DE971422C - Hochfrequenz-Nachrichtenuebertragungsanlage, bei der die Nachrichten mittels zeitmodulierter Impulse uebertragen werden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenz-Nachrichtenübertragungsanlagen, bei denen die Nachrichten mittels zeitmodulierter Impulse übertragen werden. Zur Übertragung von Nachrichten ist es bekannt, an Stelle von Amplitudenmodulation Phasenmodulation oder Frequenzmodulation zu verwenden. Weiterhin ist es bekannt, zur Unterdrückung von Störungen bei Frequenzmodulation einen wesentlich größeren Hub zu verwenden. Bei Nachrichtenübertragung über große Strecken wird jedoch meist eine größere Anzahl von Zwischenverstärkern benötigt, die so ausgelegt sein müssen, daß der Verstärkungsgrad jedes einzelnen Verstärkers bzw. der ganzen Verstärkerreihe in engen Grenzen konstant gehalten wird. Daher sind die bisher verwendeten Verfahren, die mit Frequenzoder Phasenmodulation wie auch mit Amplitudenmodulation arbeiten, für diese Übertragung nicht besonders günstig. Zur Erzielung eines besseren Störabstandes ist es bei Ubertragungssystemen außerdem bekannt, Impulszeitmodulationsverfahren zu verwenden. Dabei haben die Impulsmodulationsverfahren den Vorteil, daß die Regeneration der Impulse mit einfachen Mitteln durchgeführt werden kann, d. h. beispielsweise mit einfachen, bis zu einem Schwellwert vorgespannten Verstärkern normaler Bauart oder vorgespannten, kathodengekoppelten Verstärkern. Dabei läßt sich dann das unterhalb des Ansprechpegels der Zwischenverstärker liegende Rauschen unterdrücken, während man das

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auf den Impulsen liegende Rauschen durch Begrenzerschaltungen beseitigen kann.

Für alle diese Übertragungseinrichtungen ist e, erforderlich, für jede Gesprächsrichtung eine Verstärkerkette bereitzustellen. Dies kann man jedoch dadurch umgehen, daß man beispielsweise für jede Relaisstelle einer Funkstrecke je zwei Empfangsantennen (für jede Richtung eine) und je zwei Sendeantennen (ebenfalls für jede Richtung eine) ίο vorsieht. Dabei sind die beiden Empfangsantennen über entsprechende Weichen an den Verstärkereingang des einzigen Zwischenverstärkers angeschlossen, während die beiden Sendeantennen am Ausgang des Zwischenverstärkers angeschlossen sind. Die beiden Gesprächsrichtungen müssen für die Sendeseite dann ebenfalls durch Weichen getrennt werden. Es ist nun Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird eine Hochf requenzübertragungsao anlage für lange Übertragungswege mit Verstärkerstationen vorgeschlagen, bei der die Nachrichten mittels zeitmodulierter Impulse übertragen werden und bei der gemäß der Erfindung an jeder Verstärkerstation ein Kipposzillator vorgesehen ist, der infolge seiner Vorspannung oder beim Eintreffen von Impulsen schwingt und Impulse konstanter Amplitude und Wellenform abgibt, und bei der ferner der Oszillator derart symmetrisch angeordnet ist, daß eine Übertragung in beiden Verkehrsrichtungen möglich ist. Dabei ist an eine Übertragung mit einzelnen Impulsen und Doppelimpulsen, also· z. B. mit Impulsphasenmodulation und Doppelimpulsmodulation, gedacht, wobei die Übertragung mit und ohne besondere Trägerfrequenz erfolgen kann.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. ι zeigt einen Triggerkreis, der mit Doppelimpulsbetrieb arbeitet. Die Dauer sowohl wie die Amplitude des Ausgangsimpulses haben einen festen Wert, der innerhalb bestimmter Grenzen vom Eingangswert unabhängig ist.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkung der sogenannten »Synchron«-Type eines Verstärkers.

Fig. 3 zeigt einen symmetrisch angeschlossenen Zweirichtungsverstärker unter Verwendung einer Doppel-Dreifach-Röhre. In

Fig. 4 ist ein Verstärker der Synchrontype dargestellt, der mit einer Trägerwelle und Doppelimpulsmodulation arbeitet. In

Fig. 5 ist eine Änderung dieser Anordnung zum Betrieb für Frequenzen von io MHz und mehr angegeben. Als Röhre kommt dabei ein Magnetron zur Anwendung.

Fig. 6 zeigt schematisch eine Übertragungsanlage mit mehreren Zwischenstationen.

Fig. 7 zeigt den Endabschluß einer Anlage, die mit Verstärkern gemäß Fig. 4 und 5 zusammenarbeiten kann. Diese Anordnung kann eine automatische Echosperre nach der »Vodas«-Type an allen Verstärkerpunkten des Übertragungssystems ergeben. In

Fig. 8 ist der Endabschluß für Zwölf kanalbetrieb nach dem Verteilerprinzip unter Verwendung von Doppelimpulsen ohne Träger dargestellt. Es sind dabei nur zwei Kanäle angegeben.

Fig. 9 zeigt in einem Diagramm die Wirkungsweise des Kreises der Fig. 8.

