CH634184A5 - Verfahren und einrichtung zur uebertragung von signalen, wobei zwei traegerschwingungen mit impulsen im wesentlichen gegenphasig amplitudenmoduliert werden. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung von Signalen wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben bzw. auf eine Übertragungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.

Eine solche Einrichtung ist bekannt zur Übertragung von Signalen, die zwei Zustände (Polaritäten) kennzeichnen. Dabei sind zwei Oszillatoren mit unterschiedlichen Frequenzen vorgesehen. Ein Signal mit einer der beiden Polaritäten schaltet einen Oszillator ein, während der andere abgeschaltet gehalten wird. Ein Signal der entgegengesetzten Polarität schaltet den zweiten Oszillator ein, während der erste ausgeschaltet wird. Beide Oszillatorschwingungen werden über einen Transistor auf eine gemeinsame Übertragungsleitung gegeben (US-PS 3525 054).

Solche und ähnliche (US-PS 2 676 203; DE-AS 1 237 615) Anordnungen werfen aber Probleme auf, wenn Impulse zu übertragen sind, die nicht stets untereinander gleich lang sind. Die Notwendigkeit hierzu kann sich ergeben, wenn zwar einerseits - aus welchen Gründen auch immer - an der Übertragung von Impulsen festgehalten werden soll, andererseits aber Signale übertragen werden sollen, die nicht nur zwei Zustände kennzeichnen, sondern beispielsweise Sprachsignale sind. Dann müssen die Impulse mit den Signalen moduliert sein, insbesondere derart, dass die Information der modulierenden Signale in der Lage von Impulsflanken liegt. Bevorzugt soll es sich bei den zu übertragenden Impulsen um pulsdauermodu-lierte Impulse handeln. Diese modulierten Impulse sollen, beispielsweise zur Überbrückung einer Hochspannung, mit Hilfe wenigstens einer Trägerfrequenzschwingung übertragen werden, wobei diese Trägerfrequenzschwingung selbst wiederum aus Impulsen bestehen kann.

Bei einer solchen Übertragungseinrichtung können sich nun bezüglich des Geräuschspannungsabstandes und des Fremdspannungsabstandes bei höheren Anforderungen Schwierigkeiten ergeben, wie die folgenden Überlegungen zeigen.

Statt beispielsweise (mit den tonfrequenten Signalen) puls-dauermodulierter Impulse werden ja bei der trägerfrequenten Übertragung nicht diese Impulse selbst, sondern trägerfre-quente Schwingungszüge entsprechender Dauer und konstanter Frequenz übertragen. Da die Dauer dieser Schwingungszüge wegen der Pulsdauermodulation unterschiedlich ist, kann nicht jeder Schwingungszug immer aus einer ganzzahligen Anzahl von Trägerschwingungen bestehen. Vielmehr enthält mancher trägerfrequente Schwingungszug am Anfang und/ oder am Ende Bruchstücke einer ganzen Trägerschwingung. Diese Bruchstücke können zu Störungen bei der Übertragung führen. Eine Ursache solcher Störungen besteht darin, dass die Bruchstücke ein breites Frequenzspektrum aufweisen, welchem der Übertragungsweg nicht gewachsen ist. Es treten dann Verzerrungen im Übertragungsweg auf. Bei stetig abnehmender Dauer aufeinander folgender Trägerschwingungszüge beispielsweise zeigt sich dann, dass die Amplitude der Grundwelle des demodulierten Trägerfrequenzsignals (d. h. der puls-

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dauermodulierten Impulse) nicht stetig, sondern abwechselnd stetig und stufenweise abnimmt. Es ergibt sich also ein unerwünscht nichtlinearer Zusammenhang zwischen der modulierten Dauer der Trägerschwingungszüge und den demodulierten (tonfrequenten) Signalen (Grundwelle der pulsdauermodulier-ten Impulse). Dieser nichtlineare Zusammenhang beeinträchtigt die Übertragungsqualität.

