DE976992C - Schaltungsanordnung fuer eine Einrichtung zur UEbertragung elektrischer Wellen mittels Pulscodemodulation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für eine Einrichtung zur Übertragung elektrischer Wellen mittels Pulscodemodulation.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung dient zum Umsetzen impulsamplitudenmodulierter Signale in impulscodemodulierte Signale und beruht auf der Erkenntnis, daß die Umsetzung von einer Modulationsart in die andere stabiler wird, wenn die Amplitudenänderungen zunächst durch Frequenzänderungen ersetzt und dann erst in modulierte Codeimpulse umgewandelt werden.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Schaltungsanordnung zur Umsetzung der Impulsamplitudenmodulation in eine Impulscodemodulation unter Benutzung frequenzmodulierter Schwingungen als Umsetzungsmittel. Gemäß der Erfindung werden zur Erzeugung eines Impulscodes zwei frequenzmodulierte Schwingungen periodisch miteinander verglichen, von denen die eine eine Funktion der umzuwandelnden amplitudenmodulierten Impulse ist, während die andere eine Funktion einer örtlich erzeugten, mit der Zeit nach einer Exponentialkennlinie veränderlichen Modulationsspannung ist. Letztere wird aus dem Frequenzunterschied erhalten, der bei dem in der vorhergehenden Periode vorgenommenen Vergleich festgestellt wurde. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung arbeitet dabei in folgender Weise: Die impulsamplitudenmodulierten Signale werden einem örtlichen Oszillator zugeführt und modulieren diesen

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derart in der Frequenz, daß seine Frequenzmodulation von der Amplitudenmodulation der Impulse linear abhängig ist. Ein weiterer örtlicher Oszillator wird mittels eines Vergleichssignals zyklisch frequenzmoduliert, welches eine exponentiell abfallende Amplitudenkennlinie besitzt. Hierbei erfolgt die Modulation des zweiten Oszillators durch das Vergleichssignal derart, daß dieses eine von seiner Einwirkungszeit und von dem Ergebnis des ίο in der vorhergehenden Periode erfolgten Vergleichs der beiden Oszillatorfrequenzen abhängige Frequenzzunahme der zweiten Oszillatorfrequenz bewirkt. Die beiden Oszillatorfrequenzen werden zur Ermittlung ihres jeweiligen Frequenzverhältnisses periodisch miteinander verglichen, und das Ergebnis dieses Vergleichs wird bei Einwirkung der Modulationsspannungen zur Modulation der von einem Codeimpulsgenerator gelieferten Codeimpulse und bei Abwesenheit der Modulationsspannungen zur Stabilisierung des Frequenzverhältnisses der unmodulierten Oszillatorfrequenzen verwendet. Der Erfindungsgedanke soll an Hand der Zeichnung, die beispielsweise schematisch Ausführungsformen der Erfindung zeigt, näher erläutert werden. In dieser Zeichnung ist

Fig. ι ein Blockdiagramm der Schaltungsanordnung zur Impulsumsetzung gemäß der Erfindung, Fig. 2 ein schematisches Diagramm des örtlichen Vergleichsoszillators der Schaltungsanordnung nach Fig. i, und

Fig. 3 zeigt einige Arbeitsdiagramme der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