In Fig. ι ist nun eine Trigger- oder Kippschaltung dargestellt, die sich für die Verstärkung von Doppelimpulsmodulation eignet. Die Eingangsimpulse werden der Anordnung über einen Koppelübertrager K, einen Koppelkondensator L am Gitter der linken Röhre der Doppeltriode A zügeführt, die als monostabile Kippschaltung aufgebaut ist. Im stationären Zustand ist daher die Vorspannung des rechten Gitters gleich dem Wert von R, der normalerweise klein oder gleich Null ist. Auch beim Fehlen einer besonderen Batterie H kann daher die Schaltung nur eine stabile Gleichgewichtslage haben, nämlich die Lage Nr. 1, in der der Anodenstrom der linken Anode niedrig und der der rechten Anode hoch ist. Beim Eintreffen eines positiven Eingangsimpulses am linken Gitter ermöglicht der Kondensator S das plötzliche Ansteigen des Stromes im Kreis der linken Anode, so daß eine augenblickliche Umkehr des Gleichgewichtszustandes der Schaltung erfolgt, wobei diese in die Lage Nr. 2 übergeht. Da jedoch der Kondensator.S¹ den stationären Zustand der Schaltung in dieser neuen Lage nicht aufrechterhalten kann (er ist nur in der Lage, Schwebungen zu übertragen), kehrt die Schaltung unmittelbar darauf sofort wieder in die Lage Nr. 1 zurück. Dies erfolgt nach einer Zeit, die von den Konstanten der Schaltung und nicht von der Dauer des Eingangsimpulses abhängig ist. Die Schaltung nach Fig. 1 ergibt daher die für das Arbeiten mit doppelten Impulsen erwünschte Wirkung. Die Dauer des Ausgangsimpulses wird durch geeignete Einstellung des Kondensators v? in Verbindung mit den anderen Konstanten der Schaltung geregelt.

Es soll nun eine andere zweckmäßige Form einer Verstärkerschaltung mit einem durch ankommende Impulse synchronisierten Impulsgenerator beschrieben werden. Sie ist für Betrieb mit doppelten Impulsen oder für jedes System, in dem scharfe Impulse mit konstanter Wellenform verwendet werden, sehr geeignet. Sie soll als »synchrone« Ver-Stärkerschaltung bezeichnet werden. Ihre Wirkung beruht auf der bekannten Eigenschaft eines Oszillators, beispielsweise eines Kippschwingungserzeugers, sich selbst mit einer dem Gitter zugeführten kleinen EMK in Schritt zu halten, wenn diese EMK eine Frequenz der gleichen Größenordnung wie die der Eigenfrequenz des Kippschwingungserzeugers hat.

Um die Arbeitsweise einer derartigen Einrichtung genau zu erklären, kann man irgendeine Schaltung betrachten, die zwei oder weniger symmetrische Lagen mit stabilem Gleichgewicht besitzt. Wenn eine derartige Einrichtung zunächst genau auf ihren neutralen Gleichgewichtspunkt in der Mitte zwischen den beiden stabilen Stellungen eingestellt wird und wenn sie dann vollkommen

ungestört gelassen wird, so bleibt sie theoretisch unendlich lange in dieser neutralen Lage. In der Praxis ergeben natürlich die inneren Störungen der Schaltung eine kleine Vorspannung in der einen oder der anderen Richtung, so daß sich schließlich ein Übergang zu der entsprechenden stabilen Lage ergibt. Wenn jedoch zunächst in der Richtung einer der stabilen Lagen ein Gleichstromimpuls ν zugeführt wird — ein Impuls, der wesent-Hch größer als die Störungen ist — wird das Maß des Überganges in die andere Lage vergrößert. Wenn der Kreis nach der Zeit t zur Ruhe gekommen ist und wenn die Wellenform der Schwingung einen genau exponentiellen Verlauf hat, so ist die von dieser Schwingung vor dem Ruhestand erreichte Spitzenspannung ve^kt, worin k das Inkrement, d. h. das negative Dekrement des Überganges ist. Es wird also eine wirksame Verstärkung des Impulses um den Faktor e^kt erzielt, also um einen Faktor, der in der normalen Schaltung sehr hohe Werte erreichen kann. Eine einfache Form einer Relaisschaltung mit symmetrischer doppelter Stabilität, die für den obengenannten Zweck geeignet ist, zeigt Fig. 2. Sie besteht im wesentlichen aus einer Zweifach-Dreipol-Röhre und zwei Widerständen Ri und R 2. Wenn diese Schaltung auf ihr neutrales Gleichgewicht (d. h. beide Anodenströme sind gleich) in regelmäßigen Intervallen gebracht wird, so führt sie die erläuterte Funktion der Impulsverstärkung aus. Es besteht jedoch eine Verschiedenheit der Schaltung nach Fig. 2, die (für die Zwecke der synchronen Verstärkung) keinen von außen her wirkenden Schwingungserzeuger zur Löschung erfordert. Es handelt sich also um die gebräuchliche Multivibratorschaltung. Beim Multivibrator (diesen stellt die Schaltung nach Fig. 2 dar), wobei die direkten Verbindungen zwischen den Anoden und den entgegengesetzten Gittern durch Kondensatorverbindungen ersetzt sind, gehen die beiden stabilen Gleichgewichtslagen in zwei quasi stabile Lagen über, d. h. in zwei Lagen, bei denen die Bedingungen für eine begrenzte Zeit verhältnismäßig stabil sind. Die Schaltung geht automatisch von einer dieser beiden Lagen in die andere über, und umgekehrt. Vor jedem Übergang befindet sich die Schaltung sozusagen im quasi neutralen Gleichgewicht. Das Eintreffen eines aufgedrückten Gleichstromimpulses während dieser Periode des Überganges ergibt ein früheres oder späteres Eintreten des darauffolgenden Überganges, als es sonst der Fall wäre, je nach dem Vorzeichen des Impulses. Wenn die Schaltung nach einem bestimmten Zeitintervall nach Eintreffen des Impulses künstlich gelöscht würde, so würden die durch die Übergangsschwingung im Moment der Löschung dargestellten Spitzenspannungen (gerechnet von der Spannung am neutralen Gleichgewichtspunkt) innerhalb bestimmter Grenzen der Spitzenspannung des aufgedrückten Impulses linear proportional sein, und sie würden damit diesen Impuls in stark verstärkter Form darstellen, genau wie bei dem Fall der Relais schaltung nach Fig. 2. Bei der gebräuchlichen Multivibratorschaltung erfolgt dann unter Zuhilfenahme der Löschung eine innere Verstärkungs wirkung nach dem Über rückkopplungsprinzip. Wenn nun diese Wirkung zur Erzielung einer Verstärkung von periodischen Signalen vor ihrer Anwendung zur Synchronisierung eines Verstärkers verwendet werden soll, so muß ein derartiger freier Oszillator hinter dem Multivibrator zugesetzt werden. In diesem ist jedoch ein derartiger freier Oszillator bereits vorhanden. Da nicht eine Amplitudenmodulation, sondern eine Phasenmodulation der Signalimpulse erfolgt, ist keine künstliche Löschung erforderlich, und es besteht kein Interesse, für den Synchronisationsvorgang ein verstärktes Abbild der Signalamplituden zu erhalten. Es ist lediglich notwendig, einen verstärkten Impuls konstanter Spitzenspannung in einem Zeitpunkt zu erzeugen, der dem des Eintreffens der Impulse entspricht. Es ist also klar, daß die gebräuchliche Multivibratorschaltung oder irgendeine Form eines Kippschwingungserzeugers es von sich aus gestattet, die Funktionen der Überrückkopplung des Impulsveristärkers und des synchronisierten Oszillators in einer nahezu idealen Weise für die Eigenschaft der Synchronisierbarkeit durch sehr kleine aufgedrückte Impulse zu kombinieren.

