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Verfahren und Einrichtung zum ungestörten Empfang von Schwingungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren zur Vermeidung der durch lokale
Störungen bedingten Empfangsverzerrungen. Durch dieses Verfahren wird die durch
Rauschen der Röhren, Widerstände, Mikrophone, Photozellen usw. verursachte Gleichstromkomponente
der verstärkten und gleichgerichteten Zeichen vermieden. Es ist deshalb besonders
geeignet zum Empfang sehr schwacher akustischer, optischer oder radioelektrischer
Signale.
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Diese Empfangsverbesserung wird erreicht, indem die Schwingungen durch
mindestens zwei getrennte Empfänger und Verstärker aufgefangen und verstärkt werden,
worauf die Demodulation durch gegenseitige Modulation der verstärkten Schwingungsvorgänge
erfolgt. Es sind bereits verschiedene Verfahren und Einrichtungen bekannt, bei denen
getrennt empfangene und verstärkte Schwingungsvorgänge gegenseitig moduliert werden.
Im USA.-Patent 2 077 401 ist beispielsweise eine Einrichtung zur Richtungsbestimmung
der einfallenden Wellen mit zwei getrennten Empfangskanälen beschrieben. Der eine
Kanal enthält einstellbare Mittel zur Phasendrehung der verstärkten Schwingungen.
Durch Modulation erhält man dann eine Kontrollspannung, die für kleine Richtungsabweichungen
der einfallenden Wellen gegenüber einem vorgegebenen Wert charakteristisch sind.
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Im Gegensatz zu bekannten Einrichtungen werden die Schwingungen gemäß
der vorliegenden Erfindung durch gleiche, gleich angeordnete und unmittelbar
benachbarte
Empfangssysteme aufgefangen und auch in gleichartigen Verstärkern verstärkt, wobei
wegen der ganz neuartigen Zweckbestimmung des getrennten Schwingungsempfanges die
elektrischen Übertragungseigenschaften beider Empfangskanäle nicht wesentlich voneinander
abweichen, und namentlich deren Phasenübertragungsmasse einander gleich und unveränderbar
bleiben.
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Die Wirkungsweise wird nun vorerst an Hand der Fig. 1, 2 und 3 erläutert.
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In Fig. 3 sind durch El und EZ die beiden Scl'wingungsempfänger dargestellt,
bei denen es sich beispielsweise um Antennen zum Empfang von Radiowellen handeln
kann. Die empfangenen Schwingungen werden in den Verstärkern V1 bzw. V2 verstärkt
und gelangen auf die produktbildende Modulationsschaltung M; die Schwingungsempfänger
El und E2 sind unmittelbar nebeneinander angeordnet, und ihr Abstand ist klein im
Vergleich mit einer Wellenlänge der verstärkten Schwingungen, so daß dieselben über
beide Empfangskanäle mit gleicher Phasenlage auf die Modulationsschaltung M gelangen.
Durch Produktbildeng in M erfolgt Gleichrichtung, wodurch die über das Tiefpaßfilter
B dem Anzeiger Y zugeführte Gleichspannung dem Amplitudenquadrat der
empfangenen Wellen proportional ist.
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Die mit dem ersten bzw. zweiten Empfänger El bzw: E2 aufgefangenen
Wellenzüge mögen beispielsweise dem Verlauf s1 bzw. s2 in Fig. 1 entsprechen. Durch
p bzw. q seien noch Störschwingungen angedeutet, welche ihren Ursprung in den Empfängern
E und den Verstärkern V haben, z. B. Rauschspannungen. Durch Gleichrichtung des
gesamten Signals r1 und Ausscheidung der höheren Frequenzen in bisher üblicher Weise
würde das niederfrequente Signal G1 = A + Z1 entstehen, das neben dem zu übertragenden
Zeichen Z1 wegen P noch ein Störsignal A enthält. In analoger Weise würde durch
Gleichrichtung der Schwingungen r2 des zweiten Empfangskanals wegen q
die
Störung B entstehen. Nach dem neuen Verfahren werden nun die Schwingungen r1 bzw.
r2 nicht getrennt gleichgerichtet, sondern durch deren gegenseitige Modulation wird
ein Modulationspunkt R gebildet, aus dem wieder durch Ausscheiden der höheren Frequenzen
das zu übertragende Zeichen Z gewonnen werden kann. Die Störungen P und q, die für
beide Empfangskanäle nicht zusammenfallen, ergeben dagegen keinen Anteil an die
Gleichstromkomponente des Modulationsproduktes, d. h. das durch Beruhigung aus R
gewonnene Niederfrequenzsignal G ist praktisch frei von Störungen lokaler Herkunft.
