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Übertragungsverfahren für sehr kurze elektrische Wellen Beider Signalübertragung
mit sehr kurzen elektrischen Wellen, insbesondere bei Zentimeterwellen, treten folgende
Schwierigkeiten auf: Größere Leistungen sind bei Dauerstrich, d. h. bei ununterbrochener
Schwingung nicht zu erzielen. Man wendet daher bekanntlich Impulsbetrieb an, d.
h. man tastet die Senideröhre nur in verhältnismäßig kurzen Zeiten mit einer hohen
Betriebsspannung hoch, während zwischen diesen Zeiten längere Pausen entstehen,
in :denen nie Röhre unwirksam ist. Bei einem derartigen Impulsbetrieb ist es aber
schwierig, gleichzeitig das Signal aufzumodulieren, weshalb man den Impulsbetrieb
bisher hauptsächlich zur Messung von Entfernungen nach den Rückstrahlverfahren,
dagegen kaum zur Signalübertragung verwendet hat.
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Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, d:aß bei Zentimeterwellen
eine Abstimmung des Senders und auch des Empfängers schwierig ist, da die bisher
bekannten Röhren für Zentimeterwellen in ihrer Abstimmung kaum wesentlich verändert
werden können. Hingegen ändert sich die Frequenz häufig unbeabsichtigt durch unkontrollierbare
Einflüsse, Betriebsspannungsschwankungen u. dgl., und vor allem beim Impulsbetrieb
während der Dauer eines Tastimpulses. Eine scharfe Abstimmung des Empfängers auf
die Sendersollfrequenz würde daher, selbst wenn sie an sich möglich wäre, den
Nachteil
ergeben, daß die schwankende Senderfrequenz häufig aus dem Durchlaßbereich des Empfängers
herausfällt. Trotzdem besteht der Wunsch, am Empfänger nur Signale vom gewünschten
Sender; nicht von irgendwelchen anderen Sendern aufzunehmen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung, durch welches diese Schwierigkeiten
überwunden werden, sei an Hand derAbbildungen erläutert. Abb. z zeigt ein grundsätzliches
Schaltbild einer übertragungs-. einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Auf der Senderseite ist zunächst eine im Grunde bekannte Einrichtung
zur Erzeugung von Gleichspannungsimpulsen vorgesehen. Diese enthält einen Erzeuger
E zur Erzeugung sinusförmiger Schwingungen der Impulsfolgefrequenz f, entsprechend
Abb. 2a. Diese Impulsfol:gefrequenz soll groß . gegenüber den zu übertragenden Signalfrequenzen
sein. Liegen diese imFall von tönenderTelegraphie oder bei Fernsteuergeräten in
der Größenordnung von s= zooo Hz, so kann die Impulsfolgefrequenz f z. B. rooooHz
betragen. Aus diesen sinusförmigen Schwingungen werden in dem eigentlichen Impülsgerät
T Gleichspannungsimpulse entsprechend Abb. 2b erzeugt, deren Folgefrequenz ebenfalls=
f ist, während ihre Dauer T wesentlich kleiner als s : f ist und z. B. einige Mikrosekunden
betragen kann.
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Diese Impulse werden in dem Verstärker TI verstärkt und dort von dem
Signalfrequenzerzeuger S, z. B. einem Mikrofon, einem getasteten Sümmer od..dgl.,
entsprechend Abb. 2 c mit der Signalfrequenz s amplitudenmoduliert. Diese so modulierten
Impulse werden nun, wie Abb. 3 in vergrößertem Zeitmaßstabzeigt, miteiner alsZwischenträger
dienenden ultrakurzwelligen Schwingung des Meterwellenbereiches moduliert, insbesondere
durch diese, wie dargestellt, völlig zerhackt. Die Frequenz U der ultrakurzwelligen
Schwingung soll klein gegenüber der Frequenz der Zentimeterwelle, aber immerhin
noch groß gegenüber dem Kehrwert der Zeitdauer T eines Gleichspannungsimpulses sein,
so daß auf einen Gleichspannungsimpuls immer noch eine ganze Reihe ultrakurzwelliger
Schwingungen, z. B. zoo Perioden, fällt. Die Wellenlänge der Ultrakurzwellenschwingung
kann z. B. einige Meter betragen.
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Zweckmäßig wird der Gleichspannungsimpuls unmittelbar zur Hoc'htastung
eines Ultrakurzwellensenders U benutzt, wie in Abb. z angenommen, so daß die in
Abb. 3 dargestellten Wechselspannungsimpulse entstehen. Diese Wechselspannungsimpulse,
die gleichzeitig noch mit der (sehr niedrigen) Signalfrequenz amplitudenmodeliegt
sind, tasten den eigentlichen Zentimeterwellensender Z, so daß gemäß Abb. q., Zentimeterwellenimpulse
entstehen, .die ihrerseits durch die ultrakurzwelligeSchwingung inTeilimpulse aufgespalten
sind. Die Länge jedes Teilimpulses beträgt eine halbe Ultrakurzwellenperiode oder
sogar noch etwas weniger, z. B. ein Drittel der Periode, da der Zentimeterwellensender
Z erst oberhalb eines positiven Schwellwertes seiner Betriebsspannung zu schwingen
anfängt. Diese Schwingung wird durch die Senderantenne A ausgestrahlt.
