DE869086C - Verfahren zur Frequenzmodulation eines Schwingungskreises - Google Patents

Description

Die Verwendung der Frequenzmodulation bei der Rundfunkübertragung bietet beachtliche Vorteile besonders wegen der Senkung des Störpegels. Jedoch stößt die technische Ausführung der Sender und Empfänger auf Schwierigkeiten, die bisher die Anwendung dieses Modulationsverfahrens einschränkten und die volle Ausnutzung der theoretisch möglichen Verstärkung nicht zuließen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Mittel, die diese Schwierigkeiten beheben sollen.

Es sollen nun zunächst die obenerwähnten Schwierigkeiten aufgezeigt werden, die sich bei der Ausführung von frequenzmodulierten Sendern ergeben, sowie die erfindungsgemäß angewendeten Mittel zu ihrer Behebung.

Bekanntlich kann ein frequenzmodulierter Sender aus einer Schwingungsröhre in Verbindung mit einer Modulationsröhre bestehen. Letztere ist dabei so geschaltet, daß sie in dem Hauptschwingungskreis einen Rückkopplungsstrom veränderlicher Amplitude unter dem Einfluß der Modulation abgibt. Dies wird meist dadurch erreicht, daß man dem Gitter der Modulationsröhre eine konstante Hochfrequenzspannung aufdrückt, die senkrecht zu derjenigen des Hauptschwingungskreises liegt, und daß man die Steilheit des Modulators durch Änderung seiner

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Vorspannung verändert, wobei diese einen festen Anteil und eine niederfrequente Modulationsspannung umfaßt. Bisher hielt man es für notwendig, eine solche Schwingungsröhre mit verringerter Leistung auszuführen, ihr Frequenzwandler und Kraftverstärker nachzuschälten und als Modulator eine Schirmgitterröhre, Tetrode, Pentode oder Hexode usw. zu wählen, um einerseits die Wirkung der Gitter-Anoden-Kapazität der Modulationsröhre vernachlässigen zu können, ίο andererseits die Amplitudenmodulation zu vermeiden, die jede Veränderung des inneren Widerstandes dieser in den Hauptschwingungskreis eingeschalteten Modu- - lationsröhre während der Modulation begleitet.

Aus alledem ergeben sich wesentliche Beschränkungen in den Ausführungsmöglichkeiten frequenzmodulierter Sender. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung sehr einfacher Senderanlagen von beträchtlicher Leistung unter Verwendung von Pentoden hoher Leistung (deren innerer Widerstand stets klein genug ist) und sogar von Trioden, die für Höchstleistungen heute einzig in Betracht kommen. Ferner kann man wegen der fast restlosen Unterdrückung der Amplitudenmodulation die Antenne unmittelbar vom modulierten Sender aus ohne Verstärkerstuf en oder Frequenzwandler betreiben. Die Erfindung besteht darin, daß zwischen Masse und Kathodenkreis der Modulatorröhre eine Spannung gelegt wird, die sich in Phase mit der Hochfrequehzanodenspannung befindet und einen geeigneten Bruchteil der Hochfrequenzanodenspannung ,ausmacht, während zu. dieser die zwischen dem Gitter der Modulatorröhre und Masse .angelegte Hochfrequenz- : spannung annähernd senkrecht steht.

Die letztere Spannung dient unmittelbar zur Frequenzmodulation. Ihre Amplitude ist abhängig von dem gewünschten Modulationsgrad unter Berücksichtigung der verfügbaren Anodenleistung des Modulators. Diese Spannung kann der Anodenspannung

um -^- vor- oder nacheilen. Die bekannten Schaltungen

verwenden im allgemeinen eine Phasenverschiebung im letzteren Sinne. Im Gegensatz hierzu vereinfacht eine Voreilung im Rahmen der Erfindung häufig den Aufbau der Stromkreise. Wichtiger ist für die Erfindung die Kombination der vorerwähnten senkrecht liegenden Spannung mit einer zu der Hochfrequenzspannung U an der Anode der Modulationsröhre in entgegengesetzter Phase liegenden der Größe —, worin μ den Ver-

