DE917914C - Generator zur Impulsmodulation und -demodulation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Impulsgeneratoren, insbesondere auf solche, die hinsichtlich der Dauer der erzeugten Impulse gesteuert werden, so daß sie als Impulsdauer- oder Impulslagemodulatoren und -demodulatoren Verwendung finden können.

Nachrichtensysteme, bei denen die Signale als impulsdauer- oder impulslagemodulierte Zeichen übertragen werden, sind in den letzten Jahren in großem Umfange erprobt und benutzt worden. Bei einigen von ihnen werden Dauerimpulse unter Benutzung von Kippschwingungserzeugern vom Multivibratortyp erzeugt. Diese werden durch Niederfrequenzschwingungen gesteuert, so daß Ausgangsimpulse erzeugt werden, deren Dauer bzw. Breite sich gemäß den Niederfrequenzsignalen ändert. Diese dauermodulierten Impulse können differenziert werden, so daß sich an ihrer Vorder- und Hinterkante (zeit-) lagemodulierte Impulse ergeben. Auch am Empfangsende hat man schon Multivibratorschaltungen vorgesehen, die durch die lagemodulierten Impulse zum Kippen gebracht werden, wodurch wieder Impulse veränderlicher Dauer erzeugt werden. Aus diesem kann durch Filterung oder durch andere Verfahren die ursprüngliche Signalkurve wiedergewonnen werden. Bei solchen Systemen muß beim BaU der Multivibratorschaltungen besondere Sorgfalt geübt werden, um bei der Erzeugung der gewünschten Impulsdauer, unabhängig vom Vorhandensein einer Modulation, Verzerrungen zu vermeiden. Derartige Schaltungen müssen weiterhin so gestaltet werden, daß sie mögliehst plötzlich von einem stabilen Zustand in den anderen übergehen können, um die Impulse genau zur richtigen Zeit auftreten zu lassen und so Verzerrung zu vermeiden. Bei der Anwendung solcher

Systeme für Multiplexübertragung ist ein Verteiler vorgesehen, der es ermöglicht, getrennte Modulator- und Demodulatorschaltungen zur Auswahl der gewünschten Kanäle nacheinander in Betrieb zu nehmen. Neben Impulsgeneratorschaltungen vom Multivibratortyp sind auch schon andere Formen von Kipp- und Sperrschwingungserzeugern vorgesehen worden. Eine derartige Form eines Oszillators benutzt eine einzelne Pentode, bei der das Bremsgitter ίο auf einem von der Kathode verschiedenen Potential liegt und mit dem Schirmgitter rückgekoppelt ist, so daß sie als Verstärker und Schwingungserzeuger arbeitet. Diese Form des Oszillators ist als Transitronoszillator bekannt. Der Transitrontyp eines Oszillators erzeugt eine dem Zweck entsprechend ideale Impulsform. Dies wird dadurch erreicht, daß die innere Kopplung der Röhre selbst für einen steilen Anstieg der Spannung sorgt, wenn die Röhre leitend wird. Jedoch sind bis heute solche Oszillatorschaltungen zum Zwecke der Impulsdauer- und der Impulslagemodulation und -demodulation noch nicht benutzt worden.

Die Erfindung sieht vor, einen Impulsgenerator mit einer Pentode zu schaffen, der unter Verwendung von Verteilerimpulsen Ausgangsimpulse erzeugt, deren Dauer zum Zwecke der Zeitmodulation und -demodulation steuerbar ist.

Insbesondere ist ein Impulsgenerator vorgesehen,

der eine Entladungsröhre mit einer Anode, einer Kathode, einem ersten, zweiten und dritten Gitter enthält. An die Anode und das Schirmgitter werden positive Spannungen gelegt. Das Steuergitter hat eine kleinere Vorspannung als das Bremsgitter, so daß unter normalen Bedingungen die Kathodenschirmgitterstrecke leitend ist. Es ist eine Quelle positiver Impulse vorgesehen. Diese werden an das Bremsgitter gelegt und sind bestrebt, dieses Gitter positiver zu machen, so daß die Kathodenanodenstreeke leitend wird. An das Steuergitter (erstes Gitter) werden Signalspannungen gelegt, um den Zeitpunkt des Zündens gemäß den Eingangssignalen zu variieren.