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Am Empfänger lverden die empfangenen Zen-. timeterwellenschwingungen
unmittelbar oder nach nur mäßiger Filterung dem Gleichrichter (Detektor) G zugeführt,
worauf wieder die Ultrakurzwellenimpulse nach Abb.. 3 entstehen. Da die Frequenz.dieses
ultrakurzwelligenZwischenträgers verhältnismäßig konstant ist und für die verschiedenen
Sende-Empfangs-Kanäle verschieden gewählt sein kann, kann diese Schwingung nun einem
scharf auf sie abgestimmten bzw. abstimmbaren Empfangsverstärker zugeführt werden.
Im vorliegenden Fall wird dieser durch eine Pendelrückkopplungsstufe P (Pendelau.dion)
dargestellt, deren Eingangskreis auf die ultrakurze Welle scharf abgestimmt ist.
Die Pendelfrequenz wird von dem Oszillator 0 oder gegebenenfalls auch vom Pendelaudion
selbst erzeugt und liegt entweder zwischen ,der Frequenz u ,der ultrakurzwelligen
Zwischenträgerschwingung und der Impulsfolgefrequenz f oder wird noch zweckmäßiger
genau gleich derImpulsfolgefrequenz gewählt. In diesem Fall muß die Pendelfrequenz
durch die Impulsfolgefrequenz mitgenommen werden, wobei sich dann ein derartiger
Zustand einstellt, daß der Impuls jeweils im Anschw-ingaugenblick des Pendelau.dions
eintrifft. Am Ausgang -des Pendlers erscheint dann unmittelbar die niederfrequente
Signalfrequenz, also der Ton von z ooo Hz.
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Man kann die Impulse durch die Signalfrequenz auch in ihrer Frequenz
modulieren, wie Abb. 5 a zeigt, oder gleichzeitig in der Amplitude und in der Frequenz,
was bei passender Phasenlage und passendem Verhältnis von Frequenzhub zu Amplitudenmodulationsgra-d
auf eine Einseitenbandmodulation hinausläuft; und zwar entspricht der Fall gleichphasiger
Amplituden- und Frequenzmodulation entsprechend Abb. 5 b dem bevorzugten rechten
Seitenband, der umgekehrte Fall entsprechend Abb. 5c dem bevorzugten linken Seitenband.
Bei Frequenzmodulation empfiehlt es sich, durch die Signalfrequenzquelle S -den
Erzeuger E der sinusförmigen Schwingungen der Impulsfolgefrequenz etwa über eine
als Blindwiderstand wirkende Röhre in der Frequenz zu modulieren, entsprechend Abb.
6, während man bei gleichzeitiger Frequenz- und Amplitudenmodulation gemäß Abb.
7 den Erzeuger E frequenzmodulieren und den Verstärker V amplitudenmodulieren muß,
letzteren zweckmäßig über einen Umschalter zur wahlweisen Umschaltung von dem einen
Seitenband auf das andere.
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Der Sender U zur Erzeugung der ultrakurzwelligen Trägerschwingung
' und der Sender Z zur Erzeugung der Zentimeterwellenschwingung werden zweckmäßig
gemäß Abb.8 derart ausgebildet und miteinander verbunden, daß ein Topfschwingkreis
T', der auf die Zwischenträgerfrequenz f" abgestimmt ist, durch die Röhre R zu Ultrakurzwellenschwingungen
erregt wird, die ihrerseits als Anodensegmentspannung des Magnetrons M dienen. Im
vorliegenden Fall werden die Gleichspannungs-
Impulse als positive
Spannungsspitzen der rohrförmigen Gi,tterdurchfiihrung G' der Röhre zugeführt, während
die Anodendurchführung A' der Röhre durch Anschluß an die Topfinnenleiter gleichspannungsmäßig
auf Erdpotential liegt. Die Kathodendurcbführung K', welche mit ihrer Verlängerung
den Innenleiter eines ebenfalls auf die ultrakurze Zwischenträgerfrequenz abgestimmten
Topfschwingkreises T" bildet, liegt gleichstrommäßig über den Ableitwiderstand W
ebenfalls auf Erdpotential. Der Koppeldraht D dient zur Rückkopplung zwischen den
beiden Topfschwingkreisen.
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Das als Zentimeterwellensender dienende Magnetroh M besteht im wesentlichen
aus einem Metallzylinder mit einer zylindrischen Aussparung von rosettenförmigem
Querschnitt, welche, wie an sich bekannt, als System von Anodensegmenten und gleichzeitig
als System von langgestreckten ZentimeterwellenschwIngkreisen wirkt. Dem in der
Achse -der Aussparung befindlichen Heizfaden F wird die ultrakurzweilige Spannung
des Topfinnenleiters von T' zugeführt, während der Metallzylinder für die ultrakurzweilige
Schwingung auf Außenleiterpotential liegt, also auf seiner Außenseite keine Ultrakurzwellenspannung
führt. Die Anoden-Gitter-Strecke der Röhre R und die Heizfaden-Anoden-Strecke des
Magnetrons M können durch passende Ankopplung andenTopf schwingerT' aneinander angepaßt
werden.
