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Verfahren und Einrichtung zur Umwandlung von amplitudenmodulierten
Impulsen in längen- oder phasenmodulierte Impulse Die Erfindung betrifft eine Schaltung
zur Änderung der Modulationsform einer als Nachrichtenträger dienenden elektrischen
Impulsreihe.
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)Jan spricht von amplitudenmodulierten Impulsen, wenn die Impulse
in regelmäßigen Abständen auftreten, stets dieselbe Länge (Dauer) haben und die
Impulshöhe oder -amplitude dem Augenblickswert der zu übertragenden Nachricht proportional
ist. Als längenmodulierte, dauermodulierte oder zeitmodulierte Impulse werden periodische
Impulse bezeichnet, deren Höhe unverändert gelassen wird, während die Länge dem
Augenblickswert der zu übertragenden Nachricht angepaßt wird. Eine weitere Art der
Impulsmodulation besteht in der Phasen- oder Verschiebungsmodulation, bei welcher
ein gegen den zeitlichenAbstand aufeinanderfolgender Impulse kurzer Impuls um einen
dem Augenblickswert der zu übertragenden Nachricht gegen seine den urimodulierten
Zustand kennzeichnende Mittellage verschobenwird. Anstelle eineseinzigen solchen
Impulses kann auch ein Paar kurzer Impulse verwendet werden, deren Abstand voneinander
entsprechend der Modulation geändert wird. Diese beiden Modulationsarten können
mit der Impulslängenmodulation dadurch in Beziehung gesetzt werden, daß sie der
durch die Modulation
verschobenen Flanke bzw. beiden Flanken eines
längenmodulierten Impulses entsprechen. Die längenmodulierten Impulse haben für
.die Übertragung, insbesondere auf @drahtlosem Wege; vor den amplitudenmedulierten
Impulsen den Vorzug, daß sie weniger störanfällig sind, während bei den ph asenmo,düli.erten
Impulsen eine Ersparnis an Senderleistung als weiterer Vorteil hinzukommt; andererseits
lassen sich amplitudenmo(dulierte Impulse leichter herstellen. Es besteht da#hereinBedarf
für eine Einrichtung zur Umwandlung von amplitudenmodulierten Impulsen in längenmodulierte
Impulse. Die Modulation darf durch -den Umwandlungsvorgang nicht verfälscht wenden,
sondern muß von einer Mädulationsform in die andere unverändert übernommen werden.
Dies ist beim Gegenstand der Erfindung der Fall.
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Es ist bereits bekannt, eine kontinuierlich verlaufende amplitudenverän@derliche
Spannung dadurch in längenmodulierte Impulse umzuwandeln, daß ein Kondensator vorgesehen
wind, der jeweils für eine kurze Zeitspanne entsprechend .dem Augenhlickswert, den
die amplitüdenveränderliche Spannung gerade besitzt, aufgeladen wird und sich in.
einer unmittelbar anschließenden Zeitspanne wieder entlädt. Zu .diesem Zweck ist
in den Aufladekreis sowohl wie in den Entladekreis des Kondensators eine gesteuerte
Röhre eingeschaltet, und mit Hilfe einer Wechselspannungsquelle, welche an beiden
Steuergittern liegt, wird abwechselnd die eine dieser beidenRöhren stromdurchlässig
gemacht, dieandere dagegen :gesperrt, und umgekehrt. Die Zeitspanne, welche nach
jedem Beginn einer Kondensatorentladung verstreicht, bis die Kondensatorspannung
durch einen festen Wert hindurchgeht; ist dabei von dem jeweiligen Augenblickswert
der amplitudenverän;derlichen Spannung; mit welcher der Kondensator aufgeladen worden
ist, .abhängig.
