DE903707C - Verfahren und Einrichtung zum ungestoerten Empfang von Schwingungen - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum ungestoerten Empfang von Schwingungen

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DE903707C
DE903707C DEG3732D DEG0003732D DE903707C DE 903707 C DE903707 C DE 903707C DE G3732 D DEG3732 D DE G3732D DE G0003732 D DEG0003732 D DE G0003732D DE 903707 C DE903707 C DE 903707C
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vibrations
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vibration
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DEG3732D
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Dipl-Ing Gustav Guanella
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GUSTAV GUANELLA DIPL ING
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GUSTAV GUANELLA DIPL ING
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06Receivers
    • H04B1/10Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Wirkungsweise wird nun vorerst an Hand der Fig. 1, 2 und 3 erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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- . . .
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei der Anwendung des neuen Verfahrens zum Empfang von Radiowellen sind zahlreiche Modifikationen möglich, wovon einige Beispiele an Hand der folgenden Figuren erläutert sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (31)

  1. PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zur Beseitigung der inneren Störungen (Rauschen von Röhren, Widerständen und Kreisen), die bei der Umwandlung von Schwingungen beliebiger Art in elektrische Ströme und bei deren Verstärkung und Gleichrichtung in Signalempfangsanlagen auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß die zu empfangenden Schwingungen durch zwei getrennte, aber unmittelbar benachbarte und gleich angeordnete Schwingungsempfänger reit gleicher Richtwirkung und gleichen Übertragungseigenschaften aufgefangen und die entsprechenden elektrischen Schwingungsvorgänge durch zwei ebenfalls gleichartige Verstärker verstärkt werden, so daß die Phasen- bzw. Laufzeitunterschiede beider, verstärkten Schwingungsvorgänge unabhängig von der Einfallsrichtung der Schwingungen stets klein bleiben und daß aus beiden verstärkten Schwingungsvorgängen in einer Modulationsschaltung für zur Signalwidergabe dienende Modulationsprodukte gebildet werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die zu empfangenden Schwingungen akustische Schwingungsvorgänge sind und daß als Schwingungsempfänger Mikrophone verwendet werden.
  3. 3. Einrichtung zum ungestörten Empfang von Schwingungen gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrophone unmittelbar nebeneinander in einem Schallfänger mit Richtwirkung, wie Trichter, Parabolspiegel, angebracht sind, wodurch ein nach der Orientierung der Schallfänger gerichteter Empfang der Schwingungen zustande kommt. q..
  4. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die zu empfangenden Schwingungen mechanische Vibrationen fester Körper sind und daß als Schwingungsempfänger Tastmikrophone verwendet werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch x, dadurch gekennzeichnet, daß die zu empfangenden Schwingungen schwache elektrische Wechselströme bzw. Wechselspannungen sind, die durch direkte Verbindung den Verstärkern zugeführt werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die zu empfangenden Schwingungen elektromagnetische Wellen sind.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu empfangenden elektromagnetischen Wellen Radiowellen sind und daß als Schwingungsempfänger zwei benachbarte Antennensysteme, wie Rahmenantennen oder Dipole, verwendet werden. B.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der zu empfangenden elektromagnetischen Wellen sich höchstens um eine Größenordnung von sichtbaren Strahlen unterscheidet und daß als Schwingungsempfänger Photozellen verwendet werden.
  9. 9. Einrichtung zum ungestörten Empfang von Schwingungen gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindlichen Teile der Photozellen, die in einem gemeinsamen Glaskolben untergebracht sein können, unmittelbar nebeneinander in der Nähe des Brennpunktes eines gemeinsamen optischen Sammelsystems zum gerichteten Schwingungsempfang liegen. io.
  10. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingungsempfänger mit einer Richtwirkung verwendet werden, die durch Schwenken der Schwingungsempfänger veränderbar gemacht sind, so daß durch Ermittlung des Empfangsmaximums die Einfallsrichtung der Schwingungen gefunden werden kann. ii.
