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Mehrkanal-Nachrichten-Übertragungsanlage Die Erfindung betrifft eine
Mehrkanal-Nachrichten-Übertragungsanlage, bei der die übertragung mittels elektrischer
Impulse erfolgt.
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In Anlagen dieser Art ist jedem Kanal ein entsprechender Teil einer
zyklischen Periode zugeordnet, während welcher der Kanal als Zeitmodulation eines
Impulses übertragen wird, und zwar wird beispielsweise die Phasenlage der Impulse
innerhalb gewisser Grenzen zeitlich in Übereinstimmung mit dem Momentanwert der
Signalwelle dieses Kanals festgelegt. Anordnungen, welche die Kanäle nacheinander
und zyklisch in den Betriebszustand versetzen, sind unter dem Begriff Verteiler
bekannt. wobei normalerweise im Sender und auch im Empfänger ein solcher Verteiler
vorhanden ist, die beide synchron arbeiten. Der Verteiler wirkt als Kanalwähler.
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In einer Anlage der eingangs erwähnten Art ist es erwünscht, daß die
ganze Kanalperiode nicht irgendeine größere Dauer als die Modulationsgrenzen der
zeitmodulierten Impulse aufweisen sollte, wodurch die Kanalperiode mit den Kanalmodulationsgrenzen
zusammenfällt; welche allgemein für alle Kanäle einer Anlage die gleichen sind.
Da zudem die ganze zyklische Verteilerperiode durch die Kanäle belegt sein soll,
wird gewöhnlich praktisch keine Zeitperiode zwischen dem Ende einer Kanalperiode
und dem Beginn der nächsten zugelassen. In einem solchen Fall besteht ein wesentlicher
Faktor der Anlage darin, das sich keine zwei
benachbarten Kanäle
zeitlich überschneiden sollen, da sonst Nebensprechen oder andere Interferenzen
zwischen den Kanälen auftreten können. Der Hauptzweck der Erfindung liegt darin,
Nebensprechen infolge von zeitlicher überlappung von benachbarten Kanälen zu beseitigen
und eine Mehrkanal-Impulsnachrichten-Übertragungsanlage zu schaffen, in welcher
die einem Kanal zugeteilte Periode nicht beginnt, solange die vorangehende Kanalperiode
nicht beendigt ist.
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Dieser Zweck wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß Impulse
mit rechteckiger Wellenform verwendet werden, deren Dauer die Dauer desjenigen Teils
der zyklischen Periode des Verteilers bestimmt, der eine Kanalperiode bildet, und
daß zu diesen Impulsen gleichzeitig auftretende Impulse einer anderen Impulsreihe
addiert werden, die eine schwache Amplitudenvariation aufweisen, die in Phase mit
den rechteckigen Impulsen ist, wobei eine der Impulsreihen vom Verteiler abgeleitet
ist, und daß weiter die durch die Addition resultierende Welle eines Kanals zusammen
mit der Nachrichtenwelle dieses Kanals einem Impulsgenerator zugeführt wird, um
in Übereinstimmung mit der variierenden Amplitude der genannten Nachrichtenwelle
zeitmodulierte Impulse zu erzeugen. Der Impulsgenerator kann Elektronenentladungsröhren
aufweisen, beispielsweise wie in den bekannten Arten von Multivibratorstromkreisanordnungen
zur Erzeugung von Impulsen, oder er kann eine nichtlineare Spulenanordnung von der
in der britischen Patentschrift 551 2$2 beschriebenen Art aufweisen. Die- Impulse,
welche eine sanfte Amplitudenänderung aufweisen, können aus Wellenformen bestehen,
die eine Amplitude aufweisen, welche während der Kanalperiode von einem Minimum
zu einem Maximum zunimmt oder umgekehrt von einem Maximum nach einem Minimum abnimmt:
Zweckmäßige Wellenformen sind z. B. eine Sägezahnwelle, eine Dreieckwelle oder eine
Sinuswelle; vorzugsweise sollten die Wellenformen linear sein, da eine nichtlineare
Wellenform Verzerrungen hervorruft, solange keine besonderen Maßnahmen ergriffen
werden. Vom Verteilersystem wird entweder der Impuls mit rechteckiger Wellenform
oder der Hilfsimpuls erhalten. Ein Weg zur Erzielung der zeitmodulierten Irrpulse
besteht darin, variierende Teile der Spitze der resultierenden kombinierten Wellenform
zu den Stromkreisen der Kanäle in Übereinstimmung mit den momentanen Amplituden
der Signalwellen der entsprechenden Kanäle hindurchgehen zu lassen. Der Teil der
Spitze der zum Stromkreis durchgelassenen Welle kann dann in irgendeiner gewünschten
Weise dazu verwendet werden. die gewünschte Art von Zeitmodulationsimpulsen zu erzeugen.
So können beispielsweise die Spitzenteile stark verstärkt und in ihrer Amplitude
begrenzt werden, uin dauermodulierte Impulse zu erzeugen, oder die Spitzenteile
der linearen Wellenformen können einer Differentiationsschaltung zwecks Erzeugung
von zeitlich phasenverschobenen Impulsen zugeführt werden, wobei einfache oder doppelte
Gegentaktimpulse erhalten werden, je nachdem, ob ursprünglich eine Sägezahnwelle
oder eine dreieckförmige Hilfswellenform verwendet wird.
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In der Praxis kann die zurDurchlassung der resültie rend @--n l,##iinbini
erte n Wellenform verwendete Vorrichtung beispielsweise aus einem Verstärker mit
Elektronenentladungsvorrichtungen bestehen, der dauernd auf das Potential der Mittelamplitude
des Hilfsteils der kombinierten Wellenform vorgespannt ist, wobei die Vor- oder
Sperrspannung der Röhre in Übereinstimmung mit der Amplitude der zu übertragenden
Signalwelle geändert wird. Man erkennt, daß die Amplitude der Signalwelle möglicherweise
in gewissen Zeitpunkten so negativ sein kann, daß die Amplitude der positiven resultierenden
kombinierten Welle neutralisiert wird, derart, daß kein Teil der Spitze der kombinierten
Welle durch den Stromkreis hindurchgelassen wird und kein Impuls in der Anlage übertragen
wird, und zwar in Übereinstimmung mit der besonderen Amplitude der Signalwelle,
die sich unter diesen Bedingungen ergibt. Ähnliche Zustände können bestehen, wenn
eine negative resultierende kombinierte Welle und das positive Signalmaximum verwendet
werden. Ein solcher fehlender Impuls kann am Sendeerde und Empfangserde in Abhängigkeit
der Art von verwendeten Apparaten ernsthafte Rückwirkungen haben. Gemäß einem Merkmal
der Erfindung wird deshalb ein kurzer scharfer Impuls von konstanter Dauer, der
hier mit Schutzimpuls bezeichnet ist, dem Maximum der kombinierten Wellenform überlagert;
die dem Modulator am Ende der genannten kombinierten Wellenform zugeführt wird,
so daß mindestens ein solcher kurzer Impuls übertragen wird.
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Andererseits kann eine Vorrichtung verwendet werden, um die Signalamplitude
auf vorbestimmte Betriebsgrenzen zu beschränken.
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Man erkennt außerdem, daß infolge des rechteckigen Teils oder der
vertikalen Vorderkanten und der vertikalen Hinterkanten der kombinierten Wellenform
Signalamplituden oberhalb eines besonderen Wertes keine weitere Zeitmodulation der
abgeleiteten Impulse erzeugen, und daher kann keine durch Modulation verursachte
Interferenz in benachbarten Kanälen entstehen.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird jeder Kanalimpuls
durch Auslösen einer multivibratorartigen Schaltung in zweckmäßigen Zeitintervallen
erzeugt, und die _3uslisun- wird durch eine kombinierte trapezförmige Welle bewirkt,
welche durch Überlagerung einer Sägezahnwelle auf einer Rechteckwelle erzeugt wird.