Daraus folgt als Aufgabe der Erfindung das Bestreben, die Übertragungsqualität einer Übertragungseinrichtung zu verbessern, wenn im Übertragungsweg Impulse auftreten, die trägerfrequent übertragen werden sollen und Informationen tragen, die in der Lage von Impulsflanken enthalten sind.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die im ersten und zweiten Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Das vorliegende Verfahren zur trägerfrequenten Übertragung von Impulsen, bei denen die Informationen in der Lage der Impulsflanken liegen, erlaubt eine Übertragung mit grossem Fremd- und Geräuschspannungsabstand. Auf der Senderseite werden zwei Oszillatoren zur Erzeugung von Trägerfrequenzschwingungszügen verwendet, wobei ein Oszillator mit stets gleicher Phase durch die Einschalt- und der andere mit stets gleicher Phase durch die Ausschaltflanken der Impulse eingeschaltet wird. In der empfangsseitigen Trägerdemodula-tionseinrichtung wird die gegenseitige Lage der Anfänge der • abwechselnd von beiden Oszillatoren eintreffenden Trägerschwingungszüge ausgewertet. Die Ein- und Ausschaltzeichen des einen Oszillators sind gegenüber den Aus- und Einschaltzeiten des anderen Oszillators verschoben.

In der zugehörigen Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens können für die Übertragung von Informationen, die in der Läge von Impulsflanken liegen, von einem Sender auf einen Empfänger zwei Oszillatoren mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen und/oder Übertragungswegen vorgesehen sein. Dabei kann ein Oszillator mit stets gleicher Phase durch die Einschalt-und der andere mit stets gleicher Phase durch die Ausschaltflanken der Impulse einschaltbar sein. Auf der Empfangsseite kann eine Trägerdemodulationseinrichtung vorhanden sein, zur Auswertung der gegenseitigen Lage der Anfänge von abwechselnd von unterschiedlichen Oszillatoren eintreffenden T rägerschwingungszügen.

Durch die Anwendung zweier Oszillatoren zur Erzeugung je einer Folge von Trägerschwingungszügen, wobei jeder Oszillator stets in gleichbleibender Phasenlage anschwingt, kann erreicht werden, dass am Ende der Schwingungszüge liegende Schwingungsbruchstücke wechselnder Länge bei der Démodulation unberücksichtigt bleiben. Dazu ist es erforderlich, dass der Demodulator die Anfänge abwechselnd des einen und des anderen Trägerschwingungszuges auswertet, aber die Enden nicht berücksichtigt. Die Störungsquelle ist damit ausgeschaltet, weil am Anfang jedes Trägerschwingungszuges kein Bruchstück mehr auftritt und das störende Bruchstück am Ende des Trägerschwingungszuges bei der Démodulation nicht ausgewertet wird. Würde nur ein Oszillator zur Erzeugung von Trägerschwingungszügen verwendet, so Hessen sich die Störungen durch Bruchstücke nicht vermeiden.

Unter ungünstigen Umständen kann es bei Anwendung der Erfindung noch geschehen, dass die Schwingungsbruchstücke störenden Einfluss auf den Demodulationsvorgang oder das Anschwingen des jeweils anderen Oszillators nehmen; denn der Demodulator wertet während des Eintreffens eines Schwingungsefldbruchstückes gerade den Schwingungsbeginn des anderen Trägerschwingungszuges aus und der andere Oszillator schwingt ja gerade dann an, wenn der erste zu schwingen aufhört. Üm solche störenden gegenseitigen Beeinflussungen zu vermeiden, ist es daher zweckmässig, die Ein- und Ausschaltzeiten eines Oszillators gegenüber entsprechenden Aus- und Einschaltzeiten des anderen Oszillators geringfügig beispielsweise um die Dauer eines Bruchteiles einer Träger-

