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Anordnung zum Ausgleich unerwünschter Amplitudenschwankungen von Wechselspannungen
mittels Amplitudenbegrenzung Bekanntlich bietet für viele Zwecke der Nachrichtentechnik
die Frequenzmodulation gegenüber der Amplitudenmodulation Vorteile, z. B. eine geringere
Störanfälligkeit.
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Bei der Frequenzmodulation wird der Nachrichteninhalt der Sendung
durch die Änderung der Verteilung der Nulldurchgänge der frequenzmodulierten Welle
wiedergegeben, die Störungen treten dagegen als Amplitudenmodulation auf. Dieser
Umstand ermöglicht es, die Störungen von der Übertragung zu trennen und zu unterdrücken.
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Hierzu dienen Amplitudenbegrenzer. Jedoch müssen derartige Begrenzer
besonders hohen Anforderungen genügen, damit die Unterdrückung der restlichen Amplitudenmodulation
bei der Frequenzmodulation möglichst vollkommen erreicht wird.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Anordnung zum Ausgleich
unerwünschter Amplitudenschwankungen von Wechselspannungen, wie sie vor allem bei
der Zwischenfrequenz von Überlagerungsschaltungen von Ultrakurzwellen auftreten,
mittels Amplitudenbegrenzung.
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Eine Amplitudenbegrenzung wird gewöhnlich mittels eines vorgespannten
Gleichrichters erzielt, der einer hochohmigen Spannungsquelle, z. B. einem Resonanzkreis,
parallel liegt. Erreicht die Spannung des Resonanzkreises die Vorspannung des Gleichrichters,
so wird der Resonanzkreis mit dem Durchlaßwiderstand
des Gleichrichters
belastet, und die Spannung kann nur so weit ansteigen, wie es dem Spannungsabfall
am Gleichrichter entspricht. Sie behält also während dieses Zustandes einen konstanten
Wert.
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Für die Unterdrückung von Störgeräuschen und zur Verhinderung von
Übersteuerungen bei Amplitudenmodulation sind auch Anordnungen bekanntgeworden,
bei denen die Eingangsspannung über zwei gegeneinandergeschaltete Wicklungen des
Eingangstransformators zwei Gleichrichtern oder gesteuerten Widerständen, von denen
einer vorgespannt ist, zugeführt wird. Bis zum Erreichen einer bestimmten Amplitude
der Eingangsschwingung wird diese ohne Veränderung zum Ausgang übertragen, während
beim Überschreiten dieser Amplitude - abhängig von der Vorspannung des zweiten Gleichrichters
bzw. Widerstandes - eine Gegenspannung auftritt, welche die Ausgangsamplitude begrenzt.
Auf diese Weise wird erreicht, daß atmosphärische oder andere Störungen oder wesentliche
Amplitudenspitzen durch Fadings oder übersteuerung nicht zum Ausgang gelangen können.
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Bei der Frequenzmodulation spielen jedoch diese Gesichtspunkte keine
Rolle, weil der Nachrichteninhalt ja nicht in den Amplituden-, sondern in den Frequenzschwankungen
liegt. Man verstärkt daher normalerweise die von der Antenne aufgenommene Spannung
verhältnismäßig hoch und schaltet dahinter einen Begrenzer, der so bemessen ist,
daß auch die kleinsten Amplituden des ankommenden Signals noch im Begrenzerbereich
liegen und somit dem folgenden Diskriminator ein Signal konstanter Amplitude zugeführt
wird. Eine derartige Begrenzung kann grundsätzlich mit einem einzigen bzw. zur Ausnutzung
beider Halbwellen mit zwei in Gegentakt geschalteten Gleichrichtern erfolgen, und
es besteht zunächst keinerlei Veranlassung, hierzu zwei verschieden vorgespannte
Gleichrichter zu verwenden.
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Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei den bekannten Begrenzern
immer noch störende restliche Amplitudenmodulation bestehenbleibt, die aus den nicht
idealen Eigenschaften der als Begrenzer dienenden Elemente herrührt, wie im folgenden
näher erläutert werden soll. Diese störende restliche Amplitudenmodulation zu beseitigen,
ist die Aufgabe der Erfindung.
