenen Empfangsspannungen. Dem waagerechten Teil der Kurve A entspricht
ein geradliniger Teil der Kurve B, der bei dem der Impulskuppe entsprechenden Spannungswert
U4 plötzlich in einen nichtlinearen Teil übergeht. Wenn keine Störungen vorhanden
sind, ergibt diese Messung eine Gerade C, die parallel zu dem geradlinigen Teil
der Kurve B verläuft. Auch aus der Kurve B läßt sich ein Maß für die Regelung des
Verstärkungsgrades des Empfängers herleiten. Wenn man wie in Fig. 7 der konstanten
Gittervorspannung eine Verschiebungsfrequenz überlagert, treten im Anodenstromkreis
der Röhre V Oberwellen der Verschiebungsfrequenz auf, sobald der dem Spannungswert
U4 entsprechende Knickpunkt der Kurve B
überschritten wird. Die Oberwellenspannungen
können aus dem Anodenkreis der Röhre V ausgesiebt werden und liefern eine zur Herstellung
eines Gleichgewichtszustandes geeignete Regelspannung.
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Der Schwundausgleich kann entweder durch Regelung des Verstärkungsgrades
einer . der Begrenzereinrichtung vorausgehenden Verstärkungsstufe oder bei konstantem
Verstärkungsgrad der Vorverstärkerstufen durch Verschiebung der begrenzenden Schwelle,
d. h. desjenigen Spannungswertes, bei welchem die Empfangsspannungen oben und unten
abgeschnitten werden, erfolgen. Die Anwendungsmöglichkeit ist nicht auf eine besondere
Schaltung beschränkt, sondenn
bei allen zu diesem Zweck geeigneten
Schaltungen dieser Art gegeben, so daß sich die Angabe von Ausführungsbeispielen
für die geregelten Schaltungen erübrigt.