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Einrichtung zur Erzeugung eines Zwischenfrequenzsignalt aus einem
hochfrequenten Signal Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Frequenzumsetzung,
welche mit besonderem Vorteil in den Empfangsanlagen für leitungsgerichtete Hochfrequenztelephonie
zu verwenden ist.
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Damit man in der Gestaltung von Telephonnetzen, welche mit leitungsgerichteter
Hochfrequenzverbindung arbeiten, möglichst frei ist, müssen die Empfänger auch dann
einwandfrei arbeiten, wenn nahe der empfangenen Frequenz Sendefrequenzen der eigenen.
oder nahe gelegener anderer Stationen mit relativ großer Amplitude am Empfängereingang
auftreten. Die Empfänger arbeiten mit Vorteil nach dem Überlagerungsverfahren, damit
trotz ihrer hohen Empfindlichkeit und Trennschärfe ein Wechsel der Empfangsfrequenz
leicht möglich ist. Von besonders großer Bedeutung ist nun beim Überlagerungsempfänger
eine möglichst wehgetriebene Unempfindlichkeit gegenüber den Kombinationsfrequenzen
zwischen mehreren starken Fremdsignalen, welche an seinem Eingang neben dem Signal
mit gewünschter Frequenz auftreten können.
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Ein Beispiel diene der Erläuterung. In einem größeren Telephonnetz
von der genannten Art sei jedem Übertragungskanal eine Bandbreite von q. kHz zugewiesen.
Die Übermittlung geschehe durch die Trägerfrequenz und das obere Seitenband. Ein
überlagerungsempfänger, für dessen
Trennschärfe im wesentlichen
die Bandbreite des Zwischenfrequenzverstärkers maßgebend ist, sei für den Empfang
eines Trägers von ioo kHz und des zugehörigen Frequenzbandes von ioo bis io4 kHz
eingerichtet. Sein Zwischenfrequenzband betrage 16 bis 2o kHz, die Frequenz der
vom Überlagerungsoszillator erzeugten Hilfsspannung 12o kHz. ` Am Eingang des Empfängers
mögen außer dem gewünschten Signal noch die Trägerfrequenzen zweier anderer Übertragungskanäle
auftreten und f1 = 88 kHz bzw. f2 = 96 kHz betragen. Durch die nichtlineare
Kennlinie des Überlagerers werden in diesem alle möglichen Kombinationsfrequenzen
zwischen den am Empfängereingang liegenden Signalen erzeugt. Besonders störend ist
in diesem Beispiel die Kombination 2 - f2- f1 = 104 kHz, welche in
.das vom Empfänger zu verarbeitende Frequenzband fällt. Wird nun der 88-kHz-Träger
moduliert, beträgt also das zugehörige Frequenzband 88 bis 92 kHz, so fallen alle
aus diesem Frequenzband und der Frequenz f i gebildeten Kombinationen der genannten-
Ordxiung in den Empfangsbereich. Sind die Signale mit den Frequenzen f1 bzw. f2
relativ stark, stammen sie also beispielsweise von Sendern der eigenen oder benachbarter
Stationen, so wird der beabsichtigte Empfang erschwert oder unmöglich gemacht.
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Das Verhältnis der durch die Frequenzkornbination verursachten störenden
Zwischenfrequenzspannung zur erwünschten Zwischenfrequenzspannung läßt sich vermindern,
wenn der Eingangspegel am Empfänger herabgesetzt wird, wenn also Nutz- und Störspannungen
in gleichem Maße verkleinert werden. Die mathematische Untersuchung zeigt nämlich,
daß für jedes gewünschte Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignal im Zwischenfrequenzverstärker,
bei gegebener Amplitude -der Hilfsspannung, eine bestimmte höchstzulässige Eingangsspannung
existiert. Dieses Verfahren der Verminderung des Eingangspegels ist naturgemäß unrationell,
da auch die erwünschte Zwischenfrequenzspannung im selben Maße verkleinert wird,
die nachfolgende Verstärkung daher einen größeren Aufwand erfordert und eventuell
durch das nicht mehr zu vernachlässigende Rauschen erschwert wird.
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Weitere theoretische Untersuchungen haben nun ergeben, daß die durch
Frequenzkombinationen der genannten Art entstehenden Störungen verkleinert werden,
wenn als Hilfsspannung nicht eine sinusförmig verlaufende Spannung verwendet wird,
sondern eine solche mit angenäherterRechteckform. Bei Verwendung einer ideal rechtwinklig
verlaufenden Hilfsspannung verschwinden die genannten Störungen völlig. Es sind
nämlich die Amplituden der in Idas Zwischenfrequenzband transponierten Störspannungen
im Vergleich zum Nutzsignal bei sonst gleichen Bedingungen um so kleiner, je größer
die Flankensteilheit der zur Überlagerung verwendeten Hilfsspannung ist.
