DE961986C - Einrichtung zur Erzeugung frequenzmodulierter Signale, insbesondere Telegrafiezeichen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 18. APRIL 1957

S 38033 VIIIaj2ia*

ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung frequenzmodulierter Signale, insbesondere Telegrafiezeichen. Während bei den sogenannten TeIegrafie-Doppeltonverfahren die den Trenn- und Zeichenstromschritten der Telegrafiezeichen entsprechenden Sendefrequenzen von je einem Generator erzeugt und die beiden Generatoren abwechselnd im Takte der Telegrafiezeichen zur Wirkung gebracht werden, benutzt man zur Erzeugung frequenzmodulierter Telegrafiezeichen nur einen Generator. Dieser Generator wird zwischen den beiden diskreten, dem Trenn- bzw. Zeichenstromzustand der Telegrafiezeichen zugeordneten Frequenzwerten im Rhythmus der Telegrafiezeichen phasensprungfrei umgestimmt.

Es ist Bereits bekannt, zu diesem Zweck die Resonanzfrequenz des Schwingkreises des Sendegenerators mittels eines Relais zwischen zwei Werten umzutasten, was z. B. durch Zu- und Abschalten von Kapazitäten oder Induktivitäten erfolgen kann. Die Verwendung eines Relais hat die bereits hinlänglich bekannten Nachteile. So wirken sich z. B. die Prellungen eines solchen Umtastrelais äußerst nachteilig aus.

Weiter ist es bereits bekannt, den Generatorschwingkreis mittels einer durch die Telegrafiezeichen gesteuerten Impedanzröhre zu verstimmen. Diese Schaltung ist sehr aufwendig, insbesondere wenn man die notwendige Frequenzgenauigkeit einhalten will.

Bei einer weiteren bereits bekannten Schaltungsanordnung wird die Phasenkurve eines Schwingkreises zur Frequenzbestimmung des Generators benutzt. Dabei werden in den Rückkopplungszweig eines im wesentlichen normal aufgebauten Generators

positive bezw. negative Phasenfehler im Takte der Telegrafiezeichen eingetastet/Dies hat zur Folge, daß sich die Frequenz des Generators auf den Wert ändert, bei dem die Phasenbedingung durch den entsprechenden Punkt auf der Phasenkurve des Schwingkreises wieder erfüllt ist. Der Schwingkreis schwingt also nicht mehr mit seiner Resonanzfrequenz, sondern je nach Größe der eingetasteten Phasenfehler mit einer davon verschiedenen, dem Frequenzhub entsprechenden Frequenz. Es liegt im Prinzip dieser Schaltung, daß man die Güte eines solchen Schwingkreises um so schlechter machen muß, je größer der Frequenzhub ist. Dies ist notwendig, damit die zur Aufrechterhaltung einer selbsterregten Schwingung notwendige Amplitudenbedingung noch erfüllt werden kann. Dies bringt nun zwei wesentliche Nachteile mit sich. Durch Verschlechterung der Güte des Schwingkreises wird der Verlauf der Phasenkurve desselben flacher. Dies hat zur Folge, daß bereits kleine Phasenfehler, die z. B. durch Temperaturschwankungen auftreten können, zu beträchtlichen Frequenzabwanderungen führen. Zum anderen ist der Generator während des Umschwingens von der einen zur anderen Resonanzfrequenz stark überkoppelt, so daß eine beträchtliche Schwingkreisbelastung auftritt.

Der vorliegenden Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die die obengenannten Nachteile nicht aufweist und in ihrem Aufbau einfacher ist als die bereits bekannten Anordnungen. Auch die Einrichtung nach der Erfindung bedient sich eines über einen Phasenumtaster rückgekoppelten Schwingungserzeugers.- Gemäß der Erfindung ist das Filter so dimensioniert, daß sein Durchlaßbereich dem zu übertragenden Frequenzspektrum der frequenzmodulierten Telegrafiezeichen entspricht und das Filter einen solchen Phasengang aufweist, daß nur für zwei Frequenzen des Frequenzspektrums die für eine Selbsterregung notwendige Phasenbedingung der Rückkopplungsspannung erfüllt ist, und daß der Phasenumtaster so ausgebildet ist, daß durch ihn bei jedem Stromwechsel der an seinem Steuereingang wirksamen Signale, insbesondere Fernschreibzeichen die Phase der Filtereingangsspannung so gedreht wird, daß die Frequenz der Filterausgangsspannung auf den anderen, die Selbsterregungsbedingung erfüllenden Wert geändert wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Fig. ι bis 4 näher erläutert.