Fig. 3 zeigt die Multivibratorschaltung für einen synchronen Verstärker, wie er für ein mit doppelten Impulsen ohne Trägerwelle arbeitendes Kabelsystem angewendet wird.

Sie besitzt den Vorteil äußerster Einfachheit des Aufbaues und der Möglichkeit des Betriebes in zwei Richtungen. Gleichzeitig entspricht sie den drei Anforderungen, die durch die Triggerschaltung der Fig. 1 ausgeführt werden. Eine Zweifach-Dreipol-Röhre B ist, wie dargestellt, mit einer Multivibratorschaltung der üblichen Art zusammengeschaltet. Doppelte Impulszeichen mit positiven Vorzeichen im Kabel A, die aus beiden Richtungen kommen können, werden durch den Transformator aufwärts transformiert, so daß sie der wirksamen Gitterimpedanz der Röhre angepaßt sind und durch die Kondensatoren E und F auf den Multivibrator übertragen werden. Wenn die an der Kopplungsstelle D ankommenden Eingangsimpulse ausreichende Amplitude besitzen (2 Volt oder weniger) und wenn der Multivibrator so eingestellt ist, daß seine Eigenfrequenz etwas unter der der ankommenden Impulse liegt, so wird der lokale Oszillator in der Frequenz und in der Phase mit diesen Impulsen im Schritt gehalten.

Wenn andererseits die Form eines Systems für doppelte Impulse verwendet wird, bei der jedes Impulspaar an den Empfänger zurückgeliefert wird, so kann die Eigenfrequenz des Multivibrators so eingestellt werden, daß sie etwas kleiner ist als die Hälfte der im Sender ursprünglich erzeugten Impulsfrequenz. Der lokale Oszillator bleibt dann im Schritt mit dem ersten (oder zweiten) Impuls jedes der ursprünglichen Impulspaare.

In jedem Fall ist die Einstellung derart, daß während der Modulation der ankommenden Impulse durch Sprache oder eine andere zur Verwen-

dung kommende Wellenform eine exakte Synchronisierung bestehenbleibt.

Die Ausgangsspannung am Punkt D hat natürlich infolge der Wirkung des Multivibrators eine rechteckige Wellenform der gleichen Art wie die bei der Modulation mit einfachen Impulsen. Um jede Periode des Multivibrators in einen scharfen Impuls zu transformieren, wie er für ein System mit doppelten Impulsen erforderlich ist, sind zusätzlich der kleine Kondensator F und der Widerstand G vorgesehen, die derartige Werte haben, daß die Wellenform der Spannung am Punkt ff im wesentlichen gleich der Abneigungskurve der Wellenform bei D ist. Um ferner die negativen Impulse zu verhüten, die andernfalls bei H infolge der zweiten Hälfte jeder Multivibratorperiode auftreten wurden, ist der Gleichrichter K durch den Widerstand G in der Weise überbrückt, daß im wesentlichen ein Kurzschluß für diese negativen Impulse entsteht. Die Wirkung des Multivibrators verursacht daher an der Stelle H eine scharfe positive Spitze um einen kleinen Bruchteil einer Impulsperiode nach jedem vom Kabel zugeführten Eingangsimpuls. Diese örtlichen Impulse können in einem praktischen Fall einen Pegel haben, der um 40 Dezibel oder mehr über dem der Eingangsimpulse liegt, d. h., es wird eine wirksame Verstärkung in der Größenordnung von 40 Dezibel oder mehr erzielt. Vom Punkt D werden die verstärkten örtlich erzeugten Impulse zu dem Kabel über den gleichen Transformator C, der zur Ankopplung der Eingangsimpulse verwendet wurde, zurückgeführt.
Die Art und Weise, auf die die Rückwirkung des Verstärkers auf den vorhergehenden Verstärker in der Kette verhütet wird, wodurch andernfalls lokales Pfeifen verursacht würde, ist in einem späteren Teil der Beschreibung erläutert.

Eine einfache Form eines synchronen Verstärkers, der zur Verwendung für die Modulation mit doppelten Impulsen geeignet ist (oder ein anderes System, bei dem scharfe Impulse von konstanter Amplitude und Wellenform vorkommen), bei dem diese Impulse eine Trägerwelle wesentlich höherer Frequenz modulieren, ist in Fig. 4 dargestellt.

Ein durch Impulse moduliertes Zeichen besteht aus einer Anzahl von sehr kurzen Hochfrequenzwellenzügen. Gemäß den Merkmalen der vorliegenden Erfindung enthält der synchrone Verstärker

a) einen Verstärker für diese Hochfrequenzwellenzüge,

b) einen Demodulator für die Impulsfrequenz,

c) einen freien Oszillator spitzer Wellenform, der durch die verstärkte Ausgangsspannung von b) im Tritt gehalten wird, und

d) eine Hochfrequenzspannungsquelle mit der ursprünglichen Frequenz oder einer angenäherten Frequenz, die durch die Ausgangsspannung des Oszillators c) moduliert wird.

