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Verfahren zur Erzeugung einer Pulsphasenmodulation Für verschiedene
Zwecke, insbesondere für die drahtlose Mehrkanalübertragung mit sehr kurzen (Dezimeter-)
Wellen, sind Verfahren entwickelt worden, bei denen die verschiedenen über eine
Verbindung geleiteten nachrichten verschiedenen Impulsreihen aufmoduliert ;-erden,
derart, daß von einer Impulsfolge z. B. jeder zwölfte oder vierundzwanzigste Impuls
die Modulation einer und derselben Nachricht trägt, während die dazwischen liegenden
Impulse jeweils von elf bzw. dreiundzwanzig anderen "achrichten abwechselnd moduliert
werden. Man spricht dann von einer Pulsmodulation.
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Es sind ferner verschiedene Arten von Pulsmodulation bekanntgeworden,
insbesondere die Pulsamplitudenmodulation, die Pulslängenmodulation und die Pulsphasenmodulation.
Alle diese Modulationsarten können im Zusammenhang mit der eingangs erwähnten Mehrkanalübertragungstechnik
verwendet werden, wobei sich insbesondere die Pulsphasenmodulation durch verschiedene
Vorzüge, z. B. eine hohe Störfreiheit, auszeichnet und daher vor den beiden anderen
Modulationsarten bevorzugt wird. Die Pulsphasenmodulation besteht darin, daß je
nach dem Grad der Modulation die bei unmodulierter Impulsfolge in regelmäßigen Zeitabständen
aufeinanderfolgenden Impulse gegenüber dieser ihrer Ruhelage zeitlich früher oder
später
zur %Aussendung kommen. Die Verschiebung des einzelnen Impulses
aus seiner bei unmodulierter Impulsfolge festliegenden zeitlichen Mittellage, kann
also proportional der Modulationsspannung in der Weise erfolgen, daß beißpositiver
Modulationsspannung eine Verspätung des Impulses bei negativer Modulationsspannung
eine Verfrühung des Impulses gegenüber dieser Mittellage eintritt, oder umgekehrt.
' Die bisher bekanntgewordenen Anordnungen zur Pulsphasenmodulation bedingen im
allgemeinen Spezialröhren ziemlich verwickelter Bauart, undzwar werden meist Kathodenstrahlröhren
verwendet, die wenigstens so viele Ablenksysteme enthalten müssen, als mit der Röhre
übertragungskanäle gesteuert werden sollen, und deren Anoden ebenfalls eine besondere
,Ausbildung erfahren müssen. Im Gegensatz dazu stellt sich die vorliegende Erfindung
die Aufgabe, ein Verfahren zur Pulsphasenmodulation unter Verwendung einer möglichst
geringen Anzahl von normalen Verstärkerröhren zu finden.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines phasenmodulierten
Pulses aus einem amplitudenmodulierten Puls unter Verwendung eines Kondensators,
der durch die regelmäßig aufeinanderfolgenden Impulse, des amplitudenmodulierten:
Pulses auf die jeweilige Spitzenspannung aufgeladen wird, so daß die Dauer der auf
jeden Impuls folgenden Entladung von der Amplitude dieses Impulses abhängig ist.