Bei einer vorliegenden Schaltanordnung wird der oben beschriebene Impulsgenerator zur Zeitmodulation benutzt, und die Röhre im Modulator ist negativ vorgespannt, so daß sie zwischen Anfang und Ende des positiven, an das Bremsgitter gelegten Verteilerimpulses zündet. Das Bremsgitter ist kapazitiv mit dem Schirmgitter gekoppelt, so daß eine partielle Differentiation der angelegten positiven Verteilerimpulse am Schirmgitter und eine Integration am Bremsgitter eintritt. Die Spannungen und Schaltungskonstanten sind so gewählt, daß das Bremsgitter in der Mitte des angelegten Verteilerimpulses genügend positiv wird, um zu gewährleisten, daß die Röhre bei Abwesenheit einer Spannung am ersten Gitter (Steuergitter) zündet. Wenn jedoch die Niederfrequenz- oder andere Signalenergie an das Steuergitter gelegt wird, wird der Zündzeitpunkt für die Anodenstrecke der Röhre verändert, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die Signalspannung positiv oder negativ ist, so daß im Anodenkreis Ausgangsimpulse erscheinen, deren Dauer sich gemäß der Signalkurve ändert. Auf Grund der Eigenschaften des Generators sind diese Impulse am Anfang jedes Anodenimpulses scharf begrenzt. Wenn Zeitlagemodulation gewünscht wird, kann eine Differenzierschaltung vorgesehen und mit dem Anodenkreis verbunden werden, so daß die Ausgangsimpulse differenziert werden. Dann wird nur ihre variable Kante durch Impulse gekennzeichnet, und diese können zur Signalübertragung benutzt werden. Bei der Verwendung als Demodulator werden die Vorspannung und die Schaltungskonstanten so gewählt, daß die positiven Verteilerimpulse das Bremsgitter nur bis zu einem Punkt vorspannen, an dem der Anodenkreis sich noch nicht von selbst entlädt. Die Röhre wird erst durch die zeitmodulierten Impulse, die an ihr Steuergitter gelegt werden, zum Kippen gebracht. Die Kippzeitpunkte ändern sich also mit der Zeitlage dieser Impulse. Die Röhre bleibt dann bis zum Ende der positiven Öffnungsimpulse leitend. Es erscheinen so im Anodenausgangskreis dauermodulierte Impulse, deren Dauer von der Zeitlage der an das Steuergitter gelegten Impulse abhängt. Die dauermodulierten Impulse können gefiltert oder anderweitig so behandelt werden, daß das ursprüngliche Signal oder die Nachricht wiederhergestellt wird.

Die obenerwähnten und andere Merkmale der Erfindung werden an Hand der Beschreibung eines Anwendungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen besser verstanden werden.

Fig. ι zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, die als Modulator arbeitet;

Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, die als Demodulator arbeitet;

Fig. 3 zeigt eine Anzahl Spannungskurven, die bei der Erläuterung der Wirkungsweise der Modulationsanordnung benutzt werden; die Abszisse ist die Zeitachse.

In Fig. ι ist eine Zeitmultiplexmodulationsschaltung abgebildet. Nur eine ihrer Multiplexstuf en ist ganz gezeigt. Ziffer 1 bezeichnet eine Laufzeitkette (Verteiler) endlicher Ausgangsimpedanz, die vorzugsweise Impulse von rechteckiger Kurvenform liefert.