Die Ausbildung eines derartigen Verstärkers soll später erläutert werden. Es soll gezeigt werden, daß ein geeignet eingestellter Uberrückkopplungskreis mit Selbstlöschung eine zufriedenstellende Lösung ergibt und daß er diese Lösung durch die Verwendung einer einzigen Vakuumröhre ermöglicht.

In Fig. 4 ist ein geeigneter Zweiwegverstärker in seiner einfachsten Form dargestellt. Eine Dreipolröhre A, die zur Schwingungserzeugung mit der zur Verwendung kommenden Trägerfrequenz geeignet ist, ist mit Hilfe einer Induktivität C und eines Kondensators B als Schwingungserzeuger geschaltet. Die Zuführung der Hochfrequenz zum Gitter erfolgt über den Blockkondensator D. Der Gitterableitwiderstand wird durch die beiden in Serienschaltung liegenden Widerstände E und F gebildet. Die Hochfrequenzschwingungen werden in Wellenzügen durch die Wirkung des Gitterstromes, der den Kondensator G in bekannter Weise auflädt, eingeleitet und beendet. Die Funktion von E besteht darin, daß ein Kurzschluß der Hochfrequenz zur Erde durch G verhindert wird. Dieser Widerstand kann daher, wenn gewünscht, durch eine Hochfrequenzdrossel ersetzt werden. Wenn der Verstärker für den Betrieb im freien Raum verwendet werden soll, wird der Schwingungskreis, wie dargestellt, mittels einer Spule/ an eine geeignete Antenne H gekoppelt. Wenn ein Betrieb über Kabel erfolgen soll, wird / mit diesem Kabel verbunden, wobei die Impedanzen in geeigneter Weise anzupassen sind.

Wie bekannt, wirkt ein derartiger Oszillator als selbstlöschender Überrückkopplungsempfänger. Die Schaltung verstärkt daher in einer Art, die der oben beschriebenen ähnlich ist, die ankommenden Signale in der Nähe ihrer Eigenfrequenz beträchtlich. Die Schaltung wirkt ferner als Demodulator für die verstärkten Signale. Wenn diese in Form von Impulsen ankommen, entsteht daher eine starke Komponente dieser Impulsfrequenz. Die unter a) und b) angeführten Anforderungen sind damit erfüllt.

Betrachtet man die Anforderung c), so ergibt sich, daß die Anordnung eines freien Oszillators mit spitzer Wellenform bereits bei dem beschriebenen Schwingungskreis durchgeführt ist. Wenn dieser Kreis so eingestellt ist, daß er nahezu die gleiche Frequenz hat wie die der Signalimpulse, so wird die freie Schwingung innerhalb bestimmter Amplitudengrenzen wie gewünscht durch diese Impulse in Schritt gehalten. Die Frequenz der von dem Kreis B-C erzeugten Hochfrequenz ist bereits so eingeregelt, daß sie annähernd der ankommenden Trägerfrequenz entspricht. Wenn daher bei jeder Schwingungsperiode ein Wellenzug der lokalen n₅ Hochfrequenz erzeugt wird, so ist auch die Anforderung d) erfüllt.

Man hat daher dem gewünschten synchronen Verstärker, der in diesem Fall durch Verwendung der normalen sinusförmigen Überrückkopplung an Stelle der vorher beschriebenen aperiodischen erzielt wird.

Es ist zweckmäßig, an dieser Stelle auf ein neueres Versuchsergebnis hinzuweisen, das mit einem Verstärker nach Art der Fig. 4 erzielt wurde. Die Trägerfrequenz betrug ungefähr 100 MHz,

und die Impulsfrequenz lag in der Größenordnung von ίο kHz. Bei einer derartigen Einstellung der Frequenzen wurde eine effektive Verstärkung zwischen 50 und 60 Dezibel unter stabilen Verhältnissen gemessen.

In Anbetracht der sehr großen Bandbreite, die sich erzielen läßt, richtet sich das Hauptinteresse auf die Anwendungsmöglichkeiten sehr hoher Frequenzen — in der Größenordnung von 10 000 MHz oder noch höher — die in den meisten Fällen über irgendeine Form einer dielektrischen Leitung übertragen werden.

Es gab bisher keine praktisch brauchbaren Anordnungen zur Verstärkung derartiger Frequenzen. Dies war eines der Hindernisse, die sich bisher für die Herstellung eines Ubertragungssystems mit derartigen Leitungen ergaben.

Der synchrone Verstärker nach Art der Fig. 4 kann jedoch diesen außerordentlich hohen Frequenzen angepaßt werden. Er bildet daher die bisher einzig anwendbare Lösungsmöglichkeit für das Problem.

Fig. 5 zeigt eine einfache Form eines derartigen Verstärkers für Frequenzen in der Größenordnung von 10 000 MHz. A ist eine Art einer Magnetron-Zweipolröhre mit fester Anode, die ungefähr bei . der Trägerfrequenz der ankommenden Impulse (Doppelimpulssystem) schwingt. In Serie mit der Anodenspannungsbatterie B liegt ein durch einen Kondensator D überbrückter Widerstand C. Bei geeigneten Werten von C, D und der Speisespannungen und Konstanten der Röhre zeigte es sich, daß, sobald die Erzeugung von Hochfrequenzwellen beginnt, eine Änderung des Anodenstromes eintritt, welche die Ausbildung einer zusätzlichen Ladung am Kondensator D verursacht, die gegebenenfalls die Anodenspannung in ausreichendem Maße ändert, um die Schwingungen aufhören zu lassen. In der Tat entsteht eine Reihe von kurzen Wellenzügen der Trägerfrequenz, genau wie bei der Schaltung nach Fig. 4. Die Schaltung nach Fig. 5 kann daher als Verstärker für diese sehr hohen Trägerfrequenzen in der gleichen Weise, wie es in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben wurde, benutzt werden. Die zum Magnetron kommenden und von ihm ausgehenden Wellen werden dabei über einen einzigen Pfad durch irgendein geeignetes Mittel mit den Wellen in der dielektrischen Leitung gekoppelt.

Im folgenden soll ein Verfahren zur Verwendung irgendeines der vorher beschriebenen synchronen Verstärker als Zweiwegverstärker mit automatischer Echosperre an allen Verstärkerpunkten erläutert werden.

Es sollen zwei synchrone Verstärker — entweder Hochfrequenzverstärker oder aperiodische Verstärker — betrachtet werden, die durch einen Abstand mittels eines Kabels oder im freien Raum voneinander getrennt sind, so daß die Laufzeit der Zeichen über den Kanal etwas geringer ist als eine Periode der Impulsfrequenz. Der Abstand soll beispielsweise 30 km und die Impulsfrequenz 8 kHz betragen. Die Laufzeit beträgt dann für den freien Raum ¹ZiO ms. Der Verstärker B in Fig. 6 hat dann zunächst gegenüber dem Verstärker^ eine Phasenverzögerung von genau ¹Ao ms. Er empfängt dann die Synchronisierzeichen in den Augenblicken der größten Empfindlichkeit als ein Überrückkopplungsempfänger und wird von A in Tritt gehalten. Der von B erzeugte Impuls kommt jedoch bei A um 0,2 ms später an, als der Impuls erzeugt wurde, der B im ersten Fall synchronisierte, und 0,25 ms vor dem dritten Impuls von A.

Dieses Intervall von 0,05 ms ist groß genug, um zu verhüten, daß A in diesem Augenblick nahe genug an dem Empfindlichkeitspunkt liegt, um durch diesen Impuls von B merklich als Empfänger beeinflußt zu werden. Daraus ergibt sich, daß A B steuert, daß jedoch eine Steuerung von A durch B nicht erfolgt. Es handelt sich also um einen Einwegbetrieb.

Wenn jedoch die Anfangsbedingungen derart sind, daß A um ¹Ao ms hinter der Phasenlage von B zurückbleibt, so ist die Lage genau umgekehrt. B steuert dann A, und A hat keine Einwirkung auf B. Der aus den beiden Verstärkern und dem Übertragungsmedium bestehende Kreis hat in der Tat zwei stabile Gleichgewichtslagen. In der einen Lage erfolgt die Steuerung von der Seite A, während bei der anderen Lage die Steuerung von B ausgeht. Wenn nun drei derartige Verstärker, die von zwei gleichen Kabelabschnitten voneinander getrennt sind (oder durch Kanäle im freien Raum), so kann der Verstärker B, der sich jetzt in der Mitte befindet, a) selbst eine Steuerung vornehmen oder b) entweder von A oder von C je nach der Anfangsphasenlage gesteuert werden. Wenn B nun ¹ZiO ms hinter A und C um den gleichen Betrag hinter B zurückbleibt, so werden die Signale durch die Verstärkerwirkung von B in der Richtung νοη^ί i°° nach C übertragen. Wenn andererseits B um diesen Betrag hinter C zurückbleibt und A die gleiche Nacheilung gegen B hat, so verlaufen die Signale über den Verstärker B in der Richtung C—A. Jeder Verstärker kann also'je nach seiner stabilen Gleichgewichtslage, die gerade vorhanden ist, in beiden Richtungen arbeiten. Er kann jedoch gleichzeitig nur in einer Richtung steuern. Daher ist es nicht möglich, daß lokale Echos in den Verstärkerabschnitten auftreten. Ferner bleibt, welche Gleichgewichtslage auch anfänglich vorhanden war, diese bestehen, falls nicht durch irgendwelche Einrichtungen eine künstliche Störung verursacht wird.

Ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung richtet sich auf Mittel, die geeignet sind, alle Verstärker nach Wunsch von der einen stabilen Lage in die andere zu bringen. Unter den möglichen Lösungen für Betrieb auf einem Kanal (beispielsweise für eine drahtlose Ultrakurzwellenverbindung) gibt es folgendes Verfahren: Es soll beispielsweise angenommen werden, daß eine Form der sogenannten »Vodas«-Steuerung erforderlich ist, die symmetrisch von jeder Seite der Verbindung erfolgt, und die eine Steuerung zu dem Ende ergibt, von dem die Sprachfrequenzen kommen (unter der Voraussetzung, daß die Übertragung

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gleichzeitig nur in einer Richtung erfolgt), und danach die Steuerung an diesem Ende aufrechterhält, auch wenn keine Sprachfrequenzen mehr vorhanden sind, bis die Richtung der ankommenden Sprachfrequenzen umgekehrt wird. Zu diesem Zweck enthält die Sendeanordnung an jedem Ende im wesentlichen nur eine einzige Röhre in einer Schaltung (s. Fig. 7), die der Verstärkerschaltung nach Fig. 4 äußerst ähnlich ist. Bei der Senderschaltung wird die von der Leitung ankommende Sprachfrequenz einem Hilfsgitter über den von dem Metallgleichrichter L und dem Widerstand M überbrückten Kondensator K in der Weise zugeführt, daß das mittlere positive Potential an diesem Hilfsgitter annähernd dem Spitzenwert der ankommenden Sprachfrequenz folgt. Die Einwirkung der Sprachfrequenz beschleunigt also immer die Wellenzüge der Schwingungen und verzögert sie nicht in ihrer Phasenlage, d. la., die mittlere Frequenz wird erhöht.

