DE851965C

DE851965C - Anordnung zur UEbertragung von Signalen mittels Impulszeitmodulation

Info

Publication number: DE851965C
Application number: DEP20325A
Authority: DE
Inventors: Klaas Posthumus
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1945-09-25
Filing date: 1948-11-02
Publication date: 1952-10-09
Also published as: FR939866A; CH271004A; BE468599A; US2471168A; NL73971C; GB628555A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 9. OKTOBER 1952

p 20325 Villa 121a¹ D

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung von Signalen mittels Impulszeitmodulation, z. B. Impulsdauermodulation oder Impulsphasenmodulation. Bei Impulsdauermodulation wird die Trägerschwingung von Impulsen mit konstanter Frequenz moduliert, deren Zeitdauer vom Augenblickswert der Amplitude des zu übertragenden Signals abhängig ist. Bei Impulsphasenmodulation sind die Zeitdauer und die mittlere Frequenz konstant, der Zeitunterschied aber ändert sich zwischen dem Augenblick, in dem die Impulse auftreten, und dem Moment, in dem sie in -unmoduliertem Zustand auftreten würden, mit dem Augenblickswert der Amplitude des zu übertragenden Signals. Die Zeitdauer der Impulse ist hierbei kurz gegenüber dem Intervall zwischen den Impulsen.

Bei den beiden Modulationsverfahren muß der in Zeitpunkten gleicher Abstände auftretende Augenblickswert der Amplitude des zu übertragenden Signals in Zeit umgesetzt werden. 2c

Es ist bekannt, den Augenblickswert der Amplitude eines zu übertragenden Signals dadurch in die Zeitdauer von Impulsen mit konstanter Frequenz zu überführen, daß man das zu übertragende Signal nebst einer sägezahnförmigen Spannung mit der gewünschten Impulsfrequenz eine Schwelle passieren läßt. Die beiden Spannungen können z. B. dem Gitter einer Röhre zugeführt werden, die nur leitend ist, wenn die am Gitter auftretende Spannung einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.

Zur Erklärung des Vorstehenden ist in Fig. 1 ein Teil ι einer in Impulse zu überführenden Signal-

spannung als Funktion der Zeit dargestellt. Die resultierende Spannung, die bei Summierung der Signalspannung und einer sägezahnförmigen Spannung 2 mit der gewünschten Impulsfrequenz entsteht, ist durch die Kurve 3 dargestellt. Die Frequenz der sägezahnförmigen Spannung ist hierbei hoch gegenüber derjenigen der Signalspannung. Die Amplitude der sägezahnförmigen Spannung ist gleich oder höher als die Maximalamplitude der Signalspannung, ίο Nehmen wir an, daß die Schwellenspannung gleich der Amplitude der sägezahnförmigen Spannung ist und durch eine waagerechte Linie 4 dargestellt wird, so wird ohne das Vorhandensein eines umzusetzenden Signals die Schwellenspannung in auf der Mitte der beiden Flanken der Sägezahnspannung liegenden Punkten α und b passiert. Bei Vorhandensein des zu übertragenden Signals 1 wird die Schwellenspannung während zwischen den Punkten a_y und b liegender Zeitteile passiert. Eine Entladungsröhre mit einem Schwellenwert, dem die resultierende Spannung 3 zugeführt wird, ist daher während derjenigen Zeitteile leitend, die in der Figur verdickt dargestellt sind, so daß im Ausgangskreis eine impulsförmige Spannung auftritt, wobei die Zeitdauer der Impulse vom Augenblickswert der Amplitude der Signalspannung 1 abhängig ist.

Dieses bekannte Verfahren zur Umwandlung einer Spannung mit veränderlicher Amplitude in Impulse mit konstanter Frequenz und mit einer vom Augenblickswert der Amplitude der veränderlichen Spannung abhängigen Zeitdauer kann aber eine Verzerrung ergeben, insbesondere bei der Umsetzung von Frequenzen, die von der Größenordnung der Impulsfrequenz sind.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Ursache dieser Verzerrung darin besteht, daß nicht die in Zeitpunkten gleicher Abstände auftretenden Augenblickswerte der Amplitude des zu übertragenden Signals C₁, C₂, C₃ in der Zeitdauer der Impulse zum Ausdruck gebracht werden, sondern die Augenblickswerte (I₁, d₂, d₃, deren Intervall vom Verlauf der Signalkurve abhängig ist, so daß eine lineare Beziehung zwischen den in Zeitpunkten gleicher Abstände auftretenden Augenblickswerten der Amplitude und der Zeitdauer der Impulse nicht vorhanden ist.

