DE956522C - Frequenzmodulationssystem mit selbsterregter Stufe grosser Leistung - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 17. JANUAR 1957

L 17832 Villa/210,*

ist als Erfinder genannt worden

Bei bekannten Anordnungen zur FM-Modulation von UKW-Sendern erfolgt die Modulation an einer selbsterregten Zusatzstufe verhältnismäßig niederer Frequenz, die sodann mit der eigentlichen Steuerfrequenz gemischt wird. Die resultierende Frequenz wird danach in mehreren Vervielfachungs- und Verstärkerstufen auf die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsamplitude erhöht.

Eine solche Anordnung zeigt Fig. i. Dort bedeutet ι den meist quarzgesteuerten Oszillator für die Steuerfrequenz, 2 die Mischstufe, 3 und 4 Frequenzvervielfacher, 5 einen Vorverstärker und 6 den Endverstärker, welche aufeinanderfolgen. Der niederfrequente Verstärker ist mit 7 bezeichnet. Sein Ausgang dient zur Frequenzmodulation der selbsterregten Zusatzstufe 8, deren Ausgang mit der Mischstufe 2 verbunden ist. Dieses Verfahren zeigt Nachteile, die darin bestehen, daß durch die Mischung und die Vervielfacherstufen zahlreiche Nebenwellen erzeugt werden, die zur Vermeidung ihrer Ausstrahlung durch die Endstufe jeweils sorgfältig ausgefiltert werden müssen, und daß zur Aussteuerung der Endstufe mehrere Vorstufen steigender Leistung erforderlich sind, wodurch die Senderanordnung kompliziert und kostspielig wird.

Im Gegensatz hierzu sind Anordnungen bekanntgeworden, bei welchen eine Stufe größerer Leistung, vorzugsweise die Endstufe, verwendet wird, die selbsterregt läuft und unmittelbar frequenzmoduliert wird. Die Anordnung soll an Hand von Fig. 2 näher erläutert werden.

Die Modulationsspannung wird über den NF-Verstärker 17 einem Reaktanzrohr in dem Anodenschwingkreis eines selbsterregten Oszillators 18, der in dem Frequenzbereich z. B. 2 bis 3 MHz arbeitet, zugeführt und erzeugt den erforderlichen endgültigen Hub. Von der »selbsterregten Endstufe« 16, die z. B. in dem Bereich 87 ... 100 MHz arbeiten soll, wird eine HF-Spannung abgegriffen und über die Mischstufe 12 mit Hilfe des Oszillators 11 auf eine Frequenz von 1,5 ... 2,5 MHz umgesetzt. Dieser Quarzoszillator 11 ist mit einem entsprechenden Quarz in dem Bereich zwischen 85,5 ... 98,5 MHz bestückt. Es genügt auch eine Oberwelle eines auf einer niedrigeren Frequenz arbeitenden Quarzes. Wenn die Spannungsamplitude dieser Quarzfrequenz kleiner ist als die Amplitude der von der Endstufe 16 abgegriffenen Spannung, wird sogar eine besondere Begrenzerstufe hinter der Mischstufe 12 überflüssig. In dem Mischer 13 entsteht die Differenzfrequenz von 0,5 MHz zwischen der frequenzmodulierten Frequenz aus dem Oszillator 18 und der Frequenz aus der Mischstufe 12.

Diese frequenzmodulierte Frequenz von 0,5 MHz wird in einem mehrstufigen Resonanzverstärker 15 auf einen hohen Pegel verstärkt, der geeignet ist, in einem steilen, mit zwei gegeneinander verstimmten Resonanzkreisen arbeitenden Diskriminator 14 die erforderlichen veränderlichen Gleich- und Wechselspannungen zur Frequenznachstimmung der Endstufe zu erzeugen.

Die Verstärkung der Differenzfrequenz von 0,5 MHz soll so beschaffen sein, daß kleine Abweichungen dieser 0,5 MHz Differenzfrequenz große Änderungen der Frequenz der Endstufe zur Folge haben. Fernerhin sollen die Gleichstromleitungen vom Diskriminator so gepolt sein, daß eine Art Frequenzgegenkopplung eintritt, d. h. eine durch die Frequenz des Oszillators 16 bewirkte Abweichung der 0,5 MHz hat eine solche Änderung der Endfrequenz zur Folge, daß über die Mischstufen 12 und 13 eine Rückänderung der 0,5 MHz eintritt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieser An-Ordnung.