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Die Störungen P und q können gemäß Fig. 2 auch aus unterbrochenen,
aber ungleichen Schwankungsvorgängen bestehen. Auch in diesem Falle verschwindet
die Gleichstromkomponente des Modulationsproduktes während der Zeichenpause, und
die zu übertragenden Zeichen werden durch die nach der Beruhigung verbleibenden
Signalschwankungen C nicht wesentlich entstellt. Durch Gleichrichtung und nachfolgende
Beruhigung der Signale r1 bzw. r2 würden dagegen stark verzerrte Zeichen G1 bzw.
G2 (Fig. 2) gebildet, welche die Anteile A bzw. B aus den gleichgerichteten
Störschwingungen C . P2 bz«-. c - q- enthalten. Für eine weitere Übertragung zur
Betätigung von Relais oder zur Aufzeichnung wären solche Zeichen vollständig ungeeignet.
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Bei den Signalen s möge es sich beispielsweise um Hochfrequenzschwingüngen
von der Frequenz u, handeln; die mit den niederfrequenten Zeichen S getastet sind:
s = S sin (uot) (i) Die Störschwingungen P bzw. q können dagegen in ein Spektrum
von zahlreichen Komponenten verschiedener Amplitude (Pl, P2 ... bzw. Q1,
Q2 . . .),
Frequenz (u1, u2 ... bzw. v1, v2 ... ) und Phasenlage
(a1, a2 ... bzw. b1, b2 ... ) zerlegt werden: p = Pl sin (u1
t - a1) -[- P2 sin (u2 t - a2) + . . . (2)
q = Q1 sin
(vlt - b1) -f- Q2 sin (v2t - b2) -f- . . .
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Die Schwingungen beider Empfangskanäle setzen sich dann zusammen aus
den zu übertragenden Signalen s und den Störschwingungen P bzw. q:
Durch Übertragung über eine nichtlineare Charakteristik zum Zweck der Gleichrichtung
würden aus den Schwingungen r1 bzw. y2 eines einzelnen Empfangskanals die Signale
entstehen, wobei durch c eine Gleichrichterkonstante bezeichnet ist. Die Gleichstromkomponente
dieser Signale setzt sich aus Beiträgen aus den einzelnen Komponenten der ursprünglichen
Schwingungen r zusammen
d. h. die durch Beruhigung gewonnenen Zeichen G1 und G2 sind durch die Störschwingungen
lokalen Ursprungs entstellt, welche die Anteile A bzw. B während der
Signalpausen ergeben (vgl. Fig. z). Gemäß der vorliegenden Erfindung werden dagegen
die Zeichen im Empfänger durch gegenseitige produktbildende Modulation aus den Signalen
r1 und r2 zweier getrennter Empfangskanäle gewonnen, d. h.
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R=c-rl-r2=c(s+p)'(s+q) (6)
Die Gleichstromkomponente der so
gewonnenen Zeichen ist unter der Voraussetzung, daß s, p und q leine frequenzgleichen
Komponenten enthalten G=lf2C.S2 denn die Teilprodukte P - s, q - s, q ergeben, weil
aus ungleichen Frequenzen zusammengesetzt, keinen Gleichstromanteil. Diese Gleichstromkomponente
G stimmt mit Z überein, wenn Z keine Wechselkomponenten enthält. Bei den Zeichen
Z handelt es sich jedoch im allgemeinen um langsam getastete Telegraphenzeichen
oder um niederfrequente Schwingungsvorgänge. Das Tiefpaßfilter B (Fig. 3) zur Ausscheidung
der höheren Störfrequenz muß natürlich für die charakteristischen Frequenzen dieser
Zeichen Z genügend durchlässig sein. Damit werden aber auch
die
niederen Störfrequenzen mit übertragen, welche bei der gegenseitigen Modulation
von Schwingungen fast gleicher Frequenz als Differenzfrequenz entstehen. Wenn beispielsweise
wo die höchste Frequenz der Zeichen Z und damit gleichzeitig die Grenzfrequenz des
Tiefpaßfilters Bist, so enthalten die durch Modulation und nachfolgende Beruhigung
gewonnenen Zeichen G noch Störfrequenzen, die durch gegenseitige Modulation allerhöchstens
um die Frequenz wo verschiedenen Komponenten von s und P bzw. s und q bzw. P und
q entstehen. Bei genügend niedriger Grenzfrequenz wo wird jedoch dieser störende
Anteil des beruhigten Modulationsproduktes G verschwindend klein. Die Wirksamkeit
des neuen Verfahrens wächst demnach mit sinkender Zeichenfrequenz. Bei genügend
langsamen Zeichen Z kann aus diesem Grunde die Amplitude der Störschwingungen p
und q ein Vielfaches der eigentlichen Signalamplitude von s betragen, ohne daß diese
Zeichen Z_ dadurch in unzulässiger Weise entstellt werden.