In Fig, ι ist eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Erzeugung frequenzmodulierter Fernschreibzeichen in einem Blockschaltbild dargestellt.

Fig. 2 zeigt die Dämpfungs- sowie Phasenkurve des in der erfindungsgemäßen Einrichtung der Fig. 1 verwendeten Ausgangsfilters.

Fig. 3 zeigt in einem Blockschaltbild eine weitere erfindungsgemäße Einrichtung zur Erzeugung frequenzmodulierter Telegrafiezeichen mit einem mehrkfeisigen Ausgangsfilter.

Fig. 4a' und 4b zeigen Beispiele solcher' mehrkreisiger Ausgangsfilter.

Bekanntlich sind zur Aufrechterhaltung einer sich selbst erregenden Schwingung die sogenannten Selbsterregungsbedingungen zu erfüllen. Diese bestehen aus der Amplituden- und der Phasenbedingung. Die Phasenbedingung besagt, daß Rückkopplungsspannung 6g und Eingangsspannung eines Verstärkers phasengleich sein müssen, d. h. also, daß zwischen der Anodenwechselspannung und der auf das Gitter einer Röhre zurückgekoppelten Spannung ein Phasenunterschied von 180° bestehen muß. Die Amplitudenbedingung besagt, daß die Amplitude der Rückkopplungsspannung so groß sein muß, daß sie nach der Verstärkung mindestens wieder gleich ist, also zur Aufrechterhaltung einer ungedämpften Schwingung ausreicht. Bei einer Einrichtung gemäß der Erfindung soll der Generator wahlweise zwei Frequenzen abgeben, so daß also für jede dieser beiden Frequenzen die Selbsterregungsbedingungen erfüllt werden müssen. Man erleichtert sich diese Aufgabe offenbar, wenn man die Amplitudenbedingung für beide Frequenzen von vornherein erfüllt, während die jeweils gewünschte Frequenz durch Vorgabe der Phasenbedingung bestimmt wird. Es ist aber auch möglich, die Phasenbedingung für beide Frequenzen im voraus zu erfüllen und die jeweils gewünschte Frequenz durch Vorgabe der Amplitudenbedingung zu bestimmen. Bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung wurde von der ersten Lösung Gebrauch gemacht.

In Fig. ι ist mit V ein Verstärker bezeichnet, dessen Ausgangsspannung über einen als Umpoler ausgebildeten Phasenumtaster U, der an seinem Steuereingang SE von den Fernschreibzeichen gesteuert wird, sowie über einen Phasendreher P dem Ausgangsfilter F zugeführt wird. Die Ausgangsspannung des Filters F wird über die beiden die Entkopplungsdämpfung bildenden Widerstände Rz und R2 der Primärwicklung des Ausgangsübertragers A zugeführt, an dessen Sekundärwicklung die- Ausgangsleitung L liegt. Durch den Widerstand R3 ist symbolisch die Entkopplungsdämpfung ernes weiteren Telegrafiekanals dargestellt, der über den Übertrager A auf dieselbe Ausgangsleitung L arbeitet. Die Ausgangsspannung des Filters F ist außerdem zum Eingang des Verstärkers V zurückgeführt.

In Fig. 2 sind in an sich bekannter Weise über der Frequenz f die dem Linienzug α folgende Dämpfung und der dem Linienzug δ folgende Phasengang des Filters F aufgezeichnet.

Die Wirkungsweise der Einrichtung der Fig. 1 ist folgende: Das Filter F ist so dimensioniert, daß es für das zur Übertragung der frequenzmodulierten Telegrafiezeichen benötigte Frequenzspektrum durchlässig ist. Der Phasengang des Filters verläuft so, daß bei der Filtermittenfrequenz f 0 keine Phasendrehung auftritt, die Phase der Frequenz fi jedoch

um den Betrag —π —und die Phase der Frequenz/"2

um den Betrag -f gedreht werden. Um eine Mehrdeutigkeit zu verhindern, ist der Phasengang des Filters so gewählt, daß er innerhalb des Durchlaßbereichs des Filters etwa zwischen — π und -(- π verläuft.