Die Auslösespannung des Multivibrators ist so gewählt, daß sie das Mittel der trapezförmigen
Wellenform ist, und sie wird durch die Anlegung der Signalwelle an den Multivibrator
derart geändert, daß die Stelle der Auslösung auf der trapezförmigen Welle in Übereinstimmung
mit der momentanen positiven oder negativen Amplitude der Signalwelle verlagert
oder rückverlagert wird. Bei Verwendung einer nicht periodisch ausgelösten oder
betätigten Multivibratorschaltung und in allen Impulsschaltungen muß darauf geachtet
werden, daß die Erzeugung
irgendwelcher unregelmäßiger Vorspannungen
infolge von unregelmäßiger Anhäufung von Ladungen vermieden wird oder daß mit Sicherheit
keine ändernde Vorspannung durch unregelmäßige Ladung am Ende jeder Periode erzeugt
wird. Derartige Verhältnisse können, wie erwähnt, bestehen, wenn die Auslösung unterbleibt,
weil die Signalamplitude zu groß ist und die trapezförmige Amplitude neutralisiert,
und daher wird entweder ein Schutzimpuls zum Maximum der trapezförmigen \'t@elle
hinzugefügt oder jedem Multivibratorkreis zugeführt, oder die Signalamplitude wird
begrenzt. Ein Schutzimpuls kann in einfacher Weise dadurch erhalten werden, daß
der Strom der für die Erzeugung der trapezförmigen Welle verwendeten Elektronenentladungsvorrichtung
durch eine Induktanz hindurchgeleitet wird und daß die über der Induktanz erzeugte
Spannung zu der trapezförmigen Welle hinzugefügt wird.
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Eine zweckmäßige Schaltung zur Erzeugung von trapezförmigen Wellen
weist eine Elektronenentladungsvorrichtung auf, in deren Anoden-Kathoden-Kreis eine
seriengeschaltete Widerstands-Kapazitäts-Kombination und eine Ableitimpedanz, wie
z. B. ein hochohmiger Widerstand, vorhanden ist. Dem Eingangskreis der Vorrichtung
werden über einen sehr hohen Widerstand rechteckförmige Impulse zugeführt. Durch
Vorspannung des Gitters oder der Kathode der Vorrichtung wird die Impulsamplitude
begrenzt, so daß während der Impulsdauer zwischen Anode und Kathode ein konstanter
Strom auftritt. Dadurch wird der Kondensator nach und nach aufgeladen, wodurch über
der Widerstands-Kapazitäts-Kombination eine zunehmende Spannung auftritt. Der Parallelwiderstand
stellt während des Intervalls zwischen den Impulsen einen Entladungsweg für den
Kondensator dar. Wenn die Widerstands-Kapazitäts-Kombination zwischen die Kathode
und Erde eingefügt ist, werden positive trapezförmige Impulse erhalten; wenn sie
dagegen zwischen die Anode und Anodenspannungsquelle eingeschaltet ist, so ergeben
sich negative trapez_-förmige Impulse. Die zur Anlegung an die Elektronenentladungsvorrichtung
bestimmten rechteckigen Impulse können von einem passiven Verzögerungsnetzwerk oder
von einer Kunstleitung erhalten werden, die in Mehrkanalanlagen als Verteiler verwendet
werden.
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Es wird nachstehend gezeigt, daß eine durch die Verwendung eines Widerstands-Kapazitäts-Netzwerkes
erhaltene trapezförmige Welle in den übertragenen zeitmodulierten Impulsen Verzerrungskomponenten
einführt, weil die zeitliche Spannungszunahme zwischen den Zeitgrenzen der Welle
nicht linear ist, sondern sich exponentiell ändert. Gemäß einem anderen Merkmal
der Erfindung wird diese Verzerrung am Empfänger durch Verwendung eines Modulators
neutralisiert, der unter der Steuerung der empfangenen zeitmodulierten Impulse dauermodulierte
Impulse erzeugt, und ein Widerstands-Kapazitäts-Netzwerk aufweist, dessen Zeitkonstante
praktisch gleich der Zeitkonstanten des Widerstands-Kapazitäts-Netz,#verkes im Sender
ist. Die obigen Überlegungen gelten auch für Widerstands-Induktivitäts-Netzwerke.
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Diese Eigenschaft ist jedoch auf irgendeine Art von Modulator anwendbar,
bei dem bei der Erzeugung von zeitmodulierten Impulsen die Zeitkonstante eines Widerstands-Kapazitäts-Netzwerkes
im Spiele ist. Die Erfindung sieht deshalb auch eine elektrische Nachrichtenübertragungsanlage
vor, in welcher die Nachrichtenwelle als Zeitmodulation einer Reihe von elektrischen
Impulsen übertragen wird und welche im Sender eine Modulatorarnordnung aufweist,
um in Übereinstimmung mit der momentanen Amplitude der Nachrichtenwelle zeitmodulierte
Impulse zu erzeugen, und welche weiter im Modulatorkreis von der Zeitkonstanten
eines Impedanznetzwerkes, z. B. eines Widerstands-Kapazitäts-Netzwerkes oder eines
Widerstands-Induktivitäts-Netzwerkes, Gebrauch macht, wodurch eine exponentielle
Spannungsänderung und damit die !, Einführung von Verzerrungskomponenten in das
übertragene Signal bewirkt wird, welche Anlage sich dadurch auszeichnet, daß der
Demodulator im Empfänger eine Anordnung aufweist, um unter der Steuerung der empfangenen
Impulse dauermodulierte Impulse zu erzeugen, deren Spannung sich zeitlich nach dem
gleichen Exponentialgesetz ändert wie die Änderung im Sender. Wenn im Sendermodulator
und im Empfängerdemodulator ein Widerstands-Kapazitäts-Netzwerk verwendet wird,
so sind die Zeitkonstanten der beiden Netzwerke demgemäß gleich.
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Während in den vorstehenden Ausführungen auf kombinierte Wellen hingewiesen
wurde; versteht es sich ohne weiteres, daß es möglich ist, daß die trapezförmige
oder eine andere Form der kombinierten Wellen tatsächlich gar nicht existiert, und
daß die gleiche Wirkung beispielsweise dadurch erreicht werden kann, daß der rechteckförmige
Impuls und die Hilfswelle einzeln in solcher Weise an einen Verstärker angelegt
werden, daß sich die durch die Wellen ergebenden Wirkungen im Ausgang des Verstärkers
addieren.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen,
welche in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigt Fig. i den Sender einer Mehrkanalanlage mit
der Schaltungsanordnung eines Modulators gemäß der Erfindung, Fig. 2 verschiedene
Kurven zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung der Fig. i, Fig. 3 und q.
und 5 verschiedene Diagramme über den Gehalt an Harmonischen in einem verzerrten
Impuls, Fig.6 die Schaltung einer anderen Form eines Generators zur Erzeugung trapezförmiger
Wellen, Fig.7 ein weiteres der Erläuterung dienendes Diagramm, Fig. 8a, i o a und
i o b verschiedene Netzwerke, welche zurErzeugung trapezförmigerWellen mit zeitlich
exponentiell verlaufenden Änderungen dienen, Fig. 8 b die durch das Netzwerk der
Fig. 8 a erzeugte Wellenform,
Fig. g die Schaltung eines anderen
erfindungsgemäßen Modulators, Fig. I I die Schaltung eines Demodulators gemäß
der Erfindung, Fig. i2 a ein äquivalentes Netzwerk zum Netzwerk der Fig. i i, welches
die trapezförmige Welle mit zeitlichem Exponentialverlauf erzeugt, Fig. i2b den
Torimpuls mit der durch das Netzwerk der Fig. 12 a erzeugten exponentiellen Wellenform
und Fig. 13 eine andere Schaltungsanordnung des Demodulators zur Erzeugung von dauermodulierten
Impulsen von exponentieller Wellenform, Fig. 14 die Form des durch die Schaltungsanordnung
der Fig. 13 erzeugten Impulses.