Die Amplitude der Signalkurve ändert sich um so stärker während der Schwingungszeit der sägezahnförmigen Spannung, je größer die Verzerrung ist, so daß die Verzerrung mit der Frequenz zunimmt.

Nach der Erfindung wird der erwähnte Nachteil beseitigt durch Verwendung einer von periodisch auftretenden Impulsen gesteuerten Vorrichtung zur Umsetzung der zu übertragenden Signale in eine stufenförmige Schwingung, deren Amplitude sich beim Auftreten dieser Impulse diskontinuierlich in den in diesen Zeitpunkten auftretenden Augenblickswert der zu übertragenden Signale ändert und zwischen zwei aufeinanderfolgenden diskontinuierlichen Änderungen ungeändert bleibt, wobei diese stufenförmige Schwingung einem Impulszeitmodulator zugeführt wird.

Vorzugsweise wird die stufenförmige Schwingung einer sägezahnförmigen Spannung überlagert zur Erhaltung einer Kombinationsschwingung, die als Modulationsschwingung dem Impulszeitmodulator zügeführt wird.

Der Impulszeitmodulator enthält vorzugsweise eine gesperrte, gittergesteuerte Elektronenentladungsröhre, welche Röhre in jeder Periode der sägezahnförmigen Spannung durch die dem Steuergitter zugeführte Kombinationsschwingung freigegeben wird.

In Fig. 2 ist ein Teil der zu übertragenden Signalspannung als Funktion der Zeit mit 1 bezeichnet, während die stufenförmige Schwingung, in die das Signal umgesetzt wird, durch die Kurve 1' dargestellt ist. Die Augenblicksamplitude der betreffenden Schwingung 1' zur Zeit I₁ ist gleich dem Augenblickswert der Amplitude des Signals 1 in diesem Augenblick und ändert sich diskontinuierlich in den Zeitpunkten t_%, t₃ usw. in den in diesen Zeitpunkten auftretenden Augenblickswert der Amplitude des Signals 1. Die Frequenz, mit der sich die Schwingung 1' diskontinuierlich ändert, ist gleich der gewünschten Impulsfrequenz.

Die- resultierende Spannung, die bei Summierung der stufenförmigen Schwingung 1' und einer sägezahnförmigen Spannung 2 mit der gewünschten Impulsfrequenz entsteht, ist durch die Kurve 3' dargestellt. Von dieser Spannung wird die Schwellenspannung 4 in einem Augenblick passiert, in dem der Unterschied zwischen der Amplitude der sägezahnförmigen Spannung 2 und der Amplitude der Kurve 3' gleich der Augenblicksamplitude rf/ bzw. d₂', d₃ der Spannung 1' ist; dieser Unterschied ist proportional zum Zeitunterschied zwischen den Punkten a' und α/. Da aber die Augenblicksamplitude ^₁' bzw. d₂', d₃ der Spannung 1' gleich dem Augenblickswert der Amplitude des zu übertragenden Signals zur Zeit I₁ bzw. t₂, t₃ ist, ist der Zeitunterschied zwischen den Punkten O₁' und a' proportional zu der zur Zeit I₁ bzw. t₂, t₃ auftretenden Amplitude des zu übertragenden Signals.

Die vom zu übertragenden Signal herbeigeführte Änderung der Zeitdauer der Impulse ist daher proportional zu dem in Zeitpunkten ^₁, t₂, t₃ ... gleicher Abstände auftretenden Augenblickswert der Amplitude des zu übertragenden Signals, so daß die bei den bekannten Vorrichtungen auftretende Verzerrung beseitigt ist.

Die diskontinuierlichen Änderungen erfolgen vorzugsweise während der Rücklaufzeiten der sägezahnförmigen Spannung, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, so daß die ganze zwischen den Impulsen liegende Zeitdauer zum Modulieren der bei Abwesenheit eines Signals auftretenden Impulse a', b' verfügbar ist. Erfolgt der diskontinuierliche Übergang während der schrägen Flanke der sägezahnförmigen Spannung, so ist nur ein Teil der erwähnten Zeitdauer zum Modulieren verfügbar, und man muß sich mit einer Modulationstiefe kleiner als 100% zufrieden geben.