Es soll nun angenommen werden, daß zunächst die Signale über die Verbindung in der Richtung E—D—C—B—A (Fig. 6) verlaufen. Beim Aufhören der Sprachfrequenzen in dieser Richtung treten dann Sprachfrequenzen bei A auf. Die Sprachfrequenz läßt periodisch die Phasenlage der Impulse von A fortschreiten. Das Ergebnis ist a) ein unmittelbarer Verlust der Steuerung von B nach A und b) sobald der Impuls von A bei B etwas vor dem von C nach B ankommenden Impuls eintrifft, geht die Steuerung von C aus nach A über und bleibt hier so lange, wie die Sprachfrequenzen bei A eintreffen, da diese Sprachfrequenzen die Impulse von A immer fortschreiten lassen und sie niemals verzögern.

Sobald unmittelbar danach der Impuls von B bei C etwas vor dem Impuls von D nach C ankommt, geht die Steuerung von C in ähnlicher Weise von D nach B über. Dieses Verfahren setzt sich so lange fort, bis die gesamte Steuerung in der Richtung A—B-C—D usw. erfolgt, d. h. in der umgekehrten Richtung wie vorher.

Der Betrag der Wellenfront, der bei A entstehenden Sprachfrequenz berechnet auf die Zeit, der bei diesem Übergang der Steuerung verbraucht wird, bis das zuletzt genannte Verfahren vervollständigt ist, und damit das Maß der anfänglichen Sprachverzerrung ist eine Funktion des Verhältnisses der Anzahl der Verstärkerabschnitte zur sekundlichen Impulszahl. Beispielsweise würde bei 100 Verstärkerabschnitten ein Minimum von 100 Impulsen zum Wechsel der Steuerung erforderlich sein. Wenn eine Impulsfrequenz von 100 kHz verwendet wird, hat die anfängliche Verzerrungszeit also eine Größenordnung von 1 ms, wobei andere mögliche Verzerrungsquellen, die vom Empfänger herrühren, und die durch geeigneten Aufbau in großem Maße ausgeschaltet werden können, nicht berücksichtigt sind.

Wenn die Sprachfrequenz in der Richtung A—5—C—D—E nicht mehr vorhanden ist, bleibt die Steuerung in dieser Richtung bestehen, bis Sprachfrequenzen am entgegengesetzten Ende auftreten und die Steuerung wiederum wechselt, wie es vorher beschrieben wurde.

Es ist also klar, daß die synchronen Verstärker mit einer Röhre, die hier beschrieben wurde, entsprechend der Richtung der Sprachfrequenzen ihre Arbeitsrichtung automatisch umkehren.

Beim Arbeiten auf mehreren Kanälen können irgendwelche der obenerwähnten Verstärkerschaltungen mit Ausnahme des synchronen Verstärkers für Zweiwegbetrieb benutzt werden, um entweder die Impulsfrequenz, welche die Hüllkurve der gesamten Gruppe von Kanälen, die nach dem Frequenz-Differenzverfahren (ein bei Trägerfrequenzsystemen übliches Verfahren) miteinander kombiniert sind, zu verstärken oder um jeden Impuls eines jeden Kanals oder einer jeden Kanalgruppe getrennt nach dem Verteilerverfahren zu verstärken.

Zur Erzielung dieses Ergebnisses ist keine wesentliche Veränderung des Verstärkeraufbaues erforderlich. Es reicht aus, wenn die von den Verstärkern abgegebenen Impulse in ihrer Wellenform scharf genug sind, um merkliches Nebensprechen zwischen den Kanälen zu vermeiden.

Eine einfache Form einer Anlage, die für den Betrieb auf zwölf Kanälen nach dem Verteilerverfahren geeignet ist und Modulation mit doppelten Impulsen verwendet, ist in Fig. 8 dargestellt. Es sind lediglich zwei Kanäle in ihrer vollständigen Ausrüstung gezeigt.

Die dargestellte Schaltung ist besonders dann zweckmäßig, wenn eine Anzahl von derartigen Kanalgruppen gleichzeitig betrieben wird. Die Synchronisatoren A und B können in diesem Fall als Teil der Gesamtausrüstung für alle Gruppen gemeinsam benutzt werden. Ein Vorteil der dargestellten Anlage ist, daß die Sende- und Empfangseinrichtungen in allen Beziehungen identisch sind und daß jeder beliebige Kanal unabhängig von allen anderen unmittelbar vom Sendezustand in den Empfangszustand gebracht werden kann; dies erfolgt entweder mittels eines einzigen Schalters oder Relais oder automatisch (nach dem »Vodas-Verfahren) durch die ersten Perioden der Sprachfrequenzen selbst auf die Weise, wie es in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben wurde.

C und D sind Multivibratoren der üblichen Bauart, die für Sprachübertragung in einer oberhalb der Signalfrequenz liegenden Frequenz, beispielsweise bei 10 000 Hz, schwingen. Mittels eines Kopplungskondensators E wird eine EMK mit einer konstanten Frequenz von 10 kHz und konstanter Wellenform dem linken Gitter der Röhre C zugeführt. Die verwendete Wellenform ist in der Kurve α der Fig. 9 dargestellt. Der erste Teil verläuft annähernd rechtwinklig und liegt gerade innerhalb des ersten. Zwölftels der ioooo-Hz-Periode iao (s. Teil ι der Kurve a). Die negative Halbperiode dieser zugeführten EMK besteht aus einem scharfen negativen Impuls (2), der eine halbe Periode nach dem Anfang des ersten Teiles (1) auftritt.