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In der Zeichnung zeigt die Fig. i schematisch die Sendeseite einer
elektrischen Mehrkanal-Impulsnachrichten-Übertragungsanlage, in welcher die Nachrichtenwelle
jedes Kanals als eine Zeitmodulation einer Reihe von elektrischen Impulsen übertragen
wird und welche ein passives Verzögerungsnetzwerk oder eine Kunstleitung, die allgemein
mit i bezeichnet ist, als Verteiler verwendet. Der durch den Blocke dargestellte
Hauptimpulsgenerator kann irgendein bekannter Generator zur Erzeugung von Impulsen
mit rechteckiger Wellenform 3 sein. Diese rechteckigen Impulse werden den Eingangsklemmen
des Verzögerungsnetzwerkes oder der Kunstleitung i und als Synchronisierimpulse
über einen Einweggleichrichter 4 einer Übertragungsleitung 5 zugeführt, wo sie mit
den Impulsreihen aus den Kanälen kombiniert und zwecks Übertragung durch das gewünschte
Übertragungsmittel an einen Trägerfrequenzmodulator weitergeleitet werden.
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Das Verzögerungsnetzwerk weist eine Anzahl von in Reihe geschalteten
und unter sich gleichen Gliedern auf, von denen jedes Induktivitäten und Kapazitäten
und eventuell auch Widerstände aufweisen kann und die so bemessen sind, daß sie
den durch sie hindurchfließenden Strom um gleiche Zeiten verzögern. Kanalwahlimpulse
von rechteckiger Wellenform werden von entsprechenden, unter sich gleiche Abstände
aufweisenden Anzapfungsstellen am Netzwerk i, wie die mit 6, 7, 8, g und n bezeichneten
Anzapfungsstellen erhalten. Die Ausgangsenergie vom Ende des Verzögerungsnetzwerkes
i wird über einen durch den Block io dargestellten Verstärker an den Hauptimpulsgenerator
2 zurückgeführt, um die Wiederholungsfrequenz dieses Generators zu stabilisieren
und zu gewährleisten, daß in irgendeinem Zeitpunkt im Verzögerungsnetzwerk nur ein
einziger Impuls vorhanden ist, wodurch die Möglichkeit vermieden wird, daß zwei
Kanäle zusammen betätigt werden.
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Die Dauer des rechteckigen Impulses 3 wird gleich der Kanalperiode
und daher gleich der zeitlichen Verzögerung gemacht, welche zwischen irgend zwei
aufeinanderfolgenden Stellen des Verzögerungsnetzwerkes i erzeugt wird.
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Die Ausrüstungen für alle Kanäle sind unter sich gleich und allgemein
durch die Blöcke i i bis 14 dargestellt, während die Ausrüstung des Kanals n innerhalb
des Rechteckes 15 ausführlich dargestellt ist. Diese Ausrüstung weist einen Impulsgenerator
16 auf, welcher in der Form eines Multivibrators dargestellt ist, der aus den beiden
Röhren 17 und 18
besteht, die in bekannter Weise miteinander verbunden
und so bemessen sind, daß sie durch eine geeignete negative Vorspannung gesperrt
sind, bis sie durch die Anlegung der kombinierten rechteckigen Welle und der Hilfswelle
zusammen mit der an das Steuergitter ig der Röhre 17 angelegten Nachrichtenwelle
betätigt werden. In dem besonderen hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Impuls
in Trapezform als Äquivalent der Kombination eines rechteckigen Impulses und eines
sägezahnförmigen Impulses verwendet.
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Das Mittel zur Erzeugung der trapezförmigen Welle weist eine Elektronenröhre
2o auf, an deren Steuergitter von der Anzapfungsstelle n des Verteilerverzögerungsnetzwerkes
erhaltene rechteckige Impulse 21 angelegt werden. Die Röhre 2o weist in ihrem Anoden-Kathoden-Kreis
ein Netzwerk auf, welches aus der Kapazität 22 und dem mit diesem in Reihe geschalteten
Widerstand 23 und dem parallel zur Kapazität 22 geschalteten Nebenschlußwiderstand
24 besteht. Eine positive trapezförmige Welle kann von der Kathode der Röhre 2o
erhalten werden. Um eine negative trapezförmige Welle zu erhalten, wird das Netzwerk
22, 23 und 24 in den Anodenkreis statt wie dargestellt in den Kathodenkreis eingefügt.
Die trapezförmige Welle und die Nachrichtenwelle, welche beispielsweise aus dem
Mikrophon 25 gewonnen wird, werden additiv über den Kondensator 29 bzw. den Widerstand
27 dem Steuergitter ig der Röhre 17 des Multivibrators 16 zugeführt. Man erkennt,
daß die Widerstände 27 und 28 und das Mikrophon z5 in Reihe im Gitterkreis der Röhre
17 enthalten sind.
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Zum Zwecke der Erzeugung des Schutzimpulses am Ende der trapezförmigen
Welle ist die gesättigte Induktanzspule2g in den Anodenkreis der Röhre 2o eingefügt.
Diese Spule wirkt als Differentiationsstromkreis auf den rechteckförmigen Impuls,
welcher infolge des Impulses 21 am Steuergitter durch die Röhre fließt. Im gegenwärtigen
Beispiel wird am Ende des rechteckigen Impulses ein positiver Impuls benötigt; wenn
positive rechteckförmige Impulse verwendet werden, so ist der kurze positive, am
Ende des rechteckigen Impulses erhaltene Impuls wie dargestellt positiv, und es
wird angenommen, daß dieser der Einfachheit halber über den Kondensator 3o an ein
Gitter der Röhre 17 angelegt wird. Ein Einweggleichrichter 31 ist vorgesehen,
um den negativen Impuls zu unterdrücken, falls dies nötig sein sollte.
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Auf diese Weise werden trapezförmige Impulse an das Steuergitter ig
der Röhre 17 angelegt, und das Steuergitter 32 der Röhre 18 wird mit
Hilfe des Potentiometers 33 vorgespannt, derart, daß der Multivibrator ausgelöst
wird, wenn die Spannung am Steuergitter ig gleich derjenigen ist, die durch den
Mittelpunkt der trapezförmigen Welle dargestellt wird, wenn diese allein an das
Gitter ig angelegt wird.
An den Klemmen des Widerstandes 35 im Kathodenkreis
der Röhre 18 werden Impulse von der mit 34 bezeichneten Art erhalten, deren Dauer
von den Zeitkonstanten der Multivibratorschaltung abhängig und so bemessen ist,
daß sie eine Ein-Periode (Periode, während welcher sie vorhanden sind) aufweisen,
welche kürzer, gleich oder länger als die Dauer des trapezförmigen Impulses ist.
Diese Impulse haben ein positives Vorzeichen; sollten jedoch negative Impulse benötigt
werden, so können diese vom Anodenkreis erhalten werden.
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Die Hinterkanten dieser Impulse können nach der Beendigung einer Kanalperiode
auftreten, und dadurch wird ein scharfer kurzer Impuls, welcher die Vorderkante
markiert, die zeitmoduliert ist, durch Differentiation der längeren Impulse 34 mit
Hilfe der Kapazität 36 und des Widerstandes 37 erhalten. Die positiven und negativen
Paare von Impulsen, wie bei 38 dargestellt, werden erzeugt, und der negative hintere
Impuls wird mit Hilfe der Diode 39 unterdrückt und der positive Impuls über die
Diode 4o der Übertragungsleitung 5 zugeführt, um ihn mit den Impulsen aus anderen
Kanalausrüstungen zu kombinieren. Die Diode 4o dient dazu, die Kanalausrüstungen
voneinander zu isolieren. Wie in der Zeichnung dargestellt, wird die Ausgangsenergie
jeder Kanalausrüstung der Leitung 5 über eine Diode zugeführt.