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Schwingung zu verschieben, z. B. um die Dauer etwa einer halben Trägerschwingung (diese Verschiebung muss natürlich bei der Démodulation kompensiert werden). Auf diese Weise ist dafür gesorgt, dass die Enden jedes Trägerschwingungszuges von den Anfängen des folgenden bei der Übertragung und Démodulation (zeitlich) soweit getrennt gehalten werden, dass die Anfänge nicht von gleichzeitig auftretenden Enden gestört werden. Diese Trennung kann auch örtlich erfolgen (z. B. durch getrennte Übertragungswege, die abwechselnd von den Trägerschwingungszügen benutzt werden) und/oder durch geeigneten Aufbau der Oszillatoren und/oder des Demodula-tors. Wenn unterschiedliche Übertragungswege für die Trägerschwingungszüge von unterschiedlichen Oszillatoren vorgesehen sind, kann der Demodulator beispielsweise jeweils nach Identifizierung eines Anfangs eines Trägerschwingungszuges von einem Übertragungsweg auf den anderen umschalten, um dort den nächsten Anfang eines Trägerschwingungszuges zu identifizieren und so fort. Auf diese Weise ist im Demodulator für eine Trennung der Anfänge und Enden der Trägerschwingungszüge durch Umschaltung gesorgt.

Wenn unterschiedliche Übertragungswege für die Schwingungszüge der beiden Oszillatoren verwendet werden und zugleich zwischen Sender und Empfänger eine Potentialdifferenz mit einem spannungsfesten Übertragungsglied überbrückt werden muss, soll in jedem der unterschiedlichen Übertragungswege ein spannungsfestes Übertragungsglied liegen. Jedoch kann eines der spannungsfesten Übertragungsglieder eingespart werden, wenn die Oszillatoren je eine Trägerschwingung mit voneinander abweichenden Trägerfrequenzen liefern und das verbleibende spannungsfeste Übertragungsglied für beide Trägerschwingungen vorgesehen ist. Die Demo-dulationseinrichtung im Empfänger muss dann eine Frequenzweiche für die beiden Trägerschwingungen unterschiedlicher Trägerfrequenz enthalten.

In allen Fällen der Verwendung eines spannungsfesten Übertragungsgliedes hat sich im Zusammenhang mit der Erfindung ein Übertrager als am vorteilhaftesten erwiesen, weil er in der Lage ist, an seinem Ausgang einen hohen Spannungspegel zu liefern, wodurch ein hoher Störspannungsabstand gewährleistet ist.

Anhand der Zeichnungen wird auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung eingegangen und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel derselben beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild und

Fig. 2 ein zugeordnetes Impulsschema.

Es hat sich gezeigt, dass dann, wenn nicht ein freischwingender Oszillator durch die pulsdauermodulierten Impulse getastet wird, sondern durch diese Impulse eingeschaltet wird, der Beginn eines Trägerschwingungszuges eindeutig bestimmt werden kann. Dies gilt aber nicht für die Ausschaltung des Oszi-lators. Deshalb ist der zweite Oszillator nötig, der eingeschaltet wird, wenn der den ersten Oszillator einschaltende dauermodulierte Impuls beendet ist. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel mit zwei Übertragungswegen dargestellt, denen über die gemeinsame Eingangsklemme 1 tonfrequent pulsdauermo-dulierte Impulse zugeführt werden mit einer Impulsfrequenz von 50 kHz. Im oberen Zweig folgt darauf ein Verzögerungsglied 2 mit einer Verzögerungszeit von 80 Nanosekunden sowohl für die Einschaltung als auch für die Ausschaltung. Ausserdem sind in beiden Zweigen Ausschaltverzögerungsglie-der 3 und 4 vorgesehen von jeweils 80 Nanosekunden. Darauf folgt je ein Oszillator 5 und 6 für die rechteckimpulsförmige Trägerschwingung. Die Oszillatoren werden über die Leitungen 7 und 8 ein- und ausgeschaltet. Über Verstärker 9 und 10 führen die Übertragungswege zu hochspannungsfesten Übertragungsgliedern 11 und 12 in Form von Trennübertragern. Darauf folgen jeweils Demodulatoren 13 und 14 in Form von Gleichrichterschaltungen mit nachgeschaltetem Widerstand

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und Kondensator R und C. Ein Nand-Gatter 15 im unteren Übertragungsweg sorgt für eine Invertierung und ein weiteres Nand-Gatter 16 leitet aus den Impulsfolgen der beiden Übertragungswege wieder die gewünschte pulsdauermodulierte Impulsfolge ab, die schliesslich noch in einem Nand-Gatter 17 invertiert wird.

