-
Diversity-Empfänger Die Erfindung betrifft Diversity-Empfänger. Unter
solchen werden Zeichenempfänger verstanden, bei denen eine Mehrzahl von zeichenaufnehmenden
Kanälen, die mit Wahrscheinlichkeit nicht gleichzeitig gleichartigen Schwunderscheinungen
oder anderen Änderungen der Zeichenstärke unterworfen sind, dazu benutzt wird, einen
gemeinsamen Ausgangskreis zu speisen. Dieser gemeinsame Kreis ist entweder so geschaltet,
daß er eine im wesentlichen aus der Summe der von den verschiedenen Kanälen gelieferten
Zeichenspannungen herrührende Leistung aufnimmt, oder so, daß er aus den erwähnten
Kanälen über Schalter oder gleichwirkende Mittel gespeist wird, die abhängig von
den Empfangsstärken bewirken, daß nur der Kanal mit der im Augenblick größten Empfangsstärke
zur Ausgangsleistung beiträgt. In beiden Fällen ist die Ausgangszeichenstärke weit
gleichmäßiger, als es sonst der Fall wäre. Die vorliegende Erfindung bezieht sich
auf den an zweiter Stelle erwähnten selektiven Diversity-Empfang, der also dadurch
gekennzeichnet ist, daß eine automatische Selektion unter den beteiligten Kanälen
derart erfolgt, daß nur der Kanal benutzt wird, der gerade die größte Zeichenspannung
führt. Diversity-Empfang wird in weitem Umfang benutzt, um Schwunderscheinungen
beim Funkempfang zu bekämpfen. Die Empfangskanäle eines selektiven Diversity-Empfängers
bestehen in einer Mehrzahl von Antennen, im allgemeinen drei, die an örtlich verschiedenen
Stellen und/oder verschieden aufgestellt sind, so daß gleichzeitig gleicher Schwund
bei allen dreien unwahrscheinlich ist. Die von den getrennten Antennen empfangenen
Zeichen werden nach der erforderlichen Verstärkung, die entweder vor oder nach der
Demodulation erfolgt; über
Schalter oder gleichwirkende elektronische
Schaltungen, die abhängig von den relativen Empfangsstärken der Antennen die Zeichen
weitergeben oder sperren, einem gemeinsamen Ausgangskreis zugeführt.
-
Die Erfindung sucht die selektiven Diversity-Empfänger in der Richtung
zu verbessern, daß durch eine schnelle Umsteuerung der Wechsel von einem Kanal zum
anderen sehr rasch vollzogen wird, sobald die einen solchen Wechsel erforderlich
machenden Bedingungen vorliegen. Bisher war es außerordentlich schwierig, eine solche
erwünschte schnelle Wirkung bei Empfängern mit drei oder mehr Kanälen zu erzielen.
Die Erfindung jedoch gestattet, wie aus dem Folgenden hervorgeht, dieses Ziel ohne
verwickelte oder teure Schaltungen und Geräte zu erreichen.
-
Zu einem selektiven Diversity-Empfänger gemäß der Erfindung gehören
folgende Bestandteile: eine Mehrzahl von Kanälen für ankommende Zeichen; zu jedem
Kanal eine besondere Gleichrichterschaltung zur Erzeugung einer von der Zeichenstärke
in diesem Kanal abhängigen Gleichspannung; eine allen Kanälen gemeinsam zugeordnete
Vorrichtung zur Erzeugung einer Gleichspannung, deren Größe von der jeweils größten
Zeichenstärke abhängig ist; eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Mehrzahl von Differenzspannungen
durch Vereinigung der erstgenannten Spannungen mit der an zweiter Stelle :genannten
Spannung; eine Kippschaltung mit so vielen unterschiedlichen stabilen Gleichgewichtszuständen,
wie Kanäle für ankommende Zeichen vorhanden sind; eine Vorrichtung zum Steuern der
Kippschaltung durch die genannten Differenzspannungen, die diese veranlaßt, denjenigen
Gleichgewichtszustand anzunehmen, der der aus dem Kanal mit der größten Zeichenstärke
gebildeten Differenzspannung zugeordnet ist; ein gemeinsamerAusgangskreis; Vorrichtungen
zum Steuern der Zeichenübertragung von jedem Kanal auf den gemeinsamen Ausgangskreis,
im folgenden Zeichenübertrager genannt; eine Vorrichtung zum Steuern dieser Zeichenübertrager
durch die Kippschaltung, abhängig von dem Gleichgewichtszustand, den diese angenommen
hat, derart, daß nur der dem Kanal mit größter Empfangsstärke zugeordnete Zeichenübertrager
Zeichen auf den gemeinsamen Ausgangskreis durchläßt.
-
Vorzugsweise enthält jede der genannten Gleichrichterschaltungen je
zwei Gleichrichter. Jedes dieser Gleichrichterpaare wird von einem der Kanäle gespeist.
Die ersten Gleichrichter dieser Paare besitzen jeder seinen eigenen Belastungswiderstand
und erzeugen an diesem jeweils eine der Zeichenstärke entsprechende Gleichspannung.
Die zweiten Gleichrichter arbeiten auf einen gemeinsamen Belastungswiderstand. Die
an letzterem auftretende Gleichspannung wird den vorstehend genannten einzelnen
Gleichspannungen einzeln entgegengeschaltet. Dadurch entstehen die obengenannten
Differenzspannungen.
-
Außerdem werden vorzugsweise die Schaltelemente der einzelnen Gleichrichterschaltungen,
die zweiten Gleichrichter und der gemeinsame Belastungswiderstand so bemessen, daß
die mit der größten Spannung der einzelnen Belastungswiderstände gebildete Differenzspannung
nahezu den Wert Null hat.
-
Die Kippschaltung enthält vorzugsweise eine Mehrzahl gittergesteuerter
Elektronenkippröhren, und zwar zunächst für jeden Kanal eine. Das Steuergitter jeder
Röhre ist dabei mit den Anoden der beiden anderen gekoppelt, und ein Teil eines
jeden Gitterableitwiderstandes bildet den Kathodenwiderstand für je eine weitere
Elektronenröhre, die als Kathodenverstärker geschaltet ist und im folgenden Schaltröhre
genannt wird. Die obengenannten, in der Gleichrichterschaltung erzeugten Differenzspannungen
werden den Gittern dieser Schaltröhren zugeführt. Die Gesamtschaltung ist so ausgeführt,
daß bei jedem der verschiedenen Gleichgewichtszustände jeweils ein anderes der verschiedenen
Systeme stromlos ist, während alle übrigen leiten.
-
Vorzugsweise sind die Zeichenübertrager Sperrschaltungen, deren jede
vorzugsweise von einer Spannung gesteuert wird, die von der Anode je einer der erstgenannten
Kippröhren der Kippschaltung abgeleitet ist.
-
Die Erfindung ist durch die Zeichnung erläutert, in der eine erfindungsgemäße
Schaltung zum Teil im Blockschaltbild und zum Teil in vereinfachtem Leitungsschaltbild
dargestellt ist. Die Zeichnung zeigt einen Dreifachempfänger, d.h. eine Schaltung
mit mehreren Empfangsstellen, jedoch nur als Beispiel. Jede gewünschte Anzahl von
Empfangsstellen von zwei an aufwärts kann verwendet werden.
-
Die Zeichnung zeigt drei Zeichenkanäle A, B, C.
Diese nehmen
bei A i, B i und C i die Eingangszeichen auf und geben ihre Ausgangsleistung an
eine gemeinsame Ausgangsleitung ABC i ab. Jeder Kanal besitzt außer den gewöhnlichen
Empfangs-und Verstärkerkreisen A 2, B:2, C 2 j e eine Sperrschaltung
A3, B3, C3, die von Steuerspannungen gesteuert wird,
die in später zu beschreibender Weise zugeführt werden, und die bestimmt, ob der
Einzelkanal, zu dem sie gehört, im jeweiligen Augenblick zur gemeinsamen Ausgangsleistung
beiträgt oder nicht. Die Sperrschaltungen können in jeder geeigneten, an sich bekannten
Weise ausgeführt sein und sind deshalb hier nicht im einzelnen beschrieben, sondern
nur als Blocks angedeutet.
-
Von irgendeiner geeigneten Stufe jedes Kanals, entweder einer Trägerfrequenzstufe,
einer Zwischenfrequenzstufe oder einer Niederfrequenzstufe, je nach Wunsch, wird
über die Zweigleitungen AC, BC; CC Energie entnommen und dem Gleichrichterteil
zugeführt, der aus den drei Gleichrichterschaltungen in den strichpunktierten Rechtecken
AD,
BD, CD besteht. Jede dieser drei Gleichrichterschaltungen erzeugt
in später zu beschreibender Weise eine Differenzsteuerspannung, die etwa gleich
der Differenz zwischen dem Scheitelwert der stärksten der den Gleichrichtern zugeleiteten
Zeichenspannung
und dem Scheitelwert der dem einzelnen Gleichrichter zugeleiteten Zeichenspannung
ist. Diese Differenzspannungen oder ihnen proportionale Spannungen werden über Leitungen
AL, BL, CL einer Kippschaltung in dem strichpunktierten Rechteck T zugeführt,
die die Sperrschaltungen A 3, B3, C 3 durch Spannungen über die Leiter AP,
BP, CP steuert. Die Kippschaltung ist eine symmetrische, über Kreuz gekoppelte
Schaltung mit drei stabilen Gleichgewichtszuständen. je einen von diesen nimmt sie
je nach dem Überwiegen der einen der drei Differenzspannungen an, die ihr über die
Leitungen AL, BL, CL zu-
geführt werden. Bei jedem der Gleichgewichtszustände
öffnet sie eine der Sperrschaltungen A 3, B 3 oder C 3 mittels einer über
die Leitungen AP, BP oder CP übertragenen Spannung und sperrt die beiden
anderen. Die folgende Beschreibung zeigt, daß die Kippschaltung T sehr rasch aus
einer Gleichgewichtslage in die andere übergeht, während aber trotzdem ein gewisser
Verzug bzw. eine Rückhaltung auftritt, bevor der Übergang tatsächlich stattfindet.
Dieser Verzug ist ein Betriebsvorteil, da er dazu beiträgt, das System am Pendeln
von einem Kanal zum anderen zu hindern, wenn zwei der Zeichenspannungen für einen
Augenblick um einen ungefähr gleich hohen Wert schwanken. Selbstverständlich ist
die Schaltung so, daß die Kippschaltung denjenigen Kanal A, B oder C freigibt,
in dem gerade der Empfang am stärksten ist.
-
Im folgenden wird der Gleichrichterteil genauer beschrieben. Da die
drei Gleichrichterschaltungen AD, BD und CD einander ähnlich sind,
genügt es, eine von ihnen, z. B. AD, zu beschreiben. Entsprechende Teile
der Gleichrichterschaltungen BD und CD sind mit entsprechenden Bezugszeichen
versehen, die sich von denen der beschriebenen Gleichrichterschaltung nur durch
die Vorbuchstaben B bzw. C unterscheiden.
-
Die Eingangsspannung für die Gleichrichter-Schaltung AD stammt
aus einem Transformator, dessen Primärseite durch den Block AD i dargestellt
ist, während AD 2 seine Sekundärseite ist. An dieser liegt ein Kreis, bestehend
aus einem Gleichrichter AD 3 und einem damit in Reihe geschalteten Belastungswiderstand
AD 4, der durch einen Kondensator AD 5 überbrückt ist. Die Schaltelemente
dieses Kreises sind so bemessen, daß die Spannung am Kondensator AD 5 ungefähr
gleich dem Scheitelwert der Zeichenspannung an der Sekundärseite des Transformators
ist. Diese Sekundärseite AD2 speist außerdem einen weiteren Kreis mit dem Gleichrichter
AD 6, dessen Belastungswiderstand ABC2 durch einen Kondensator ABC3 überbrückt
ist. Die Elemente ABC 2 und ABC 3, die den Elementen
AD 4 und AD 5 ähnlich sein können, sind, wie die Zeichnung zeigt,
allen drei Gleichrichtereinheiten gemeinsam, indem der Belastungswiderstand ABC2
der gemeinsame Belastungswiderstand für die Gleichrichter AD 6, BD
6 und CD6 ist. Die an den Elementen ABC2 und ABC3 auftretende Spannung wird
annähernd gleich derjenigen der an den SekundärseitenAD2, BD2 oder CD
2 liegenden Zeichenspannung sein, die zu dem Kanal gehört, in dem gerade
der Empfang am stärksten ist. Die Gleichrichterseite des gemeinsamen Belastungswiderstandes
ABC2 ist geerdet. Zwischen der anderen Seite dieses Widerstandes und Erde herrscht
eine .positive Spannung entsprechend dem stärksten der Zeichen, wogegen zwischen
eben dieser anderen Seite und den Leitern AL, BL oder CL negative
Spannungen entsprechend der jedem einzelnen Gleichrichter zugeführten Zeichenspannung
entstehen. Demgemäß wird die Spannung desjenigen der Leiter AL, BL oder
CL,
dessen zugehörige Einheit gerade den stärksten Empfang hat, gegen Erde
gleich Null, während die von den beiden anderen Leitern übertragenen Differenzsteuerspannungen
ungefähr den Differenzen zwischen dem stärksten Empfang und dem Empfang an der zugehörigen
Gleichrichtereinheit entsprechen. Falls gewünscht, können die Gleichrichter auch
umgepolt werden. Dann werden die Differenzspannungen negativ, und die Kippschaltung
muß selbstverständlich auch so gebaut sein, daß sie entsprechend arbeitet. Sie enthält
drei Elektronenkippröhren, im gezeichneten Beispiel die Trioden hi, V2 und V3 mit
den Anodenwiderständen R i, R2, R3 und einem gemeinsamen Kathodenwiderstand R4,
der zwischen dem Verbindungspunkt der Kathoden und Erde liegt und die gemeinsame
Gittervorspannung erzeugt. Das Gitter jeder Röhre ist über je zwei in Reihe geschaltete
Widerstände R 5 und R6, R 7 und R 8 bzw. R g und R i o geerdet und über die
Widerstände R i i und R 12, R 13 und R 14 bzw: R 15 und R 16 mit den Anoden der
beiden anderen Röhren gekoppelt. Die Widerstände R6, R8 und R io bilden außerdem
die Kathodenwiderstände für die als Kathodenverstärker geschalteten Schaltröhren
T14, V5 und h6, die ebenfalls als Trioden gezeichnet sind und den Röhren hi, h2,
h3 ähnlich sein können. Die Anodenseiten der Röhren hi, h2, h3 sind in irgendeiner
zweckentsprechenden Weise so geschaltet, daß die Änderungen der Anodenströme oder
Spannungen über die Leiter AP, BP, CP die gewünschten Änderungen zum Steuern
der Sperrvorgänge in den Sperrschaltungen A3, B3, C 3 hervorrufen.
-
Man sieht, daß bei dieser Schaltung zwischen dem Gitter jeder der
Röhren hi, V2, Tl3 und Erde eine Spannung liegt, die sich aus Bruchteilen der Anodenspannungen
der beiden anderen Röhren und aus der Kathodenspannung der zugehörigen Röhre V4
Y5 oder h6 gegen Erde ergibt. Die Schaltelemente sind so bemessen, daß, bei völligem
Fehlen eines Empfangs in allen drei Kanälen, also wenn AL, BL und
CL auf Erdpotential liegen, die Kippschaltung drei stabile Zustände besitzt,
von denen sie einen annimmt. Der stabile Zustand ist dadurch gekennzeichnet, daß
je zwei der Röhren hi, h2, Tl3 Anoden- und Gitterstrom führen und die dritte gesperrt
ist. Dies wird durch die kreuzweise Kopplung erreicht. Welchen der drei möglichen
stabilen Gleichgewichtszustände die Kippschaltung annimmt, hängt von geringen Unterschieden
bzw. Toleranzen der Daten der drei Röhren hi, h2, V3
bzw. der zu
ihnen gehörigen Widerstände ab, ist aber für die Funktion der Schaltung belanglos.
Das Einkippen erfolgt während des Einschaltens der Betriebsspannungen.
-
Zur Verdeutlichung der Potentialverhältnisse werde beispielsweise
der Fall betrachtet, daß die Röhre Vi gesperrt ist und die Röhren V2 und V3 Anoden-
und Gitterstrom führen. Infolge Spannungsteilung an R 2 und dem Innenwiderstand
von Ire liegt das Anodenpotential von Ire tiefer als das des positiven Pols (HT
+) der Spannungsquelle; das gleiche gilt entsprechend für V3. Die Anoden
von V2 und V3 sind über R 12 bzw. R i i mit dem Gitter von Vi und weiter über R
5 und R 6 mit Erde verbunden. Entsprechend den Größen der genannten Widerstände
nimmt also das Gitter von Vi ein Potential an, das zwischen dem Erdpotential und
dem der beiden Anoden von Ire und V3 liegt.
-
Gleichzeitig fließen aber durch den allen drei Röhren gemeinsamen
Kathodenwiderstand Rq_ die Kathodenströme von Ire und V3 und erzeugen an
ihm einen Spannungsabfall, der das Potential aller drei Kathoden anhebt. Dadurch
werden einerseits die Anodenströme der beiden Röhren Ire und V3 begrenzt; andererseits
wird durch geeignete Bemessung der Widerstände erreicht, daß das gemeinsame Kathodenpotential
so hoch über dem Gitterpotential der Röhre T'i liegt, daß diese gesperrt bleibt.
Damit liegt ihr Anodenpotential höher als das der beiden anderen Röhren Ire und
T"3. Infolgedessen liegt auch das Potential des über die Widerstände R 13 und
R 14 an die Anoden von Vi und V3 angeschlossenen Gitters von V2 höher als
das Gitterpotential von Vi, so daß V2 stromführend bleibt. Das gleiche gilt für
das Gitterpotential von V3: Erhöht man nun die Gitterpotentiale von L'i und V2 auf
irgendeine Weise, z. B. indem man die Verbindungsstelle von RS und R6 bzw. die von
R 7 und R 8 mit einem Punkt hohen positiven Potentials verbindet, um einen ausreichenden
Betrag, so fließen durch Vi und V2 und damit durch R i und R 2 Anodenströme. Dadurch
sinken die Anodenpotentiale von Vi und V2 und wegen der Kopplung durch R 15 und
R 16 auch das Gitterpotential von V3. Dadurch verringert sich deren Anodenstrom,
so daß ihr Anodenpotential steigt und infolgedessen auch die Gitterpotentiale von
Vi und Ire weiterhin steigen. Die gegenseitige Beeinflussung führt schließlich dazu,
daß Röhre V3 stromlos wird und die anderen beiden, Vi und V2; stromführend werden.
-
Der geschilderte Vorgang verläuft natürlich wegen der praktischen
Trägheitslosigkeit der Elektronenröhren und wegen des Fehlens von Zeitkonstanten
in der Schaltung praktisch momentan. Es leuchtet aber ein, daß zur Umsteuerung selbst
eine gewisse Mindestpotentialerhöhung des Gitters der gerade gesperrten Röhre erfolgen
muß. Diese Tatsache wird, wie bereits oben angedeutet, dazu ausgenutzt, ein dauerndes
Pendeln zwischen zwei Gleichgewichtslagen infolge kleiner Schwankungen der Zeichenspannungen
zu vermeiden. Es leuchtet weiterhin ein, daß man den obenerwähnten Verzug oder,
mit anderen Worten, die Ansprechschwelle der Kippschaltung durch Veränderung einiger
Schaltelemente, z. B. der Widerstände R4, R5, R7, Rg, weitgehend variieren kann.
-
Die zur Umsteuerung erforderliche Erhöhung zweier Gitterpotentiale
wird nun durch die als Kathodenverstärker geschalteten Schaltröhren V4, V5 und V6
in folgender Weise erzielt: Sobald einer der Kanäle A, B, C, z. B. C, ein stärkeres
Zeichen empfängt als die beiden anderen, A und B;
wird, wie oben beschrieben,
das durch die Leitung CL der Röhre 1r6 zugeführte Gitterpotential etwa gleich
dem Erdpotential, während die Gitterpotentiale von V5 und V4 positiver sind. Dadurch
fließt durch V4 und V5 jeweils ein Kathodenstrom, der an R 6 bzw. R 8 entsprechende
Spannungsabfälle erzeugt, so daß bei geeigneter Bemessung der Schaltelemente die
Potentiale der Verbindungspunkte von R S und R 6 bzw. von R 7
und R 8 und
damit die Gitterpotentiale von Vi und V2 steigen.
-
Die Röhre V6 bleibt stromlos, da ihr Gitter auf Erdpotential, ihre
Kathode dagegen über den Spannungsteiler R g, R io an das gegen Erde positive Gitter
von V3 angekoppelt und dadurch positiver ist.
-
Es führen also jetzt die Röhren Vi und Ire Anodenströme und haben
dadurch niedrigere Anodenpotentiale als die gesperrte Röhre V3. Die Anodenpotentiale
werden nun über die Leitungen AP, BP und CP an die entsprechenden Zeichenübertrager
A3, B3, C 3 gelegt- und steuern diese derart, daß jeder Zeichenübertrager
bei Unterschreitung eines bestimmten Potentialwertes gesperrt, bei überschreitung
dagegen geöffnet wird. In dem vorgenannten Beispiel werden also die Zeichenübertrager
A 3 und B 3 gesperrt und C 3 geöffnet, so daß dieser das gerade vom Kanal C am stärksten
empfangene Zeichen an den Ausgang ABC i weiterleitet. Die zur Umsteuerung
der Kippschaltung erforderliche Höhe der vom Gleichrichterteil gelieferten positiven
Potentiale hängt von der Einstellung der Schaltung ab, deren Elemente nach Bedarf
regelbar sein können. Vorzugsweise sind die Widerstände R 4, R 5, R 7 und
R g
regelbar oder jedenfalls mit regelbaren Vorwiderständen versehen, um die
gewöhnlich zu erwartenden Abweichungen der Schaltelemente von ihren Sollwerten auszugleichen.
-
Unter den vielen möglichen Abwandlungen der dargestellten Ausführungsform
ist der Ersatz jedes der Triodenpaare Vr-V4, V:2-V5 und V3-V6 durch eine Doppeltriode
vorteilhaft.