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Die gleiche Wirkung könnte bei den bisher üblichen Empfangsmethoden
dadurch erreicht werden, daß die modulierten Hochfrequenzschwingungen über genau
abgestimmte Bandfilter übertragen werden, deren Bandbreite den höchsten maßgebenden
Zeichenfrequenzen entspricht, so daß die störenden Schwankungsvorgänge weitgehend
unterdrückt werden. Durch eingehende Untersuchungen wurde ermittelt, daß die günstigste
Bandbreite zur wirksamen Entstörung bei einer Telegraphiergeschwindigkeit von ioo
Buchstaben pro Minute beispielsweise 6 Hz beträgt (»>Telefunken Zeitung«, Bd. i9,
Heft 78, Seite 38). Es liegt nun auf der Hand, daß es praktisch außerordentlich
schwierig ist, hierzu geeignete Hochfrequenzfilter mit Bandbreiten von wenigen Hertz
und der erforderlichen Abstimmungskonstanz herzustellen, ganz abgesehen von der
besonderen Schwierigkeit, die hochfrequente Trägerwelle ebenfalls innerhalb dieser
Grenzen konstant zu halten.
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Es ist dagegen ein leichtes, Tiefpaßfilter mit einer entsprechenden
niederen Grenzfrequenz herzustellen, wie sie als Beruhigungsfilter B für die Empfangseinrichtungen
gemäß dem neuen Verfahren benötigt werden. Der Empfang ist dabei auch möglich, wenn
die Empfängerabstimmung bzw. die Trägerfrequenz absichtlich oder aus schwer vermeidbaren
Gründen schwankt, solange diese Frequenzschwankungen innerhalb der Bandbreite der
Empfangskreise liegen. Diese Bandbreite braucht nicht unnötig klein bemessen zu
werden, und das neue Empfangsverfahren hat die Vorzüge einer außerordentlich scharfen
Abstimmung auf die zu empfangende Trägerwelle, ohne die damit verbundenen Nachteile
(Abstimmungsschwierigkeiten, schwierige Herstellung solcher Filter) aufzuweisen.
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Das neue Verfahren beschränkt sich nicht auf den Empfang modulierter
Radiowellen. Es kann auch zur Anzeige mechanischer, akustischer, optischer oder
elektrischer Schwingungen verwendet werden, wie aus den nachfolgenden Anwendungsbeispielen
hervorgeht.
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An Hand der Fig. 4 bis 8 werden nun einige Empfangseinrichtungen beschrieben,
bei welchen das neue Verfahren zur Anwendung kommt. Fig. 4 zeigt eine Einrichtung
zur Anzeige akustischer Schwingungen. Die beiden Mikrophone N1 und N2 sind beispielsweise
in einem Hohlspiegel zum gerichteten Schwingungsempfang angeordnet. Ihr Abstand
d soll klein sein gegenüber der Wellenlänge der nachzuweisenden Schallwellen. Die
entsprechenden elektrischen Schwingungsvorgänge s1 und s2 gelangen deshalb mit gleicher
Phasenlage über die Klemmen 41, 42 zu den Verstärkern V1 bzw. V2 und werden zusammen
mit den unvermeidlichen Störschwingungen bzw. q beider Mikrophone und Verstärkereingänge
verstärkt. Durch zwei gleiche Filter F1 und FZ können nötigenfalls Störfrequenzen,
die außerhalb der nachzuweisenden Schallfrequenzen liegen, unterdrückt werden. Die
Modulationsschaltung M besteht beispielsweise aus zwei Gleichrichtern, welchen die
Summe bzw. Differenz@beider Eingangsspannungen von den Klemmen 45, 46 über die in
M angedeuteten Spulen zugeführt wird. Das über 48 entnommene Modulationsprodukt
enthält eine Gleichstromkomponente, welche dem Amplitudenquadrat der einfallenden
Schallwellen entspricht. Sie kann durch einen Gleichstromanzeiger J angezeigt werden
oder z. B. durch Auslösung eines Relais R zur Betätigung eines Signalhornes H dienen.