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Die Arbeitsweise der Anordnung wird an Hand der Kurven der Fig.2 besser
verständlich. Die Kurve a zeigt die der Leitung 5 zugeführten Synchronisierimpulse
S, und die mittleren zeitlichen Lagen der Kanalimpulse der entsprechenden verschiedenen
Kanäle sind durch die Pfeile CH i ...
CH 6 angezeigt. Die Impulse
können irgendeine Lage innerhalb der zeitlichen, durch die gestrichelten Linien
dargestellten Grenzen einnehmen. So kann beispielsweise der Impuls CH i irgendeine
Lage zwischen den durch die Linien TL i und TL 2
dargestellten zeitlichen
Grenzen einnehmen. Die Kurve b zeigt den rechteckförmigen Impuls, dessen Vorderkante
L mit der Grenze TL i zusammenfällt und dessen Hinterkante
t mit der Grenze TL 2 zu-
sammenfällt. Die Dauer des rechteckigen Impulses
bestimmt daher die Kanalperiode.
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Die Kurve c zeigt einen sägezahnförmigen Impuls, dessen Dauer gleich
der Dauer des rechteckigen Impulses b i ist. Das ist jedoch nicht nötig; der Impuls
c i kann von: größerer Dauer sein, wie dies durch die gestrichelten Linien c' zum
Ausdruck kommt.
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Die Kurve d zeigt den resultierenden Impuls nach der Addition der
Impulse b i und c i. Die gestrichelte Linie d' zeigt den resultierenden Impuls,
der sich aus der Addition der Impulse b i und c i ergibt. Man erkennt, daß die Vorder-
und Hinterkanten des rechteckigen Impulses noch immer die Kanalperiode bestimmen.
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Die Kurve e zeigt- den Impuls d 2, der gleich -dem Impuls d i ist,
jedoch zum Kanal 2 gehört. Man erkennt, daß in aufeinanderfolgen.den Perioden gleiche
Impulse für die übrigen Kanäle auftreten. Die Kurve f zeigt die trapezförmige Welle;
welche durch das Netzwerk 22, 23, 24 im Kathodenkreis der Röhre 2o der Fig. i erzeugt
wird. Die rechteckigen Impulse, beispielsweise die Impulse b i (Fig. 2), die vom
Verteilerverzögerungsnetzwerk i (Fig. i) erhalten werden, werden über einen Widerstand
41 von sehr hohem Wert dem Steuergitter der Röhre 2o zugeführt, und während der
Dauer des Impulses wird ein konstanter Strom zwischen der Anode und der Kathode
fließen. Solange der Strom fließt, wird die Kapazität 22 nach und nach aufgeladen,
wodurch sich an der Kathode der Röhre 2o eine ansteigende Spannung ergibt, wie sie
durch die Linie 42 in der Kurve f der Fig. 2 dargestellt ist. Die Vorderkante L
wird durch das Fließen des Stromes durch den Widerstand 23 infolge der Vorderkante
des rechteckigen Impulses erzeugt. Wenn der rechteckige Impuls aufhört, tritt im
Anoden-Kathoden-Kreis der Röhre 2o eine plötzliche Stromunterbrechung auf, welche
die Hinterkante t des Impulses verursacht. Die Kapazität 22 hält jedoch immer noch
ein Potential über den Widerstand 24 aufrecht, und während sich die Kapazität über
den Widerstand 24 entlädt, fällt das Potential nach und nach auf den Wert Null ab,
wie dies durch die gekrümmte Linie m zum Ausdruck kommt. Die Kurve g zeigt einen
gleichartigen trapezförmigen Impuls T2 für den Kanal 2.
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Wie bereits erwähnt, wird die Vorspannung am Gitter der Röhre 18 so
eingestellt, daß der Multivibrator zu arbeiten beginnt, wenn die Spannung am Steuergitter
i9 der Röhre 17 einen vorgegebenen Wert erreicht, welcher gleich dem mittleren Wert
des trapezförmigen Impulses ist. Dieser Wert ist in den Kurven d-g der Fig.2 durch
die gebrochene Linie TV dargestellt. Die Nachrichtenwelle wird der Röhre 17 additiv
in Reihe mit dem Impuls zugeführt, so daß der trapezförmige Impuls bezüglich des
Spannungspegels TV wirksam erhöht oder vermindert wird. Mit anderen Worten bewegt
sich der Spannungspegel TV bezüglich des Impulses zwischen den Grenzen
TV i und TV 2. Die Stellen, wo diese Linien TV i,
TV, TV 2 den Impuls schneiden, wie dies in der Kurve f zum Ausdruck kommt,
stellen die Augenblicke der Betätigung des Multivibrators 16 dar; man erkennt,
daß, obwohl die Signalamplitude den Impuls über oder unter die Grenzwerte von
TV 2 bzw. TV i verschieben kann, die Betätigungszeiten des Multivibrators
die Grenzen nicht überschreiten können. Diese Tatsache ist aus der Kurve g ersichtlich,
in welcher TV 3 und TV 4
jenseits der Grenzen liegen, wobei
TV 3 die Vorderkante l und TV 4 die Hinterkante t des
Impulses schneidet. Die vertikalen Vorder- und Hinterkanten der Impulse begrenzen
daher die Modulation innerhalb der Kanalzeitgrenzen.
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Die Kurve h der Fig. 2 stellt den vom Widerstand 34 im Kathodenkreis
der Röhre 18 des Multivibrators 16 erhaltenen Impuls dar. Es wird angenommen. daß
die momentane Amplitude der Nachrichtenwelle des Kanals i den Impuls T i
der Kurve f erhöht, so daß der Multivibrator betätigt wird, wenn der trapezförmige
Impuls die an der Stelle n i dargestellte
Spannung überschreitet.
Der Multivibratos wird betätigt und erzeugt die Vorderkante des Impulses i H', dessen
Dauer von den Konstanten des Multivibrators abhängig ist. Beim nächsten Zyklus des
Verteilers erhöht oder erniedrigt die Nachrichtenwellenamplitude beispielsweise
den trapezförmigen Impuls, so daß der Multivibratos an der Stelle n2 (Kurve f) betätigt
wird und den Impuls 2 H' der Kurve h erzeugt. Es wird angenommen, daß die Impulsei
H' und 2 H' die gleiche Dauer aufweisen, man erkennt jedoch, daß die Vorderkanten
bezüglich der mittleren durch die Pfeile CH i dargestellten Impulslagen verschoben
sind.
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Die Kurve k zeigt die Paare von positiven und negativen Impulsen i
KP, i KIV, 2 KP, 2 KN, die durch Differentiation der Impulse i H'
bzw. 2H' durch die Kapazität 36 und den Widerstand 37 der Fig. i erhalten werden.
Die Kurve kp zeigt die Reihe von positiven Impulsen i KP, 2 KP nach der Unterdrückung
der negativen Impulse mittels der Diode 39. Da die Impulsei KP und
2 KP von den Vorderkanten der Impulse iH' und 2H' erzeugt werden, welche
zeitmoduliert sind, ist die Reihe der Impulse i KP, 2 KP ebenfalls zeitmoduliert.
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Die soeben beschriebene Methode der Modulation ist durchaus bekannt,
wobei allerdings gewöhnlich eine Sägezahnwelle an Stelle der trapezförmigen Wellenform
verwendet wird. Die trapezförmige Welle oder eine andere Welle, deren Wellenformen
senkrechte Vorder- und Hinterkanten aufweisen, haben den Vorteil, daß die Kanalimpulse
innerhalb der durch die Vorder- und Hinterkanten bestimmten Periode zeitmoduliert
sind und nicht über die Grenzen hinausgehen können, vorausgesetzt, daß die Amplituden
dieser Kanten genügend groß sind.