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Gemäß der Erfindung wird zur Umwandlung von amplitudenmodulierten
Impulsen in längen- oder phasenmodulierte Impulse unter Verwendung der erwähnten,
für--die Umwandlung einer amp.litudenveränderlichen Spannung :in längenmodulierte
Impulse,bekannten Schaltung mit einem Kondensator, der über eineRöhre aufgeladen
und über eineandere wieder entladen wird, sowie unter Verwendung einer Röhrenstufe:,
in .der beim Durchgang der Kondensatorladung durch einen festen Wert eine Stromänderung
stattfindet, derart gearbeitet, daß die Röhren ungestenert sind oder nur durch die
umzuwandelnden amplitudenmodulierten Impulse öder durch den Entladestrom des Kondensators
gesteuert werden, dagegen nicht .durch eine besondere Stenerwechselspannungsqu-elle.
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Wenn man phasenmodulierte Impulse zu erhalten wünscht, bestehen diese
Stromänderungen in kurzen Stromstößen, während- längenmodulierte Impulse entstehen;
wenn die Stromänderungen in dem Ein-bzw. Ausschalten eines Gleichstroms bestehen.
Letztere kann man in einfacher Weise dadurch erhalten, daß die Kondensatorspannung
mit sägezahnförmigem zeitlichem Verlauf einer begrenzenden Schwelle zugeführt wird;
der die längenmodulierten Impulse entnommen werden: Als begrenzende Schwelle wird
eine Einrichtung bezeichnet, welche für Eingangsspannungen, die einen Schwellwert
unterschreiten, undurchlässig ist und für alle Span nungen, .die einen zweckmäßig
nur knapp oberhalb des Schwellwertes liegenden Grenzwert überschreiten, als Begrenzer
wirkt.
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Die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile erfolgt an
Hand .der Zeichnung. In Ab'b. i ist oben über der Zeit t ein Impuls Ja aufgetragen,
dessen Dauer t" klein gegen den zeitlichen Abstand T vom nächsten Impuls ist und
dessen Amplitude Aa einem Augenblickswert der zu übertragenden Nachricht entspricht.
Dieser Impuls lädterfindungsgemäß einen Kondensator auf eine .der Impulshöhe proportionale
Spannung UD: (Abt. i, Mitte) auf. Wenn man diesen Kondensator anschließend mit konstantem
Strom entlädt, sinkt die Kondensatorspannung linear mit der Zeit. Die Spannung an
dem erwähnten Kondensator durchläuft :demnach für jeden ämplitudenmodulierten Impuls
Ja eine Siäge@zahnkurve JD-Wenn diese Spannung einer begrenzenden Schwelle mit dem
Schwellwert US und dem nur wenig größeren Grenzwert U9 zugeführt wird, tritt am
Ausgang,der begrenzenden Schwelle ein Strom bzw. eine Spannung von der in der untersten
Reihe der Abb. i dargestellten Form auf. Die Länge L dieser rechteckigen Impulse
ist der Kon@densatoranfangsspannung UD proportional. Hat der amplitu@denmodulierte
Impuls nur die Höhe Aa 'j so wird .der Kondensator nur auf eine Spannung
UD' aufgeladen, und die Länge des dauermodulierten Impulses beträgt nur L'. Da die
Entladungsspannungskurven des Kondensators zueinander parallel verlaufen, ist die
völlig umverfälschte Übernahme der Modulation von der amplitudenmodulierten Impulsreihe
auf die längenmodulierte Impulsreihe sichergestellt: Für die Bemessung der Entladezeit
des Kondensators haben sich folgende Überlegungen .als fruchtbar erwiesen. Wenn
man die amplitudenmodulierten Impulse in ihrer gegebenen Reihenfolge verarbeitet,
so darf sich die Entladungszeit höchstens bis zum Beginn des folgenden Impulses
erstrecken. Da jedoch ein Teil der Impulsperiode T, nämlich die Dauer t" des amplitudenmodulierten