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Eine solche Vorrichtung zur Anzeige akustischer Schwingungen läßt
sich .zu verschiedenen Zwecken verwenden, beispielsweise zur Anzeige herannahender
Flugzeuge oder Fahrzeuge, zur akustischen Überwachung irgendwelcher Anlagen gegen
unbefugtes Eindringen oder zur Überwachung technischer Vorgänge, die mit charakteristischen
Geräuschen verbunden sind. Bei Verwendung von schwenkbaren Schallempfängern mit
ausgeprägter Richtwirkung läßt sich auch die Richtung der einfallenden Schallwellen
bestimmen, indem durch Suchbewegungen mit diesen Schallempfängern das Empfangsmaximum
eingestellt wird. Eine besondere Anwendung liegt in der akustischen Signalübertragung,
wobei auf der Geberseite eine bestimmte Schallfrequenz mit den zu übertragenden
Zeichen getastet oder moduliert ist. Diese akustische Trägerwelle kann auf der Empfängerseite
zweckmäßig durch die entsprechend abgestimmten Filter F" F2 von stark frequenzverschiedenen
Störschwingungen getrennt werden. Das Modulationsprodukt wird nach 48 zweckmäßig
über ein Tiefpaßfilter übertragen, das für die höchsten maßgebenden Frequenzen der
zu übertragenden Zeichen gerade noch durchlässig ist, so daß unerwünschte Störfrequenzen
noch weitgehend unterdrückt werden. Die so wiedergewonnenen Zeichen können dann
durch an sich bekannte optische oder akustische Mittel wiedergegeben oder durch
eine Schreibvorrichtung registriert werden. Bei hinreichender Beruhigung des Modulationsproduktes
können in dieser Weise äußerst schwache akustische Signale nachgewiesen werden,
deren entsprechende Mikrophonspannungen weit unterhalb des Rauschpegels der Mikrophone
und der Verstärker liegen.
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Die Amplitude der zu empfangenden akustischen Vorgänge unterliegt
in vielen Fällen starken Schwankungen z. B. infolge veränderlicher Intensität oder
Distanz der Schallquelle oder veränderlicher Übertragungseigenschaften
des
Schallträgers. In solchen Fällen empfiehlt es sich, die Verstärkung beider Empfangskanäle
jeweils in der Weise der momentanen Schallstärke anzupassen, daß die Amplituden
an den Eingangsklemmen 45, 46 der Modülationsschaltung angenähert konstant bleiben.
Dies kann durch Verstärkungsregelung von Hand oder Übertragungsmittel mit begrenzter
,dimplitudenübertragungsfähigkeit, wie amplitudenabhängige Widerstände, erreicht
werden oder auch durch eine automatische Verstärkungsregelung, indem die Verstärkung
von V1 und V2 in an sich bekannter Weise durch die z. B. in G, und G2 gleichgerichteten
und nachträglich beruhigten Signale im Sinne einerDynamikverminderung gesteuert
wird.
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Das neue Verfahren kann auch zum Nachweis mechanischer Sehwingungen
fester Körper verwendet werden, wobei Tastmikrophone oder ähnliche mechanisch-elektrische
Übertrager verwendet sind. Die Gleichstromkomponente des Modulationsproduktes entspricht
dabei dem Amplitudenquadrat der mechanischen Schwingungen.