Der Sender arbeitet in Gegenkontakt mit den Röhren Ro₁ und Ro₂. Die Neutralisation der Anoden-Gitter-Kapazitäten erfolgt über die Kondensatoren C₁ und C₂ und die Rückkopplung über die Ohmschen Widerstände T₁ und r₂. An dem Gitter der Röhre .Kd₁ liegt der Gitterkreis K₁ mit dem Kondensator C₃ und der Spule L₃, und am Gitter der Röhre Ro₂ liegt der Gitterkreis K₂ mit ■ dem Kondensator C₄ und der Spule L₄. In dem Beispiel soll K₁ gegenüber der Sollbetriebsfrequenz etwas kapazitiv verstimmt sein, also als Kapazität wirken, und K₂ soll gegenüber der Sollfrequenz etwas induktiv verstimmt sein, also als Induktivität wirken. Jede Röhre wirkt wegen des Ohmschen Widerstandes zwischen Anode und Gitter und des Blindwiderstandes zwischen Gitter und Kathode einerseits wegen der positiven Rückkopplung als selbsterregter Generator und andererseits als Reaktanzröhre. In diesem Beispiel würde die Röhre Ro₁ als kapazitives Reaktanzrohr und die Röhre Ro₂ als induktives Reaktanzrohr arbeiten. Sind beide Röhren in vollkommen gleichem Maße an der Schwingungserzeugung beteiligt, wird sich eine Mittenfrequenz einstellen, auf die auch der Anodenkreis abgestimmt ist. Ein Verändern der Gittergleichspannung bewirkt eine Änderung der Betriebsfrequenz. Die Frequenz wird niedriger, wenn die Gittergleichspannung der Röhre .Rd₁ stärker positiv und diejenige der Röhre Ro₂ stärker negativ gemacht wird. Eine umgekehrte Veränderung bewirkt eine Erhöhung der Betriebsfrequenz.

Diese bekannte Schaltung kann so verwendet werden, daß der Oszillator 16 als Endstufe der Schaltung arbeitet. In diesem Fall besitzt dieser Oszillator eine große Leistung, wobei es möglich ist, daß die Röhren des Oszillators einen Gitterstrom aufnehmen, der jedoch die Gefahr mit sich bringt, daß wiederum Verzerrungen in den Frequenzgang eingeführt werden. Es ist deshalb anzustreben, daß der Gitterstrom auf die Steuerung des Oszillators keinen Einfluß "nimmt. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zwischen dem Diskriminator 14 und dem Oszillator 16 ein steuerbarer Widerstand geschaltet wird. Bei Verwendung der Gegentaktschaltung im Oszillator 16 sind dementsprechend für jede Röhre bzw. Röhrengruppe je ein solcher veränderlicher Widerstand vorzuschalten.

Dieser veränderliche Widerstand besteht aus den Röhren Ro₃ und i?ö₄. Die Röhren Ro₃ bzw. i?ö₄ sind parallel zu den Ohmschen Widerständen r₃ bzw. r₄ in die Gitterableitung der Senderröhren Ro₁ bzw. Ro₂ eingeschaltet und erzeugen somit bei Einsetzen von HF-Schwingungen eine negative Vorspannung an den Gittern der Röhren Ro₁ und Ro₂. Dadurch, daß die Spannung am Gitter der Röhren Ro₃ und i?ö₄ im Rhythmus der Modulation sich ändert, ändert sich in Verbindung mit der der Kathode zugeführten Spannung ihr Widerstand und damit auch der Gitterableitwiderstand der Senderröhren. Damit wird ihre negative Vorspannung im Modulationsrhythmus geändert. Dadurch ändert sich wiederum die Attsgangsfrequenz, und zwar wird durch ein Fallen der negativen Gittervorspannung an Ro₃ bzw. ein Steigen der negativen Gittervorspannung an Ro₁ infolge der damit verbundenen Erniedrigung der negativen Vorspannung an Ro₁ und Erhöhen an Ro₂ die Ausgangsfrequenz erniedrigt und durch den umgekehrten Vorgang erhöht.

Der-Verstärker 15 der Fig. 2 ist ein dreistufiger Breitbandverstärker und speist die symmetrisch ;u seiner Mittenfrequenz von 0,5 MHz verstimmten reise K₃ und K^ Die in diesen Diskriminatorkreisen erzeugten HF-Ströme werden jeder für sich über Gleichrichter gleichgerichtet, und die Gleichspannung des Kreises K₃ wird dem Gitter der Röhre Ro₃ und diejenige von K₄₁ dem Gitter der Röhre Rö_i zugeführt. Weiterhin erhalten die Gitter der Röhren Ro₃ und i?ö₄ von der gemeinsamen las Spannungsquelle Q eine negative Vorspannung. Die

Resonanzfrequenz des Kreises K_s soll, bezogen auf die Mittenfrequenz von 0,5 MHz auf die tiefere, diejenige von K₁ auf die höhere Frequenz abgestimmt sein.

Nur die untere Kombinationsfrequenz kann der Sender »fangen«, wenn die der Mischstufe 13 größer ist als der des Oszillators 18 und der Mischstufe 12. Es sind daher Irrtümer ausgeschlossen. Erst wenn die Frequenzabweichung so groß wird, daß praktisch keine Gleichspannung in den Kreisen K₃ und K_t auftritt, käme die feste negative Vorspannung an. den Röhren Ro₃ und i?ö₄ voll zur Wirkung, wobei diese feste Vorspannung so dimensioniert werden könnte, daß die Röhren bei.ihrer alleinigen Einwirkung voll gesperrt würden, so daß als Gitterableitung für die Senderröhren Ro₁ und Ro₂ nur die Widerstände T₃ und r₄ wirksam werden. Diese könnten so hohe Werte erhalten, daß für diesen Fall die Röhren nur noch mit sehr kleiner Leistung arbeiten bzw. daß die Schwingungen abreißen wurden. Dieser Zustand kann auch dadurch bewirkt werden, daß die Widerstände r₃ und r₄ anstatt an Erde an eine negative Vorspannung gelegt werden.

Für eine automatische grundsätzliche Nachsteuerung des Senders sind Relais ReI₁, ReI₂, ein Motor und ein kleiner, dem Anodenkreis parallel liegender Kondensator C₄ vorgesehen. ReI₁ liegt parallel dem Kathodenwiderstand der Röhre Ro₂, bzw. es kann auch beiden Röhren über getrennte Vorwiderstände parallel geschaltet sein. Es ist so eingestellt, daß es erst anspricht, wenn der Diskriminator positive Spannungen liefert und der Kathodengleichstrom einen entsprechend großen Wert erreicht hat. Erst dann schaltet sein Arbeitskontakt die Steuerspannung des Regelmotors ein. Das Relais 2 ist ein polarisiertes Relais und arbeitet von der Differenzspannung der beiden Kathodenwiderstände der Senderröhren. Je nach Lage der Differenz wird der Motor von diesem Relais au'f Linkslauf oder auf Rechtisfauf gesteuert. Diese Regelung stellt also die Kathodenströme entsprechend ihrem Integralwert gleich ein und hält die gesamte Schaltung stets auf dem richtigen Ab-

stimmweft. Die angedeutete Schaltung kann weiter ausgebaut werden, z. B. können Endkontakte des Reglers ein Nachstimmen der Hauptabstimmung bewirken, so daß der Feinregler bei starken Verstimmungen wieder in seinen Regelbereich geschoben wird. Auch kann beim Versagen einer Vorröhre, wodurch der Kathodenstrom in den Endröhren fällt, der Gesamtsender abgeschaltet werden, wodurch das Ausstrahlen einer Fehlfrequenz vermieden wird.

Claims (4)

55 PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation mittels eines ersten Oszillators, dessen Schwingungen in ihrer Frequenz herabgesetzt und mit einer frequenzmodulierten Hochfrequenzspannung eines zweiten Oszillators gemischt und schließlich, gegebenenfalls nach Verstärkung, einem Diskriminator zugeführt werden, dessen Ausgangsspannung zur Frequenzänderung des ersten Oszillators benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Diskriminatorausgang und dem Eingang des ersten Oszillators ein veränderlicher Widerstand eingeschaltet wird, der eine mit der Modulationsspannung schwankende Vorspannung erzeugt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Oszillator aus im Gegentakt arbeitenden Röhren bzw. Röhrengruppen besteht und daß zwischen dem Eingang jeder Röhre bzw. Röhrengruppe und dem Ausgang der vorgeschalteten Gleichrichter je ein Kathodenfolger geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannungen am Eingang des ersten Oszillators eine Schwingung oder ein Aussetzen der Oszil- " latorschwingung beim Ausfall oder bei zu geringer Steuerspannung bewirken.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden-, Gitter- oder Kathodenströme der Röhren oder Röhrengruppen des ersten Oszillators Steuereinrichtungen zum Nachstimmen der Schwingkreise (Relais oder Motor) auslösen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 811 966, 907663; USA.-Patentschriften Nr. 2 279 659, 2326314, 426 996.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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