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Mit Bezug auf die Kurve g der Fig. a erkennt man, daß, wenn die Amplitude
der Nachrichtenwelle genügend negativ ist (bei Verwendung eines positiven trapezförmigen
Impulses; oder genügend positiv ist bei der Verwendung eines negativen trapezförmigen
Impulses), der trapezförmige Impuls die. Betätigungsspannung des Multivibrators
nicht erreicht, und der Multivibratos wird daher während der Kanalperiode nicht
betätigt, und es wird in diesem Kanal kein Impuls übertragen. Dies kann einige Unannehmlichkeiten
und störende Wirkungen auf den Kanalmültivibrator und auf die ganze Mehrkanalanlage
zur Folge haben. Zunächst soll der Fall des Multivibrators betrachtet werden. Wenn
dieser beispielsweise wegen des Umstandes, daß ein Impuls aus der Reihe der Erregungsimpulse
fehlt, nicht periodisch erregt wird, so sammeln sich Ladungen unregelmäßig auf den
Kondensatoren und erzeugen ändernde Vorspannungen, was die Arbeitsweise des i\:Iultivibrators
für die nachfolgenden Kanalperioden beeinflußt, wodurch eine unkorrekte Zeitmodulation
der Impulse entsteht. Um diese Nachteile zu beseitigen, wird ein Impuls von kurzer
Dauer und geeigneter Amplitude am Ende des trapezförmigen Impulses hinzugefügt,
wie sich dies aus der Kurve m der Fig. 2 ergibt. Ein solcher Impuls wird durch die
Spule 29 in der vorher in Zusammenhang mit der Fig. i beschriebenen Weise erzeugt.
Aus der Kurve in erkennt man, daß, wenn der trapezförmige Impuls unter die durch
die Linie Tvq. dargestellte Betätigungsspannung fällt; der kurze Impuls M i die
Betätigung des Multivibrators bewirkt, der am Ende der Kanalperiode einen Impuls
erzeugt.
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Während in den vorstehenden Ausführungen auf kombinierte Wellen hingewiesen
wurde, versteht es sich ohne weiteres, daß es möglich ist, daß die trapezförmige
oder eine andere Form der kombinierten Wellen tatsächlich gar nicht existiert, und
daß die gleiche Wirkung beispielsweise dadurch erreicht werden kann, daß der rechteckförmige
Impuls und die Hilfsimpulswellenform (Sägezahn usw). einzeln an einen Verstärker
in solcher Weise angelegt werden, daß sich die durch die Wellen ergebenden Wirkungen
im Ausgang des Verstärkers addieren.
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Im Empfänger werden die zeitphasenmodulierten .Impulse mit Hilfe eines
bekannten Rückverwandlungsstromkreises in dauermodulierte Impulse umgewandelt, welche
durch ein Ti,efpaßfilter hindurchgeleitet werden, um die Nachrichtenwelle wieder
zu erzeugen. Dieses Demodulationsverfahren bewirkt keine Amplitudenverzerrung, vorausgesetzt,
daß die Grenzfrequenz kleiner als f,12 ist, wo f, die Kanalimpulswiederholungsfrequenz
oder die zyklische Frequenz des Verteilers ist. Eine sehr kleine Amplitudenverzerrung
tritt bei submultiplen Frequenzen von f, auf; diese Verzerrungen sind jedoch gewöhnlich
sehr klein und in der Größenordnung von 2 % für f eIB und 0;0q.°/9
für f e q. und vollständig vernachlässigbar für die anderen Unterharmonischen.
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Vorausgesetzt, daß das Produkt der höchsten Frequenzkomponente der
zu übertragenden Nachrichtenwelle und der maximalen Zeitphasenmodulation klein ist,
ist auch die gesamte harmonische Verzerrung klein. Die Fig. 3, 4 und 5 geben Zahlenwerte
für die harmonische Verzerrung, welche durch den bereits beschriebenen Modulationsvorgang
bei Verwendung einer trapezförmigen Welle erzeugt wird (Fig.3) bzw. durch den Demodulationsvorgang
(Fig. q.) erzeugt wird und die Gesamtverzerrung, welche durch den Modulationsvorgang
und den nachfolgenden Demodulationsvorgang (Fig. 5) erzeugt wird. In diesen Figuren
stellen die Ordinaten den Prozentsatz an Harmonischen im Modulations- oder Demodulationsvorgang
dar, und in den Fig. 3 und q. sind die Abszissen A gleich Xo =Produkt aus der Zeitmodulation
dT und der Kreisfrequenz F = Z ,-c x Frequenz. Die Abszissen B stellen
die Zeitmodulation 4T in Mikrosekunden für F =:2 1, 5 kHz (Kilohertz) dar.
In der Fig. 5 stellen die Abszissen X, für die volle Modulation dar. Man erkennt,
daß der Modulations- und Demodulationsvorgang jeder für sich genommen einen beachtenswerten
und ähnlichen Betrag an zweiten Harmonischen erzeugen. Glücklicherweise sind die
in die beiden Stufen eingeführten Komponenten an zweiten Harmonischen entgegengesetzt
gerichtet, so daß die bei der Modulation erzeugte Verzerrung
durch
zweite Harmonische im Sinne einer Aufhebung der bei der Demodulation erzeugten Verzerrung
wirkt. Diese Tatsache erklärt, weshalb der Gehalt an zweiten Harmonischen in einer
Welle nach der Modulation und der Demodulation eine geringe Amplitude insbesondere
für kleinere Werte von Xo aufweist. Die Komponenten der in die,Stufen eingeführten
dritten Harmonischen haben in der Modulationsstufe und in der Demodulationsstufe
das gleiche Vorzeichen, so daß die Amplitude der dritten Harmonischen nach der Demodulation
größer ist als die Amplitude der dritten Harmonischen, welche in jeder Stufe eingeführt
wird. Diese Amplituden sind jedoch so klein, daß die Zunahme der Verzerrung für
kleine Werte, von Xo ohne Bedeutung ist.
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Aus der Fig. 5 ist ersichtlich, daß die harmonische Verzerrung mit
X, zunimmt. Die Anlagen müssen daher so aufgebaut werden, daß Xo so klein wie möglich
bleibt. Für eine gegebene Signalfrequenzban@dbreite besteht jedoch der einzige Weg,
Xo zu vermindern, darin, daß man die Tiefe der Zeitmodulation vermindert. Dies ist
möglich, solange die Modulationstiefe, verglichen mit der Tiefe der durch Geräusch
und Unstabilität in der Schaltung erzeugten schwankenden Modulation, klein ist.
Die Verminderung der Modulationstiefe setzt das Verhältnis von Nutzpegel zu Störpegel
herab, so daß eine praktische Grenze gegeben ist: Es hat sich gezeigt, daß das Verhältnis
von Nutzpegel zu Störpegel für eine Modulationstiefe von ± i ,us immer größer als
55 Db ist. Die Fig. 5 zeigt, daß dieser Wert eine vollständig vernachlässigbare
harmonische Verzerrung (Klirrfaktor) erzeugt.
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Um zu den Kurven der Fig. 3 zu gelangen, wurde angenommen, daß die
rechteckförmigen Kanalwahlimpulse oder Torimpulse, welche zur Erzeugung der trapezförmigen
Welle benutzt werden, und daß auch die trapezförmige Welle eine absolut genaue Form
aufweisen. Mit anderen Worten wurde angenommen, daß der wirksame ansteigende Teil
der trapezförmigen Impulswelle eine gerade Linie und daß die Oberseite der Wahl-
oder Torimpulswellenform eine gerade Linie ist, welche genau parallel zur Zeitachse
verläuft.
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Ist dies nicht der Fall, so kann eine harmonische Verzerrung auftreten.
