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Meßanordnung zur Bestimmung des Modulationsgrades frequenzmodulierter
Schwingungen
Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zur Bestimmung des Modulationsgrades
frequenzmodu-Iierter Schwingungen. Es ist bekannt, daß bei diesen Schwingungen die
Frequenz einer hochfrequenten Trägerwelle in einem Verhältnis und in einem Maße
verändert wird, die von Frequenz und Amplitude einer modulierendenWelle abhängen.
Im Gegensatz zur Amplitudenmodulation bleibt dabei die Amplitude der Trägerwelle
im allgemeinen konstant.
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Den Modulationsgrad einer ampl i tudenmodulierten Schwingung zu messen
ist einfach und beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 2 078 285 bekannt. Man
braucht nur die modulierte Trägerwelle und die modulierende Welle in Abhängigkeitvoneinander
aufzutragen, indem man sie befspielseise an die beiden Ablenkplattenpaareeines Kathodetstrahloszillographen
legt. Dieses Verfahren versagt jedoch für frequenzmodulierte Schwingungen, da bei
diesen
die Amplitude nicht von der modulierenden Frequenz abhängig
ist.
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Nach der Erfindung wird die modulierte Schwingung in Abhängigkeit
von der modulierenden Schwingung aufgezeichnet, wobei einer der beiden Schwingungen,
vorzugsweise der ersteren, eine oder mehrere Schwingungen einstellbarer Frequenz
überlagert werden, deren Frequenz innerhalb des durch den Frequenzhub gegebenen
Frequenzbereiches liegt.
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Zur Erläuterung mögen die in der Zeichnung (Fig. I bis 6) dargestellten
Ausführungsbeispiele dienen, die eine Meßanordnung nach der Erfindung mit einem
Kafflodenstrahloszillographen zeigen, obwohl sich die Erfindung in gleicher Weise
auch auf Oszillographen anderer Art bezieht, beispielsweise solche, bei denen auf
elektrooptischer Grundlage ein Lichtstrahl statt eines Elektronenstrahles zur Aufzeichnung
benutzt wird.
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In Fig. I ist eine Anordnung zur Messung des Modulationsgrades eines
Senders dargestellt. Die hochfrequente Energie, die dem Trägerfrequenzerzeuger I3
entstammt, wird auf eine Antenne 10 gegeben. Von einer Quelle II werden Modulationsspannungen
auf den Frequenzmodulator 12 gegeben, der den Trägerfrequenzerzenger I3 beeinflußt,
indem er entsprechend den von 11 kommenden Spannungen die Frequenz der in 13 erzeugten
Trägerwelle verändert. Die Anordnung ist hier nur schematisch angedeutet und kann
noch in bekannter Weise, beispielsweise durch Verstärker, ergänzt werden. Ebenso
kann statt des dargestellten Mikrophons II auch eine andere Modulationsquelle Verwendung
finden, z. B. ein Hörfrequenzgenerator, der für Eichzwecke einen Ton liefert Zur
Aufzeichnung dient eine Braunsche Röhre 14, die mit einem Leuchtschirm Ig und einer
Kathode I7 zur Erzeugung eines Elektronenstrahles I6 versehen ist. Zur Beschleunigung
der Elektronen dient eine Anode I9, die von einer Spannungsquelle I8 gespeist wird.
Außerdem sind Ablenkplattenpaare 20 und 21 vorgesehen, die gegebenenfalls auch durch
Ablenkspulen ersetzt werden können, wie auch dieRöhre mit weiteren Mitteln zur Fokussierung
oder Steuerung des Elektronenstrahles versehen sein kann.
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An die Plattenpaare der Braunschen Röhre werden nun die Spannungen
von der Modulationsquelle 11 rund von dem an die Antenne 10 gelieferten Ausgang
des Schwingungskrelses gegeben. Die Quelle 11 ist zu diesem Zweck an einen Tranformator
23 geführt, dessen Sekundärseite mit einem Spannungsteiler 24 überbrückt ist. Ein
Abgriff führt von diesem über eine Hochfrequenzdrossel 26 an die eine Platte des
Plattenpaares 20, dessen andere Platte geerdet ist. Weiterhin ist ein an einer Spannungsquelle
29 liegender Spannungsteiler 28 vorgesehen, von dem ein einstellbarer Abgriff an
das untere Ende des Spannungsteilers 24 führt, während Gleichspannungsquelle 29
und Spannungsteiler 28 mit einem Ende geerdet sind.
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Von dem Trägerfrequenzerzeuger führt eine weitere Windung 34 des
Ausgangs transformators 33 einerseits zur Erde, andererseits zu der einen Platte
des Plattenpaares 2I, dessen andere Platte ebenfalls geerdet ist.
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Ferner ist ein Erzeuger von Schwingungen einstellbarer Frequenz 35
vorgesehen. Die Frequenz ist in dem Bereich der modulierten Frequenz einstellbar,
und zwar mit Hilfe einer regelbaren Kapazitrat30, die in dem die Frequenz bestimmenden
Kreis 36 liegt Sie kann gleichzeitig mit einem Zeiger 37 versehen sein, der über
eine Frequenzskala 38 spielt Die von 35 erzeugten Schwingungen können mit Hilfe
eines Schalters 39 an das eine oder andere Plattenpaar gelegt werden. Befindet sich
der Schalter in der Stellung o, so ist der Schwingungserzeuger 35 von den Platten
abgeschaltet. In der Stellung I liegt er an den Platten 2I, während er in der Stellung
2 an den Platten 20 liegt, wobei die Hochfrequenzdrossel 26 den unmittelbaren Kurzschluß
des Schwingungserzeugers 35 verhindert.
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Die von der Anordnung nach der Erfindung bewirkten Aufzeichnungen
und ihre Bedeutung macht man sich am besten klar, wenn man zunächst annimmt, der
Schalter 39 befinde sich in der Stellung o.
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Dann hat das auf dem Leuchtschirm 15 der Braunschen Röhre entstehende
Bild das durch 50 in Fig. 2 angedeutete Aussehen; es ist im wesentlichen ein Rechteck.
Seine Höhe hängt von der Amplitude der modulierten Schwingung ab, die an die Vertikalablenkplatten
gelegt ist, seine Breite von der Amph.-tude der Modulationtsschwingungen. Die Höhe
ist daher praktisch konstant und unabhängig vm vom dulationsgrad, während die Breite
unmittelbar damit veränderlich ist. Da die augenblickliche Frequenz des Ausgangs
eine Funktion der gleichzeitigen Modulationsamplitude ist, entspricht also jeder
Punkt auf der horizontalen Achse einer bestimmten augenbl-ickl'ichen Frequenz der
Ausgangsschwingung.
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Bringt man nun den Schalter 39 in die Stellung I, so wird den modulierten
Schwingungen noch die Schwingung von 35 überlagert. Das entstehende Bild hat dann
etwa das in Fig. 3 mit 50 bezeichnete Aussehen. Es hat gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten
Bild noch zwei einander gegenüberliegende Spitzen 51, die sich, stets untereinanderliegend,
mit Variationen der Frequenz von 35 auf dem oberen und unteren Rand des Rechtecks
hin und her bewegen. Diese Erscheinung rührt daher, daß sich nur Wellen der gleichen
Frequenz vektoriell addieren, daß daher das durch die modulierte Schwingung gezeichnete
Rechteck nur an der Stelle seine Form verändert, an der die modulierte Schwingung
die gleiche Frequenz wie der Schwingungserzeuger 35 hat. Bei dieser vektoriellen
Addition der Schwingungen spielt natürlich ihre Phase noch eine Rolle, deren Größe
vom Zufall bedingt ist, aber bei Schwingungen, die nicht von der gleichen Quelle
erzeugt werden, sich von selbst so weit verschiebt, daß mindestens im Leitmittel
eine sich abs Spitze markierende Amplitude entsteht, die wegen der Nachleuchtdauer
des Schirmes und der Trägheit des Auges ständig vorhanden zu sein scheint.
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An sich würde auch die einstellbare Frequenz 35 allein nur ein reehteckförmligels
Bild wie in Fig. 2
liefern. Wenn jedoch die Frequenzen von 35 und
die modulierte Frequenz nicht miteinander übereinstimmen, dann erzeugt jede Frequenz
für sich einen vertikaeen Rechteckstreifen, dessen sichtbare Höhe von der Schwingung
mit größerer Amplitude bestimmt wird, also von der modulierten Schwingung, wenn
diese, wie vorher angenommen, die größte Amplitude hat. Nur an der Stelle, an der
die beiden Frequenzen übereinstimmen, addiert sich zu dieser Höhe noch diejenige
der anderen Schwingung, so daß hier eine über das Rechteck hinausweisende Spitze
entsteht. Vorzugsweise wird der Kreis 35 so eingestellt, daß die von ihm gelieferten
Schwingungen von kleinerer Amplitude sind als die modulierten Schwingungen.
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Da nun die Lage der Spitzen anzeigt, wann die augenblickliche Frequenz
der modulierten Schwingung derjenigen des Kreises 35 gleicht, ergibt sich eine einfache
Möglichkeit für die Frequenzanzeige. Ist z. B. der Schwingkreis 35 auf die ursprüngliche
Trägerfrequenz eingestellt und verläuft die Frequenzmodulation symmetrisch zu dieser
Frequenz, so treten die Spitzen 51 genau in der Mitte des Bildes auf, wie dies in
Fig. 3 dargestellt ist. Bei Steigerung der Frequenz des Kreises 35 bewegen sich
die Spitzen in horizontaler Richtung, z. B. nach rechts. Wenn sie dann die Stellung
52 am Rand des Frequenzbandes erreichen, so stimmt die Frequenz des Kreises 35 mit
der oberen Frequenzgrenze der modulierten Schwingung überein, so daß diese unmittelbar
von der Skala 38 abgelesen werden kann.
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In ähnlicher Weise kann, wenn die Spitzen bei 53 erscheinen, die untere
Frequenzgrenze bestimmt werden.
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Wenn die Anordnung einmal auf bestimmte Betriebsbedingungen eingestellt
ist, so kann un,mittelbar auf dem Schirm 15 der Braunschen Röhre eine Skala angebracht
sein, die mit dem Schwingkreis 35 und der Skala 38 geeicht wird. In Fig. 4 ist beispielsweise
der Fall dargestellt, daß die Skala die Bruchteile einer bestimmten gewünschten
Modulation in Prozent angibt. Mit I00°/o Modulation ist also eine vorher bestimmte
Frequenzabweichung über oder unter der mittleren Frequenz bezeichnet.
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In Fig. 5 ist die Skala unmittelbar auf Schwinguungszalhlen geeicht,
hier für den Fall, daß die mittlere Frequenz 42 MHz ist und die FrequenzaSweithung
sich auf 60 kHz über oder unter dieser Frequenz erstrecken soll. Dementsprechend
sind die Enden der Skala mit 42,06 und 41,04 MHz bezeichnet.
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Durch Änderung des Abgriffe am Spannungsteiler 28 kann das Bild nach
rechts oder links bewegt werden, und durch Änderung des Abgriffes am Spannungsteiler
24 kann es in dieser Richtung gedehnt werden. Verschiebt und dehnt man das Bild
auf diese Weise, so kann man erreichen, daß nur der Rand des Frequenzbandes auf
dem Schirm erscheint, so daß die Ablesgenauigkeit vergrößert wird. Für bestimmte
Einstellungen der Verschiebung und Dehnung des Bildes kann eine entsprechend vergrößerte
Skala vorgesehen sein, die in Fig. 6 dargestellt ist und die Modulation in Prozent
lin der Nähe der oberen Grenze des Frequenebandes angibt. Es kann so in einfacher
Weise d'ie Abweichung der .maximalen Modulation von einem hier mit I000/o bezeichneten
Sollwert bestimmt werden.
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Statt der von. dem Kreis 35 gelieferten einen Schwingung können natürlich
auch mehrere solcher Schwingungen verschiedener Frequenz gleichzeitig auf dasselbe
Plattenpaar gegeben werden. Beispielsweise könnte eine dieser Schwingungen auf die
mittlere Trägerfrequenz eingestellt sein, beispiélsweise durch Kristallsteuerung,
so daß die Trägerfrequenz stetsagenau ablesbar ist. Die anderen Schwingungen können
dann die Frequenzen des oberen undt unteren Randes des gewünschten Frequenzbandes
aufweisen; die Symmetrie oder Unsymmetrie der Modulation ist dann unmittelbar abzulesen,
ebenso wie eine horizontale Verschiebung des gesamten Bildes eine Abweichung der
mittleren Trägerfrequenz von .ihrem eingestellten Wert angibt In ähnlicher Weise,
wie dies dargestellt wurde, können natürlich andere frequenzmodulierte Schwingungen
auf diese Weise überwacht werden, beispielsweise die in einem Empfänger, wobei unter
Umständen noch besondere Verstärker erforderlich sind, bevor die Aufzeichnung der
Schwingungen vorgenommen wird.
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Obwohl nach dem Vorhergehenden die Spitzen in dem Leuchtschirmbild
50 nur dann erscheinen sollten, wenn die Schwingung einstellbarer FreF quenz den
modulierten Schwingungen überlagert wird (Schalterstellung I), hat es sich doch
gezeigt, daß man auch bei Überlagerung dieser S;*wingungen auf die modulierende
Schwingung daselelbe Bild erhält, also bei der Schalterstellung 2. Diese Erscheineng
kann nicht mit Sicherheit gedeutet werden, sie rührt aber wahrscheinlich von der
elektrostatischen Kopplung zwischen den beiden Ablenkplattenpaaren der Braunschen
Röhre her, so daß die Anordnung auch in der Schalterstellung 2 betriebsfähig ist.