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Die beiden Transformatoren T,. und T,.' dienen zur Zuführung der Heizspannungen.
Die Antennenzuführungsleitung L ist durch eine kleine Koppelschleife an das rosettenförm-ge
Schwinggebilde des Magnetrons angekoppelt.
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Abb. g zeigt ein ausführliches Schaltbild eines Empfängers nach Abb.
i, bei dem der Gleichrichter (Kristalldetektor) G unmittelbar in den Dipol D eingeschaltet
ist. Die Pendelstufe erzeugt gemäß der bekannten Flewellingschaltung die Pendelfrequenz
mittels :der dargestellten R- und C-Glieder selbst, während,derEingangskreis auf
dieZwischenträgerfrequenz abgestimmt ist.
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Im Fall der Wechselstromtelegraphie treten an Stelle der Signalfrequenzquelle
S in A'bb. i, 6 und fi zwei abwechselnd eingeschaltete Generatoren von z. B. zooo
und i5oo Hz. Bei Mehrfachtelegraphie können mehrere Frequenzen gleichzeitig aufmoduliert
werden. -Es ist auch möglich, an der Empfängerseite als Nutzfrequenzen nicht die
am Empfänger aufmodulierten Signalfrequenzen zu benutzen, sondern die durch Modulation
der Impulsfolge mit den senderseitigen Signalfrequenzen entstehenden Seitenbandfrequenzen,
die am Ausgang des Pendlers P ebenfalls mit großer Amplitude auftreten. Diese Maßnahme
wird man z. B. dann durchführen, wenn der Empfänger auf einem Fahrzeug angeordnet
ist und die Gefahr besteht, daß die ursprünglichen niedrigen Signalfrequenzen am
Empfänger durch Vibrationen u. dgl. vorgetäuscht oder doch wenigstens gestört werden.
Diese Gefahr wird vermieden, wenn die Ansprechrelais od. dgl. am Empfänger auf die
Seitenbandfrequenzen, d. h. auf die um die Impulsfolgefrequenz versetzten ursprünglichen
Signalfrequenzen abgestimmt sind. Die ursprünglichen Signalfrequenzen sind in diesem
Fall nur Hilfsfrequenzen, durch deren Mischung mit der Impulsfolgefrequenz. erst
die eigentlichen, am Empfänger wirksamen Signalfrequenzen entstehen.
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Die Unterbrechung der Gleichspannungsimpulse mit der ultrakurzweiligen
Zwischenträgerschwingun@g hat zur Folge, d@aß das Tastverh!ältnis (Gesamtdauer der
Pausen zur Gesamtdauer der Schwingzeiten) in bezug auf die Zentimeterwellenschwingung
noch um den Faktor z : i bis 3 : i vergrößert wird. Da dieses Tastverhältnis mit
Rücksicht auf die nach oben begrenzte mittlere Leistung des Magnetrons nach unten
begrenzt ist, bedingt die Zerhackung, daß manentweder @dieGleichspannungsimpulse
verlängern kann, was die notwendige Frequenzbandbreite verringert und die _ Anzahl
möglicher Kanäle vergrößert, oder daß man die Impulsfolgefrequenz erhöhen kann,
was wiederum die Übertragung höherer Signalfrequenzen ermöglicht, oder @daß man
die Spitzenleistung,der Zentimeterwellenimpulse und damit die Reichweite erhöhen
kann.
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An sich ist es bereits bekannt, bei der Übertragung ultrahochfrequenter
Schwingungen mit Zwischenträgern zu" arbeiten. Das Wesen der Erfindung besteht demgegenüber
in der Anwendung dieses Gedankens auf impulsgetastete Sender in der Weise, -daß
die oben angegebenen Beziehungen zwischen der Signalfrequenz s, der Impulsfol,gefrequenz
f, der Zwfschenträgerfrequenz U und .der Zentimeterwellenfrequenz Z bestehen (s<<
f < U<<Z). Erst hierdurch werden die eingangs erwähnten Schwierigkeiten
für die Signalübertragung auf Zentimeterwellen überwunden.
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Die Sendung kann nur dann abgehört werden, wenn man sowohl die Zentimeterwellenfrequenz
als auch die Zwischenträgerfrequenz als schließlich auch die Impulsfolgefrequenz,
:die hier sozusagen als zweiter Zwischenträger wirkt, kennt. Hierdurch ist eine
wirkungsvolle Geheimhaltung trotz einfachstem Empfängeraufbau verbürgt.
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An Stelle der Amp.litudenmodulation der Impulse kann auch eine Zeitmodulation,
also eine Modulation der Impulsdauer, treten.