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In Fig.5 wird nun eine Vorrichtung zum ungestörten Empfang optischer
Signale, wie Lichtstrahlen, ultrarote oder ultraviolette Strahlen, gezeigt. Die
Strahlen werden beispielsweise durch, das Linsensystem L gesammelt und auf zwei
Photozellen geworfen. Diese Photozellen können in einem gemeinsamen Glaskolben untergebracht
sein, wobei gewisse Teile, z. B. die Anöde Q, für beide Zellen gemeinsam sind, während
mindestens zwei gleichartige Elektroden, z. B. die Kathoden P1, P2, beider Zellen
getrennt ausgeführt sind. Die Photozellenspannungen werden in V, und V2 verstärkt
und gelangen, nötigenfalls über die Filter Fr, F2, auf die Modulationsschaltung
M. Es kann sich bei M um eine Gegentaktmodulationsschaltung, wie in M angedeutet,
oder um irgendeine andere an sich bekannte gleichwerte Modulationseinrichtung handeln.
Wenn für V1 und V2 Gleichstromverstärker zur Verwendung kommen und auch die Filter
F1, FZ gleichstromdurchlässig gemacht sind, so ist die Gleichstromkomponente des
Modulationsproduktes direkt abhängig von der Stärke der aufgefangenen optischen
Strahlung. Normalerweise handelt es sich jedoch um den Nachweis einer Strahlung,
deren Intensität mit irgendwelchen Zeichen moduliert ist. In diesem Falle brauchen
die beiden Empfangskanäle nicht gleichstromdurchlässig zu sein, und die Gleichstromkomponente
des Modulatiorsproduktes entspricht den Amplitudenschwankungen, d. h. der Modulationstiefe
der empfangenen Strahlung. Zu einer besonders zweckmäßigen optischen Signalübertragung
werden die sichtbaren oder unsichtbaren Strahlen mit einer bestimmten hörharen oder
übertonfrequenten Trägerwelle moduliert, welche ihrerseits mit den zu übertragenden
telegraphischen oder gesprochenen Zeichen moduliert ist. Diese modulierte Trägerwelle
wird durch die Photozellen aus den empfangenen optischen Strahlen in Form entsprechender
elektrischer Schwingungsvorgänge wiedergewonnen und gelangt auf die beiden Verstärker
l;'1, P- Die Filter F1 und F2 zur Unterdrückung von Störfrequenzen sind dann auf
diese Trägerwelle abgestimmt. Sie sollen eine Durchlaßbandbreite aufweisen, die
mindestens dem Frequenzumfang der zu übertragenden Zeichen angemessen ist. Durch
gegenseitige Modulation beider modulierten Trägerwellen in M und nachfolgende Beruhigung
in B werden diese Zeichen als Gleichstrom-Niederfiequenzteil des Modulationsproduktes
wiedergewonnen. Sie können, nötigenfalls nach vorheriger Verstärkung in V5, einem
Telephon T und,'oder einer Registriervorrichtung R zugeführt werden.
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Durch diese Empfangsvorrichtung für optische Signale werden niederfrequente
Störungen der übertragenen Zeichen durch Rauschspannungen der Photozellen und Verstärker
weitgehend unterdrückt. Bei ausreichend niederer Zeichenfrequenz können dabei die
Signalspannungen beider Empfangskanäle weit unterhalb der Rauschspannungen liegen,
ohne daß der Empfang in unzulässiger Weise gestört wird. Da die durch optische Signale
übertragenen Frequenzen normalerweise unterhalb einer Grenze von z. B. ioo ooo Hertz
liegen, ist die Länge der entsprechenden Wellenzüge größer als die entsprechende
Grenzwellenlänge von z. B. 3o km. Aus diesem Grunde können die beiden optiszh-elektrischen
Empfangssysteme auch in einer gegenseitigen Distanzierung von vielen Metern angebracht
sein, ohne daß die Schwingungsvorgänge in beiden Empfangskanälen unzulässige Phasenabweichungen
aufweisen. Durch genügende Distanzierung der optischen Empfangssysteme wird erreicht,
daß zahlreiche Störungen der aufgefangenen Strahlung (fremdes Licht usw.) nicht
für beide Empfänger übereinstimmen. Das neue Verfahren wird dann auch gegenüber
diesen außerhalb der Empfänger entstehenden Störungen wirksam.
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Das Verfahren eignet sich auch für Empfangseinrichtungen mit Pendelrückkopplung.