Impulses, als Aufladezeit verbraucht wird und der letzte sich schon stark der Spannung
Null nähernde Teil der Entladungskurve praktisch nicht mehr völlig linear zu erhalten
ist und mit Rücksicht auf Verzerrungen besser nicht ausgenutzt wird, kann der höchstens
erzielbare Längenmodulationsgrad der am Ausgang der begrenzenden Schwelle auftretenden
Impulse auf diesem Wege nicht annähernd auf ioo °/o gebracht werden. In dieser Hinsicht
läßt sich Abhilfe schaffen durch sinngemäße Anwendung eines Verfahrens, das bei
der Mehrkänalübertragung mittels modulierter Impulse zurVerhinderung des Ü.hersprechens
vorgeschlagen worden ist. Dieses Verfahren zur zeitlichen Aneinanderreihung von
mit Schwänzen behafteten elektrischen Impulsen für eine Mehrkanalverbindungbesteht
darin, däß die modulierten Impulse derart inGruppen zusammengefaßtwerden, daß die
in diesen Gruppen zeitlich aufeinanderfolgenden
Impulse einander
nicht in einem als Übersprechen feststellbaren Ausmaß überlappen und daß diese Impulsgruppen
je einer Impulsv:erkürzungseinrichtung zugeführt werden, welche die Impulsschwänze
unterdrücken, und daß die am Ausgang der Impulsverkürzungseinrichtungen auftretenden
Impulse so ineinandergeschachtelt werden, daß sie die gewünschte Impulsreihenfolge
ergeben. Eine gruppenweise Impulszusammenfassung und anschließend-,- Irnpulsschachtelung
läßt sich bei dem die vorliegende Erfindung bildenden Verfahren zurUmwandlung amplitudenmodulierter
Impulsein längen- oder phasenmodulierte Impulse folgendermaßen anwenden: In Abb.
2 ist über -der Zeit t eine amplitudenmodulierte Impulsreihe aufgetragen. Die Impulse
werden zunächst in zwei Gruppen zusammengefaßt, vonwelchen die eine die geradzaliligenImpu'seJ-,J4
und die andere :die ungeradzahligen Impulse J1, J3 dieser Reihe u,mfaßt. Innerhalb
jeder Gruppe ist somit der Abstand zwischen den Anfängen aufeinanderfolgender Impulse
gleich -2T. Es sei ferner angenommen, .daß <<I, die Höhe der unmodulierten
Impulse ist und die Impulshöhe durch die Modulation höchstens zwischen den Grenzwerten
.41 und A., geändert wird. Richtet man es so ein, :daß die Kondensatorentladung
von der Höhe A1 gerade vor Beginn des nächsten Impulses J2 der ursprünglichen Impulsreihe,
also nach der Zeit T beendet ist, während sich die Entladung von der Höhe A., bis
zum Beginn :des übernächsten Impulses J, erstreckt, so ist der doppelte Hub des
längenmodulierten Ausgangsimpulses gleich T. Es ist nunmehr leicht, di:e begrenzende
Schwelle U59 so zu legen, d.aß der längenmodulierte Impuls iao°/oig durchmoduliert
wird, d. h. im un-. modulierten Zustand die Dauer T/2 hat und sich im Fall stärkster
Modulation von o bis T ändert. Die in der beschriebenen Weise umgeformten Impuls:,
werden :dann wieder ineinandergeschachtelt, so :daß sie eine Impulsreihe mit der
Periode T bilden. Da man auch bei der größten Impulslänge noch eine kleine Lücke
zwischen aufeinan:derfolgenden Impulsen frei lassen muß, muß -die größte Impulslänge
etwas kleiner als T sein; auch muß die kürzeste Impulsdauer eine :endliche Größe
haben. Sinngemäß muß bei der Erzeugung phasenmodulierter Impulse die Impulsverschiebung
sich innerhalb des Intervalls T halten. Das beschriebene Verfahren kann sowohl bei
der Einkanal- als auch bei der Mehrka.nalübertragung Verwendung finden. Im Fall
der absatzweisen oder wechselzeitigen Mehrkanalübertragung werden die Impulse in
zyklischer Vertauschung mit denAugenblickswerten verschiedener Nachrichten moduliert.