Um gegen Störimpulse sicher zu sein, werden die pulsdau-ermodulierten Impulse empfängerseitig (rechts von den Übertragungsgliedern 11 und 12) nicht durch die Einschaltflanken der Trägerschwingungen, z. B. durch Setzen und Rücksetzen einer Kippstufe, erzeugt, sondern durch Spannungsvergleich der gleichgerichteten Trägerschwingungen im Nand-Gatter 16.

Damit die Einschaltflanke des einen Oszillators 5 nicht mit der störenden Ausschaltflanke des anderen Oszillators 6 zusammenfällt, werden auf der Senderseite (links von den Übertragungsgliedern 11 und 12) die Schaltzustände zeitlich durch das Verzögerungsglied 2 gegeneinander verschoben.

Die Ausschaltverzögerungsglieder 3 und 4 haben sich als notwendig erwiesen, weil sich gezeigt hat, dass zwischen dem Einschalten und dem Anschwingen der Oszillatoren 5 und 6 fast 100 Nanosekunden vergehen. Die dadurch hervorgerufene Verzerrung der zu übertragenden pulsdauermodulierten Impulse musste durch eine Ausschaltverzögerung mit Hilfe der Ausschaltverzögerungsglieder 3 bzw. 4 in jedem der Zweige korrigiert werden.

Bei den Positionsziffern 18 bis 25 sind für einen gemeinsamen Zeitpunkt Oszillogramme für den Fall dargestellt, dass der bei Ziffer 18 gezeigte Impuls gerade in die Eingangsklemme 1 hinein läuft. In Fig. 2 sind die Verhältnisse genauer dargestellt. Der positive Impuls unter der Position 18 hat die Dauer D. Er wird im Verzögerungsglied 2 um 80 Nanosekunden verzögert und invertiert (24). Im Ausschaltverzögerungsglied 3 erfolgt eine Verzögerung der ansteigenden Flanke des Impulszuges 24, so dass sich der Verlauf unter Position 25 ergibt. Mit diesem Impulszug 25 wird der Oszillator 5 ein- und ausgeschaltet,

wobei die Einschaltung jedoch um ungefähr 80 Nanosekunden verzögert erfolgt (Trägerschwingungszug 26). Nach Gleichrichtung im Demodulator 13 ergibt sich der Kurvenzug 27.

Im unteren Übertragungsweg der Fig. 1 entsteht hinter dem Ausschaltverzögerungsglied zunächst der Impulszug 19, der aus dem Impuls 18 dadurch entsteht, dass dieser invertiert wird und dessen ansteigende Flanke um 80 Nanosekunden verzögert wird. Mit dem Impulszug 19 wird der Oszillator 6 verzögert ein- und unverzögert ausgeschaltet, so dass sich der Trägerschwingungszug 21 am Ausgang des Übertragungsgliedes 12 ergibt. Daraus entsteht nach Gleichrichtung im Demodulator 14 der Kurvenzug 22, der im Nand-Gatter 15 zum Impulszug 23 invertiert wird.

Schliesslich entstehen am Ausgang des Nand-Gatters 16 aus den Impulszügen 23 und 27 dann der negative Impuls der Dauer D', wenn sowohl der Impulszug 23 als auch der Impulszug 27 positive Werte haben. Nach Invertierung entsteht aus dem Impulszug 28 der Impulszug 29.

Dabei fällt auf, dass die Dauer D' kürzer ist als D (Impulszug 18). Die Differenz ist aber beim vorliegenden Beispiel, bei welcher die Impulsfrequenz des Impulszuges 18 ungefähr 50 kHz beträgt, vernachlässigbar klein. Sie könnte ausserdem durch entsprechende Ausführung der Schaltung hinter dem Nand-Gatter 16 ausgeglichen werden. Ist dem Nand-Gatter 17

ein Impulsverstärker nachgeschaltet, dessen Einschaltverzögerung kleiner als die Ausschaltverzögerung ist, so ist es sogar von Nutzen, wenn die Dauer D' kürzer als diejenige von D ist, weil der positive Impuls des Impulszuges 29 in einem solchen Schaltverstärker zwangsläufig verlängert wird.