Da die Nutzschwingungen der beiden Empfangskanäle phasengleich sein müssen, so ist
für die beiden Pendelrückkopplungsempfänger die gleiche Pendelhilfsfrequenz zu verwenden,
welche zweckmäßig aus einem gemeinsamen Oszillator entnommen wird. Die durch Pendelrückkopplung
verstärkten Hochfrequenzschwingungen werden wieder dem Modulator zur Bildung des
Modulationsproduktes zugeführt, weiches eine dem Signalwert entsprechende Gleichstromkomponente
aufweist.
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Die Verwendung zweier Empfangskanäle mit nachfolgender Modulation
gemäß vorliegender Erfindung zum Empfang sichtbarer oder unsichtbarer optischer
Strahlen eignet sich nicht nur zur Nachrichtenübermittlung, sondern auch zu Kontroll-
und Meßzwecken. Da die statistischen Unregelmäßigkeiten der Photozellen und Verstärker
auf die Gleichstromkomponente der Ausgangsspannung ohne Einfluß bleiben, können
beispielsweise äußerst schwache Strahlungen nachgewiesen und gemessen werden. Diese
Strahlen werden zweckmäßig vor den Photozellen durch geeignete mechanische bewegte
Mittel, z. B. rotierende Blendenscheibe, zerhackt, um für die Veistärkung besser
geeignete Wechselspannungen zu erhalten. Das Verfahren kann auch zum Nachweis sehr
kleiner elektrischer Spannungen angewendet werden. Diese Spannungen werden beiden
Verstärkern
getrennt zugeführt, und durch die Modulation wird eine
Gleichstromkomponente der Ausgangsspannung infolge von Rauschspannungen beider Verstärkungskanäle
vermieden. In dieser Weise können Empfangseinrichtungen für Erdtelegraphie hergestellt
werden, indem zwei getrennte Bodensonden je mit einem Verstärkereingang verbunden
sind. Auch zur Messung sehr kleiner Wechselspannungen, die unterhalb des Rauschpegels
der Verstärker liegen, ist das Verfahren ohne weiteres geeignet.
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Bei der Anwendung des neuen Verfahrens zum Empfang von Radiowellen
sind zahlreiche Modifikationen möglich, wovon einige Beispiele an Hand der folgenden
Figuren erläutert sind.
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In Fig. 6 ist die Schaltung einer Einrichtung zur Anzeige elektromagnetischer
Schwingungen- gezeigt, deren Frequenz nicht genau bekannt oder veränderlich ist.
Die empfangenen hochfrequenten Schwingungen gelangen von den beiden Antennensystemen
Al, A2 über die Klemmen 61, 62 zu den aperiodischen oder Breitbandverstärkern,
deren Frequenzdurchlaßumfang mindestens den extremsten Frequenzen der anzuzeigenden
Wellen entspricht. Mit Rücksicht auf die stark veränderlicheAmplitudedernachzuweisenden
Hochfrequenzschwingungen empfiehlt sich in vielen Fällen eine an sich bekannte automatische
Verstärkungsregelung mit einer in Gl bzw. G2 durch Gleichrichtung und Beruhigung
gewonnenen Amplitudenregelspannung, die über 168, 169 je einem steuerbaren Übertragungselement
der Verstärker, z. B. Regelpentode oder Hexode, zugeführt wird. Durch Modulation
in M entsteht wieder ein Modulationsprodukt, dessen Gleichstromkomponente, welche
durch das Tiefpaßfilter B von unerwünschten Störfrequenzen getrennt wird, bei Berücksichtigung
der momentanen Verstärkung von V1 und V2 ohne weiteres auf die Amplitude der einfallenden
Schwingungen schließen läßt. Durch das Anzeigeinstrument J oder eine Kontrolleinrichtung
K wird diese Gleichstromkomponente in geeigneter Weise angezeigt oder registriert.
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Eine solche Einrichtung eignet sich beispielsweise zur Feldstärkemessung,
wobei natürlich die Verstärkung beider Verstärker V1, V2 fest eingestellt oder aber
die Größe der veränderlichen Verstärkung durch Registrierung der Verstärkungsregelspannungen
an 168, 169 mitberücksichtigt werden muß. Im Gegensatz zu bekannten Feldstärkemeßgeräten
ergeben solche Einrichtungen richtige Anzeigen auch bei den kleinsten Feldstärken,
die weit unterhalb des Rauschpegels der Empfangsgeräte liegen können. Da die Frequenzdurchlaßbreite
der Verstärker durch fremde Störfrequenzen gegeben ist und nicht zwecks Unterdrückung
von Rauschspannungen unnötig eng 1,I bemessen werden muß, kann auch die Verstärkung
im Durchlaßgebiet unabhängig von kleinen Abstimmungsabweichungen genau angegeben
werden.