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Dieses Resultat gilt an. sich unabhängig von der Art des überlagerers.
Die für die vorliegenden Zw ecke gebräuchlichenÜberlagerer, seien es einfache Gleichrichter,
Gegentaktgleichrichter oder Ringmodulatoren, eignen sich aber nicht für die Verarbeitung
eines rechteckförmigen Hilfssignals. Die Zuführung eines solchen Signals über Transformatoren
stößt wegen des großen zu übertragenden Frequenzbereiches auf Schwierigkeiten. Bei
der Ankopplung über Kondensatoren laden sich diese durch die im überlagerer stattfindende
Gleichrichtung auf, und die Anordnung arbeitet als Spitzengleichrichter, d. h. das
Zwischenfrequenzsignal entspricht der Umhüllenden des aus Hochfrequenzsignal und
Hilfssignal gebildeten Summensignals. Die Form der Hilfsspannung ist dabei naturgemäß
ohne Einfluß auf den Überlagerungsv organg.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Einrichtung zur Erzeugung
.eines Zivischenfrequenzsignals aus einem empfangenen hochfrequenten Signal durch
Überlagerung mit einem Hilfssignal, deren Bauart der Verwendung eines rechteckförmig
verlaufenden Hilfssignals angepaßt ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet; daß sie
einen mit drei Klemmen verbundenen Schaltungsteil -enthält, dessen zwischen der
ersten und zweiten Klemme gemessene Strom-Spannungs-Charakteristik bezüglich ihres
Nullpunktes symmetrisch ist, während die zwischen der dritten Klemme und mindestens
einer der anderen Klemmen gemessene Charakteristik unsymmetrisch ist. Dabei soll
der zwischen der ersten und der zweiten Klemme ;gemessene Widerstandswert höchstens
gleich der Summe des Wertes eines der Widerstände und dem Durchlaßwiderstand eines
der Gleichrichter sein. Das hochfrequente Signal wird der ersten Klemme und das
rechteckförmig verlaufende Hilfssignal der zweiten Klemme zugeführt; das Zwischenfrequenzsignal
wird an der dritten Klemme entnommen. Die Potentiale aller drei Signale verstehen
sich dabei gegen einen gemeinsamen Punkt, der vorzugsweise mit Erde verbunden ist.
Die Erfindung sei nun an Hand der Fig. i bis 4 beschrieben. Dabei dienen die Fig.
i und 2 der Erläuterung der Wirkungsweise; die Fig. 3 zeigt als Beispiel einen Ausschnitt
aus der Schaltung eines Empfängers, welcher eine erfindungsgemäße Einrichtung zur
Frequenzumsetzung enthält, und die Fig.4 veranschaulicht eine vorteilhafte Methode
zur Erzeugung einer rechteckförmig verlaufenden Hilfsspannung aus einer sinusförmigen
Spannung.
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In der Fig. i stellen U1 und U2 die Quellen für das hochfrequente
Signal bzw. für das Hilfssignal dar, C ist ein Kopplungskondensator, G1 und G2 sind
zwei Gleichrichter einheitlicher Art, R1 und R2 schließlich zwei unter sich gleich
große ohmsche Widerstände.
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Es ist leicht ersichtlich, daß der Kondensator C im zeitlichen Mittel
spannungslos ist, denn der aus den Elementen G1, G2, R1 und R2 gebildete Schaltungsteil
weist, zwischen der ersten Klemme.q und der zweite Klemme B gemessen, eine bezüglich
ihres Nullpunktes symmetrische Strom-Spannungs-Kennlinie auf. Wären G1 und G, ideale
Gleichrichter, d. h. Elemente mit verschwindend kleinem
Widerstand
in Durchlaßrichtung und unendlich hohem Widerstand in Sperrichtung, so wäre die
genannte Kennlinie linear. Eine Gleichrichtung wird also durch den zwischen
A und B liegenden Schaltungsteil nicht bewirkt. An den Punkten Y und
Z tritt jedoch eine Zwischenfrequenzspannung auf, weil die zwischen A und
Y bzw. Z liegenden Schaltelemente G1 bzw. G2 eine unsymmetrische Strom-Spannungs-Kennlinie
aufweisen. Normalerweise sind die Spannungsquellen Ui und U2 Röhrenschaltungen,
deren eine Ausgangsklemme jeweils an Erde liegen sollte, um einen einfachen Aufbau
zu ermöglichen. In der praktischen Ausführung der Einrichtung ist also der Punkt
X mit Vorteil an Erde zu legen. Die Zwischenfrequenz tritt dann zwischen der dritten
Klemme, dargestellt durch den. Punkt Y oder Z, einerseits und der Erde andererseits
auf.