Gemäß der Erfindung wird der jeweilige Entladezeitpunkt des Kondensators dadurch
zur Festlegung des Beginns der einzelnen Impulse des phasenmodulierten Pulses. benutzt,
daß Anstieg und Abfall des Anodenstromes einer die Aufladung des Kondensators steuernden
Röhre, insbesondere einer Pentode, über ein differenzierendes Netzwerk in Impulse
umgewandelt werden und die unerwünschten, d. h. die in ihrer Phasenlage nicht modulierten
Impulse weggeschnitten werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren geht also von auf beliebige Weise und
mit an sich bekannten Mitteln amplitudenmodulierten Impulsen aus. Während der Dauer
des amplitudenmodulierten Impulseswird ein Kondensator auf den; durch die Modulation
beeinflußten Scheitelwert' des Impulses aufgeladen. Die Dauer der darauf folgenden
Entladung des Kondensators richtet sich nach der Höhe seiner Aufladung durch die
Impulse, ist also abhängig von der Amplitude der Ausgangsimpulse. Da nur ein sehr
geringer Zeitraum zur Aufladung des Kondensators zur Verfügung steht (die Impulsdauer
beträgt bei den praktischen Ausführungen der erwähnten Mehrkanalübertragungenzischen
o,5 und r,o,us), wird der Kondensator zweckmäßig in-die Kathodenzuführung einer
Röhre' gelegt, auf deren Gitter die amplitudenmodulferten Ausgangsimpulse gegeben
werden. Die Anordnung kann nun so getroffen sein, daß am Endpunkt der jeweiligen
Entladung des Kondensators; die über ein beliebiges Widerstandsnetzwerk öder eine
Röhre erfolgen kann, ein Kippgenerator angestoßen wird, der dann zu diesem Zeitpunkt
einen Impuls erzeugt. Dieser entsteht also gegenüber dem ursprünglichen amplitudenmodulierten
Ausgangspuls zeitlich um so später, -je länger die Entladungsdauer des Kondensators,
d. h. je höher die Amplitude des Ausgangsimpulses selbst war. Damit ist die Umwandlung
der Pulsamplitudenmodulation in eine Pulsphasenmodulation praktisch bereits.durchgeführt.
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Um eine unabhängig vom Ladezustand des Kondensators stets gleichbleibende
Entladestromstärke zu erzwingen, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als
Entladeröhre eine Pentode verwendet, an der eine Anodenspannung von solcher Größe
aufrechterhalten wird, daß sie bei weiterer Erhöhung durch die jeweilige Spannung
des Kondensators stets in einem Bereich des Anodenströin=Anodenspannüngs-Kennlinienfeldes
arbeitet, in dem der Anodenstrom nahezu unabhängig von der Anodenspannung ist. In
einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Schaltung zur Durchführung des
erfindungsgewäßen Verfahrens erreicht man dies durch positive Vorspannung des Gitters
der Aufladeröhre, deren Kathode auf gleiches Potential gelegt ist, wie die Anode
der Entladeröhre und der Kondensator selbst. Hinsichtlich des Anodenstromes liegen
also die beiden Röhren in Reihe. Durch die positive Gittervorspannung der Aufladeröhre
wird ein dauernd fließender Strom durch die Entladeröhre erzwungen, unabhängig davon,
wie hoch die Spannung an ihrer Anöde bzw. am° Kondensator ist. Wird der Kondensator
über die Aufladeröhre auf eine bestimmte Spannung aufgeladen, so bestimmt, gleichgültig
bis zu welcher Höhe der Spannung diese Aufladung erfolgt, das Gitterpotential der
Aufladeröhre den Arbeitspunkt für die 'Entladeröhre, in welchem die Entladung des
Kondensators über diese Röhre einsetzt. Durch geeignete Wahl der Gittervorspannung
kann man also erreichen, daß der ganeeEntladungsvorgang bereits, wie oben erwähnt,
indem Bereich des Kennlinienfeldes der Entladeröhre liegt, in dem die Anodenspannung
auf die Höhe des Anodenstromes praktisch keinen Einfluß mehr hat.' Weiterhin @ wird
vorteilhaft die Aufladung des Kondensators durch die Aufladeröhre nicht über die
Anoden-Kathoden-Strecke, sondern im wesentlichen über die Schirmgitter-Kathoden-Strecke
vorgenommen. In die Anodenzuleitung zur Aufladeröhre wird dann ein; Vorwiderstand
eingeschaltet, an dem der durch den Anodenstrom in dieser Röhre erhaltene Spannungsabfall
abgegriffen werden kann.
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Die Vorgänge an den beiden Röhren und am Kondensator spielen sich
dann in folgender Weise ab: Nach Aufladung des Kondensators über die Schirmgitter-Käthoden,Strecke
der Aufladeröhre durch den Ausgangsimpuls wird die Rückentladung des Kondensators
durch die Aufladeröhre infolge des hohen Kathodenpotentials dieser Röhre gesperrt.
Dagegen entlädt sich der Kondensator@jetzt mit der durch die Kennlinie der Entladeröhre
vorgeschriebenen Entladestromstärke über diese Röhre, wobei die Spannung am Kondensator
und damit die Anodenspannung der Fntladeröhre und das
Kathodenpotential
der Auf laderöhre praktisch linear mit der Zeit kleiner werden. In dem Augenblick,
in dem die Spannung am Kondensator so klein geworden ist, daß die positive Gittervorspannung
der Aufladeröhre diese öffnet, fließt wieder ein Anodenstrom durch die Aufladeröhre
und über die Entladeröhre weiter zur Erde. Das Einsetzen dieses Anodenstromes erfolgt
genau zu dem Zeitpunkt, zu dem der Entladungsvorgang des Kondensators beendet ist,
d. h. also je nach der Amplitude des ursprünglichen Aufladeimpulses zeitlich bald
früher, bald später nach dessen Auftreten. Der Zeitpunkt des Wiedereinsetzens des
Anodenstromes durch die Aufladeröhre, d. h. der Zeitpunkt des Auftretens eines Spannungsabfalls
am Anodenwiderstand der Aufladeröhre ist daher für die Erzeugung eines neuen phasenmodulierten
Impulses verwendbar.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Erzeugung des phasenmodulierten
Impulses selbst mittels eines differenzierenden Netzwerkes vorgenommen, durch das
während des Anstiegs des Anodenstromes der Aufladeröhre ein Spannungsimpuls erzeugt
wird. Da durch das differenzierende Netzwerk auch beim Abreißen des Anodenstromes
durch die Aufladeröhre (während der Aufladung des Kondensators durch den Ausgangsimpuls)
ein Impuls erzeugt wird, der aber gegenüber dem Ausgangsimpuls stets die gleiche
Lage behält und zur Phasenmodulation also nicht geeignet ist, muß dieser Impuls
durch eine auf das differenzierende Netzwerk folgende, negativ vorgespannte Trennröhre
abgeschnitten werden.
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Da bei normalen Verstärkerröhren die'Spannungsabfälle am Anodenwiderstand
der Laderöhre nicht so groß sind, daß durch bekannte Differenzierschaltungen Impulse
der notwendigen Größe bei Impulslängen von weniger als r y.s erzeugt werden können,
ordnet man zweckmäßig hinter der Laderöhre eine weitere Verstärkerstufe an. Koppelt
man die Ausgangsspannung dieser zweiten Röhre (zweckmäßig über das Schirmgitter)
auf das Steuergitter der Aufladeröhre zurück, so erhält man eine Art Multivibratorschaltung,
die sehr steilen Verlauf des Spannungsanstiegs und -abfalls zu erreichen gestattet.
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In der Zeichnung ist in Fig. z eine Schaltung, wie sie zur Ausführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, als Ausführungsbeispiel und außerdem
in Fig.2 der zeitliche Ablauf der Vorgänge in verschiedenen Punkten dieser Schaltung
dargestellt.
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In Fig. z ist C der Kondensator, der über die Aufladeröhre L aufgeladen
und über die Entladeröhre E entladen wird. Die Ausgangsimpulse werden bei J auf
das Steuergitter G1 der Aufladeröhre L gegeben, das über den Gitterableitwiderstand
RC, positiv vorgespannt ist. Über das Schirmgitter G, der Aufladeröhre
L wird von der Anodenspannungsquelle A der Kondensator C auf eine Spannung
aufgeladen, deren Betrag von der Größe des am Steuergitter der Röhre L liegenden
Impulses abhängt.