Auf die Dauer D' kann auch noch auf andere Weise Ein-fluss genommen werden, beispielsweise indem statt des Aus-schaltverzögerungsgliedes 4 ein Verzögerungsglied mit Aus-und Einschaltverzögerung vorgesehen wird und zugleich die Ausschaltverzögerung des Verzögerungsgliedes 2 verdoppelt wird. Bei allen möglichen Abwandlungen des gezeigten Ausführungsbeispieles kommt es aber darauf an, dass die Anfänge und Enden der Trägerschwingungszüge möglichst zeitlich gestaffelt liegen und dass auf jeden Fall die Impulsflanken des Impulszuges 28 nur von den Anfängen von Trägerschwingungszügen bestimmt werden.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel hat noch den zusätzlichen Vorteil, dass beim Ausfall des unteren Übertragungsweges der Betrieb, wenn auch mit verschlechterter Qualität, aufrecht erhalten werden kann.

In der Praxis ist es zweckmässig, die Oszillatoren 5 und 6 nicht in einem einzigen integrierten Schaltkreis unterzubringen, damit sie sich beim Ein- und Ausschalten nicht gegenseitig stören. Ausserdem ist es zweckmässig, die Stromversorgung der beiden Oszillatoren durch RC-Glieder voneinander zu entkoppeln.

Das Wesentliche der Erfindung und ihrer Aufgabe kann fol-gendermassen zusammengefasst werden:

Bei einer drahtlosen oder drahtgebundenen, trägerfrequen-ten Übertragung dauermodulierter Impulse durch Tastung der Trägerfrequenz ergibt sich dadurch ein schlechter Geräusch-spannungs- und Fremdspannungsabstand, dass in Abhängigkeit von der zu übertragenden Impulsdauer der entsprechende Trägerschwingungszug nicht immer aus einem ganzzahligen Vielfachen einer Trägerschwingungsdauer besteht, sondern am Ende und/oder Anfang des Schwingungszuges je eine angeschnittene Trägerschwingung auftaucht. Bei der Erfindung wird dies dadurch vermieden, dass bei jedem Polaritätswechsel der dauermodulierten Impulse je ein Trägerfrequenzoszillator anschwingt und bis zum nächsten Polaritätswechsel weiterschwingt. Die dadurch wechselweise auftretenden Trägerfrequenzschwingungszüge werden über getrennte Übertragungswege oder im Frequenzmultiplex zum Empfänger übertragen und dort demoduliert, wobei nur die Anfänge der Trägerschwingungszüge ausgewertet werden. Dabei ist in beiden Fällen (nämlich sowohl bei örtlich getrennten Übertragungswegen als auch bei Frequenzmultiplex über nur einen Übertragungsweg) sicherzustellen, dass Anfänge von Trägerfrequenzschwingungszügen nicht durch gleichzeitig auftretende Enden von Trägerfrequenzschwingungszügen gestört werden. Bei getrennten Übertragungswegen kann diese Sicherstellung durch die örtliche Trennung der Übertragungswege und abwechselnde Umschaltung des Demodulators von einem Übertragungsweg auf den anderen zur abwechselnden Auswertung der Anfänge der Trägerschwingungszüge erfolgen; bei Frequenzmultiplex kann die Sicherstellung durch geeignete Verzögerung des Endes und/oder Anfanges der Trägerschwingungszüge eines Oszillators gegenüber dem anderen erfolgen.