In der Praxis sind die Impulse nie theoretisch genau, ,da sie mit Hilfe von Röhren
und Netzwerken erzeugt werden. Wenn die Schaltung zweckmäßig aufgebaut ist, kann
die durch die Röhren erzeugte Verzerrung auf einen sehr kleinen Prozentsatz vermindert
werden, da in der Impulstechnik die Röhren hauptsächlich als Relais unterhalb des
Sperrpunktes oder bei voller Sättigung arbeiten, während die Netzwerke Zeitkonstanten
aufweisen und die Impulse beim Durchfließen durch diese verzerrt werden. In vielen
Fällen bringt der Entwurf von verzerrungsfreien Schaltungen beträchtliche Nachteile
mit sich, und in anderen Fällen ist die Verzerrung bedeutend und nicht zu vermeiden.
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Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die Notwendigkeit
der Erzeugung von theoretisch formgenauen trapezförmigen oder rechteckigen Wellenformen
dadurch vermieden, daß bei der Modulation und der Demodulation Impulse verwendet
werden, deren Amplituden während wirksamen Zeitperioden der Impulse zeitlich exponentiell
variieren und daß dafür gesorgt wird, daß die exponentiellen Veränderungen im Mödulator
und Demodulator praktisch gleich sind.
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Das vorstehende Merkmal der Erfindung ist nicht beschränkt auf Modulatoren,
welche trapezförmige Wellen verwenden, und auf Demodulatoren, welche Torimpulse
von rechteckiger Wellenform verwenden, sondern es kann auch auf alle Fälle angewen,
det werden, in denen eine Zeitmodulation unter der Steuerung einer Anordnung erfolgt,
bei welcher die Zeitkonstante einer Widerstands-Kapazitäts-oder einer Widerstands-Induktivitäts-Kombination
im Spiele steht, und weiter auch auf Demodulatoren angewendet werden, welche durch
eine Anordnung gesteuert werden, bei welcher die Zeitkonstante einer Widerstands-Kapazitäts-
oder Widerstands-Induktivitäts-Kombination im Spiele steht.
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In der Fig.6 ist eine abgeänderte Form eines Generators zur Erzeugung
trapezförmiger Impulse gezeigt. Dieser kann dazu verwendet werden, trap,ezförmige
Impulse an einen Modulator in der im Zusammenhang mit Fig. i beschriebenen Weise
abgeben. Die Anordnung der Fig. 6 weicht nur insofern von der Anordnung 22, 23,
24 der Fig. i ab, daß ein weiterer Widerstand 43 zusammen mit den Widerständen 23'
und 2q.' eine Widerstandskette zwischen der Anodenspannungsquelle und Erde vervollständigt,
damit an der Kathode eine Vorspannung erhalten werden kann.
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Impulse von der mit 44 bezeichneten Art werden von einer Stelle
des Verteilernetzwerkes abgenommen, um den Kanal zyklisch wirksam zu machen. Diese
Impulse werden in der vorliegenden Beschreibung als Wahlimpulse bezeichnet und werden,
wie in der britischen Patentschrift 10 305
vom Jahre 1944 beschrieben, mehr
oder weniger verzerrt und erzeugen infolgedessen stark verzerrte trapezförmige Impulse
im Ausgangskreis 45 der Röhre 20' (Fig. 6), solange keine besonderen Maßnahmen ergriffen
werden. Wenn die Amplitude der Wahlimpulse 44 nicht sehr groß ist, so fließt ein
Gitterstrom in der Röhre 20', und der Anodenstrom dieser Röhre bleibt nahezu konstant,
bis der Wahlimpuls verschwindet.
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Es wird angenommen, daß dieser Anodenstrom konstant ist und durch
den Widerstand 23' und den Kondensator 22' fließt. Der Widerstand 23' erzeugt den
rechteckigen Teil der trapezförmigen Welle und der Kondensator 22' den dreieckförmigen
Teil; der Kondensator 22' muß jedoch für die Entladungsperiode durch den Widerstand
2q.' überbrückt sein, und solange der Widerstand 24' nicht einen sehr großen Wert
aufweist, wird die Form des dreieckigen Teils verzerrt, und der lineare Teil der
dreieckigen Wellenform wird durch eine nach einer Exponentialkurve verlaufende Wellenform
ersetzt.
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Mit Bezug auf die Fig. 8 a ist die Spannung V über dem Kondensator
22' mit der Kapazität C dem
Strom i proportional, der durch den
Widerstand 24 vom Wert R fließt, und dieser Strom ist durch die folgende Differentialgleichung
gegeben: R . di/dt + i/C = I/C, (i)
wo I der Röhrenanodenstrom
ist.
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Die entsprechende Operationsgleichung lautet i-Il(RC.p+i'!, wo p das
Operationssymbol ist, was zu der folgenden Lösung führt: V = Ri
= V, [i - Exp. (__ t/RC)], (3)
wo V, = R1.
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Dies gibt eine Exponentialkurve, wie sie in der Fig. 8 b mit 46 bezeichnet
ist.
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Nachstehend s011 to gleich der halben Dauer d-es trapezförmigen Impulses
sein. Indem man den Zeitursprung nach t = to verschiebt und T = t-to
setzt, erhält man Y = Vo [i - a Exp. (- T / R C)] , (4) wo a = Exp. (- t0/RC)
ist.
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Um zu erkennen; um wieviel diese Kurve von einer geraden Linie abweicht,
wird die Formel (4) erweitert Y-Vo(i-a)=aT(i-T/2!RC) -@-T2/3!R'C2-...lRC.
(5)
Wenn T, verglichen mit RC, klein ist, kann die Formel (5) in erster Annäherung
wie folgt geschrieben werden: V-Va(i-a) = aT (i-T/2RC)/RC. (6)
Die
Formel (6) zeigt, daß die Verzerrung durch die zweite Harmonische bei der Modulation
kleiner als 1/2% ist, wenn T kleiner als i % der Zeitkonstanten RC ist. Wird eine
Modulationstiefe von 2,5 PS angenommen, so bedeutet das, daß RC größer als 25o PS
sein muß. Für eine Wiederholungsfrequenz von 1o kHz bedeutet das, daß RC größer
als eine Wiederholungsperiode sein muß.
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Dies läßt sich leicht erreichen, hat aber in der Praxis einige Nachteile.
Wenn ein trapezförmiger Impuls auftritt, ist der Kondensator 22' der Fig. 8 nicht
vollständig entladen. Tatsächlich ist der Spannungsabfall gleich dem Spannungsanstieg
während des Aufbaues des Trapezes. Wenn nun die Zeitkonstante RC beispielsWeise
300 PS ist, so ist die verbleibende Ladung des Kondensators beim Auftreten
eines neuen trapezförmigen Impulses ungefähr gleich dem Doppelten des Spannungsabfalles.