Tritt am Filterausgang z. B. die Frequenz fß auf, so ist für diese, und nur für diese Frequenz, die Phasenbedingung erfüllt, und da durch den Verstärker auch

die Amplitudenbedingung erfüllt ist, schwingt der Generator -mit dieser Frequenz. Polt man nun die Rückkopplungsspannung um, dreht man also die Phase der Filtereingangsspannung mittels des Umpolers U um i8o°, so ist die Phasenbedingung für die Frequenz fx erfüllt, und da durch den Verstärkungsgrad des Verstärkers auch für diese Frequenz die Amplitudenbedingung erfüllt wird, schwingt nun der Generator mit der Frequenz fx. Mittels des Phasendrehers P kann die Phase der Filtereingangsspannung zusätzlich so gedreht werden, daß die Frequenzen fx und fz symmetrisch zur Mittelfrequenz fo liegen. Die am Steuereingang SE des Umpolers U auftretenden Telegrafiezeichen bestimmen die Schwingfrequenz des Generators. Es sei z. B. angenommen, daß beim Auftreten eines Trennstromschrittes die Lage des Umpolers so sei, daß der Generator mit der Frequenz /"2 schwinge. Der Umpoler, z. B. ein Doppelgegentaktmodulator,'ist nun so ausgebildet, daß beim Auftreten eines Zeichenstromschrittes an seinem Steuereingang die Phase der Verstärkerausgangsspannung und somit auch der Filtereingangsspannung urn iSo° gedreht wird. Dadurch wird jetzt die Phasenbedingung für die Frequenz fx erfüllt, und der Generator schwingt auf diese Frequenz um und nach Beendigung des Umschwingvorgangs mit dieser Frequenz weiter. Die Filterausgangsspannung wird also im Takt der Telegrafiezeichen zwischen den beiden Frequenzen fx und /"2 umgetastet, wodurch auf der Ausgangsleitung L die frequenzmodulierten Telegrafiezeichen entstehen.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird also an Stelle eines Schwingkreises ein Filter benutzt. Dies hat den großen Vorteil, daß man die Phasenkurve wesentlich steiler machen kann als die eines Schwinkreises, ohne daß Schwierigkeiten in bezug auf die Amplitudenbedingung auftreten, die ja innerhalb des Durchlaßbereiches des Filters durch den Verstärker erfüllt wird. Dadurch erhält man wiederum eine große Frequenzstabilität. Außerdem erfolgt das Umschwingen mühelos und mit der dem Filter eigenen Zeitkonstante. In Fig. 3 ist ein weiteres Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Die einzelnen Baugruppen entsprechen im wesentlichen den Baugruppen der Fig. 1 und sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Der Verstärker V arbeitet hier über einen Umpoler U, dessen Steuereingang SE die Fernschreibzeichen zugeführt werden, auf ein Ausgangsfiiter F. Der die Lage der Frequenzen fx und/" 2 in bezug auf die Filtermittenfrequenz fo bestimmende Phasendreher P ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 in die Rückkopplungsleitung RL zwischen Filter F und Verstärker V eingeschaltet. Dadurch, wird die Wirkungsweise dieses Phasendrehers nicht 55. beeinflußt. Zum Unterschied' von der Fig. 1 hat das Filter der Fig. 3 eine Anzapfung, an der die Rückkopplungsspannung abgegriffen wird.

Es hat sich gezeigt, daß für eine Anordnung gemäß der Erfindung vorzugsweise zweiwertige Ausgangsfilter im Hinblick auf den Phasengang des Filters vorteilhaft sind. Andererseits hat das Ausgangsfilter aber noch die Aufgabe, das Sendespektrum so zu beschneiden, daß keine Störungen in den Nachbarkanälen auftreten. Diese Aufgabe ist z. B. bei Wechselstromtelegrafieanlagen mit Frequenzmodulation von großer Bedeutung, weil das zugehörige Sendespektrum jedes Kanals bedeutend weiter ausgedehnt ist als bei Wechselstromtelegrafieanlagen mit Amplitudenmodulation, und die Hauptenergie in den Seitenbändern liegt. Um den erhöhten Anforderungen bei Filtern für Wechselstromtelegrafieanlagen mit Frequenzmodulation zu genügen, ist man in der Regel genötigt, drei- und mehrwertige Filter zu benutzen. Die sich widersprechenden Forderungen an in der erfindungsgemäßen Einrichtung benutzte Filter werden gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung in vorteilhafter und einfacher Weise dadurch erfüllt, daß man als Ausgangsfilter ein mehrwertiges Filter benutzt, das die in bezug auf das Beschneiden des Sendespektrums gestellten Forderungen erfüllt und bei dem die Rückkopplungsspannung an einer Anzapfung des Filters abgegriffen wird, bei der die Phasendrehung im Durchlaßbereich etwa zwischen — π und -\- π liegt.