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Die Schaltung Fig. 6 eignet sich auch zum Empfang von Schwingungen,
deren Frequenz zwecks Geheimhaltung periodischen oder nichtperiodischen Schwankungen
unterworfen ist. Auch zum Empfang oder Nachweis von Wellen nicht genau bekannter
Frequenz werden solche Einrichtungen mit Vorteil verwendet. Da die Empfangsanordnung
auf alle Wellen innerhalb des durch die Bandbreite der Verstärker gegebenen Frequenzbandes
anspricht, erhält man einen Radiowächter, der beispielsweise im Funkdienst auf hoher
See oder im Flugfunkdienst nützliche Dienste leistet. Die Empfindlichkeit solcher
Kontrollgeräte kann äußerst weit getrieben werden, da die Gleichstromkomponente
der Ausgangsspannung auch bei großen Verstärkerbandbreiten von den lokalen Störungen
beider Empfangskanäle (Rauschspannungen usw.) vollständig unabhängig ist.
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In Fig. 7 ist noch gezeigt, wie das neue Verfahren beim Überlagerungsempfang
angewendet werden kann. Die beispielsweise mit Rahmenantennen aufgefangenen hochfrequenten
Schwingungen gelangen über die Hochfrequenzvorverstärker V1 bzw. V2 zu den Überlagerungsstufen
U1 bzw. U2, wo in an sich bekannter Weise Überlagerung bzw. Frequenzverschiebung
mit der Hilfsfrequenz des lokalen Oszillators 0 erfolgt. Da die empfangenen Signalspannungen
s1 bzw. s2 beider Vorstufen wegen der gleich und unmittelbar benachbart angeordneten
Antennensysteme einander gleich sind und namentlich bezüglich ihrer Phasenlage zusammenfallen,
stimmen auch die durch Überlagerung mit der gleichen Hilfsschwingung frequenzverschobenen
Signale s3, s4 am Ausgang dieser Überlagerungsstufen miteinander überein. Diese
neuen Signale, welche die Summenfrequenzen und/oder Differenzfrequenzen der empfangenen
und der in 0 erzeugten Schwingungen enthalten, werden in den Zwischenfrequenzverstärkern
V3 bzw. V4 weiter verstärkt und gelangen auf die Modulationsschaltung M. Das über
77 entnommene Modulationsprodukt enthält wieder eine Gleichstromkomponente, die
wegen der Phasengleichheit der zugeführten Signale s3, s4 deren Amplitudenquadrat
entspricht und damit auch für das Amplitudenquadrat der empfangenen Schwingungen
s1, s2 charakteristisch ist. Für ein einwandfreies Arbeiten dieser Empfangsschaltung
ist es nur unerläßlich, daß die Phasenübertragungsverhältnisse beider Empfangskanäle
gleich sind und daß auch die Hilfsfrequenz des lokalen Generators 0 beiden Überlagerungsstufen
U1 und U2 mit gleicher Phasenlage zugeführt wird. Es ist allerdings auch möglich,
gegenseitige Phasenabweichungen beider Empfangskanäle durch entsprechende phasendrehende
Mittel in einem oder in beiden Empfangskanälen zu kompensieren. Im Gegensatz zu
den eigentlichen Signalen s1, s2 ergeben die Störschwingungen p und q, die über
längere Zeitintervalle betrachtet nicht zusammenfallen, auch nach ihrer Überlagerung
in U1, UZ mit der lokalen Hilfsfrequenz keine frequenz- und phasengleichen Schwingungsvorgänge.
Eine Gleichstromkomponente des Modulationsproduktes aus diesen Störfrequenzen ist
deshalb nicht zu erwarten. Das beruhigte und nötigenfalls in V5 nochmals verstärkte
Modulationsprodukt kann beispielsweise einem Registrierinstrument R zugeführt werden,
welches die übertragenen Zeichen aufzeichnet.