Der Verteiler dient in bekannter Weise dazu, die Kanäle in zyklischer Reihenfolge zur Wirkung zu bringen. Der Ausgang des Verteilers 1 wird über die Leitung 2, 3, 4 usw. an die getrennten Modulationsstufen gelegt. Die Wirkungsweise der mit der Leitung 2 verbundenen Modulationsstufe wird in Verbindung mit dieser Figur erklärt. In dieser Anordnung ist eine Pentode 5 vorgesehen. Diese hat die Anode 6, Kathode 7, das Steuergitter 8, Schirmgitter 9 und das normale Bremsgitter 10. An die Anode 6 und das Schirmgitter 9 werden Gleichspannungen angelegt. Das Steuergitter 8 besitzt eine niedrige Vorspannung, die über den Widerstand 11 zugeführt wird. Das Bremsgitter 10 ist über das Potentiometer 14 auf einen relativ hohen, negativen Wert vorgespannt. Durch einen Kondensator 15 sind das Schirmgitter 9 und das Bremsgitter 10 miteinander gekoppelt.

Die vom Verteiler 1 kommenden Impulse werden über die Leitung 2 und den Koppelkondensator 16

direkt dem Bremsgitter IO zugeführt. Über den Koppelkondensator 15 gelangen diese Impulse auch an das Schirmgitter 9. Energie von einer Signalquelle 17, die ein NF-Kanal oder eine sonstige Nachrichtenquelle sein kann, wird über den Koppelkondensator 18 und den Widerstand 12 dem Steuergitter 8 zugeführt, das über einen Kondensator 13 mit Kathode bzw. Masse verbunden ist. Mit der Anode 6 ist eine Differenzierschaltung 19 verbunden, die aus einer von einem Gleichrichter 21 überbrückten Drosselspule 20 besteht. Die Verteilerimpulse, die im Anodenkreis erscheinen, werden differenziert, so daß ihre Vorderkante einen schmalen Impuls erzeugt. Der Gleichrichter 21 dient der Unterdrückung weiterer Schwingungen des Differentiators 19. Für zusätzliche Kanäle können entsprechende Anordnungen vorgesehen sein, wie es bei 5 a angedeutet ist.

Mit Bezug auf Fig. 1 und Fig. 3 wird nun eine Beschreibung der Wirkungsweise des Systems ge-

ao geben. Ein Niederfrequenzsignal von der Quelle 17, die einen Aufwärtstransformator und einen geeigneten Amplitudenbegrenzer enthalten kann, wird über den Koppelkondensator 18 der Modulatorschaltung zugeführt. In Zeile B von Fig. 3 wird die Niederfrequenzkurve für die Spannung Null bei 22, für negative bei 23 und für positive Spannung bei 24 abgebildet. In einer tatsächlich realisierten Schaltung war für hundertprozentige Modulation eine Niederfrequenzamplitude mit einem Maximalwert von annähernd 0,43 Volt erforderlich. Die Röhre 5, welche die Modulation ausführte, war eine Pentode mit scharf definierter Kippgrenze. Die Steuergittervorspannung, die über den Widerstand 11 zugeführt wurde, betrug in der genannten Anlage für A -Betrieb annähernd —1,5 Volt. In derselben Schaltung wurde eine negative Spannungsquelle von 50 Volt mit dem Widerstandspotentiometer 14 verbunden. Diese negative Spannung ist bestrebt, den Schirmgitterstrom eher zu vergrößern als zu verkleinern, da sie ja den Durchfluß in den Anodenkreis verhindert. Da der Schirmgitterstrom nicht gesperrt wird, haben die Kathode 7, das Steuergitter 8 und das Schirmgitter 9 die Wirkung eines Niederfrequenztriodenverstärkers, während der Anodenstrom gesperrt wird. Verteilerimpulse, wie sie bei 25, 26 und 27 in Zeile A gezeigt werden, werden über den Koppelkondensator 16, dem Bremsgitter 10 zugeführt. Wie oben erwähnt, können sie von irgendeiner Laufzeitkette, wie z. B. von einem Oszillator vom Ringtyp, geliefert werden.