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Die Fig.2 zeigt eine Anordnung mit derselben Wirkungsweise; die Schaltung
geht aus der Fig. i durch Vertauschen der Elemente G2 und R1 hervor. Eine genaue
Betrachtung zeigt nämlich daß die Potentiale der Punkte Y und Z in Fig. ä
jederzeit übereinstimmen, daß also diese Punkte leitend miteinander verbunden werden
können und die dritte Klemme des Schaltungsteils darstellen. Die Symmetrie der Anordnung
wird durch diese Maßnahmen verbessert.
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Die Fig. 3 zeigt die Anwendung der eben beschriebenen Schaltungsanordnung
in einem Überlagerungsempfänger und insbesondere die Zuführung des Hochfrequenzsignals
und des Hilfssignals an die Überlagerungseinrichtung. U1 sind die Eingangsklemmen
des Empfängers, an welche das hochfrequente Signal angelegt ist, L und C bilden
einen auf dessen Frequenz abgestimmten Schwingkreis, V1 ist eine Verstärkerröhre
für das hochfrequente Signal, C1 der Kopplungskondensator zwischen dieser Röhre
und der Überlagerungseinrichturig. ;f72 ist eine welle für das rechteckförmig verlaufende
Hilfssignal, Ire eine Verstärkerröhre für dieses Signal und C2 der Kopplungskondensator
zwischen dieser Röhre und der Überlagerungseinrichturig. Der Punkt Z der Einrichtung
,Ist mit dem Steuergitter der ersten Zwischenfrequenzverstärkerröhre h3 verbunden,
welches über Rg galvanisch an Erde liegt. Die Wirkungsweise dieser Anordnung läßt
sich leicht mit derjenigen gemäß dem Prinzipschaltbild der Fig. 2 vergleichen, wenn
der dortige Kondensator C als gleichwertig mi,t,der Serienschaltung von C1 und C2
der Fig. 2 betrachtet wird. Wie in der Fig. 2, so wird auch hier,das hochfrequente
Signal dem einen Ende, das Hilfssignal dem anderen Ende der Serienschaltung von
G1, R2 und G2, R1 zugeführt, während das Zwischenfrequenzsignal am Verbindungspunkt
Z der Serienschaltung entnommen wird. Die dem Steuergitter der Röhre h2 zugeführte
rechteckförmige Hilfsspannung kann auf irgendeine bekannte Art erzeugt werden. Die
Fig. q.a zeigt als Beispiel eine Methode, welche die Rechteckspannung durch Verzerrung
(Begrenzung) einer sinusförmigen Spannung herstellt und welche den konstruktiven
Vorteil besitzt, daß eine Schaltanordnung G1, G2, R1 und R2 von derselben Art, wie
sie oben beschrieben wurde, als ein Teil der Begrenzereinrichtung verwendet wird.
Tl4 ist dabei eine Verstärkerröhre, an deren Steuergitter eine sinüsförmige Spannung
von der Frequenz des benötigten Hilfssignals liegt, C, ein Kondensator zur Kopplung
des Ausganges dieser Röhre mit dem Punkt A der Schaltanordnung, deren Punkt Z mit
dem Steuergitter einer Röhre h2 verbunden ist. Von der Anode dieser Röhre führt
ein Kopplungskondensator C2 die erzeugte rechteckförmige Schwingung an die überlagerungseinrichtung
weiter; die Röhre Y2 und der Kondensator C, können also den ebenso bezeichneten
Teilen der Fig. 2 entsprechen.
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Die Wirkungsweise sei an Hand der Oszillogramme der Fig. q.b erläutert.
An der Anode der Röhre Y4 und damit am Punkt A der Begrenzereinrichtung tritt der
im obersten Teil der Fig. q.b gezeichnete Spannungsverlauf auf. Am Punkt Z herrscht
jedoch zufolge .der Wirkung der Gleichrichter G1 und G2 eine Spannung gemäß dem
mittleren Teil der Fig. q.b. In der Röhre h2 fließe nur Anodenstrom, wenn die Spannung
an dem Punkt Z, d. h. an ihrem Gitter, höher ist als die mit Us bezeichnete gestrichelte
Linie. Bei genügender Größe der Wechselspannung steht daher an der Anode der Röhre
h3 die im unteren Teil der Fig. 3b dargestellte gewünschte Kurvenform zur Verfügung.