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Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Frequenznachstellung eines Empfängers
zum Empfang frequenzumgetasteter Telegrafies-endungen Die Erfindung betrifft eine
Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Frequenznachstellung eines Empfängers zum
Empfang frequenzumgetasteter Telegrafiesendungen, bei der die Trenn- und Zeichenfrequenzen
mit solchen Hilfsfrequenzen moduliert werden, daß in jedem der beiden Modulationsprodukte
die gleiche zur Regelung dienende Frequenz entsteht.
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Zum Empfang von Funktelegrafiesendungen, die nach dem Frequenzumtastverfahren
moduliert sind, sogenannte F x-Modulation, sind neben den Einrichtungen zur Umwandlung
der Hochfrequenzsignale in Gleichstromzeichen, z. B. zur Betätigung eines Empfangsrelais,
im allgemeinen auch Maßnahmen zur selbsttätigen Frequenznachstellung notwendig,
durch die die unvermeidlichen Schwankungen der Sonderfrequenz und der Empfängerabstimmung
unschädlich gemacht werden.
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Zu diesem Zweck ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei
dem der Empfangsgleichspannung eine gegenpolige Spannung überlagert wird.. Diese.Gegenspannung
ist so bemessen, daß sie bei richtiger Frequenzeinstellung des Empfängers gleich
der Größe der Empfangsgleichspannung ist. Bei Frequenzabweichungen tritt dann eine
Regelspannung auf, die zur Frequenznachstellung des Empfängers benutzt wird. Da
die Gegenspannung der Polarität der Trenn- und Zeichenstromschritte entsprechend
z. B. durch ein Relais umgepolt werden muß, ist dieses Verfahren
zum
Empfang von mit hoher, über- die Leistungsfähigkeit des Relais hinausgehender Schrittgeschwindigkeit
übertragenen Telegrafiezeichen ungeeignet.
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In einer weiteren bereits bekanntgewordenen Anordnung werden Trenn-
und Zeichenfrequenz vom Übertragungsweg abgezweigt, um dann voneinander getrennt
und in j e einer Mischstufe mit so gewählten, örtlich erzeugten, oberhalb oder unterhalb
-der Trenn-und Zeichenfrequenz liegenden Frequenzen gemischt zu werden, daß aus
der Trenn- und Zeichenfrequenz Spannungen derselben Frequenz entstehen, die beide
einem Regelspannungserzeuger zugeführt werden. Ein Nachteil dieser Anordnung ist,
daß die zur Trennung der Trenn- und Zeichenfrequenz -benötigten Filter verstellbar
ausgebildet sein müssen, da der bei der Frequenzumtastung der Sender angewendete
Frequenzhub nicht einheitlich bei allen Sendern derselbe ist. Der Ersatz der genannten
Filter durch steuerbare Verstärker beseitigt wohl diesen Nachteil, bedingt aber
seinerseits einen verhältnismäßig großen Aufwand.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der obigen
Schaltungsanordnung zu beseitigen, die Anordnung zu vereinfachen und- zu verbessern.
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Das Merkmal der Erfindung besteht darin, daß Trenn- und Zeichenfrequenz
in einer Mischstufe mit einer von zwei Hilfsfrequenzen, die unter sich den gleichen
Frequenzabstand wie die Trenn- und Zeichenfrequenz, jedoch eine andere Frequenzlage
als diese haben, und in einer zweiten Mischstufe mit der anderen der beiden Hilfsfrequenzen
moduliert werden und eine in jedem der beiden Modulationsprodukte enthaltene gleiche
Frequenz zur Erzeugung einer Regelspannung benutzt wird.
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An Hand der Fig. i bis 5 wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.
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Fig. i zeigt als Beispiel den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung in einem Blockschaltbild.
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In Fig. 2 a und 2 b sind auf Frequenzgeraden die bei richtiger Einstellung
des Empfängers beim Empfang und bei der Modulation durch die Hilfsfrequenzen auftretenden
Frequenzen markiert.
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In Fig. 3a und 3b sind die bei Frequenzfehlern auftretenden Verhältnisse
dargestellt.