Diese Verteilerimpulse sind vorzugsweise rechteckig. Der Belastungskreis des Triodenverstärkers, der von der Kathodenschirmgitterstrecke 7, 9 zusammen mit dem Koppelkondensator 15 gebildet wird, bewirkt, daß die positiven Verteilerimpulse 25, 26 und 27 am Schirmgitter differenziert werden, wie bei 28, 29 und 30 gezeigt ist, und am Bremsgitter integriert werden, wie dies durch 31, 32 und 33 (Zeile D) gezeigt ist. Bei Abwesenheit eines Niederfrequenzsignales am Steuergitter 8 hat die Integration des Verteilerimpulses zur Folge, daß der Anodenkathodenkreis sein Kippotential erreicht, was durch die Anodensperrlinie 34 in Zeile D in der Mitte des Impulses 31 angedeutet wird. An diesem Punkt beginnt der Anodenstrom zu fließen und führt folgenden Kippvorgang aus: Er verursacht einen entsprechenden Rückgang des Schirmgitterstromes. Dies hat einen Anstieg der Schirmgitterspannung zur Folge; dieser Anstieg wiederum wird über den Kondensator 15 auf das Bremsgitter 10 gekoppelt und verursacht so einen weiteren Anstieg des Anodenstromes, da das Bremsgitter positiver wird. Dieser Effekt steigert sich und ergibt einen steilen Anstieg der Bremsgitterspannung, wie es bei 35 in Zeile C gezeigt wird. Damit zusammen fällt also ein steiler Anstieg des Anodenstromes. Dieser nähert sich der Sättigung, wie es bei 36 gezeigt wird, und bleibt darin, bis die Hinterkante des Verteilerimpulses 25 auftritt, wodurch der Anodenkreis in den Sperrbereich zurückkippt und bis zum nächsten Öffnungsimpuls so bleibt. Dies ergibt einen Ausgangsimpuls 37 (Zeile E) im Anodenkreis. Dieser Impuls wird bei 19 differenziert und erzeugt so einen negativen Impuls 38, der in Zeile F gezeigt wird. Die Hinterkante des Impulses 37 würde an sich einen positiven Impuls bilden, aber der Gleichrichter 21 schneidet sowohl diesen Impuls als auch weitere Schwingungen ab.

Die obige Erklärung gilt, wenn das zugeführte Signal den Wert Null hat. Für negative Signalwerte, die an das Steuergitter gelegt werden, kippt die Anordnung eher in den leitenden Zustand über, wie es go bei 29, 32 und 39 gezeigt wird. Der Impuls 40 wird daher gegenüber dem zugehörigen Öffnungsimpuls früher ausgelöst, als es beim Impuls 38 der Fall war. Wenn das Niederfrequenzsignal positiv ist, wie es bei 24 gezeigt wird, findet der Kippvorgang zu einem späteren Zeitpunkt statt, wie es 30, 33 und 41 zeigen. Der Impuls 42 wird zu einem späteren Zeitpunkt ausgelöst.

Da die Verteilerimpulse relativ kurz (ungefähr 7 Mikrosekunden oder weniger) gegenüber der Periode der Niederfrequenz sind, kann die Niederfrequenzamplitude während eines Öffnungsintervalls als konstant angesehen werden. Die Wirkung der augenblicklichen Polarität des Niederfrequenzsignales auf das Steuergitter besteht darin, daß die Linien 43,44 und 45 der Impulskurven 31, 32 und 33 (Zeile D) effektiv gehoben bzw. gesenkt werden. Das hat zur Folge, daß die Bremsgitterspannung die Anodensperrlinie 34 früher oder später überschreitet.

In der Praxis werden in einem Vielkanalsystem die ungeradzahligen Kanäle in einer Gruppe von Modulatorröhren moduliert und in einer gemeinsamen Differenzierschaltung differenziert, während den geradzahligen Kanälen eine zweite Gruppe von Modulatoren mit ihrer gemeinsamen Anodendifferenzierschaltung zugeordnet ist. So werden zwei Reihen von Impulsen erzeugt, die später miteinander und mit einem Synchronisierungskanal für die Multiplexübertragung kombiniert werden. Da dieses Verfahren bekannt ist, erübrigen sich weitere Erläuterungen.

