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Verfahren zur Frequenzmodulation einer ultrahochfrequenten Schwingung
Zur gleichzeitigen Übertragung mehrerer Nachrichten verwendet man neuerdings vielfach
Richtverkehrsstrecken. mit frequenzmodulierten Dezimeterwellen. Diese enthalten
zwei Endstellen und mehrere Zwischenstellen, die möglichst einfach auszuführen sind.
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Damit bei derartigen Mehrkanalanordnungen kein merkliches Übersprechen
(gegenseitige Modulation der verschiedenen Nachrichten) auftritt, muß die Modulation
möglichst linear erfolgen. Andererseits besteht die Aufgabe, daß die mittlere Frequenz
(Trägerwelle) möglichst unverändert bleiben soll. Trotzdem soll bei dieser Mehrfachübertragung
zur Erzielung eines hohen Verhältnisses von Signalstärke zu Störungsstärke der Frequenzhub
möglichst groß, z. B. i MHz, sein. Diese Bedingungen widersprechen einander.
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An sich kann man bekanntlich eine Dezimeterwelle genügender Intensität
und Frequenzkonstanz mittels Geschwindigkeitssteuerröhren etwa von der Art des Klystrons
erzeugen, die zwei Hohlraumschwinger enthalten, die nacheinander von einem durch
ein Dichtesteuergitter in seiner Dichte: gesteuerten Elektronenstrahl durchsetzt
werden. Diese Röhren, deren beide Hohlraumschwinger magnetisch oder elektrisch zwecks
Selbsterregung miteinander gekoppelt sind, eignen sich jedoch schlecht zur Frequenzmodulation.
Ferner folgt die Strahlintensität der
Spannung am Dichtesteuergitter
nicht nach einem genügend linearen Gesetz; um etwa eine saubere Amplitidenmodulation
durch Steuerung an diesem Gitter durchführen zu können.
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Bei längeren Wellen in der Größenordnung von einigen Metern ist es
hingegen heute bereits verhältnismäßig einfach möglich, eine Frequenzmodulation
mit genügend großem Frequenzhub und ausreichender Geradlinigkeit der Modulationskennlinie
zu erzielen.
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Erfindungsgemäß wird in einer Frequenzwandlerstufe (Mischstufe) eine
nicht modulierte ultrahochfrequente Schwingung (Dezimeterwelle) mit einer frequenzmodulierten
Schwingung niedrigerer Frequenz (Meterwelle) gemischt, so daß man nunmehr eine ebenfalls
ultrahohe Schwingung erhält, deren Frequenz gleich der Summe oder gleich derDifferenz
der erstgenannten Frequenzen ist und deren Frequenzhub gleich dem der Meterwelle
ist.
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Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Am Sender
sei ein Klystron vorgesehen, das eine Frequenz von iooo MHz erzeuge (Wellenlänge
A = 30 cm), sowie ein mit einem Hub von i MHz: frequenzmodulierter Generator
der Frequenz So MHz (A, = 6 m). Eine erste; wenn auch weniger zweckmäßige Ausführung
der Erfindung besteht darin, in einer Diode die beiden Schwingungen mit genügend
höhen Amplituden zu mischen, um auf diese Weise die Frequenz 95o ± i MHz oder 1050
± i MHz zu ,erhalten. Der Ausgangskreis der Diode wird durch den Eingangshohlraumschwinger
eines zweiten Klystrons dargestellt, das auf eine der beiden eben erwähnten Seitenbandfrequenzen
abgestimmt ist. Das zweite Klystron möge als Leistungsverstärker arbeiten. Man erhält
dann am zweiten Hohlraum dieses Klystrons, der auf dieselbe Frequenz abgestimmt
ist, die ausgesiebte verstärkte Seitenbandfrequenz, die mit einem ,Hub von ebenfalls
_+ i MHz frequenzmoduliert ist, und zwar ohne zusätzliche Verzerrung.
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Diese Ausführungsform der Erfindung besitzt jedoch die Schwierigkeit,
daß man mittels einer Mischdiode nur schwer die notwendige Spannung zur Aussteuerung
des zweiten, als Verstärker wirkenden Klystrons erhalten kann. Das Dichtesteuergitter
des Verstärkerklystrons wird hierbei nicht ausgenutzt.
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Gemäß einer zweiten, wesentlich zweckmäßigeren Ausführungsform der
Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch überwunden, daß man die Mischung
mit Hilfe des Dichtesteuergitters des Verstärkerklystrons durchführt. Zu diesem
Zweck wird der Eingangshohlraum des Verstärkerklystrons unmittelbar mit dem selbsterregten,
erstgenannten Klyströn gekoppelt und wie dieser auf die Frequenz von ioöo MHz abgestimmt.