Die Schaltungskonstanten der Röhre C sind so bemessen, daß der Beginn der positiven Halb-

periode der Multivibratorschwingung immer synchron mit einem Teil des Kurventeiles i verläuft. Beim Fehlen von Sprachfrequenzen auf der Leitung i, wobei die Gittervorspannungen an den beiden Gittern von C gleich sind, ist die Eigenfrequenz des Multivibrators so eingestellt, daß eine Stabilität mit einer derartigen Phasenlage vorhanden ist, daß die positive Halbperiode am Punkt 3 & in der Mitte des Teiles ι beginnt. Da jedoch die

ίο durch ι dargestellte Spannung während ihres Auftretens praktisch konstant ist, genügt eine kleine Potentialdifferenz zwischen den beiden Gittern von C, um eine Einstellung bei einer anderen Phasenlage eintreten zu lassen. Hierdurch wird der Einsatz der positiven Halbperiode an irgendeinen Punkt zwischen 4 und 5 je nach der Stärke und dem Vorzeichen dieser Potentialdifferenz zwischen den Gittern verursacht. Es handelt sich hierbei um eine Potentialdifferenz mit Sprachfrequenz, die, wie dargestellt, von der von Leitung 1 über den Transformator F ankommenden Sprache verursacht wird. Der Einsatz der Halbperiode des Multivibrators kann jedoch niemals außerhalb der durch die Punkte 4 und 5 gegebenen Grenzen infolge der starken Einwirkung der EMK der Kurve α auftreten.

Die Multivibratorkonstanten sind so eingestellt, daß das Ende der genannten positiven Halbperiode durch das Eintreffen eines negativen Impulses 2 vom Synchronisator A bestimmt ist. Dieser Augenblick ist also festgelegt und unabhängig von der ankommenden Sprache.

Wie bereits bei dem mit Modulation durch doppelte Impulse arbeitenden Sender erwähnt, wird dann die rechteckige Wellenform der Kurve b mittels des kleinen Kondensators G, der in Serie mit dem Widerstand H liegt, in einen scharfen Impuls 6 nach Kurve c umgewandelt. Die beiden gestrichelten Impulse zu beiden Seiten von 6 in der Kurve c zeigen die äußeren Grenzen der Änderung des scharfen Impulses, der dann am Widerstand ii auftritt, während der Sprachmodulation. Der Transformator N wird in Serie mit dem Blockkondensator K, der groß genug ist, um eine Verzerrung der Wellenform des Impulses zu verhüten, zur Anpassung des Impulses an die Impedanz des Kabels verwendet. Wie bei dem mit doppelten Impulsen arbeitenden Sender wird der unerwünschte negative Impuls, der durch das Ende der positiven Halbperiode des Multivibrators bei 7 hervorgerufen wird, durch Überbrückung des Widerstandes H mittels des Gleichrichters L in der Weise beseitigt, daß der Impuls 6 nicht beeinflußt wird.

Die Schaltung der Röhre D, die zu der Leitung 2 gehört, ist genau die gleiche, nur daß die zugeführte EMK vom Synchronisator A jetzt von einem anderen Zweig in der Weise abgenommen wird, daß sie die in Kurve d dargestellte Wellenform ergibt, die genau die gleiche Eigenschaft hat, wie Kurve a, aber um V12 einer Periode zeitlich verschoben ist.

Die Kurve e, die der Kurve b entspricht, zeigt die entsprechende Wellenform für den zur Leitung 2 gehörenden Multivibrator. Die Kurve f, die der Kurve c entspricht, stellt den von diesem zweiten Multivibrator an das Kabel abgegebenen Anzeigeimpuls dar.

Der übrigbleibende Raum von ¹⁰/i2 einer Periode der ioöoo-Hz-Frequenz wird durch die übrigen zehn Kanäle in der Weise ausgefüllt, daß kein Kanal einen anderen zeitlich überlappt, so daß eine Störung zwischen den Kanälen vermieden wird.

Wie bereits festgestellt, und wie in Fig. 8 gezeigt, ist die Anlage am entgegengesetzten Ende des Kabels, d. h. an dem Ende, das im Augenblick als Empfangsseite betrachtet werden soll, in jeder Hinsicht der beschriebenen Anlage identisch. Der einzige Unterschied liegt in der Einstellung. Als Empfänger ist die Eigenfrequenz jedes Multivibrators auf einen etwas niedrigen Wert eingestellt, als bei der Verwendung als Sender. Die Wirkung dieser Maßnahmen besteht beim Fehlen von Sprachfrequenzen, die im Empfänger entstehen oder von Signalen vom Kabel darin, daß eine Stabilisierung jedes Multivibrators am Ende des Teiles 1 der Kurve α erzielt wird und nicht an ihrem Mittelpunkt (bzw. am Ende der entsprechenden Kurven bei den anderen Kanälen). Der Punkt 5 der Kurve b stellt jetzt die Anfangszeit für die Halbperiode des Multivibrators beim Fehlen von Signalen oder Sprache dar.

Der Synchronisator B am Empfänger, der genau so ausgebildet und eingestellt ist, wie A am Sender, wird mit A im Tritt gehalten, indem entweder ein Teil der Ausgangsspannung über einen besonderen Kanal von A nach B übertragen wird oder durch irgendein anderes geeignetes Mittel. Der genaue Wert der Verteilerfrequenz, die für das obige Beispiel mit 10 kHz angenommen wurde, und/oder der Ausbreitungszeit des Kabels werden, wenn nötig, durch ein zusätzliches Verzögerungsnetzwerk in der Weise geändert, daß diese Ausbreitungszeit eine ganze Zahl von Halbperioden der Verteilerfrequenz beträgt. Wenn ein Impuls vom Kanal 1 am Sender die Empfängerseite mit einem »Kanal-i-Impuls« synchronisiert, so ergibt sich das gleiche auch für die umgekehrte Richtung.