In dieser Schaltungsanordnung zeigt 1 einen Oszillator, dem die Frequenz F₁ entnommen wird. Dieser Oszillator setzt die einlaufenden Impulsamplitudenmodulationen in ihnen linear entsprechende Frequenzmodulationen um, z. B. durch einen Reaktanzröhrenmodulator. Jedoch kann auch jede andere Vorrichtung zum Umsetzen von Amplituden- in Frequenzmodulation verwendet werden. Der zweite Oszillator 2, dem eine Frequenz F₂ entnommen wird, hat die Funktion eines örtlichen Vergleichsoszillators. Der Oszillator 2 kann frequenzmoduliert werden und ist vorzugsweise von der in Fig. 2 gezeigten Art. Solche Oszillatoren sind als Oszillatoren mit positivem Gitter bekannt und sollen im einzelnen in Verbindung mit Fig. 2 besprochen werden. Der Vergleichssignalgenerator 3 dient zur Erzeugung der Modulationsspannungen für den Oszillator 2. Die Ausgangsspannung des Generators 3 ändert sich nach der Funktion _e-aAt = i/₂₎ (j. h., sie hat also eine exponentiell abfallende Kennlinie, bei der die Ordinate sich bei gegebenen Abschnitten auf der Abszisse um 50% von ihrem Höchstwert absenkt. Die Ausgangsspannung des Generators 3 wird dem Oszillator 2 über einen Modulator 4 aufgegeben. Um eine Zeitbasis für die Arbeit der Schaltungsanordnung zu haben, ist ein Hauptimpulsgenerator 5 vorgesehen. Dieser gibt periodisch Synchronisationsimpulse ab, die den einzelnen Schaltungsteilen, wie nachstehend beschrieben, zugeführt werden. Einer dieser vom Generator 5 synchronisierten Schaltungsteile ist der Codeimpulsgenerator 6, der eine beliebige Anzahl von Codeimpulsen für jeden Synchronisierimpuls liefern kann; in dem vorliegenden Beispiel sechs Impulse für jeden Umlauf. Um die beiden Frequenzen F₁ und F₂ zu vergleichen, werden die beiden Oszillatorausgangsspannungen in einem Mischkreis 7 vereinigt, dessen Ausgangsspannung über einen Begrenzer 8 einem Frequenzdiskriminator 9 zugeführt wird. Der Diskriminator 9 ist vorzugsweise auf einen bestimmten Wert der Frequenzdifferenz zwischen den unmodulierten Oszillatorfrequenzen F₁₀ und F₂₀ abgestimmt. Die Ausgangsspannung des Diskriminators 9 ist negativ oder positiv, je nachdem, wie die relativen Größen F₁ und F₂ sich zueinander verhalten. Sie wird an den Verstärker 11 abgegeben, der in periodischen Abständen durch Impulse vom Impulsgenerator 6 entsperrt wird. Auf diese Weise entsteht am Ausgang des Verstärkers 11 eine Reihe von Impulsen veränderlicher Amplitude, jeder von ihnen abhängig von der Ausgangsspannung des Diskriminators 9 entweder negativ oder positiv. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 11 wird in einer Abschneidestufe 12 von den negativen Impulsen befreit, so daß nur eine Gruppe positiver Impulse gleichbleibender Amplitude zurückbleibt, die den gewünschten codierten Impulsausgang darstellt und der Originalamplitude am Eingang entspricht.

Die Steuerung der den Oszillator 2 modulierenden Spannung des Generators 3 erfolgt durch Rückkopplung der Ausgangsspannung der Abschneidestufe 12 auf den Oszillator 2 mittels des Modulators 13, nachdem sie noch über einen Verzögerungskreis 14 gelaufen ist. Der Modulator 13 dient zur Steuerung der vom Vergleichssignalgenerator an den Oszillator 2 abgegebenen Ausgangsspannung. Außerdem wird der Modulator 13 selbst durch lot synchronisierende Impulse vom Impulsgenerator 5 über einen Verzögerungskreis 15 gleichfalls periodisch gesteuert. Durch Rückkopplung vom Diskriminator 9 zum Oszillator 1 werden diesem entweder positive oder negative Steuerspannungen 10; zugeführt, und somit wird eine Stabilisationssteuerung für das Verhältnis zwischen den beiden Oszillatorfrequenzen erhalten. Diese Rückkopplung findet zwischen den Perioden des Vergleichs der modulierten Frequenzen statt und wird durch nc Synchronisierimpulse vom Hauptimpulsgenerator 5 gesteuert, die einen Hilfsverstärker 16 anregen oder sperren, dem die Ausgangsspannung des Diskriminators 9 zugeliefert wird und der ein Tiefpaßfilter 17 speist. Wenn das Verhältnis der beiden 11· nicht modulierten Frequenzen F₁₀ und F₂₀ sich ändert, so ergeben sich am Ausgang des Diskriminators verschiedene Spannungen, deren Polarität von dem relativen Wert der beiden Frequenzen zueinander abhängt. Durch die Rückkopplung der iac Diskriminatorausgangsspannungen auf den Oszillator ι wird das eingestellte Verhältnis durch Änderung der Frequenz F₁₀ wiederhergestellt.

Die Fig. 2 zeigt den Oszillator 2, der eine mit positivem Gitter versehene Röhre 18 aufweist. Die ia« in beiden Figuren eingetragenen Anschlußpunkte

A, B, C, D und E erleichtern die gegenseitige Zuordnung der Fig. ι und 2.