In Fig. 4a und 4b sind als Beispiele an sich bekanntedreiwertige Filter aufgezeigt, bei denen die Rück- kopplungsleitung RL an einem Punkt angeschlossen ist, bei dem das Filter zweiwertig ist. Eine nähere Erläuterung bzw. Beschreibung dieser an sich bekannten Filter erübrigt sich.

Die Verwendung mehrwertiger Filter ist bei Mehrkanalbetrieb noch aus folgendem weiterem Grunde empfehlenswert. Wie aus Fig. i zu ersehen, wird dort die notwendige Rückkopplungsspannung unmittelbar am Filterausgang abgegriffen. Dadurch gelangt ein Teil der Summenspannung der übrigen Kanäle, die ja ebenfalls an-der Primärseite des Ausgangsübertragers Hegen, über die Entkopplungsdämpfung zum Eingang des Verstärkers V, also z. B. auf das Gitter der Verstärkerröhre. Da nun der Verstärker aus Stabilitätsgründen Begrenzereigenschaften haben muß und die Begrenzung ein nichtlinearer Vorgang ist, so können in der Röhre Kombinationsfrequenzen entstehen, die in das eigene Kanalfrequenzband fallen und zu Zusatzverzerrungen führen. Aus diesem Grunde darf die Fremdspannung am Sendefilterausgang einen bestimmten Wert nicht überschreiten. Wollte man z. B. mit der Einrichtung der Fig. 1 mehr als sechs Telegrafiekanäle betreiben, so müßte man eine besondere Trennröhre vorsehen. Diese Schwierigkeiten werden durch die Verwendung eines mehrgliedrigen Filters gemäß den Fig. 3 und 4 vermieden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Einrichtung zum Erzeugen frequenzmodu- .115 lierter Signale, insbesondere Telegrafiezeichen, mit Hilfe eines über einen Phasenumtaster und ein frequenzbestimmendes Glied zurückgekoppelten Verstärkers, wobei als frequenzbestimmendes Glied ein Ausgangsfilter verwendet ist, dadurch gekenn- iao zeichnet, daß das Filter so dimensioniert ist, daß sein Durchlaßbereich dem zu übertragenden Frequenzspektrum der frequenzmoduHerten Telegrafiezeichen entspricht und das Filter einen solchen Phasengang aufweist, daß nur für zwei Frequenzen des Frequenzspektrums die für eine Selbsterregung

   notwendige Phasenbedingung der Rückkopplungsspannung erfüllt ist, und daß der Phdsenumtaster so ausgebildet ist, daß durch ihn bei jedem Stromschrittwechsel der an seinem Steuereingang wirksamen Signale, insbesondere Fernschreibzeichen, die Phase der Filtereingangsspannung so gedreht wird, daß die Frequenz der Filterausgangsspannung auf den anderen, die Selbsterregungsbedingung ebenfalls erfüllenden Wert geändert wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker begrenzende Eigenschaften hat und sein Verstärkungsgrad so gewählt ist, daß die Amplitudenbedingung der die Phasenbedingung erfüllenden Rückkopplungsspannungen erfüllt ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rückkopplungsstromkreis ein weiterer Phasendreher geschaltet ist, mittels dessen die Phase der Filtereingangsspannung so gedreht wird, daß die beiden Rückkopplungsfrequenzen (fx und f 2) symmetrisch zur Mittenfrequenz (fo) des Filters liegen. .
   .
4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche ibis3, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbarer Phasenumtaster ein Umpoler, vorzugsweise ein as Doppelgegentaktmodulator, verwendet ist.
5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsfilter ein mehrwertiges Filter verwendet ist und die Rückkopplungsspannung an einer Anzapfung des Filters abgegriffen wird, bei der die Phasenänderung im Durchlaßbereich etwa zwischen — π und + π liegt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 851 359

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen