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Schaltung zur Frequenzmodulation von Hochfrequenzschwingungen Es sind
Schaltungen zurFrequenzmodulation von Hochfrequenzschwingungen bekannt, welche eine
phasenmodulierte Generatoranordnung enthalten, die über ein die mittlere Frequenz
im wesentlichen bestimmendes Filter durch Rückkopplung hochfrequent gesteuert wird.
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Abb. i zeigt das Übersichtsschema einer solchen bekannten Schaltung.
Der Wirkstromerzeuger mit der Röhre i und der Blindstromerzeuger 2 liefern die entsprechenden
Ströme iw und iB an den gemeinsamen Ausgangskreis, der das Filter 3 enthält; :dieses
kann, wie angedeutet, durch einen einfachen Parallelresonanzkreis gebildet sein.
Über den Verstärker 4. wird die hochfrequente Steuerspannung auf i und 2 zurückgeführt.
Es sei angenommen, dar bei iB gleich Null sich in der Schaltung eine selbsterregte
Schwingungsfrequenz gleich der Resonanzfrequenz des Kreises 3 einstellt; es ist
dann die zum Gitter der Röhre .i zurückgeführte hochfrequente Steuerspannung in
Phase mit iw. Der Blindstromerzenger 2 wird von der Rückkopplungsleitung über ein
um 9o° phasendrehendes Glied 7 hochfrequent gesteuert. Der erzeugte Blindstrom wird
in 2 durch die an den Klemmen 5, 6 liegende Modulationsspannung Um amplitudenmoduliert.
Ist nun iB nicht gleich Null, kommt also zu iw im Ausgangskreis ein endlicher
Blindstrom iB hinzu, so bedeutet dies, daß der resultierende Strom im gemeinsamen
Ausgangskreis in seiner Phase gegenüber iw gedreht erscheint. Es stellt sich dann
eine andere Schwingungsfrequenz ein, für welche die zum Gitter der Röhre r zurückgeführte
Spannung wieder in Phase ist mit iw, und zwar stellt sich die Frequenz derartig
neben der Resonanzfrequenz des Kreises 3 ein, daß die durch iB bewirkte Phasendrehung
.des resultierenden Stromes iW -I- iB für die am Kreis 3 stehende Spannung gerade
wieder aufgehoben erscheint.
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Man kann demnach die Hochfrequenzstromerzeuger i und 2 zusammen als
eine Generatoranordnung bezeichnen, in der die Phase des Generatorstromes
moduliert
wird und die über das die mittlere Frequenz. im wesentlichen, bestimmende Filter
3 durch Rückkopplung hochfrequent gesteuert wird. Am Filter 3 findet die Umsetzung
der Phasendrehungen in Freqüenzänderungen statt, und man erkennt, daß die elektrischen
Eigenschaften dieses Filters von wesentlicher Bedeutung für 'eine gute Arbeitsweise
der Schaltung sein müssen.
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Besonders ist zu fordern, daß die :durch .die Eigenschaften des Filters
bestimmte mittlere Frequenz über längere Zeit praktisch unveränderlich sei. Diese
Forderung läßt sich durch die Verwendung eines piezoelektrischen Körpers als Schwingkreis
innerhalb des Filters am besten erfüllen. Darüber hinaus ist aber die Scheinwiderstandskurve
des Filters in Abhängigkeit von der Frequenz ebenso von Bedeutung, da diese ja für
den Zusammenhang zwischen Phasendrehungen und Frequenzänderungen maßgebend ist und
deshalb einen direkten Einfiuß auf das Ausmaß der Modulationsverzerrungen hat.
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Die Erfindung betrifft Maßnahmen zur Verbesserung einer Frequenzmodulationsschaltung
im Hinblick auf die ,Modulationsverzerrungen: Sie geht aus von einer Schaltung mit
einem Filter, in welchem zwischen je einem spannungsführenden Punkt des Eingangskreises
und des Ausgangskreises, gegebenenfalls über Zwischenglieder, als Längsglied ein
im wesentlichen auf die mittlere Frequenz abgestimmter piezoelektrischer Körper
eingeschaltet ist und in welcher Mittel vorgesehen sind; um zwischen dem Eingangskreis:
und dem Ausgangskreis eine zusätzliche Kopplung zu erzeugen; welche der durch die
natürliche Parallelkapazität des piezoelektrischen Körpers bedingten Kopplung entgegenwirkt.
Erfindungsgemäß soll :diese Kopplung derartig bemessen:: sein, daß der quadratische
Klirrfaktor der Modulation wenigstens annähernd auf sein erreichbares Minimum gebracht
ist.
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Es wurde erkannt, daß in einer Anordnung mit dem vorausgesetzten,
an sich bekannten Filter Unsymmetrien der Phasenkennlinie in bezug auf die mittlere
Frequenz vorkommen, an deren Entstehung die natürliche Parallelkapazität des piezoelektrisehen
Körpers wesentlich beteiligt ist. Die Generatoränordnung u, a wird so eingestellt,
daß sich durch die Wirkung von Um nach jeder Seite gleiche Werte der Phasendrehung
ergeben. Die darauf erfolgenden Frequenzänderungen sind aber nur dann nach beiden
Richtungen gleich, wenn die Phasenkurve des Filters 3 über der Frequenzänderung
aufgetragen exakt symmetrisch ist. Ist sie dies nicht, so werden die positiven und
negativen Frequenzabweichungen ungleich, und es tritt ein Klirrfaktor zweiter Ordnung
(quadratischer Klirrfaktör) k2 auf. Die Parallelkapazität des piezoelektrischen
Körpers wirkt in jedem Fall in dem .Sinn, die Symmetrie der Phasenkurve zu stören.
Es kann aber auch andere Ursachen dafür geben, beispielsweise Abstimmungsfehler
im Eingangs- oder Ausgangskreis oder an anderen Stellen der Schaltung, derenWirkungen
sich gleichsinnig oder gegensinnig zusammensetzen. Da aber festgestellt werden konnte,.
daß bei sonst richtigem Abglech der als Ursache für Unsymmetrie in Betracht kommenden
Schaltungselemente die Hauptstörung durch die erwähnte Parallelkapazität hervorgerufen
wird, wirkt die als Abhilfe entsprechend der Erfindung vorzusehende Bemessung .der
zusätzlichen Kopplung, welche der Kopplung durch die genannte Parallelkapazität
entgegenwirkt, bei Einstellurig auf das erreichlbareMinimum von h2 auch ausgleichend
für alle anderen noch in der Schaltung irgendwo verborgenen Ursachen für eine störende
Unsymmetr ie der Phasenkurve.
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Abb.i2 zeigt einAusführungsbeispiel des Filters 3 der Abb. i unter
Anwendung .der Erfindung. Das Filter der Abb. z kann man sich mit den Eingangsklemmen
8 und 9, an denen die Spannung U, steht, und den Ausgangsklemmen zr, 2a, zwischen
denen die Spannung U" auftritt, in die entsprechenden Verbindungen .des Filters
3 der Abb. .i eingeschaltet denken. Die Eingangsspule zwischen 8 und 9 ist mit der
Spule io gekoppelt, die zusammen mit dem Kondensator ri den auf die mittlere Frequenz
abzustimmenden Eingangskreis bildet. Ganz gleichartig ist der Ausgangskreis 12,
v3 aufgebaut und abgestimmt. Beide Kreise sind durch Parallelwiderstände zusätzlich
gedämpft, so daß ihre Durchlaßbreiten groß sind gegenüber der .des pezoelektrischen
Körpers. Dieser ist in Gestalt des Quarzes 14 in Reihe mit dem einstellbaren Kondensator
15
zwischen den oberen spannungsführenden Enden der Kreise ro, iti und -1[2y
13 eingeschaltet. Der Kondensator r5 als Zwischenglied kann beispielsweise dazu
dienen, kleine Veränderungen der durch den Quarz bestimmten Bandmittenfrequenz vorzunehmen;
er ist aber kein notwendiges Element für die Wirkung der Schaltung im Sinn der Erfindung.
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Die zur Qüarzparallelkäpazität entgegenwirkende Kopplung wird in Abb.
2 in der Weise bewirkt, daß am Eingangskreis eine zur Spannung des Anschlußpunktes
für den Quarz @iL4 gegenphasige Spannung gebildet wird und daß ein Punkt an dem
genannten Kreis, .der diese gegenphasige Spannung führt, über einen Neutralisationskondensätor
und gegebenenfalls auch über weitere Zwischenglieder, mit dem Ausgangskreis verbunden
ist, und- zwar führt die Verbindung zu einem Punkt des Ausgangskreises; der mit
dem Anschlußpunkt des piezoelektrischen Körpers bzw. der diesen Körper enthaltenden
Längsverbindung an diesen Kreis eine Spannung gleicher Phase aufweist. In Abb. i
-ist zur Bildung der gegenphasigen Spannung eine mit der Schwingkreisspule io magnetisch
gekoppelte Zusatzspule 16 vorgesehen. Über den Neutralsationskondensator 17 und
über die hinsichtlich ihrer Bedeutung noch zu besprechenden Zwischenglieder 18,
i9 und 2o führt eine Verbindung von der Zusatzspule 16 zu dem oberen Ende des Ausgangskreises,
wo auch die vom Quarz kommende Verbindung angeschlossen ist. Die vom Neutralisationskondensatör
17 kommende Verbindung könnte aber auch an einen anderen Anzapfpunkt des Ausgangskreises
angeschlossen werden; nur -rnüßte dieser Punkt der Bedingung genügen, daß er mit
dem Anschlußpunkt der Oüarzverbindung eine Spannung gleicher Phase aufweist.