Die Röhre 18 hat einen Heizdraht 19 und ein Gitter 20, aus denen der Oszillatorkreis gebildet wird. Am Punkt 21, der symmetrisch zu beiden Enden des Zylinders 22 liegt, wird eine Spannung zugeführt. Der Zylinder 22 liegt koaxial zum Heizfaden und Gitter. Das Gitter 20 ist positiv vorgespannt durch die Spannungsquelle 23, deren Spannung bei 21 zugeführt wird und die durch den Kondensator 24 für Hochfrequenz überbrückt ist. Eine andere Spannungsquelle 25 liefert eine negative Vorspannung für die zylindrische Anode 22 und wird durch den Kondensator 26 für Hochfrequenz überbrückt. Die Heizbatterie ist nicht dargestellt. Die Röhre 18 arbeitet mit zwei modulierenden Elektroden, da die negativ vorgespannte Anode eine hohe Impedanz hat und von einer Röhre 27, die in ihrem Anodenkreis den verhältnismäßig

ao hohen Widerstand 28 enthält, moduliert wird. Wenn die Röhre 27 leitend ist, so wird an den ihr parallel liegenden, aus dem Kondensator 29 und dem Widerstand 28 bestehenden Zeitkonstantenkreis eine Spannung angelegt. Die zuerst am Kondensator vorhandene Spannung wird sich dort halten, bis der Codezyklus vollendet ist. Bei Vollendung eines solchen Zyklus wird der Widerstand 28 durch eine Entladungsvorrichtung 30 kurzgeschlossen, die z. B. aus einer Entladeröhre bestehen kann, die von einem synchronisierenden Impuls aus dem Hauptimpulsgenerator über den Verzögerungskreis 15 gesteuert wird. Die Modulatorröhre 27, die einen Teil des Modulators 13 der Fig. 1 bildet, wird durch Zuführung einer Spannung vom Generator 3 über die Leitungen 31 und 32 leitend gemacht und gleichzeitig von den Codeimpulsen, die am Ausgang der Abschneidestufe 12 auftreten, gesteuert. Die Röhre 27 wird nur leitend, wenn die negative Vorspannung der Vorspannungsquelle 33 durch eine positive Spannung überwunden wird, die von Codeimpulsen aus der Abschneidestufe 12 geliefert und über einen Gittervorschaltwiderstand 34 geführt wird.

Die zweite Steuerelektrode, d. h. das Gitter 20 der Röhre 18, hat eine niedrige Impedanz. Ihr wird eine modulierende Frequenz mittels der Röhre 35 aufgedrückt. Die Röhre 35, die einen Teil des Modulators 4 der Fig. 1 bildet, enthält in ihrem Anodenkreis einen verhältnismäßig kleinen Widerstand 36, der durch einen Kondensator 37 überbrückt wird. Hierdurch wird ein Kreis gebildet, dessen Zeitkonstante im Verhältnis zu derjenigen des an der Röhre 27 liegenden Kreises klein ist. Wenn die Röhre 35 leitend wird, so wird der Kondensator 37 von dem Generator 3 jedesmal dann geladen, wenn ein Codeimpuls vom Generator 6 am Gitterwiderstand 39 auftritt. In einem derartigen Augenblick wird die negative Vorspannung einer Vorspannungsquelle 38 durch eine vom Impulsgenerator 6 stammende positive Spannung überwunden, welche am Gitterwiderstand 39 wirksam wird. In den Zwischenräumen zwischen den Codeimpulsen ist die Röhre 35 nichtleitend, und der Kondensator 37 entlädt sich schnell über den kleinen Widerstand 36.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung soll nun weiterhin an Hand der Fig. 3 a bis 3 e erläutert werden, in denen Spannungsamplituden über der Zeit aufgetragen sind. Das ankommende impulsamplitudenmodulierte Signal, das die Frequenz des Oszillators 1 bestimmt, wird zunächst mit der Ausgangsspannung des Hilfsoszillators 2 verglichen, die während der Dauer des ersten Codeimpulses vom Generator 6 vorhanden ist. In Fig. 3 a ist dieses amplitudenmodulierte Eingangssignal als Impuls 40 angegeben. Der Impuls 40 entspricht sowohl dem Amplitudenwert des Eingangssignals als auch der diesem zugeordneten Änderung der Frequenz F₁ des Oszillators 1. In Fig. 3 b ist die Ausgangsspannung des Oszillators 2 gezeigt, wie sie sich aus den modulierenden Spannungen ergibt, die den beiden Steuerelektroden über die Modulatoren 13 und 4 während jeder der sechs Codeimpulse des Generators 6 (Fig. 3 e) zugeführt werden. Fig. 3 c gibt die Kennlinie der Ausgangsspannung des Vergleichssignalgenerators 3 an und zeigt eine exponentiell abfallende Kurve 41, die in den Zwischenräumen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Generatorso um 50% ihres jeweiligen Anfangswertes fällt. Wenn der zugeführte Impuls 40, wie in Fig. 3 a dargestellt, den Wert 50 hat und wenn im Hinblick auf die sechs Codeelemente, die in diesem Beispiel gebraucht werden, der Hauptpegelwert 64 ist, so liegt die Hälfte des Hauptpegels, d.h. die Maximalamplitude der Kurve41, mit der der erste Vergleich angestellt wird, bei 32, wie durch die gestrichelten Linien 42 in Fig. 3 a und 3 b angegeben ist. Wenn der erste Codeimpuls vom Generator 6 den Modulator 4 leitend macht, wird die zu dieser Zeit aus dem Generator 3 kornmende modulierende Spannung der Höhe 32 nach Fig. 3 c an das Gitter 20 mit der niedrigen Impedanz gegeben, und zwar über den Kreis 36, 37, der eine kleine Zeitkonstante hat und daher am Gitter 20 einen schnellen Spannungsanstieg erzeugt, wie es bei 43 in Fig. 3 b angedeutet ist. Entsprechend diesen Vorgängen werden die Oszillatoren 1 und 2 frequenzmoduliert, und ihre derart geänderten Frequenzen werden in dem Mischkreis 7 miteinander verglichen bzw. ihre Frequenzdifferenz wird in dem Diskriminator 9 in eine Spannungsamplitude verwandelt. Wenn die Frequenzen das in Fig. 3 a und 3 b angegebene Verhältnis zueinander haben, so ist F₁ größer als F₂; hieraus entsteht eine positive Ausgangsspannung am Diskriminator 9 und am Abschneidekreis 12 ein Impuls. Wenn die Frequenz F₁ aber kleiner ist als die Frequenz F₂ des Oszillators 2, so erzeugt die daraus entstehende negative Ausgangsspannung des Diskriminators 9 in dem Abschneidekreis 12 keinen Impuls. In dem dargestellten Beispiel ist der Wert, der durch den ersten Impuls vertreten wird, 32, was aber nur der Fall ist, wenn ein aus sechs Elementen bestehender Code gewählt wird. Der so erhaltene Codeimpuls wird über das Verzögerungsglied 14 und den Modulator 13, d. h. die Röhre 27 (Fig. 2) auf die

Elektroden 20 und 22 zurückgekoppelt. Die entsprechend dem ersten Codeimpuls im Oszillator entstehende Frequenz wird daher beibehalten und besitzt somit den gleichen Wert, den sie während der Dauer des ersten Codeimpulses hatte. Der Kreis 14 verzögert diesen Vorgang derart, daß er nicht schon während der Dauer des ersten Codeimpulses beginnen kann. Der Vergleich der beiden Oszillatorfrequenzen für den zweiten Codeimpuls wird bei einer durch den Wert 16 vergrößerten Frequenz angestellt, wie dies zur Umsetzung in einen Binärcode erforderlich ist. Die vorstehend für den ersten Codeimpuls erklärte Wirkungsweise der¹ Anordnung wiederholt sich periodisch und ermöglicht die Bildung eines fehlerfreien Impulscodes. Die Aufgabe des Impulses mit dem Wert 32 auf die Steuerelektrode 22 mit ihrer hohen Impedanz hat die Aufrechterhaltung des entsprechenden Spannungspegels zur Folge, bis der Codeimpulszyklus vollendet ist. Ein zweiter Frequenzvergleich erfolgt, wenn vom Generator 6 der zweite Codeimpuls eintrifft. In diesem Zeitpunkt erzeugt der Oszillator 2 eine Frequenz, die einem Spannungspegel der Höhe 48 = 32+16 entspricht (Fig. 3 b). Der Wert 48 stammt von der gleichzeitigen Wirkung der beiden Steuerelektroden, von denen eine durch den Modulator 13 mit dem Wert 32 und die andere durch den Modulator 4 mit dem Wert 16 (Fig. 3 c) gespeist wird, welch letzterer vom Generator 3 geliefert -wird. Wenn in diesem Augenblick die Frequenz F₁ den Wert 50 hat und größer ist als die Frequenz F₂, die den Wert 48 hat, dann wiederholt sich der in Verbindung mit dem ersten Codeimpuls dargestellte Vorgang. Das Ergebnis ist also derart, daß ein codierter Impuls abgegeben wird und daß die Elektrode mit der hohen Impedanz demzufolge ein Potential erhält, das dem Wert 48 entspricht. Anschließend an diesen Vorgang findet ein Vergleich statt zwischen der Frequenz F₁, die dem aufgegebenen amplitudenmodulierten Signalimpuls entspricht, und einer erneut verschobenen Frequenz F₂, die dem Wert 32 + 16 + 8 = 56 entspricht. Wäre die Impulsamplitude 40 kleiner als 48, so wäre kein Codeimpuls abgegeben worden, und die Elektrode mit der hohen Impedanz verbliebe auf der Stufe 32 bis zum nächsten Vergleich, der dann mit der Stufe 32 + 8 = 40 erfolgen würde. Hierdurch wird eine korrekte Binärcodierung erreicht. Im Ausführungsbeispiel wird nacheinander bei den zusammengesetzten Stufen 32, 48, 56, 52 und 50 ein Vergleich angestellt. Das sich daraus ergebende zu übertragende Codeimpulssignal ist in Fig. 3 d angegeben. Die übermittelten Impulse sind der erste, der zweite und der fünfte Impuls, die zusammen den Wert 50 = 32 + 16 + 2 darstellen.