Bei einer Ausführungsform erfolgt die Umsetzung des Signals mit veränderlicher Amplitude in eine stufenförmige Schwingung dadurch, daß dieses Signal zwei Aufladekreisen mit einem gemeinsamen Kondensator zugeführt wird, die in entgegengesetzten Riehtungen Ströme durch den Kondensator durchlassen

können, wobei die Kreise nichtlineare Elemente enthalten, die von kurzen Impulsen mit der gewünschten Impulsfrequenz derart gesteuert werden, daß je nach der Richtung, in der sich der Augenblickswert der Amplitude des umzusetzenden Signals ändert, der eine oder der andere Aufladekreis während der Impulsdauer wirksam ist.

In Fig. 3 ist diese Ausführungsform schematisch dargestellt. Hier werden die nichtlinearen Elemente ίο in den beiden Aufladekreisen von normalerweise gesperrten, antiparallel geschalteten, gittergesteuerten Entladungsröhren 5 und 6 gebildet. Sie sind derart geschaltet, daß die Kathode einer Röhre mit der Anode der anderen Röhre verbunden ist und umgekehrt. Eine den beiden Aufladekreisen gemeinsame Eingangsimpedanz besteht aus einem Transformator 7, dem die umzusetzende Spannung mit kontinuierlich veränderlicher Amplitude zugeführt wird. Der den beiden Kreisen gemeinsame Ladekreis besteht aus der Parallelschaltung eines Kondensators 8 und eines Widerstandes 9. Den Gittern der beiden Röb/en wird eine impulsförmige Spannung zugeführt, die aus kurzen Impulsen besteht mit der Frequenz, mit der die Ausgangsschwingung sich diskontinuierlich ändern muß, und zwar in der Weise, daß den Röhren gleichzeitig während jeder Impulsdauer eine gegenüber der zugehörigen Kathode positive Gitterspannung zugeführt wird.

Bei richtiger Wahl der Größe des Kondensators 8 wird dieser Kondensator während jeder Impulsdauer der den Röhren 5 und 6 zugeführten Spannung über eine der Röhren schnell aufgeladen, bis die Kondensatorspannung einen Wert hat, der gleich dem während der Impulsdauer auftretenden Augenblickswert der Amplitude der dem Transformator 7 zugeführten Spannung ist. Während der Zeit zwischen zwei Impulsen behält der Kondensator 8 diese Spannung, vorausgesetzt, daß die Entladezeit des Kondensator einen gegenüber der Schwingungszeit der Impulsfrequenz großen Wert hat. Solange der Augenblickswert der Amplitude der zugeführten Spannung in positivem Sinne größer ist als die Spannung über den Kondensator 8, wird dieser über die Röhre 5 aufgeladen. Unterschreitet der Augenblickswert die Kondensatorspannung, so wird der Kondensator 8 über die Röhre 6 entladen, bis der betreffende Augenblickswert erreicht ist. Während der anderen Halbwelle der zugeführten Spannung wird der Kondensator 8 über die Röhre 5 aufgeladen oder über die Röhre 6 entladen. Die Spannung über den Kondensator 8 ändert sich daher diskontinuierlich, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, in der mit 10 die dem Transformator 7 zugeführte Spannung mit veränderlicher Amplitude und mit 11 die über den Kondensator 8 auftretende, diskontinuierlich veränderliche Ausgangsspannung dargestellt ist. Der Verlauf der Ausgangsspannung ist derart, daß ihr Wert in jedem Moment durch den während des' vorhergehenden Impulses auftretenden Augenblickswert der Amplitude der Signalspannung bedingt wird. Die Frequenz, mit der sich die Spannung diskontinuierlich ändert, ist gleich derjenigen der Impulse, die den Gittern der Röhren 5 und 6 zugeführt werden.

Wenn die über den Kondensator 8 auftretende diskontinuierlich veränderliche Spannung in Reihe mit einer sägezahnförmigen Spannung mit der Impulsfrequenz dem Gitter einer Röhre mit einem Schwellenwert zugeführt wird, so werden im Anodenkreis Impulse erzeugt, deren Zeitdauer immer durch den in Zeitpunkten gleicher Abstände auftretenden Augenblickswert der Amplitude der ursprünglichen Signalspannung bedingt wird.