Wenn es erwünscht ist, die harmonische Verzerrung auf weniger als 1/20% zu beschränken,
so muß RC noch weiter erhöht werden, und die verbleibende Spannung über dem Kondensator
22' wird noch größer. Diese Spannung bildet eine konstante Vorspannung an der Kathode
der Röhre 2o (Fig: i) des Generators zur Erzeugung trapezförmiger Wellen und bestimmt,
bei welchem Spannungswert der Amplitude des Wahlimpulses die Röhre 2o Strom durchzulassen
beginnt. Mit anderen Worten bestimmt diese Vorspannung die untere Grenze des sozusagen
durch die Röhre 2o aus den angelegtenWah.lamplituden ausgeschnittenen, Amplitudenbereichs,
wie dies durch die gestrichelten Linien 47 und 48 der Fig. 7 zum Ausdruck kommt,
wobei die Linie 48 die Sättigungsspannung der Röhre 2o darstellt. Nun muß der Wert
dieser unteren Grenzlinie 47 eine Größe aufweisen, die eine Funktion der Form und
der Amplitude der Wahlimpulse ist, wie dies in der vorerwähnten britischen Patentschrift
1o 305 vomjahre 1944dargelegtwurde. In der Praxis ist die Vorspannung der Röhre
2o von der gleichen Größenordnung wie die Spannungszunahme während des Aufbaues
der trapezförmigen Impulse. Es ist klar, daß nur ein Kompromiß möglich ist, da die
Vorspannung zwei gänzlich verschiedenen Forderungen genügen muß. Wenn versucht wird;
einen theoretisch richtig geformten trapezförmigen Impuls zu erhalten, so zeigen
sich auch andere Nachteile. In diesem Falle muß z. B. der bei der Demodulation erhaltene
Impuls von variabler Dauer zwischen der Vorder- und der Hinterkante einen Teil aufweisen,
der praktisch geradlinig ist und parallel zur Zeitachse verläuft. Diese Bedingung
ist jedoch in den meisten Demodulatorschaltungen nicht erfüllt, so daß die Wahl
der Demodulatorschaltungen begrenzt ist. -Ein weiterer wichtiger Nachteil beim Generator
zur Erzeugung trapezförmiger Wellen, wenn dieser am Eingang in der in Fig. i gezeigten
Art einer Multivibratorschaltung gekoppelt ist, wird durch den Gitterstrom verursacht,
welcher in der Multivibratorschaltung auftritt, wenn diese umschaltet, und dieser
Gitterstrom entlädt den Kondensator 22 in einem gewissen Maß. Wenn angenommen wird,
daß die Röhre 2o der Fig. i während des Auftretens der trapezförmigen Impulse einen
Anodenstrom von beispielsweise 3o mA erzeugt und der im Modulatormultivibrator auftretende
Gitterstrom ungefähr 3 mA ist und daß ferner der Modulator bei der mittleren Amplitudenspannung
des trapezförmigen Impulses umschaltet, so bewirkt die Entladung infolge des Gitterstroms
eine Verminderung der Aufbauspannung um ungefähr 5°/o, und ein großer Teil dieser
Spannung beeinflußt die Höhe des nächsten trapezförmigen Impulses, wodurch die Zeitlage
oder Zeitphasenlage des entsprechenden Kanalimpulses in einer Mehrkanalanlage verschoben
und außerdem eine harmonische Verzerrung erzeugt wird.
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Dieser Nachteil wird bedeutender im Falle des verbesserten., in der
Fig.9 dargestellten Generators und Modulators für trapezförmige Wellen.
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Unter erneuter Bezugnahme auf den Trapezgenerator der Fig.6 ist zu
bemerken, daß der Spannungsausschlag der Kathode gleich der Spannungsamplitude der
trapezförmigen Impulse ist und
sehr groß, beispielsweise in der
Größenordnung von 5o Volt sein kann.
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Die Amplitude des wirksamen, zwischen den Linien 47-q.8 aus den Wahlimpulsen
(Fig. 7) herausgeschnittenen Teils ist infolgedessen nicht sehr klein, und die Form
der resultierenden trapezförmigen Impulse ist nicht sehr gut. In der verbesserten
Schaltung der Fig. 9 weist die Kathode 49 der Eingangsröhre 5o eine feste Vorspannung
auf, und die trapezförmige Wellenform wird durch den konstanten Anodenstrom der
Pentode 5o erzeugt, welcher durch die Kapazität 52-53, Widerstand 54 fließt, welche
den Elementen 22', 23' und 24' der Fig. 6 entsprechen. Der Widerstand 55 wird nur
dazu verwendet, der Anode der Röhre 5o die Anodenspannung zuzuführen. Die in den
Elementen 52, 53, 54 erhaltenen trapezförmigen Impulse sind negativ und werden der
Kathode 56 der ersten Röhre 57 zugeführt, die als Pentode des Modulatormultivibrators
58 dargestellt ist, und das modulierende Signal wird der Einfachheit halber an eines
der Gitter der Röhre 57 angelegt, wie das schematisch bei 59 durch ein mit der Rückkopplung
von der Ausgangsröhre 6o in Reihe geschaltetes Mikrophon 6o dargestellt ist. Zwischen
die Eingangs- und Ausgangsröhren 57 und 6o der Multivibratorschaltung ist eine Verstärkerröhre
6i eingeschaltet.
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Wenn der Modulatormultivibrator umschaltet, hat der im Kondensator
53 fließende Strom eine beträchtliche Amplitude, und der vorerwähnte und durch den
Gitterstrom in der Röhre 57 bedingte Nachteil ist so groß, daß im Ausgang eine beträchtliche
harmonische Verzerrung auftritt. Um diese Verzerrung zu vermeiden, muß die Zeitkonstante,
welche durch das Produkt aus dem Widerstand R von 54 und der Kapazität C von 53
dargestellt wird, verglichen mit der Impulswiederholungsperiode, klein sei, so daß
der Kondensator 53 vollständig entladen ist, bevor der Wiederbetätigungsimpuls auftritt.
Wie bereits erwähnt, hat unter diesen Bedingungen der trapezförmige Impuls jedoch
eine sehr schlechte Form.
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Diese Verzerrung, die in die Signalwelle eingeführt und am Empfänger
wegen der erwähnten schlechten Form der trapezförmigen Welle erhalten wird, wird
jedoch durch zweckmäßigen Aufbau der Empfangsdemodulatoren vollständig eliminiert,
so daß die im Demodulationsvorgang erhaltenen Impulse variabler Dauer zwischen den
Vorder- und Hinterkanten die Form einer Exponentialkurve aufweisen, welche den gleichen
Exponent wie der exponentielle Teil des trapezförmigen Teils des Modulators im Sender
aufweist.
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Bevor dieser Umstand näher begründet wird, erscheint es zweckmäßig,
hervorzuheben, daß selbst für ein sehr kompliziertes Netzwerk immer ein exponentieller
Aufbau im Sender erhalten werden kann. Die Fig. ioa und iob zeigen als Beispiel
zwei verschiedene Arten von weiter ausgebauten Netzwerken, die durch den konstanten
Strom 1 aus der Trapezgeneratorröhre 50 der Fig.9 gespeist werden. Durch
eine Rechnung kann gezeigt werden, daß die Spannung über den Kondensatoren 62, 63
in diesen beiden Schaltungen nach einem Exponentialgesetz zunimmt. Für den Fall
der Fig. ioa ist die Zeitkonstante gleich (R 64 + R 65) C 62, und für den
Fall der Fig. 13b ist sie gleich
wo R und C die Werte der durch die Zahlen angegebenen Widerstände und Kapazitäten
bedeuten.
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Wenn die Trapez- und Demodulatorimpulse eine vollkommene Form aufweisen,
so wird bei Anlegung eines Signals mit einer Amplitude von h Volt an den Sender
der Kanalimpuls um T Mikrosekunden aus einer normalen Lage verschoben, wenn T proportional
zu h ist. Am Empfänger wird die Breite des Demodulatorimpulses um T Mikrosekunden
erhöht, und der durch den Impuls dem Tiefpaßfilter zugeführte Strombetrag ist .gleich
einer Konstante plus einem Betrag, der proportional zu T, d. h. zu h ist.
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Das gleiche Ergebnis kann bei der Verwendung von Impulsen mit Exponentialform
erreicht werden, wenn die exponentiellen Zeitkonstanten im Sender und im Empfänger
praktisch gleich sind.
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Wenn der trapezförmige Impuls einen exponentiellen Aufbau hat und
eine Signalspannung h angelegt wird, so ist die zeitliche Verschiebung T gegeben
durch Gleichung (4).
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Nun muß die zweckmäßige Form A = f (T) für den Demodulatorimpuls
von variabler Dauer bestimmt werden, der einen Strom liefert, der gleich einer Konstante
plus einem Betrag ist, der proportional zu h ist. Das bedeutet, daß A = f (T)
derart sein muß, daß
wo M und N Konstanten sind.
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Wird h durch den Wert der Formel (4) ersetzt, so erhält man
Diese Formel ist erfüllt für
Das bedeutet, daß der zwischen den Vorder- und Hinterkanten liegende Teil der Demodulatorimpulse
langsam gemäß einem Exponentialgesetz mit einer Zeitkonstante, die gleich RC ist,
abklingen muß.