Es soll nun die Einwirkung des Impulses 6 vom Senderkanal 1 bei seinem Eintreffen am Empfänger betrachtet werden. Infolge der oben beschriebenen besonderen Einstellung des Synchronismus zwisehen B und A kommt der Impuls 6 am zeitlichen Mittelpunkt einer vom Synchronisator B angelegten EMK an. Diese EMK hat die gleiche Wellenform und Phase wie der Teil 1 der Kurve a. Das Eintreffen des Impulses läßt den Multivibrator des Empfangskanals 1 seine positive Halbperiode früher beginnen, als es sonst der Fall wäre. Er wird also durch den eintreffenden Impuls am Punkt 6 anstatt am Punkt 5 in Tätigkeit gesetzt. Da der Sendeimpuls zeitlich durch die Sprache moduliert ist, bleibt die Einsatzzeit des empfangsseitigen Multivibrators mit diesem bei seinen neuen Werten im Schritt, so daß er der Zeitmodulation des Senders folgt. Das Ergebnis ist, daß die Kurve b genau die gleiche ist, wie die des senderseitigen Multivibrators am anderen Ende des Kabels.

Da die Komponenten der Impulsfrequenz vom Transformator M durch die kleinen dargestellten Überbrückungskondensatoren oder, falls nötig, durch ein komplizierteres Filter ausgesiebt werden, wird die Gitterwindung von M von einem Strom durchflossen, der der mittleren Fläche der Kurve b proportional ist, d. h., er ist der ursprünglichen Wellenform der Sprachfrequenzen am Sender proportional.

ίο Diese Sprachfrequenz wird daher von M an die Ausgangsleitung gegeben.

In genau der gleichen Weise wird die Einsatzzeit des empfangsseitigen Multivibrators 2 durch die Impulse vom Kanal 2 des Senders moduliert (das

gleiche gilt für die übrigen 10 Kanäle). Jeder der empfangsseitigen Multivibratoren bleibt durch andere Kanäle als seinen eigenen vollkommen unbeeinflußt, da die Impulse auf diesen anderen Kanälen immer zu Zeiten auftreten, in denen die betreffenden Multivibratoren unempfindlich sind.

Um irgendeinen Kanal in der umgekehrten Richtung zu betreiben, genügt es, die Eigenfrequenz des Kreises der Röhre L beispielsweise zu erhöhen, so daß die normale Synchronisierung am Punkt 3 anstatt am Punkt 5 erfolgt, und die Frequenz des Kreises der entsprechenden Röhre, beispielsweise Röhre C, zu erniedrigen, so daß die normale Synchronisierung am Punkt 5 anstatt am Punkt 3 erfolgt. Die Röhre L steuert dann die Röhre C, anstatt der ursprünglichen umgekehrten Wirkung.

Der Aufbau der Synchronisatoren A und B, die für alle Gruppen der zwölf Kanäle gemeinsam sind und die eine Ausgangsspannung der beschriebenen Wellenform in zwölf verschiedenen Phasen ergeben, kann nach irgendeinem bekannten Verfahren durchgeführt werden, beispielsweise nach einem ähnlichen Verfahren, wie das in den britischen Patentschriften Nr. 344 444 und 363 403 beschriebene Verfahren der »Pyramide rechteckiger Wellen«.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die als Beispiele beschriebenen Anordnungen beschränkt, sondern sie kann auf viele andere Arten angewendet werden.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Hochfrequenz - Nachrichtenübertragungsanlage für lange Übertragungswege mit Verstärkerstationen, bei der die Nachrichten mittels zeitmodulierter Impulse übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Verstärkerstation ein Kipposzillator vorgesehen ist, der infolge seiner Vorspannung nur beim Eintreffen von Impulsen schwingt und Impulse konstanter Amplitude und Wellenform abgibt, und daß der Oszillator derart symmetrisch angeordnet ist, daß eine Übertragung in beiden Verkehrsrichtungen möglich ist.
2. 2. Anlage für Ultrakurzwellenbetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Oszillator durch die aufgenommenen Impulse zwangssynchronisiert wird und daß die am Oszillatorausgang auftretenden verstärkten Impulse wieder einer ultrahochfrequenten Trägerwelle aufmoduliert werden.
3. 3. Anlage nach Anspruch 1 und 2, bei der aus aperiodischen Schwingungen bestehende Impulse übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkerabstand bezüglich der mittleren Impulsfrequenz derart gewählt ist, daß die aufeinanderfolgenden Verstärker nacheinander durch das am ersten Verstärker der Reihe liegende Signal gesteuert und zwangläufig in gleiche Phasenlage gebracht werden und daß der Übertragungsweg erst nach Beendigung der Signalgabe einer Richtung für die Gegenrichtung zur Verfügung steht und dadurch frei von Echowirkungen ist.
4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten von Signalen einer Übertragungsrichtung alle Verstärker für diese Richtung nacheinander bereitgestellt werden.
5. 5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verstärker an Endstellen zum Senden und/oder Empfang von Signalen dienen und daß sie in Abhängigkeit von auszusendenden oder ankommenden Signalen für Senden oder Empfang bereitgestellt werden.
6. 6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Signale angeregten Schwingungen des Oszillators nach einer vorbestimmten Zeitspanne beendet werden.
7. 7. Anlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator eine bistabile Anordnung aufweist.
8. 8. Anlage nach Anspruch 1 bis 7, bei der eine Anzahl Verstärker in Reihe liegen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verstärker eine Röhre enthält, der eine zweite Röhre parallel geschaltet ist, so daß bei Ausfall einer Röhre die zweite Röhre allein ausreichend verstärkt, um den nächstfolgenden Verstärker zu betätigen, und daß am Ausgang jedes Verstärkers eine einfache Relaisanordnung vorgesehen ist, deren Arbeiten durch den Ausfall einer Röhre nicht beeinträchtigt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschrift Nr. 549 273;

   französische Patentschriften Nr. 742 972,833 929 und Zusatzpatentschrift Nr. 49 159;

   USA.-Patentschriften Nr. 1 885 826, 1 941 069, ι 867 567, ι 941 447, 2 061 734, 2 005 in; britische Patentschriften Nr. 212 261, 372 852,

   Hilfsbuch für die Elektrotechnik v. K. Strecker, 1928, 10. Auflage.
   Proceedings of the I. R. E., 1931, S. 2145.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

   © 809715/30 1.59