Eine Ausführungsform einer Sendeschaltung für Impulsphasenmodulation, bei der eine Vorrichtung nach der Erfindung verwendet wird, ist in Fig. 5 dargestellt.

Bei dieser Schaltung wird die zu übertragende Signalspannung mit veränderlicher Amplitude, die von einer Spannungsquelle 12 herrührt, einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung 13 zum Umsetzen einer Spannung mit kontinuierlich veränderlicher Amplitude in eine Spannung mit diskontinuierlich veränderlicher Spannungskurve zugeführt. Gleichzeitig werden der Vorrichtung 13 Spannungsimpulse zum periodischen Leitendmachen der Demodulatorröhren zugeführt. Die erwähnten Spannungsimpulse, deren Frequenz gleich der gewünschten mittleren Frequenz der zu übertragenden phasenmodulierten Impulse ist, rühren von einer Spannungsquelle 14 her und sind einer sägezahnförmigen Schwingung mit der gleichen Frequenz entnommen, die von einem Sägezahnoszillator 15 erzeugt wird. Die Frequenz der von dem Sägezahnoszillator 15 erzeugten Spannung wird von einem Oszillator 16 stabilisiert, der eine sinusförmige Schwingung mit konstanter Frequenz erzeugt.

Die diskontinuierlich veränderliche Ausgangsspannung der Vorrichtung 13 und die sägezahniörmige Spannung des Oszillators 15 werden gemeinsam einer Vorrichtung 17 mit einem Schwellenwert zugeführt, welche die zugeführte Signalspannung in Impulse mit konstanter Frequenz umformt, deren Zeitdauer von dem in Zeitpunkten gleicher Abstände auftretenden Augenblickswert der Amplitude der Signalspannung der Quelle 12 abhängig ist.

In einer Vorrichtung 18 werden diese Impulse differenziert, so daß pro Impuls im Ausgangskreis der Vorrichtung 17 zwei kurze Impulse entgegengesetzter Polarität entstehen, von denen einer den Anfang und der andere das Ende des ursprünglichen Impulses angibt. In einer Vorrichtung 19 werden die kurzen Impulse, die das Ende der Impulse im Ausgangskreis der Vorrichtung 17 angeben, abgetrennt. Darauf werden die resultierenden kurzen Impulse, deren Intervall sich mit dem Augenblickswert der Amplitude des zu übertragenden Signals ändert, in einem Sender einer Trägerschwingung aufmoduliert, und die modulierte Trägerschwingung wird von einer Antenne übertragen.

Claims

Patentansprüche:

i. Anordnung zur Übertragung von Signalen mittels Impulszeitmodulation, dadurch gekenn-

zeichnet, daß eine von periodisch auftretenden Impulsen gesteuerte Vorrichtung vorgesehen ist zur Umsetzung der zu übertragenden Signale in eine stufenförmige Schwingung, deren Amplitude sich beim Auftreten dieser Impulse diskontinuierlich entsprechend den in diesen Zeitpunkten auftretenden Augenblickswert der zu übertragenden Signale ändert und zwischen zwei aufeinanderfolgenden diskontinuierlichen Änderungen ungeändert bleibt, und daß diese stufenförmige Schwingung zusammen mit einer sägezahnförmigen Spannung dem Impulszeitmodulator zugeführt wird.
2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulszeitmodulator eine gesperrte, gittergesteuerte Elektronenentladungsröhre enthält, welche durch die dem Steuergitter zugeführte Kombinationsschwingung freigegeben wird.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch auftretenden Impulse, die der Vorrichtung zur Umsetzung der zu übertragenden Signale in eine stufenförmige Spannung zugeführt werden, einem Impulsgenerator entnommen werden, der mit der Spannungsquelle zur Erzeugung der sägezahnförmigen Spannung gekoppelt ist, derart, daß die periodischen Impulse beim Rücklauf der sägezahnförmigen Spannung auftreten.

4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Umsetzung der zu übertragenden Signale in eine stufenförmige Spannung einen Kondensator enthält, dem die Signale über zwei normalerweise gesperrte, antiparallel geschaltete, gittergesteuerte Entladungsröhren zugeführt werden, welche gleichzeitig durch die periodisch auftretenden Impulse freigegeben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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