Stärkungsfaktor der Röhre bedeutet. Es leuchtet ein, daß der Modulator unter dieser Bedingung dem Hauptschwingungskreis keine Leistung entnimmt. Das ist der Fall, wenn der Faktor μ konstant ist, was bei den Trioden mit hohem Verstärkungsfaktor sehr genau erreicht wird. Bei Pentoden kann man den Mittelwert von μ während der Modulationsperiode zugrunde legen oder in Extremfällen die Amplitude dieser in Gegenphase liegenden Komponente verändern, indem man in den Stromkreis Anode-Gitter-Kathode nichtlineare Vorrichtungen,— etwa Zweipolröhren — einschaltet. Da die 'Frequenz in jedem Punkte der Modulationsperiode einen genau bestimmten Wert besitzt, kann man die Amplitude der erwähnten, in Gegenphase hegenden Komponente auch durch geeignete selektive Systeme verändern. Solche Extremfälle sind aber selten, weil der innere Widerstand der Pentoden trotz allem hoch genug ist. Der stärkeren Veränderlichkeit ihres Verstärkungsfaktors im Vergleich mit Trioden kann man durch eine angenäherte Kompensation Rechnung tragen.

Man kann behaupten, daß die bisher verwendeten Systeme zur Erzielung einer Phasenverschiebung

um — eine phasengleiche Störkomponente einführten,

die demnach die Leistungsaufnahme der Modulationsröhre zu verstärken suchte.

Ausführungsbeispiele von Modulationsschaltungen sind in den Abbildungen veranschaulicht. Abb. 1 zeigt einen frequenzmodulierten Sender, bei dem der Hauptschwingungskreis χ mit dem Antennenkreis 2 gekoppelt und mit der Oszillatorröhre 3 und der Modulatorröhre 7 — im vorliegenden Falle Trioden — verbunden ist. Die Schwingungen werden durch die Induktivität 5 in Verbindung mit der Kapazität 4 aufrechterhalten, die sich auf die innere Gitter-Anoden-Kapazität der Röhre 3 beschränken kann. Ein in Nebenschluß liegender Kondensator 6 sichert die Vorspannung dieser Röhre. Die Quellen der Heizung 14 und der Hochspannung 15 sind angedeutet. Der Gitterkreis der Röhre 7 enthält einen Widerstand 9 vom Werte R, an dem die senkrechte Spannungskomponente, und eine Induktivität 10 vom Werte L, an der die gegenphasige Spannung auftritt, wobei die Kopplung mit der Anode durch den Kondensator 8 erfolgt, der sich auf die Gitter-Anoden-Kapazität der Röhre 7 beschränken kann. Der Wert von L läßt sich berechnen, wenn man die Gitter-Anoden- und Gitter-Kathoden-Kapazität dieser Röhren berücksichtigt; er beträgt in erster Näherung

μ C ω²'

worin μ, den Verstärkungsfaktor der Röhre 7, C den Wert der Kapazität 8 und ω die Kreisfrequenz der hochfrequenten Schwingungen bedeuten. In der Praxis werden R und L in ein und demselben Schaltungselement (induktiver Widerstand) vereint. Der Stromkreis wird durch den hochfrequenten Überbrückungskondensator 11 vervollständigt, der Polarisationskreis schließt sich über eine feste Quelle 13 und eine Vorrichtung 12 zur Aufprägung der Modulation.

In Abb. 2 sind die in Reihe geschalteten Elemente 9 und 10 durch die parallel geschalteten Teile 16 und 17 ersetzt. L und L' haben fast den gleichen Wert, zwischen R und R' besteht dagegen im wesentlichen das gleiche Verhältnis RR'- Z-²O)². In einem konkreten Falle ergaben sich bei 26 MHz größenordnungsmäßig die Werte: I = 0,5 H, R = 6 Ohm und R' — 1000 Ohm.