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In Fig. 4a und 4b sind die bei Änderung des Frequenzhubes auftretenden
Verhältnisse veranschaulicht. Die Fig. 5 a bis 5 c zeigen, wie bei geeigneter Wahl
der Hilfsfrequenzen der Frequenzhub der Empfangsfrequenzen vergrößert werden kann.
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Die Fig.. i ist als Blockschaltbild dargestellt, da die einzelnen
zum Aufbau der Schaltung verwendeten Schaltgruppen, wie Verstärker, Bandpässe, Generatoren
usw., an sich bekannt sind und das Wesentliche der Erfindung aus der Zusammenschaltung
und dem Zusammenwirken dieser einzelnen Baugruppen zu ersehen ist. Im Funkempfänger
E werden die die Trenn- und Zeichenstromschritte der übermittelten Nachricht darstellenden
Frequenzen f i und f 2 empfangen. Da die Nachricht in der Frequenz
der Ausgangsspannung des Funkempfängers E enthalten ist, also nicht von deren Amplitude
abhängt, werden alle Amplitudenschwankungen zunächst durch einen Spannungsbegrenzer
B beseitigt. Mit Hilfe eines Tiefpaßfilters TPi können, falls notwendig, die durch
die Begrenzung entstehenden Oberwellen wieder beseitigt werden. Nach hinreichender
Verstärkung durch den Verstärker V i wird die Empfangsspannung mit nunmehr angenähert
konstanter Amplitude einem Diskriminätor D i zugeführt. Dieser liefert an seinem
Ausgang einen Gleichstrom, dessen-Größe und Richtung nur noch von der Frequenz-
der Eingangsspannung abhängt. Es sei z. B. f i die Frequenz, die Trennstrom bedeutet,
und f 2 die dem Zeichenstrom entsprechende Frequenz. Die an sich nicht übertragene
Trägerfrequenz f o liegt dann genau in der Mitte zwischen f i und
f2. Der Diskriminator D i ist so abgestimmt, daß er beim Auftreten
der Frequenz f o keinen Gleichstrom abgibt. Bei richtiger Einstellung des Funkempfängers
liefert er -dagegen beispielsweise dann einen positiven Gleichstrom, wenn die Frequenz
f i -empfangen wird, und einen negativen Gleichstrom, wenn die Frequenz f 2 empfangen
wird. Der vom Diskriminator abgegebene Strom wird einem Empfangsorgan für die Nachricht,
beispielsweise dem Empfangsrelais ER, zugeführt.
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Vorzugsweise zwischen dem Verstärker V i und dem Diskriminator Di
werden die Empfangsspannungen mit,der Frequenz f i und f?, abgenommen und
sowohl dem Modulator Mi als auch dem Modulator M2 zugeführt. Dem anderen Eingang
des Modulators Mi wird die vom Generator Gi erzeugte Hilfsfrequenz Fi, dem andeien
Eingang des Modulators N12 die vom Generator G2 und dem Modulator M3 erzeugte und
durch den Tiefpaß TP2 ausgesiebte Frequenz F 2 zugeführt. Die Ausgangsspannungen
der beiden Modulatoren werden über die Widerstände Ri und R2 oder über eine Gabelschaltung
od. dgl., um störende Rückwirkungen der beiden Modulatoren aufeinander zu verhindern,
znsammengefühft und aus den Modulationsprodukten durch den Bandpaß BP i die Frequenzen
F i- f i und. F2-f2 ausgesiebt. Nach einer eventuell notwendigen Verstärkung
im Verstärker V2 werden im Diskriminator D 2 aus den Frequenzen F i- f i
und F2- f 2 Frequenznachstellspannungen gewonnen. Diese werden über einen
Strommesser J und das aus dem Widerstand R3 und dem Kondensator C bestehende RC-Glied
dem Regelorgan des Empfängers E zugeführt. Gleichzeitig werden die Regelspannungen
aber auch einem der Kontrolle des Frequenzhubs dienenden Kontrollgerät A zugeführt.
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In der Fig. i ist ferner noch eine der Verbesserung des Empfanges
der Fernschreibnachricht dienende Schaltungsanordnung gestrichelt eingezeichnet.