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Im Gegensatz zu Fig. 6 ist bei der Schaltung Fig. 7 eine automatische
Verstärkungsregelung vorgesehen, deren Regelspannung durch besondere Beruhigung
des
in 111 gebildeten Modulationsproduktes in B1 gewonnen und beiden Vorverstärkern
V1 und V2 gemeinsam über die Klemmen i78 zugeleitet wird. Da diese Gleichstromkomponente
dem Amplitudenquadrat der empfangenen Schwingungen entspricht, eignet sie sich ohne
weiteres zur automatischen Verstärkungsregelung. Die Schaltung gemäß Fig. 7 läßt
sich auch zu allen Anwendungszwecken verwenden, die bereits an Hand der Fig.6 erwähnt
wurden.
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Von besonderer Bedeutung ist die Verwendung solcher Empfangseinrichtungen
an Orten mit sehr geringer Empfangsfeldstärke: Unter der Erdoberfläche, im Wasser
(Unterseeboote), in ungünstig gelegenen Orten oder Lokalitäten, bei Fahrzeugen mit
ungünstigen Empfangsverhältnissen (Tanks). In allen solchen Fällen bereiteten bisher
Störspannungen .infolge der unvermeidlichen Rauschspannungen große und zum Teil
unüberwindliche Schwierigkeiten, da diese Störungen nur durch äußerst selektive
und praktisch kaum realisierbare Selektionsmittel vermindertwerden konnten, welche
ihrerseits wieder äußerste Konstanz der Sender- und Empfängerabstimmung zur Voraussetzung
hatten. Nach dem neuen Verfahren wird jedoch die Rolle dieser Selektionsmittel teilweise
auf leicht und billig herzustellende Tiefpaßfilter zur Beruhigung der Modulationsprodukte
übertragen, welche in vielen Fällen erspart 'werden können.
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In Fig. 8 wird nun schließlich noch eine Schaltung zum Empfang von
Hochfrequenzschwingungen gezeigt, die mit einem amplitudenmodulierten Zwischenträger
moduliert sind. Die mit den Antennen A1, A 2 empfangenen und in V1, V2 verstärkten
Hochfrequenzschwingungen werden über 83, 84 den Gleichrichtern Dl, D2 zugeführt.
Durch die erste Demodulation in diesen Gleichrichtern wird der Zwischenträger wiedergebildet,
welcher mit den zu übertragenden Zeichen amplitudenmoduliert ist. Dieser Zwischenträger
gelangt über die Bandfilter F1 bzw. FZ zur Unterdrückung von Störfrequenzen und
eventuelle weitere Verstärker zur Modulationsschaltung M. Wegen der gleichartigen
elektrischen Übertragungseigenschaften beider Empfangskanäle stimmen diese über
185 bzw. 186 zugeführten Signale überein, und die Gleichstromkomponente des Modulationsproduktes
entspricht der momentanen Amplitude des Zwischenträgers und damit dem zu übertragenden
Zeichen. Diese Zeichen werden in V, nötigenfalls noch einmal verstärkt und gelangen
über 89 beispielsweise zur Registriervorrichtung R. Die über 83 bzw. 84 ebenfalls
zu den Gleichrichtern gelangenden Störschwingungen bzw. q ergeben nach der Gleichrichtung
und Filterung in F neue Störfrequenzen, die mit Rücksicht auf ihren getrennten Ursprung
über ein längeres Zeitintervall betrachtet sicherlich weder miteinander noch mit
den Signalschwingungen zusammenfallen. Das in M gebildete Modulationsprodukt ist
demnach frei von einer Gleichstromkomponente, die aus diesen Störschwingungen entstanden
ist, und die über 89 entnommenen Zeichen sind deshalb bei hinreichender Beruhigung
und entsprechend niedrigen Zeichenfrequenzen nicht in unzulässiger Weise gestört,
auch wenn die Empfangsspannungen weit unter dem Rauschpegel liegen. Die erste Demodulation
der mit einem Zwischenträger modulierten Hochfrequenz kann unter Weglassung der
Gleichrichter Dl bzw. D2 in der Modulationsschaltung selbst erfolgen. In diesem
Falle werden die zur Störbefreiung zweckmäßig vorerst gefiltert zu übertragenden
Zeichen aus dem Modulationsprodukt durch besondere Gleichrichtung gewonnen.