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Versucht man nämlich im Fall einer Frequenzmodulation diese sehr störende
restliche Amplitudenmodulation zu beseitigen, indem man die Amplitude mit einem
der bisher bekanntgewordenen Begrenzer beschneidet und nachher durch Resonanzkreise
die Grundwelle der beschnittenen Kurve wieder heraussiebt, so findet man, daß diese
herausgesiebte Grundwelle immer noch eine, wenn auch kleine Amplitudenmodulation
aufweist, die derart störend wirkt, daß sie das ganze Verfahren in Frage stellen
kann.
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Ein idealer Begrenzer soll eine Ausgangswechselspannung U" liefern,
die für alle Werte der Eingangswechselspannung U, mindestens oberhalb einer gewissen
Grenze konstant ist. In Fig. z müßten also die Kurven, welche die Abhängigkeit der
Ausgangswechselspannung U" am Siebkreis von der Eingangswechselspannung U, vor dem
Begrenzer darstellen, oberhalb eines gewissen Anfangswertes in eine zur U" -Achse
parallele Gerade Ua=const (d UQ=o) übergehen, wie es die gestrichelte Kurve
zeigt. Rechnung und Messung ergeben, daß das bei den bekannten Begrenzerschaltungen
jedoch nicht der Fall ist, daß vielmehr die Kurve weiterhin monoton ansteigt, wie
das die ausgezogenen Kurven r, 2, 3 erkennen lassen. Das liegt einmal daran, daß
der Gleichrichter einen endlichen, nicht verschwindenden Innenwiderstand besitzt,
so daß das für die Vollkommenheit der Begrenzung maßgebende Verhältnis von Gleichrichterwiderstand
zum Schwingkreiswiderstand nicht auf einen hinreichend kleinen Wert gebracht werden
kann.
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Der Innenwiderstand des Gleichrichters wirkt als Kopplungswiderstand
zwischen Eingang und Ausgang des Begrenzers und überträgt noch einen Rest der Amplitude.
Außerdem beeinflußt die zu beseitigende Amplitudenmodulation, wie aus Fig. 2 hervorgeht,
die Breite b des auf konstante Amplitude U" beschnittenen Kurventeils. Die Energie,
die auf das hinter dem Begrenzer folgende Resonanzglied übertragen wird und die
proportional den schraffierten Flächenstücken ist, wird sich also entsprechend der
mit der Eingangsamplitudenmodulation schwankenden Breite der begrenzten Kurve ändern.
Rechnerisch drückt sich das in mit der Begrenzungsbreite schwankenden Amplituden
der Grundschwingung der nach F o u r i e r analysierten Kurven in der Fig. 2 aus.
Die Addition beider Effekte ergibt die obenerwähnte störende restliche Amplitudenmodulation.
Mißt män für verschiedene Vorspannungen den Gang der Ausgangsspannung eines solchen
Begrenzers, so findet man, daß die beiden erhaltenen Kurven, wie in Fig. z dargestellt,
oberhalb einer gewissen Spannung unter Wahrung eines gleichen Abstandes voneinander
monoton weiter ansteigen, so daß die Schwankung d LT, der Eingangsspannung
U, auf jeder der Kurven gleich große Schwankungend U" der Ausgangsrestspannung U"
zur Folge hat. Die Fig. r zeigt solche Kurven r, 2, 3 für verschiedene Vorspannungen,
z. B. für U, = o, 2 und 4V-Diese Tatsache wird nun erfindungsgemäß bei einer Anordnung
zum Ausgleich unerwünschter Amplitudenschwankungen von Wechselspannungen mittels
Amplitudenbegrenzung mit zwei je für sich als Begrenzer wirkenden Gleichrichteranordnungen
mit verschiedener Vorspannung, die je einer der zwei im Ausgangskreis liegenden
Impedanzen mit einander entgegenwirkenden Spannungsabfällen parallel geschaltet
sind, vorteilhaft ausgenutzt, indem zum Zwecke der Beseitigung der Amplitudenmodulation
bei frequenz- oder phasenmodulierten Wechselspannungen die Verstärkung und bei beiden
Begrenzeranordnungen die Gleichrichter und ihre Vorspannung so ausgewählt sind,
daß sämtliche Amplitudenspitzen in ein Gebiet der dynamischen U,-U,-Kennlinien (Abhängigkeit
der Spannung der nach dem Begrenzungsvorgang herausgesiebten
Grundfrequenz
von der Eingangswechselspannung) fallen, in dem diese Kennlinien monoton ansteigend
und parallel verlaufen.
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Die den beiden erfindungsgemäßen Begrenzeranordnungen entnommenen
Spannungen werden gegeneinandergeschaltet, wodurch nun die unerwünschte Amplitudenmodulation
restlos kompensiert wird und nur die reine Frequenzmodulation übrigbleibt.
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In den Fig.3 bis 7 sind einige Ausführungsbeispiele für Schaltungen
gemäß der Erfindung dargestellt. In Fig.3 ist mit u, die Eingangswechselspannung,
z. B. die durch Überlagerung von zwei Ultrahochfrequenzen entstandene Zwischenfrequenz
bezeichnet. Sie wird den beiden parallel geschalteten Verstärkerröhren 3 und q.
zugeführt. Bei 8 bzw. 8' wird den Verstärkerröhren die Anodenspannung zugeführt.
Im Ausgang dieser Verstärkerröhren liegen je eine Induktivität L1 bzw. L, und eine
Kapazität Cl bzw. C2, an die die Gleichrichter zur Amplitudenbegrenzung angeschlossen
sind. In diesem Beispiel dienen hierzu die Duodioden i und 2. Die Duodiode i hat
die Vorspannung U,1, z. B. 4V, und die Duodiode 2 hat die Vorspannung Null. Die
begrenzten Spannungen werden über die Transformatoren 5 und 6 der Verstärkerröhre
7 zugeführt. Zum Abgleich dienen die Kondensatoren C3 und C4, die gegebenenfalls
veränderlich sein können. Von der Röhre 7 wird die Ausgangsspannung isa abgenommen
und dem Resonanzkreis zur Aussiebung der Grundwelle zugeführt. Wichtig ist die möglichst
genaue Erhaltung der Gegenphasigkeit der restlichen Amplitudenmodulationen der einzelnen
Gleichrichtergruppen, es dürfen keine Phasenverdrehungen auftreten, und die Kreise
der Gleichrichter müssen weitgehend entkoppelt werden.
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Fig. q. zeigt eine ähnliche Begrenzeranordnung, bei der Ventile, z.
B. Trockengieichrichter i, i' bzw. 2, 2' in Greinacherschaltung vorgesehen sind.
Im übrigen ist die Schaltung die gleiche wie die in Fig. 3 dargestellte, und es
gelten auch die gleichen Bezugszeichen. Bei 8 wird beiden Verstärkerröhren 3 und
4 gemeinsam die Anodenspannung zugeführt. Die Kopplung an die Ventile i, i', 2,
2' erfolgt rein kapazitiv. In bezug auf die genaue Erhaltung der Gegenphasigkeit
ist diese Schaltung etwas günstiger als die Schaltung nach Fig. 3. Die auftretende
Spannungsverdopplung bewirkt jedoch eine Erhöhung des Hochfrequenzwiderstandes des
Gleichrichters, worunter, wie oben ausgeführt, die Begrenzung leidet. Beschränkt
man sich auf die Begrenzung nur einer Halbwelle, so ergibt sich die Schaltung der
Fig.5. Man kommt dann mit einer Verstärkerröhre 3 aus.
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Zur Entkopplung der Gleichrichterkreise sind alle üblichen Maßnahmen
der Hochfrequenztechnik geeignet. Fig. 6 zeigt eine Entkopplung mittels einer T-Schaltung,
Fig.7 eine solche mittels Brückenschaltung. Da diese Anordnungen an sich bekannt
sind, dürfte sich ein näheres Eingehen erübrigen.
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Vorzugsweise wird der Erfindungsgegenstand bei der Verstärkung der
Zwischenfrequenz angewendet, die sich beim Überlagerungsempfang ultrakurzer Wellen
(insbesondere des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlängengebietes) ergibt. Hierbei
besteht wiederum die bevorzugte Ausführungsform darin, daß der zu empfangenden ultrakurzen
Welle eine örtlich (am Empfangsort) erzeugte ultrahochfrequente Welle geeigneter
Frequenz überlagert wird und die Gleichrichtung durch ein besonderes Mischorgan
(Glühdiode, Duodiode) erfolgt (Fremdüberlagerungsempfang) und die durch die Gleichrichtung
gewonnene hochfrequente Zwischenfrequenz (die ihrerseits niederfrequent moduliert
ist) verstärkt wird.