Es
sei erwähnt, daß die Ausbildung der gegenphasigen Spannung auch durch Mittel am
Ausgangskreis erfolgen kann und daß die Verbindung über den Neutralisationskondensator
von einem Punkt gegenphasiger Spannung des Ausgangskreises zu einem Punkt der Spule
io des Eingangskreises führen kann.DiesogenannteNeutralisationsbrücke würde dann
also am Ausgangskreis gebildet sein. Auch damit ließe sich die zur Verbesserung
der Symmetrie erforderliche, der Quarzparallelkapazitä.t entgegenwirkende Kopplung
herstellen.
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Zum Abgleich der Schaltung auf das erreichbare Minimum von k2 kann
der Neutralisationskondensator 17 einstellbar ausgebildet sein. Eine besonders feine
Einstellmöglichkeit erhält man aber, wenn man mit einem passend gewählten Kondensator,
17 einen größeren Kondensator 18 in Reihe schaltet, dem nun als eigentliches Einstellelement
der kleinere, veränderliche Kondensator ,2o parallel geschaltet ist.
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In dem Filter nach Abb. -a wird aber derAufgabe, welche der Erfindung
zugrunde liegt, nämlich der Verringerung der Modulationsverzerrungen, noch mit einer
über die Wirkung der auf das Minimum von k2 eingestellten Neutralisationsverbindung
1ö, 17, 18 hinausgehenden Maßnahme gedient. In diesem Zusammenhang ist der
bisher noch nicht erwähnte Widerstand ig von Bedeutung. Er ermöglicht bei richtiger
Bemessung, auch den Klirrfaktor dritter Ordnung (kubischen Klirrfaktor) k3 praktisch
zum Verschwinden zu bringen.
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Selbst wenn die Unsymmetrie der Phasenkennlinie des Quarzes exakt
kompensiert ist und diese innerhalb des Arbeitsfrequenzbereiches als praktisch linear
angesehen werden kann, so tritt doch beispielsweise schon durch die Wirkung der
Parallelresonanzkreise io:, m und 12, 13 ein kubischer Klirrfaktor auf. Diese Kreise
sind auf die mittlere Frequenz abgestimmt, und ihre Dämpfung kann nicht so hoch
bemessen werden, daß die Phasendrehungen der an ihnen alsQuergliedern des Filters
stehenden Spannungen über den ganzen Arbeitsfrequenzbereich völlig außer acht gelassen
werden könnten. Diese Phasendrehungen kommen vielmehr zu denen des Quarzes hinzu
und verursachen einen kubischen Klirrfaktor.
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Es gibt aber eine Möglichkeit, einen entgegengesetzten Effekt hervorzurufen.
Dieses Mittel besteht in der Einschaltung eines Widerstandes parallel zum piezoelektrischen
Körper bzw. in der Erhöhung der Dämpfung des Quarzkreises. Infolge des zum Quarz
parallel erscheinenden Widerstandes steigt .der Blindwiderstand. des Quarzkomplexes
mit der Verstimmung von der bei der Resonanz liegenden Nullstelle aus weniger als
proportional an; entsprechend verhalten sich ,die Phasenänderungen, die hinter denen
bei geringerer Quarzdämpfung zurückbleiben. In der Einschaltung eines Ohmschen Widerstandes
parallel zu dem piezoelektrischen Körper besitzt man also ein .Mittel, den kubischen
Klirrfaktor zu vermindern. Es kann natürlich sein, daß man ohnehin schon eine zusätzliche
Quarzdämpfung verwenden muß, um für die Umsetzung -der Phasenänderungen in Frequenzänderungen
einen Arbeitsfrequenzbereich von genügender Breite zu schaffen. Dann kann es vorkommen,
daß die überproportionale Phasenänderung durch die Kreise iio"i(i und 12, 13 des
erwähnten Beispiels infolge der bereits erhöhten Quarzdämpfung schon mehr als ausgeglichen
ist. In solchen Fällen hilft die Anwendung eines Ohmschen Widerstandes ig parallel
zum Neutralisationskondensator.17, wie es in Abb. 2 dargestellt ist.
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Wie auch immer die Verhältnisse im einzelnen liegen mögen, ob mit
der Frequenz im Filter überproportionale oder unterproportionale Phasendrehungen
beobachtet werden, so kann man doch immer durch Einschaltung eines passend bemessenen
Ohmschen Widerstandes parallel zu dem piezoelektrischen Körper oder zu dem Neutralisationskondensator
oder in besonderen Fällen zu beiden erreichen, daß der kubische Klirrfaktor der
Modulation ebenfalls wenigstens annähernd auf sein erreichbares Minimum gebracht
wird. Es ist vorteilhaft, den zum Abgleich verwendeten Widerstand einstellbar auszubilden,
wie dies für den Widerstand ig in Abb. z vorgesehen ist.