Sind beide Klystrons von gleichem Baumuster; so läßt sich sehr leicht die notwendige
Erregung für das zweite Klystron erreichen. Die frequenzmodulierte Schwingung von
So ± i MHz (Meterwelle) wird dem Dichtesteuergitter des Verstärkerklystrons.
zugeführt, dessen Ausgangshohlraum angenähert auf 95o oder auf 1050 MHz abgestimmt
isst. Man erhält dann im zweiten Hohlraum eine Schwingung gleichbleibender Amplitude,
welche lediglich in der Frequenz moduliert ist.
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Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Steuerspannung am Dichtesteuergitter
konstant ist und lediglich in ihrer Frequenz schwankt. Wenn daher die Modulationskennlinie,
d, h. die Amplitudenmodulätionskennlinie dieses Gitters nicht linear ist, so wirkt
sich dies im vorliegenden Fall lediglich so aus, daß zusätzliche Seitenbandfrequenzen
höherer Ordnung von goo und iioo MHz, von 85o und 1150 MHz usw. auftreten.
Infolge der Filterwirkung des Ausgangshohlraumes werden diese zusätzlichen Frequenzen
jedoch ausgesiebt, so daß zum Schluß eine linear frequenzmodulierte Ultrahochfrequenz
übrigbleibt.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin,
daß die Amplitude des frequenzmodulierten Meterwellensenders ziemlich schwach sein
kann, da dieser lediglich zur Steuerung des Dichtesteuergitters des Verstärkerklystrons
dient.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann man das selbsterregte
Klystron und das Verstärkerklystron zu einer einzigen Röhre verbinden. Diese Verbundröhre
enthält dann 3 Hohlraumschwinger, von denen die beiden ersten, von der Kathode aus
gesehen, zwecks Selbsterregung sehr lose miteinander gekoppelt und auf die Frequenz
von iooo MHz abgestimmt sind, während der dritte Hohlraum auf 950 oder io5ö MHz
abgestimmt ist. Die schwache Kopplung der beiden ersten Hohlräume genügt, da der
selbsterregte Teil hier nur zur Erregung des Verstärkerteils dient. Am Ausgang des
zweiten Hohlraumes ist der Elektronenstrahl noch genügend frequenzmoduliert.
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Zum Abschluß sei die Anwendung der geschilderten Anordnung auf eine
Zwischenstelle einer Richtstrecke beschrieben. Die ankommende Schwingung soll, wie
an sich bekannt, verstärkt auf einer etwas abweichenden Frequenz, zur Vermeidung
unerwünschter Rückkopplung der Zwischenstelle, wieder ausgesandt werden. Zum Beispiel
mag dieEmpfangsfrequenz 950 ± i MHz, die wieder ausgesendete Frequenz 1050 ± i MHz
betragen. Man sieht nun an der Zwischenstelle ein Paar entsprechend obigem ausgebildeter
Klystronröhren vor. Von dem mit iooo MHz schwingenden selbsterregten Teil des Klystrons
nimmt man einen kleinen Energiebetrag ab und mischt ihn mit der Empfangsschwingung
in üblicher Weise in einer Mischdiode. Dann erhält man eine frequenzmodulierte Meterwelle
(So ± i MHz). Diese Schwingung kann leicht auf den gewünschten Wert verstärkt werden
und steuert dann das Dichtesteuergitter des Verstärkerklystrons; dessen erster Hohlraum
durch die iooo-MHz-Schwingung des selbsterregten Klystrans beeinflußt wird. Der
Ausgangshohlraum ist dann auf io5o MHz abgestimmt und mit dem Sendestrahler zwecks
Wiederausstrahlung der verstärkten Schwingung gekoppelt.
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Obwohl sich die Verstärkung der Meterwelle ohne merkliche Verzerrung
durchführen läßt, kann man sie durch Anwendung einer Gegenkopplung lineari-
Bieren.
Dies wird im vorliegenden Fall zweckmäßig folgendermaßen durchgeführt. Trotz der
hohen Trennschärfe des auf 1050 MHz abgestimmten Ausgangshohlraumes wird
in seiner Schwingung noch die andere Seitenbandfrequenz von 95o ± i MHz vorhanden
sein und mit einer Spannungsamplitude ausgefiltert werden können, die, wegen der
hohen Verstärkung der Meterwelle, wenigstens noch größer ist als die Empfangsamplitude
selbst und dem Eingang des Meterwellenverstärkers im Sinne einer Gegenkopplung zugeführt
wird.