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2 Blatt Zeichnungen

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1. Verfahren zur Übertragung von Signalen, bei dem zwei Trägerschwingungen mit Impulsen im wesentlichen gegenpha-sig amplitudenmoduliert werden, wobei aber dafür gesorgt ist, dass die dabei entstehenden Trägerschwingungszüge jeweils einer Trägerschwingung untereinander mit gleicher Phase beginnen, dadurch gekennzeichnet, dass ausgegangen wird von Impulsen, die bereits mit den Signalen derart moduliert sind, dass in der Lage von Impulsflanken Informationen liegen, so dass die Impulsdauer nicht immer der Dauer einer ganzzahligen Anzahl von Trägerschwingungen entspricht; dass mit diesen Impulsen dann die Trägerschwingungen amplitudenmoduliert werden, dass die Übertragung und Démodulation der Trägerschwingungen derart erfolgt, dass jeweils die Anfänge von Trägerschwingungszügen nicht von gleichzeitig auftretenden Enden von Trägerschwingungszügen gestört werden, und dass bei der Trägerdemodulation jeweils die Anfänge der beiden Trägerschwingungszüge ausgewertet werden, aber die Enden der Trägerschwingungszüge unberücksichtigt bleiben.

2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, zur Übertragung von Signalen von einem Sender auf einen Empfänger mit zwei voneinander unabhängigen Oszillatoren im Sender zur Erzeugung von Trägerschwingungszügen, wobei die einander im wesentlichen abwechselnde Erzeugung der Trägerschwingungszüge durch einen Puls gesteuert ist und die Trägerschwingungszüge jeweils einer Trägerschwingung untereinander mit gleicher Phase beginnen, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erzeugung eines Pulses (18) vorgesehen sind, der mit den Signalen so moduliert ist, dass in der Lage von Impulsflanken Informationen liegen, so dass nicht jeder Trägerschwingungszug aus einer ganzzahligen Anzahl von Trägerschwingungen besteht, dass die Mittel zur Erzeugung, Übertragung und Démodulation der Trägerschwingungszüge so ausgebildet sind, dass die Enden jedes Trägerschwingungszuges von den Anfängen des folgenden soweit getrennt gehalten sind, dass die Anfänge von Trägerschwingungszügen nicht von gleichzeitig auftretenden Enden von Trägerschwingungszügen gestört werden, und dass schliesslich eineTrägerdemodulationseinrichtung(13 bis 16) vorgesehen ist, welche die Anfänge beider Trägerschwingungszüge (26,21) zur Trägerdemodulation auswertet und die Enden beider Trägerschwingungszüge unberücksichtigt lässt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschwingungen der Oszillatoren durch die modulierten Impulse einschaltbar sind, dass bei Übertragung der Informationen, die in der Lage von Impulsflanken liegen, von einem Sender auf einen Empfänger zwei Oszillatoren (5,6) mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen und/oder Übertragungswegen (2,3,5..4,6,10...) vorgesehen sind, wobei ein Oszillator mit stets gleicher Phase durch die Einschalt- und der andere mit stets gleicher Phase durch die Ausschaltflanken der Impulse (18) einschaltbar ist, und dass auf der Empfangsseite eine Trägerdemodulationseinrichtung (13 bis 16) vorhanden ist, zur Auswertung der gegenseitigen Lage der Anfänge von abwechselnd von unterschiedlichen Oszillatoren (5,6) eintreffenden Trägerschwingungszügen (26,21).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und Ausschaltzeiten eines Oszillators (5) gegenüber entsprechenden Aus- bzw. Einschaltzeiten des anderen Oszillators (6) verschoben sind (26,21).

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Sender und Empfänger ein spannungsfestes Übertragungsglied (11,12) zur Überbrückung einer Potentialdifferenz sowie unterschiedliche Übertragungswege (2,3,5...; 4,6,10...) vorgesehen sind und in jedem Übertragungsweg ein spannungsfestes Übertragungsglied (11,12) liegt.

6. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Sender und Empfänger ein spannungsfestes Übertragungsglied (11,12) zur Überbrückung einer Potentialdifferenz sowie zwei Oszillatoren mit je einer Trägerschwingung unterschiedlicher Trägerfrequenz vorgesehen sind und das spannungsfeste Übertragungsglied für beide Trägerschwingungen vorhanden ist, wobei die Trägerdemodulationseinrichtung eine Frequenzweiche enthält.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsglied (11,12) ein Übertrager ist.