  11. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zu empfangenden Schwingungen mit niederfrequenten Signalen amplitudenmoduliert sind.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zu empfangenden Schwingungen mit mindestens einem Zwischenträger geringerer Frequenz amplitudenmoduliert sind, welcher seinerseits mit niederfrequenten Signalen moduliert ist.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zu empfangenden Schwingungen mit Sprachsignalen moduliert sind.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zu empfangenden Schwingungen mit Telegrapbenzeichen getastet sind.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch ii, dadurch gekennzeichnet, daß die niederfrequenten Signale durch lineare Übertragung aus dem Modulationsprodukt gewonnen werden.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 8 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Photozellenverstärker zur Unterdrückung von Störfrequenzen auf den Zwischenträger abgestimmt sind und daß die niederfrequenten Signale durch lineare Übertragung aus dem Modulationsprodukt gewonnen werden.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 7 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die niederfrequenten Signale durch Gleichrichtung aus dem Modulationsprodukt gewonnen werden.
  18. 18. Verfahren nach Anspruch 7 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Schwingungsvorgänge vor der gegenseitigen Modulation zur Gewinnung des Zwischenträgers gleichgerichtet und gefiltert werden und daß die niederfrequenten Signale aus dem Modulationsprodukt durch lineare Übertragung gewonnen werden. i9.
  19. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das nötigenfalls gleichgerichtete Modulationsprodukt zur Unterdrückung von Störfrequenzen über ein Tiefpaßfilter übertragen wird, welches nur für die Frequenzen der zu übertragenden Signale durchlässig ist. 2o.
  20. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das nötigenfalls gleichgerichtete Modulationsprodukt zur Unterdrückung von Störfrequenzen üben mindestens ein abgestimmtes Filter übertragen wird, welches nur für die Frequenten von mindestens einem der zu übertragenden Signale durchlässig ist. 2i.
  21. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zu empfangenden Schwingungen frequenzmoduliert sind.
  22. 22. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Modulationsprodukt durch Beruhigung die Gleichstromkomponente ausgeschieden wird, welche dem mittleren Amplitudenquadrat der empfangenen Schwingungen proportional ist.
  23. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromkomponente des Modulationsproduktes einem Anzeige- bzw. Registrierinstrument bzw. einer Signalvorrichtung zugeführt wird.
  24. 24. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden empfangenen Schwingungsvorgänge getrennt je mit einer Hilfsüberlagerungsfrequenz moduliert werden, welche Hilfsfrequenzen dem gleichen Oszillator mit gleicher Phasenlage entnommen sind, und daß je mindestens einer der durch diese Frequenzwandlung um die Oszillatorfrequenz verschobenen neuen Schwingungsvorgänge der Modulationsschaltung zur gegenseitigen Modulation zugeführt wird.
  25. 25. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden empfangenen Schwingungsvorgänge in zwei gleich eingestellten' Pendelrückkopplungsempfängern verstärkt werden, deren Pendelfrequenzen einem gemeinsamen Hilfsoszillator mit gleicher Phasenlage entnommen werden, und daß die Ausgangsschwingungen beider Pendelrückkopplungsverstärker der Modulationsschaltung zur gegenseitigen Modulation zugeführt werden.
  26. 26. Einrichtung zum ungestörten Empfang von Schwingungen gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite der Empfangssysteme und Verstärker groß ist gegenüber der Bandbreite der zu empfangenden Schwingungen, wodurch ein Empfang auch bei ungenauer Abstimmung bzw. bei veränderlicher Trägerfrequenz möglich ist.
  27. 27. Einrichtung zum ungestörten Empfang von Schwingungen gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwingungsempfänger, die beiden Verstärker und die beiden Eingangskreise der Modulationsschaltung wie auch alle weiteren einander entsprechenden Übertragungsteile der beiden zur Modulationsschaltung geführten Kanäle je gleiche Phasendrehung der übertragenen Schwingungen aufweisen.
  28. 28. Einrichtung zum ungestörten Empfang von Schwingungen gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß geringe gegenseitige; Abweichungen der Phasendrehung beider Schwingungsempfänger, beider Verstärker, beider Eingangskreise der Modulationsschaltung und der weiteren einander entsprechenden Übertragungsteile der beiden zur Modulationsschaltung geführten Kanäle durch entsprechend bemessene zusätzliche phasendrehende Mittel mindestens in einem Karal korrigiert werden.
  29. 29. Einrichtung zum ungestörten Empfang von Schwingungen gemäß Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsschaltung zur Bildung des Modulationsproduktes aus beiden verstärkten SchwingungsvorgängenbeiUnterbrechung des einen Schwingungsvorganges eine Ausgangsspannung aufweist, deren Gleichstromkomponente unabhängig von der Amplitude des anderen Schwingungsvorganges konstant bleibt.
  30. 30. Einrichtung zum ungestörten Empfang von Schwingungen gemäß Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gegentaktmodulationsschaltung zur Bildung des Modulatiorsproduktes aus beiden verstärkten Schwingungsvorgängenverwendetwird.
  31. 31. Einrichtung zum ungestörten Empfang von Schwingungen gemäß Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringmodulatorschaltung zur Bildung des Modulationsproduktes aus beiden verstärkten Schwingungsvorgängen verwendet wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR548342A (fr) * 1921-06-10 1923-01-12 Dispositif d'élimination des parasites basé sur l'emploi d'un système dynamométrique

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