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In Abb.3 ist eine zur Durchführung ödes Erfindungsgedankens geeignete
Schaltung dargestellt. Die amplitudenmodulierten Impulse werden mit positiver Polarität
über die Klemmen i, 2 dein durch eine n:gative Vorspannung verriegelten Steuergitter
3 einer Röhre .4 aufgedrückt, ,deren Anode 5 über die Kathoden Anoden-Strecke einer
weiteren Entladungsröhre 6, insbesondere einer Pentode, an dein Pluspol einer Anodenspannungsquelle
liegt. Während der Impulszeit wird die Röhre .4 entsperrt und der zu dieser Röhre
parallel liegende Kondensator 7, der im Grenzfall durch die Eigenkapazität der Röhre
d. gebildet werden kann., entladen. Nach Beendigung :des Impulses wird die Röhre
-. wieder gesperrt, und der Kondensator 7 lädt sich über die Röhre 6. Zur Regelung
:der Ladestromstärke, also der Steilheit der Ladespannungskurve, kann ein regelbarer
kapazitiv überbrückter Widerstand 8, von dem-die Steuergittervorspannung für die
Röhre 6 abgegriffen wird, in den Aufladungsweg eingeschaltet werden.
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In Abb. d. ist eine andere Schaltung :dargestellt, die den Vorteil
eines günstigeren Aufbaus aufweist. Die wieder den Klemmen i, 2 zugeführten Impulse
laden den Kondensator io über die Diode ii auf. Parallel zur Diode liegt eine Röhre
mit großem Innenwiderstand 12, vorzugsweise eine Pentode, deren Steuergittervorspannung
an :dem regelbaren Widerstand 13 erzeugt wird. Da die Impulsspannung. derart gepolt
sein soll, daß die Klemme i negativ gegen die Klemme 2 wird und die Röhre 12 keine
Anodenvorspannung erhält, ist die Röhre 12 während der Impulszeit gesperrt und wirkungslos.
Nach Beendigung des Impulses kann die Ladung des Kondensators io nicht über die
Diode i i abfließen, weil die mit :der Kathode der Diode i i verbundene Kondensatorbelegung
eine positive Spannung hat und die Diode für die zur Entladung notwendige Stromrichtung
gesperrt ist. Der Kondensator io entlädt sich vielmehr über die Röhre 12. Da der
Entladungsstrom der Pentode innerhalb des zur Anodenspannungsachse parallelen oder
nur schwach geneigten Teils der Anodenstrom Ano:denspannungs-Kennlinie praktisch
konstant ist, erfolgt die Entladung mit konstantem Strom, und die Kondensatorspannung
nimmt linear mit der Zeit ab. Zwischen Anode und Kathode der Diode ergibt sich somit
der in Abb. i in der mittleren Reihe dargestellte Spannungsverlauf. Diese Spannung
muß nunmehr, ebenso wie dies auch im Fall der Abb. 3 zu. geschehen hat, einer begrenzenden
Schwelle zugeführt werden. Diese besteht beisp:ielsweis,e aus einer weiteren Röhre
1d., in deren Gitterstromkreis ein Widerstand 16 liegt. Das Steuergitter der Röhre
14 erhält von dem Spannungsteiler 15 eine so große negative Vorspan:nung, daß der
Anodenstrom dieser Röhre gesperrt ist und erst durch eine die Größe US überschreitende
Impulsspannung zum Fluß ,gebracht wird. Wenn die Steuerspannung den Gitterstromeinsatzpunkt
überschreitet, erzeugt der Gitterstrom an dem Widerstand 16 einen Spannungsabfall,
der einen weiteren Anstieg :des Anodenstroms verhindert. Dem Anodenkreis der Röhre
14 können die längenmodulierten Impulse entnommen werden.
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Zur Durchführung der im Zusammenhang der mit der Ab b. 2 erläuterten
Impulsschachtelung müssen zwei Einrichtungen nach Ab:b. 3 oder q. verwendet werden.