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In Fig. 2 a ist eine Reihe von in regelmäßiger Folge auftretenden
amplitudenmodulierten Impulsen J dargestellt, wie sie am Steuergitter G1 der Röhre
L auftreffen. Die Spannung in der Kathode der Röhre L, gleichzeitig die Ladespannung
ii, des Kondensators C und die Spannung an der Anode der Entladeröhre E, steigt
während der Dauer des Impulses etwa in der in. Fig. 2b angegebenen Weise an. Sobald
der Impuls am Steuergitter der Röhre L abreißt, ist infolge der positiven Aufladung
des Kondensators C und des dadurch bedingten hohen positiven Potentials der Kathode
der Aufladeröhre L die Entladung des Kondensators C über diese Röhre gesperrt. Der
Kondensator entlädt sich daher jetzt über die Röhre E, wobei seine Spannung U, wieder
in der in Fig. 2 b dargestellten Weise praktisch linear mit der Zeit abnimmt. Wenn
die Spannung am Kondensator C so weit gesunken ist, daß die Röhre L infolge ihrer
positiven Gittervorspannung sich wieder öffnet, so fließt durch die Röhre L und
die Röhre E ein Anodenstrom iA von einer durch die mittels des Widerstandes R,,
einstellbaren Gittervorspannung der Röhre E gegebenen Größe. Der Verlauf dieses
Anodenstromes ist in Fig. 2 c dargestellt. Er erzeugt am Anodenwiderstand RA der
Aufladeröhre L einen Spannungsabfall -f- UA, der über den Koppelkondensator Cl<
auf das Gitter der Verstärkerröhre h gegeben wird. Zur Beschleunigung des Spannungsumschlags
an RA wird über den Rückkoppelkondensator CR vom Schirmgitter der Röhre V der verstärkte
Spannungsstoß auf das Steuergitter der Aufladeröhre L rückgekoppelt. In der Anodenzuleitung
zur Röhre V liegt das differenzierende Netzwerk N, mit dessen Hilfe der Einsatz
des Anodenstromes durch die Röhre L in einen Impuls umgewandelt wird, der über den
Kondensator CA aus der Schaltung ausgekoppelt und der weiteren Verwendung zugeführt
wird. Der Verlauf des Spannungsabfalls -f- UA am Anodenwiderstand R ist in Fig.
2 c gestrichelt eingezeichnet. In Fig. 2 d ist der Kathodenstrom der Auf laderöhre
L dargestellt, der sich aus zwei Anteilen zusammensetzt: dem Anodenstrom durch den
Anodenwiderstand RA und dem Aufladestrom des Kondensators C, der größtenteils über
das Schirmgitter G2 von L fließt. Endlich ist in Fig. 2 e eine Darstellung der Impulse
gegeben, wie sie durch das differenzierende Netzwerk N hinter der Röhre h in Abhängigkeit
vom Anstieg bzw. Abfall des Anodenstromes bzw. des Spannungsabfalls am Anodenvorwiderstand
RA der Röhre L erzeugt werden. Die stets in gleichem Abstand zur Zeit tA beim Abreißen
des Ausgangsimpulses J auftretenden negativen Impulse JA werden durch eine in Fig.
z nicht weiter dargestellte Trennstufe abgeschnitten, während die positiven Impulse
JE, die jeweils beim Einsetzen des Anodenstromes durch die Röhre L auftreten, die
zur Verstärkung weitergeleiteten phasenmodulierten Nutzimpulse darstellen. Sie kommen
gegenüber dem durch die strichpunktierten Linien tA markierten Zeitpunkt des Auftretens
der Ausgangsimpulse J um eine Zeit 1a später zur Entstehung, die um so größer ist,
je höher die Amplitude des Ausgangsimpulses war. Infolge der Zeitlinearität der
Entladung
ist die Zeitauslenkung der neuen Impulse proportional
der Amplitude des Ausgangsimpulses T.