Wie bereits auseinandergesetzt, wird die Ausgangsspannung des Diskriminators 9 in der Zeit zwischen den Codeimpulsen zur Stabilisierung der beiden Oszillatorfrequenzen benutzt. Wenn eine Änderung in der Zahl der Codeimpulse gewünscht wird, so kann dies durch Änderungen an dem Hauptimpulsgenerator 5, dem Codeimpulsgenerator 6 und den Verzögerungsgliedern

14 und 15 erreicht werden. Andere Teile der Schaltungsanordnung brauchen dagegen nicht geändert 65 zu werden.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Schaltungsanordnung für eine Einrichtung zur Übertragung elektrischer Wellen mittels Pulscodemodulation zur Umsetzung amplitudenmodulierter Signale in binäre Codeimpulse, dadurch, gekennzeichnet, daß sie einen ersten Oszillator enthält, dessen Frequenz derart moduliert wird, daß seine Frequenzmodulation von der Amplitudenmodulation der Signalimpulse linear abhängig ist, daß sie weiterhin einen zweiten Oszillator enthält, der mit einem zeitlich veränderlichen Vergleichssignal zyklisch frequenzmoduliert wird, und daß sie einen Vergleichskreis enthält, in dem die frequenzmodulierten Ausgangsspannungen der beiden Oszillatoren periodisch verglichen werden und aus dem die den amplitudenmodulierten Signalen entsprechenden, nach einem Binärcode modulierten Codeimpulse abgeleitet werden.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichssignalquelle aus einem Generator mit exponentiell fallender Spannungskennlinie besteht.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichskreis aus einem Mischkreis und einem an diesen angeschlossenen Frequenzdiskriminator besteht.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Oszillator als Oszillator mit positivem Gitter arbeitet.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator mit positivem Gitter aus einer Elektronenröhre mit zwei Modulationselektroden besteht, von denen die eine hohe Impedanz hat und an einen Kreis mit großer Zeitkonstante angeschlossen ist, während die andere Elektrode eine niedrige Impedanz hat und an einen Kreis mit kleiner Zeitkonstante angeschlossen ist.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Modulator zur Modulierung des zweiten Oszillators mit der Vergleichssignalfrequenz.
7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Synchronisierungsanordnung enthält, die aus einem Hauptimpulsgenerator und einem durch diese synchronisierten Codeimpulsgenerator besteht.
8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Vergleichskreises ein Verstärker angeschlossen ist, der von den vom Codeimpulsgenerator gelieferten Impulsen periodisch entsperrt wird, und daß die Ausgangsspannung des Verstärkers einem Begrenzerkreis zugeführt

   wird, dem die codemodulierten Impulse entnommen werden.
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Stabilisierungskreis, der die Frequenz des ersten Oszillators derart regelt, daß das Verhältnis der unmodulierten Oszillatorfrequenzen konstant bleibt, wobei dieser Stabilisierungskreis in einem Rückkopplungsweg zwischen dem Vergleichskreis und dem ersten Oszillator liegt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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