Durch einen Verteiler, beispielsweise einenKathodenstrahl-oderLichtstrahlschalter
bekannter Art, werden die ampl-itudenmodulierten Impulse allwechselnd den Eingangsklemmen
der einen und dir anderen Einrichtung zugeführt. Die
Ausgangsseiten
beider Geräte können hinter der begrenzenden Schwelle unmittelbar parallel geschaltet
werden. Um Senderleistüng zu ersparen, kann man von der Übertragung des vollständigen
längenmodüllerten Impulses absehen und sich mit der Übertragung je eines kurzen,
den Anfang und das Ende .des längenmodulierten Impulses bezeichnenden Kurzimpulses
begnügen. Man kann sogar noch einen Schritt weitergehen und nur den einen hinsichtlich
des Zeitpunktes von der Modulation abhängigen Kurzimpuls übertragen. Diese Kurzimpulse
können durch Differentiätion eines längenmodulierten Impulses hergestellt werden.
Die Differentiation läßt sich in an sich bekannter Weise mittels eines Kondensators
oder einer Spule,durchführen. In Abb. 4 liegt zum Zweck der Definition des Anfangs
und des Endes des lätgenmodulierten Impulses durch je einen Kurzimpuls im Anodenkreis
der Röhre i eine zwecks Verhinderung von Eigenschwingungen gedämpfte Spule 17, an
welcher sowohl beim Anstieg als auch beim Abfall des Anodenstroms am Anfang bzw.
Ende des längenmodulierten Impulses ein Spannungsstoß auftritt, der an den Klemmen
18, i9 abgenommen werden kann. Falls man längenmodulierte Impulse zu erhalten und
keime Differentiation wünscht, muß die Spule 17 durch einen Widerstand ersetzt
werden.
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EineEinrichtung,welchephasenmodulierte Impulse unmittelbar ohne den
Umweg über llängenmoidukerte Impulse liefert, ist in Abb. 5 schematisch dargestellt.
Diese Abbildung ist -durch den links von den Klemmen a, b der Abb. 4 befindlichen
Schaltungsteil, welcher die sägezahnförmige Kondensatorspannung liefert, ergänzt
zudenken. Mit 2o ist eine Elektronenstrahlröhre bezeichnet, in welcher aus einem
Elektronenstrahlerzeugungssystem 2-z bekannter Art, das z. B. aus einer Glühkathode,
einem Wehnelt-Zylinder und einer Beschleunigungselektrode bestehen möge, ein Elektronenstrahl
22 austritt und durch,die den Ablenkelektroden 23, 24 aufgedrückte Spannung seitlich
abgelenkt werden kann. je nach der dem Elektronenstrahl erteilten Richtung trifft
dieser die mit einer Durchtrittsöffnung 25 versehene Blendenelektrode 26, oder er
geht durch diese Blendenöffnung hindurch und fällt auf .die dahinter befindliche
Auffangelektrode 27, in deren Stromkreis der Ausgangswiderstand 2,8 eingeschaltet
ist. Den Ablenkelektroiden wird die an denKlemmen a, b erscheinende Kondensätorspannung
zugeführt. Die Vorspannung U" der einen Ablenkelektrode 24 wird so eingestellt,
daß der Elektronenstrahl .bei der Kondensatorspannung Null die Blendenelektrode
26 links von der Durchtrittsöffnung 25 trifft und unter der Einwirkung eines Spannungssägezahns
sich einmal von links nach rechts und wieder zurück bewegt. Somit treten im Stromkreis
der Auffangelektrode 27 je Sägezahn zwei kurze Stromstöße auf. Wenn man annimmt,
daß der Elektronenstrahl bei der Kondensatorspannung US (Abb. r, mittlere Reihe)
gerade den linken Rand und bei Ug. gerade den rechten Rand der Durchtrittsöffnüng
25 erreicht, so erkennt man ohne `veiterets"daß der zeitlicheAbstand:des zweiten,
vom Rücklauf des Elektronenstrahls herrührenden Stromstoßes vom ersten, beim Hinlauf
erzeugten Stromstoß der Höhe Aa des amplitudenmodu.lierten Impulses proportional
ist. Wenn man nur den zweiten Stromstoß zu erhalten wünscht, kann man den Elektronenstrahl
während des Hinlaufs, d. h. während der Kondensatorauiladung, sperren. Hierzu geeignete
Schaltungen sind aus der Technik des Fernsehempfangs mit Braunschen Röhren bekannt
und bedürfen daher keiner Erläuterung.