Mit dem vorstehend beschriebenen Modulatorsystem werden folgende Vorteile erzielt: In der Verstärkung der Niederfrequenzspannung wird durch die Schirmgittertriode eine Verbesserung von annähernd 3 N erzielt. Der Impulsgenerator gewährleistet aus- 1*5 reichende Linearität der Modulationskennlinie, an der

die Signale, die sich in ihrer Amplitude ändern, in breiten- oder dauermodulierte Impulse umgesetzt werden. Der Kippverstärker sieht einen steilflankigen Anodenimpuls vor, dessen Dauer eine lineare Funktion der verstärkten Niederfrequenzspannung ist. Die Anodenausgangsdifferenzierschaltung wandelt die Impulsdauermodulation in -lagemodulation um und erzeugt dabei einen Impuls geeigneter Amplitude und Kurvenform. Das Vorspannungspotentiometer 14 dient der Steuerung der Lage der Impulse. Es ist die einzige, einstellbare Steuervorrichtung der Schaltanordnung. Die Stabilität hängt nur von der Konstanz der Vorspannungen und der übrigen zugeführten Spannungen ab. Sie kann durch geeignete Spannungsregelung in ausreichendem Maße aufrechterhalten werden. Man hat gefunden, daß die Störspannungsverhältnisse für ein vollständiges Modulator- und Demodulatorsystem besser als 8 N waren. Die Niederfrequenzverzerrung des vollständigen Systems beträgt nur den Bruchteil eines Prozentes. Das Nebensprechen in der Modulatorschaltung ist vernachlässigbar klein.

In Fig. 2 wird die Demodulatorschaltung gezeigt. Zu bemerken ist, daß in dieser Schaltung eine Laufzeitkette und ein Pentodenimpulsgenerator wie in Fig. 1 vorgesehen sind. Es sind die Teile, die ihrem Wesen nach mit denen von Fig. 1 identisch sind, mit demselben Bezugszeichen versehen. Die Bremsgitterspannung der Röhre 5 ist in diesem Beispiel entsprechend den Eingangsimpulsen und den Schaltungskonstanten so einstellbar, daß die Integration der Verteilerimpulse die Röhre bis gerade unterhalb der Anodensperrlinienspannung bringt. Der Einfachheit der Darstellung halber ist diese in Fig. 3 durch eine Veränderung der Röhrensperrlage gezeigt und durch die Linie 34a wiedergegeben. In diesem Demodulator werden, wie im Modulator von Fig. 1, die Kanäle nacheinander durch Impulse, die den Impulsen 25, 26 und 27 Zeile A Fig. 3 entsprechen, entsperrt. Der Verteiler 1 wird genau mit dem ankommenden Signal in irgendeiner bekannten Form synchronisiert. Diese Synchronisation dient dazu, die Verteilerimpulse so zu geben, daß bei Modulation Null die ankommenden zeitlagemodulierten Eingangsimpulse genau in der Mitte der Öffnungsimpulse liegen. Das ankommende Signal wird auf eine Empfangsgleichrichteranordnung 46 gegeben. Die ankommenden Impulse sind negativ, wie die Impulse 38, 40 und 42 in Zeile F von Fig. 3. Sie betragen vorzugsweise ungefähr 1 Volt und werden über den Koppelkondensator 18 an das Steuergitter 8 gelegt. Das Steuergitter 8 ist in diesem Falle infolge der Ladung des Koppelkondensators 18, die von dem negativen Impuls herrührt, und dem Spannungsabfall im Widerstand 47 jedoch nur wenig negativ aufgeladen. Der aus Kathode 7 und Schirmgitter 9 gebildete Kreis arbeitet daher bei Fehlen einer leitenden Anodenstrecke als Triodenverstärker und verstärkt die an das Steuergitter gelegten Impulse, wobei er ihre Polarität umkehrt. Der Verteilerimpuls 25 ist so synchronisiert, daß der verstärkte und umgekehrte Kanalimpuls das Bremsgitter irgendwo längs der Linien 43, 44 und 45 in Zeile D von Fig. 3 so auflädt, daß Anodenstrom fließt. Das Anwachsen des Anodenstromes von Null auf irgendeinen festen Wert bedeutet eine Verringerung des Schirmgitterstromes und daher gleichzeitig einen Anstieg der Schirmgitterspannung. Der augenblickliche Spannungsanstieg wird über den Kondensator 15 auf das Bremsgitter rückgekoppelt. Dies bewirkt, daß die Bremsgitterspannung ähnlich wie bei Fig. 1 beschrieben, weiter steigt und positiver wird. Die Wirkung der Kanalimpulse, die nacheinander dem Steuergitter zugeführt werden, ist also, daß im Anodenkreis eine Reihe von Impulsen verschiedener Dauer erzeugt werden. Dabei hängt die Dauer von der Zeitlage der zugeführten Impulse ab, wie es die Zeilen F und E in Fig. 3 veranschaulichen. Die dauermodulierten Impulse können über ein geeignetes Tiefpaßfilter 48 und einen Übertrager 49 dem jeweiligen Niederfrequenzkanal zugeführt werden. Das Niederfrequenzsignal kann dann irgendwelchen gewünschten Niederfrequenzverstärkern und Übersetzungsschaltungen zugeleitet werden.

Es werden also bei der Demodulation dieselben Vorteile erzielt, wie sie schon beim Modulator beschrieben wurden.

Obwohl die Erfindung an Hand einer einfachen schematischen Schaltung beschrieben wurde, ist klar, daß ihre Grundsätze auch auf andere Schaltungen angewendet werden können. Viele Ausführungsformen und Modifikationen sind möglich.

Die Prinzipien der Erfindung wurden an Hand von speziellen Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch klar, daß dies nur beispielshalber und zur Erläuterung geschah und daß darin keine Begrenzung des Wesens und der Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung liegt.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Generator zur Impulsmodulation und -demodulation, der eine Quelle positiver Verteilerimpulse sowie eine Steuerspannungsquelle enthält, mit einer Entladungsröhre, deren Schirmgitter und Anode gegenüber der Kathode derart positiv vorgespannt sind, daß die Schirmgitterkathodenstrecke normalerweise leitend ist, bei der das Bremsgitter gegenüber der Kathode so hoch negativ vorgespannt ist, daß die Anodenkathodenstrecke nichtleitend ist, und bei der Schirm- und Bremsgitter kapazitiv gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die positiven Verteilerimpulse dem Bremsgitter zugeführt werden, um dessen negative Vorspannung herabzusetzen, wodurch die Anodenkathodenstrecke zur Zündung neigt, und daß die aus der Steuerspannungsquelle an das Steuergitter gelegten Signalspannungen die Zündung der Anodenkathodenstrecke zeitlich xao steuern.
2. 2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle positiver Verteilerimpulse diese mit konstanter Wiederholungsfrequenz abgibt und daß die Steuerspannungsquelle die Signalspannung liefert.
3. 3. Generator nach Anspruch ι und 2 zur Modulation, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Vorspannung für das Bremsgitter und die Amplitude der positiven Verteilerimpulse so bemessen sind, daß die Anodenkathodenstrecke während der Verteilerimpulse zündet, daß die Steuerspannungsquelle einen Niederfrequenzkanal enthält und daß im Anodenkreis der Pentode Impulse erzeugt werden, deren Dauer in Abhängigkeit von den Kanalsignalen moduliert ist.
4. 4. Generator nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Anode eine Differenzierschaltung verbunden ist, um entsprechend den dauermodulierten Impulsen lagemodulierte Impulse zu erzeugen.
5. 5. Generator nach Anspruch 1 und 2 zur Demodulation, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Vorspannung für das' Bremsgitter und die Amplitude der positiven Verteilerimpulse so bemessen sind, daß die Anodenkathodenstrecke gegen Ende des Verteilerimpulses zur Zündung neigt, daß die Steuerquelle einen Übertragungskanal mit negativen, lagemodulierten Signalimpulsen enthält und daß im Anodenkreis dauermodulierte Impulse entsprechend der Zeitlage der negativen Impulse erzeugt werden.
6. 6. Generator nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dauermodulierten Impulse auf einen Tiefpaß gegeben werden, der aus ihnen die ursprüngliche Signalwelle wiederherstellt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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