Abb. 3 zeigt als Modulator eine Tetrode, deren Schirmgitter in bekannter Weise durch den Anschluß 18 gespeist und vom Heizdraht durch einen Kondensator 22 entkoppelt wird. Die Gitter-Anoden-Kapazität — nötigenfalls ergänzt durch einen weiteren Kondensator 8 — liefert in Verbindung mit der

Induktivität 21 die gegenphasige Spannung, die den Leistungsentzug des Schwingungskreises 1 durch die Röhre 7 unterdrückt oder zumindest verringert, während der mit dem Sperrkondensator 19 in Reihe geschaltete Widerstand 20 in Verbindung mit der Induktivität 21 die senkrechte Komponente hervorruft, die die Frequenzmodulation erlaubt.

Natürlich kann die gegenphasige Spannung auch durch induktive Kopplung mit dem Stromkreis 1 oder durch Vorspannung der Röhre 3 auf den zur Unterhaltung der Schwingungen erforderlichen Wert gebracht werden, ohne daß man zu den inneren Kapazitäten der Röhren Zuflucht zu nehmen brauchte, so daß dann diese Kapazitäten nach bekannten Verfahren neutralisiert werden dürfen. Erfindungsgemäß wird nun statt zwischen Gitter und Masse des Modulators eine in Gegenphase zur Anodenspannung liegende Spannung anzulegen, zwischen Kathode und Masse dieser Röhre eine mit der Anodenspannung gleichphasige Spannung angelegt, während eine zur Anodenspannung senkrechte Spannung zwischen Gitter und Masse liegt. Diese Schaltung ist leicht auszuführen, wenn die Schwingungsröhre 3 mit «schwebender Kathode« ausgerüstet ist, d. h. wenn das Gitter das Hochfrequenzpotential Null besitzt und die Kathode dem Einfluß einer Spannung ausgesetzt wird, die einen Bruchteil der Anodenspannung ausmacht (wie in Abb. 4 veranschaulicht). Der Stromkreis 1, der mit einem (nicht dargestellten) Antennenkreis 2 gekoppelt ist, ist mit den über eine Siebdrossel 23 gespeisten Anoden der Röhren 3 und 7 durch einen Kondensator 24 verbunden. Die Kathode der Röhre 3 wird an einem Abgriff 25, die Kathode der Röhre 7 an einen Abgriff 26 des Stromkreises 1 gelegt, derart, daß die Hochfrequenzspannung zwischen 26 und Masse den Bruchteil — der Spannung zwischen 26 und dem

oberen Ende des Schwingungskreises 1 ergibt. Die Speisung der Kathoden der Röhren 3 und 7 erfolgt über die Drosselspulen 27 bis 29, wobei Kondensatoren.28 und 30 das Hochfrequenzpotential der beiden Enden des Kathodenfadens ausgleichen können. Dem Gitter der Röhre 7 drückt man die zur Freqvienzmodulation erforderliche senkrechte Spannungskomponente über Kapazität 8 und Widerstand 9 auf, wobei der Stromkreis durch die Elemente 11, 12 und 13 geschlossen wird.

Wie bereits bekannt, kann die von Hand oder automatisch betätigte Veränderung der Spannungsquelle 13 dazu dienen, die mittlere Sendefrequenz zu berichtigen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Verfahren zur Frequenzmodulation eines Schwingungskreises vermittels der durch eine angeschlossene Modulatorröhre bewirkten veränderlichen Reaktanz, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Masse und dem Kathodenkreis der Modulatoi röhre eine Spannung liegt, die sich in Phase mit der Hochfrequenz-Anoden-Spannungbefindetund einen geeigneten Bruchteil der Hochfrequenz-Anoden-Spannung ausmacht, während zu dieser die zwischen dem Gitter der Modulatorröhre und Masse angelegte Hochfrequenzspannung annähernd senkrecht steht.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 627 754, 572 142 ;
   britische Patentschrift Nr. 484 701 ;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 047 312.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen