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Modulationsanordnung für Impulsphasenmodulation Die Erfindung bezieht
sich auf Modulatoranordnungen für Impulsphasenmodulation (PPM), und zwar auf solche,
bei denen die niederfrequente, modulierende Spannung einer Steuerspannung (z. B.
Sägezahnspannung) überlagert wird.
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Eine bekannte Schaltung arbeitet mit im C-Bereich vorgespannten Trioden
als eigentlichen Modulatorröhren. Die Nachrichtenspannung wird von einer durch periodisch
auftretende Impulse gesteuerten Vorrichtung in eine Treppenkurve umgewandelt, der
dann eine sägezahnförmige Spannung überlagert wird. Die dabei entstehende Kombinationsschwingung
wird zwei normalerweise gesperrten Trioden zugeführt, in deren Ausgangskreis nach
Verstärkung und Absehneidung in ihrer Basis breitenmodulierte, sägezähnförmige Impulse
entstehen. Zur Entkopplung von Niederfrequenz- und Impulsstromkreisen sowie zur
Impulsformung und weiteren Begrenzung sind zusätzliche Röhrensysteme erforderlich,
so daß bei Anordnungen dieser Art pro Kanal mindestens vier Röhrensysteme verwendet
werden müssen.
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Eine andere bekannte Schaltung weist im Anodenkreis einer als Modulatorröhre
arbeitenden Mehrgitterröhre einen Sägezähngenerator auf, bei dem durch Aufladen
und Entladen eines Kondensators eine sägezahnförmige Spannung an der Anode der Modulatorröhre
entsteht. Die Entladezeitkonstante
des Sägezahngenerators, der
gleichzeitig den Anodenwiderstand der Modulatorröhre darstellt, wird durch Anlegen
einer modulierenden Steuerspannung am Steuergitter der Modulatorröhre im Rhythmus
der modulierenden Spannung verändert. Auf diese Weise entsteht an der Anode der
Modulatorröhre eine Sägezahnspännung -mit variabler Steigung der einen Sägezahnfianke
und daraus nach Differentiation, Begrenzung und Impulsformung in weiteren Stufen
eine Impulsfolge, deren Frequenz sich gemäß der modulierenden Spannung ändert. Auch
hier ist der Aufwand an Röhren je Kanal erheblich. -In einer weiteren, bekannten
Anordnung wird zur Erzeugung breitenmodulierter Impulse eine Schaltung mit einer
Diode verwendet, deren Kathode vorgespannt ist. Dieser vorgespannten Kathode werden
eine sägezahnförmige Spannung und gleichzeitig über eineu Vorwiderstand die modulierende
. Spannung zugeführt. An der Anode der - Diode entsteht entsprechend der begrenzenden
Wirkung der Diode mit fester Abschneidspannung eine Reihe sägezahnförmiger Impulse,
deren Basisbreite sich entsprechend der modulierenden Spannung ändert. Aus diesen
an der Basis von beiden Flanken her breitenmodulierten Sägezahnimpulsen lassen sich
durch entsprechende Verformung und Begrenzung breitenmodulierte Impulse herstellen,
hei denen sich Vorder- und Hinterflanke entsprechend dem Modülationsinhalt verschieben,
so daß zur Wiedergabe der Nachricht immer mindestens Vorder- und Hinterkante des
erzeugten Impulses übertragen werden müssen.
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Außerdem ist bereits eine Modulatoranordnung vorgeschlagen worden,
die nur eine Pentode enthält. Die Amplitude des Augenblickswertes der modulierenden
Spannung wird dadurch gekennzeichnet, daß der Strom in einem bestimmten Zeitpunkt
vom Schirmgitter zur Anode überspringt. Der Abstand dieses Zeitpunktes von einem
Bezugszeitpunkt ist proportional der Amplitude der modulierenden Spannung. Bei dem
Überspringen des Stromes wird das Schirmgitter gegenüber der Anode positiv, was
leicht zu einer Überlastung des Schirmgitters führen kann und somit ein Nachteil
dieser Anordnung ist. Ferner beeinflussen die bei Mehrgitterröhren relativ großen
Streuungen die Konstanz der Impulseigenschaften nachteilig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Modulato.ranordnung
zu schaffen, die einen einfachen Aufbau besitzt und die obenerwähnten Nachteile
sicher vermeidet. Dies wird bei einer Modulatoranordnung für Impulsphasenmodulation,
bei der die modulierende Spannung einer Steuerspannung überlagert und zusammen mit
dieser nach Verstärkung in einer Röhre, vorzugsweise einer Triode, zur Erzeugung
der phasenmodulierten Impulse an eine Diode, insbesondere eine Kristalldiode, angelegt
wird, gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Diode Gli kathodenseitig fest
vorgespannt und anodenseitig. mit einer Spule L und zwei weiteren gegeneinander
gepolten Gleichrichtern G12 und Gl. derart zusammengeschaltet ist, daß der Öffnungszeitpunkt
der Diode und damit die Phasenlage des zu bildenden Impulses an der Anode der Diode
von der modulierenden Spannung abhängt.
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Ein weiterer Vorteil der Diode gegenüber den bisher verwendeten Röhren
mit Gitter ist die größere Steilheit der Stromspannungskennlinie. Außerdem altern
Dioden nicht so schnell wie Röhren mit Gittern. Für die Verwendung als Modulator
kommen Röhren öder Kristalldioden in Frage. Trockengleichrichter sind wegen ihrer
Kapazität hier unbrauchbar.
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Gegenüber solchen bekannten Schaltungen, die vier Röhrensysteme pro
Kanal benötigen, erweist Ä - sich diese .Anordnung insbesondere bei Mehrkanalsystemen
als vorteilhaft, da ja die Zahl der bisher verwendeten, pro Kanal erforderlichen
Röhren herabgesetzt wird.
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An Hand der Zeichnungen wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben.. Es zeigt Fig. r ein Schaltbild einer Modulatoranordnung gemäß der
Erfindung, Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise
der Anordnung gemäß Fig. z.
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In Fig. z ist die Anordnung-für einen Kanal dargestellt. Sie enthält
die beiden Trioden r und 2. Es kann sich dabei auch um eine Doppeltriode handeln.
An die Klemme 3 werden negative Rechteckimpulse gelegt. Diese sind in Zeile A von
Fig. 2 gezeigt. Dann entsteht an* dem Kondensator C4 eine negative Sägezahnspannung,
wie sie Zeile B von Fig. 2 -zeigt. Die negative Sägezähnspannung gelangt über die
aus den Widerständen Ni, R2, R3 und R4 bestehende Brückenschaltung an das Gitter
der Triode Z.
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Zur Wahl der Abtastfrequenz ist zu sagen, daß sie mindestens doppelt
so groß wie die höchste Frequenz der modulierenden Spannung sein muß. Innerhalb
einer Abtastperiode und sogar noch -während einer Kanalperiode machen sich also
Änderungen der modulierenden Spannung noch gut bemerkbar. Der Einfachheit halber
wird hier jedoch die modulierende Spannung während einer Abtastperiode als konstant
angenommen. Die hier angenommene modulierende Spannung ist in Zeile C von Fig. 2
gezeigt.
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Über die Klemmen q. und 5 wird die modulierende Spannung nun der Brückenschaltung
und damit dem Gitter -der Triode z zugeführt. Durch Abgleichen der Brückenschaltung
wird eine weitgehende Entkopplung der zur Klemme 3 geführten Impulse von der modulierenden
Spannung erzielt und dadurch das Nebensprechen zwischen den über ein Verteilerelement
gekoppelten Klemmen vermieden. Die Summe der modulierenden Spannung und der negativen
Sägezahnspannung ist in Zeile D von Fig. 2 dargestellt. Sie wird nun in der Röhre
z verstärkt und' erscheint an der Anode der Röhre i positiv. Die Diode GLi, das
eigentliche Modulationselement,wird durch die Widerstände R5, Rs und R7 so vorgespannt,
daß sie bei Abwesenheit einer
modulierenden Spannung in der Mitte
der steilen Sägezahnflanke durchlässig wird. Der Verbindungspunkt des Widerstandes
R8 und der Spule L wird durch den Blockkondensator C2 wechselstrommäßig auf das
Potential Null gelegt. Auch der Verbindungspunkt des Widerstandes R9 und des Gleichrichters
Gl3 erhält über den Kondensator C3 das Wechselstrompotential Null.
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Die Anodenspannung folgt nun einer Kurve, die zu der von Zeile D spiegelbildlich
verläuft, und zwar geschieht das so lange, bis die Diode Gll durchlässig wird. Dieser
Zeitpunkt variiert mit der modulierenden Spannung.
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Wenn die Diode Gll durchlässig wird, fließt durch die Spule L ein
Strom. Dieser ist proportional der Summe der modulierenden Spannung und der Sägezahnspannung.
Die Spannung an der Spule L ist proportional dem zeitlichen Differentialquotienten
des Stromes. Während der Öffnungszeit der Diode Gll treten an der Spule L durch
Differenzieren des durch sie fließenden Stromes positive und negative Impulse auf,
von denen die negativen durch den Gleichrichter G12 kurzgeschlossen werden. In der
Zeile E ist die sich bei Berücksichtigung der Wirkung des Gliedes L, G12
ergebende Anodenspannung dargestellt. An der Spule I_ treten Spannungsimpulse- auf,
die theoretisch rechteckig sind. Infolge der Wicklungskapazität der Spule L werden
sie jedoch abgerundet. Zeile F von Fig. 2 zeigt diese Impulse. Wie oben bemerkt,
ist ihre Zeitauslenkung proportional der modulierenden Spannung. Ihre Amplitude
ist nicht konstant, sondern ändert sich mit der Zeitlage.
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Um die bei Impulsphasenmodulation üblichen kurzen Impulse gleicher
Amplitude und gleicher Dauer zu erzielen, werden die Impulse von Zeile F (Fig. 2)
zunächst durch den Gleichrichter Gl3 aufeine bestimmte Amplitude begrenzt. Diese
begrenzten Impulse sind in Zeile G von Fig. 2 gezeigt. Sie «erden nun an dem CR-Glied
Cl R12 differenziert. Am Steuergitter der Röhre 2 treten dann kurze Impulse auf,
wie sie Zeile H von Fig. 2 zeigt. Die Röhre :2 arbeitet im C-Betrieb. Das bedeutet,
daß die negativen Impulse unterdrückt und die positiven verstärkt werden. An der
Anode der Röhre 2 erscheinen dann Impulse, wie sie Zeile T von Fig. 2 zeigt. Diese
Impulse werden einem Impulstransformator Ty zugeführt. Die Sekundärwicklung dieses
Impulstransformators ist mit den Sekundärwicklungen der Impulstransformatoren der
übrigen Kanäle parallel geschaltet. Die Impulse werden dann in einer weiteren Verstärkerstufe
(nicht gezeigt) noch einmal verstärkt. Dann werden sie entweder direkt übertragen
oder einer Trägerwelle aufmoduliert.
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Der Kathodenkreis der Röhre i enthält noch einen Schalter 7. Dieser
dient zur Erzeugung von Rufzeichen. Durch Schließen dieses Schalters kann die Kathode
über einen Widerstand R11 an negatives Potential gelegt werden. Die Diode Gll ist
dann stärker vorgespannt und wird erst bei einem Punkt der oberen Hälfte der steilen
Sägezahnflanke durchlässig. Infolgedessen werden phasenmodulierte Impulse übertragen,
aus denen sich nach der Demodulation am Empfänger eine Gleichspannung ergibt.