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Es ist zu bemerken, daß diese Darlegung nur in erster Annäherung richtig
ist, da die Integration zur Erhaltung eines sehr genauen Resultates durch
einen
Fourier Integral ersetzt werden sollte. -Die Rechnung wird dann aber sehr kompliziert.
Aus diesem Grunde ist es praktischer, von der ersten Annäherung auszugehen und eine
abschließende Einstellung bzw. Korrektur der Zeitkonstante RC am Empfänger vorzunehmen,
um die Verzerrung im größtmöglichen Maße zu eliminieren.
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Aus dem gleichen Grunde ist es empfehlenswert, die Zeitkonstante RC
nicht zu klein zu wählen, wo dies möglich ist. So gibt beispielsweise bei einer
Kanalperiode von iooZis und einer Zeitmodulationstiefe von 2,5 ,us ein Wert von
RC in der Größenordnung von 25 ,us gute Resultate.
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In der obigen Darlegung wurde angenommen, daß der das Netzwerk speisende
Strom I konstant ist. Mit Bezug auf die Fig. 6 und 9 wird bei Wahlimpulsen von schlechter
Form dieser konstante Strom I selbst dann nicht erhalten, wenn die Widerstände 41'
bzw. 69 in den Gitterspeisekreisen groß sind. Eine Verbesserung kann dadurch erzielt
werden, daß die an das Gitter angelegte Spannung mit Hilfe einer Diode 70 oder einer
anderen Einwegvorrichtung erhalten werden, die in der in Fig. 9 gezeigten Weise
geschaltet ist. Die Kathode der Diode 70 muß zweckmäßig vorgespannt werden,
damit die besten Ergebnisse erhalten werden. Der Einfachheit halber ist in der Fig.9
die Diode jedoch direkt mit der Kathode der Röhre 5o verbunden.
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Ein anderer Grund, warum der Strom I, der durch die Röhre 5o geliefert
wird, ändert, besteht darin, daß die Anodenspannung während der Anwesenheit des
trapezförmigen Impulses ständig abnimmt. Diese Anodenstromänderung ist jedoch gering
und in der Größenordnung oder weniger als 1/z °/a von I. Diese Variation kann dadurch
kompensiert werden, daß im Empfänger die Zeitkonstante RC, verglichen mit ihrem
theoretischen Wert, leicht geändert wird, um so gut wie möglich andere Variationen
im Sender und Empfänger auszugleichen, welche von der Anodenstromänderung im Sender
herrühren.
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Nachstehend werden erfindungsgemäß Dernodulatorschaltungen beschrieben:
Die Fig. ii zeigt eine Torimpulsgeneratorröhre 71, die mit einem die Röhre 72, 73
und 74 aufweisenden Demodulatormultivibrator verbunden ist. Diese Schaltung ist
dem in der Fig. 9 gezeigten Modulator sehr ähnlich. Die Röhre 71 der Fig. i i entspricht
der Röhre 5o der Fig. 9 und speist die Torimpulse 78 vom Vertei lernetzw erk über
dasKapazität s-W i derstands-Netzw erk 55, 51, 75 an die Kathode der Röhre 72, welche
normalerweise durch ein von den Widerständen 75 und 76 abgeleitetes positives Kathodenpotential
blockiert ist. Der Widerstand 76 ist von einem großen Kondensator 77 überbrückt.
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Das Netzwerk 55# 51, 75 ist ein 7-Netzwerk, wie ist in Fig. i2a gezeigt
ist, und formt die rechteckigen Impulse 78 in Torimpulse negativer Polarität von
der in Fig. 12 gezeigten Form um. Jeder dieser Impulse hat eine vordere Kante 9o,
eine hintere Kante 9i und einen geneigten Teil 92, welcher exponentiell entsprechend
der Zeitkonstante von C 5 i - (R 55 -f- R 75) "abfällt. Diese Zeitkonstante sollte
dieselbe sein wie die Zeitkonstante C 53 (R 52 -f- R 5q.) im Sender Fig. 9.
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Die Schaltung arbeitet wie folgt: Die ankommenden Kanalimpulse werden
mit negativer Polarität an das Steuergitter der Röhre 74 angelegt, welche normalerweise
nicht blockiert ist. Die Anode der Röhre 74 ist mit dem Steuergitter der Röhre 72
über eine Kathodenverstärkerstufe 73 gekoppelt, und dadurch werden positive Impulse,
welche den Kanalimpulsen entsprechen, an dieses Steuergitter angelegt und entblockieren
die Röhre. Dies kann jedoch nur auftreten, wenn die Impulse während der Periode
von einem der Impulse 78 ankommen. Der Multivibrator kippt so in den zweiten Zustand
zu einer Zeit 93 (Fig. 12, b). Der Multivibrator kippt beim Verschwinden
des Torimpulses in den ersten Zustand 9i zurück. Die dauermodulierten Ausgangsimpulse
werden vom Schirmgitter der Röhre 72 abgenommen und an ein gewöhnliches Tiefpaßfilter
zur Wiedergabe des Modulationssignals angelegt. Diese Ausgangsimpulse haben eine
Amplitude, welche wie gewünscht exponentiell abfällt zur Korrektur der exponentiellen
Verzerrung des empfangenden Kanalimpulses.
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Die Fig. 13 zeigt einen Demodulator, welcher gasgefüllte Röhren verwendet
und der die gleichen in der Fig. i2b gezeigten Impulse erzeugt.
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Dieser Demodulator weist zwei Gasentladungsröhren 83 und 84 auf. Die
Kapazität 85 wird während des Intervalls zwischen Impulsen aus der Anodenspannungsquelle
aufgeladen. An das Gitter der Röhre 83 werden Wahlimpulse von der bei 86 gezeigten
Art angelegt, welche -bewirken, daß diese Röhre@zündet und für die Kapazität 85
einen Entladungsweg über den Kathodenwiderstand 87 vorbereitet. Die Spannung über
dem Widerstand 87 steigt daher plötzlich im Zeitpunkt der Zündung der Röhre 83 und
nimmt dann allmählich entsprechend einem Exponentialgesetz ab, wenn sich die Kapazität
85 entlädt. Die Anode der Röhre 84 erhält ihre positive Spannung vom Ende des Widerstandes
87, daß die Röhre 84 nur zünden kann, wenn die Röhre 83 betätigt ist. Die bei 88
gezeigten Kanalimpulse werden dem Steuergitter der Röhre 84 mit positiver Polarität
zugeführt, und der erste Impuls, welcher auftritt, nachdem die Röhre 83 durch einen
Wahlimpuls leitend gemacht worden ist, bewirkt die Zündung der Röhre 84 und das
Kurzschließen des Widerstandes 87. Das hat einen Abfall der Anodenspannung der Röhre
83 zur Folge, weil sich ein erhöhter Strom einstellt, und die Röhre 83 wird gelöscht.
Der vom Ausgang 89 erhaltene Impuls wird demgemäß gleich der schraffierten Fläche
in Fig.14 sein. Die vordere Kante8o wird durch das Zünden der Röhre 83 und die hintere
Kante 87 durch das Zünden der Röhre 84 erzeugt. Die Kante 82 zeigt die äußerste
Grenze der hinteren Kante. Man erkennt, daß nur ein unmittelbar auf einen Wahlimpuls
folgender Kanalimpuls die Röhre 84 betätigen kann, und somit werden die Kanalimpulse
automatisch in ihre richtigen Kanäle geleitet, da die Wahlimpulsreihen der entsprechenden
Kanäle,
welche vom Verteiler kommen, unter sich zeitlich phasenverschoben sind.
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In der Praxis kann der Wert des Widerstandes 87 und der Kapazität
85 im Empfänger so gewählt werden, daß die Verzerrung möglichst weitgehend unterdrückt
wird.