Die Frequenzen F i- f i und F2-f2' werden den beiden Eingängen des
Modulators M4 zugeführt. Aus dessen Modulationsprodukt werden die weiter unten beschriebenen
Frequenzen mittels des Bandpasses BP2 ausgesiebt, durch den Verstärker V 3 verstärkt
und dem Diskriminator D i' zugeführt. Am Ausgang des Diskriminators D i' liegt das
Empfangsrelais ER'. Die Wirkungsweise dieser Schaltung wird weiter unten näher beschrieben.
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An Hand der Fig. 2 bis 4 wird nachfolgend die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung
der Fig. i näher erläutert.
In Fig. 2 a sind auf der Frequenzgeraden
f die Empfangsfrequenzen f i und f2, sowie die genau in der Mitte zwischen
diesen liegende, bei der Übertragung an sich nicht auftretende Mittenfrequenz f
o markiert. Ferner sind noch die HilfsfrequenzenFi und F2 sowie die ebenfalls nicht
auftretende, genau in der Mitte zwischen diesen liegende Mittenfrequenz Fo markiert.-
Die Frequenzen F i und F 2 haben voneinander den gleichen Abstand wie die empfangenen
Frequenzen f i und f2. Sie werden so gewählt, daß sie beide in einem geeigneten
Abstand von f i bzw. f 2
oberhalb oder unterhalb dieser Frequenzen
liegen. Für das gewählte Ausführungsbeispiel wurden F i und F 2 oberhalb von
f i und f 2 liegend angenommen. Die Frequenzen f i und
f 2 werden sowohl dem Modulator Mi als auch dem Modulator M2 zugeführt. Die
Frequenz F i wird im Generator G i erzeugt und dem zweiten Eingang des Modulators
Mi zugeführt. Zur Erzeugung der Frequenz F2 wird ein bereits früher vorgeschlagenes
Verfahren verwendet. Der Generator G2, der an sich direkt die Frequenz F2 erzeugen
könnte, erzeugt im vorliegenden Beispiel die Frequenz 2 F o, wobei F o, wie bereits
beschrieben, die zwischen Fi und F2 liegende Mittenfrequenz ist. Durch Modulation
von Fi mit der Frequenz 2Fo im Modulator M3 entsteht an dessen Ausgang neben anderen
Modulationsprodukten die Frequenz F2, die dann durch ein Bandfilter oder den Tiefpaß
TP2 herausgesiebt und dem zweiten Eingang des Modulators M2 zugeführt wird. Es ist
selbstverständlich, daß auch die Frequenz F2 direkt und die Frequenz F i in der
oben für die Frequenz F2 beschriebenen Weise erzeugt werden kann.
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In Fig. 2 b sind die an den Ausgängen der Modulatoren Mi und M2 vorwiegend
entstehenden Summen- und Differenzfrequenzen über der Frequenzgeraden f aufgezeichnet.
Da im weiteren nur die Differenzfrequenzen verwertet werden sollen, werden nur diese
näher betrachtet. Für die Summenfrequenzen gilt dann sinngemäß das Entsprechende.
Wird z.- B. die Frequenz f i empfangen, so tritt am Ausgang des Modulators M i die
Frequenz F i- f i und am Ausgang von M-, die Frequenz F 2- f i auf.
Wird dagegen f?, empfangen, so liefert der Modulator Mi die Frequenz F i-
f 2 und der Modulator M 2 die Frequenz F2-f2. Bei richtiger empfangsseitiger
Einstellung des Frequenzhubs, ,also wenn F 2-F i = f 2- f i ist, ,
ergeben F i- f i und F2-f2 die gleiche Frequenz, die abwechselnd,
j e nachdem, ob f i oder f 2 empfangen wird, auftritt. Über die Widerstände
Ri und R2 werden die Modulationsprodukte der Modulatoren Mi und M2 dem Bandpaß BPi
zugeführt. Durch den Bandpaß BPi werden aus diesen Modulationsprodukten die Frequenzen
F i- f i und F2-f2, die einander gleich sind, ausgesiebt. Falls erforderlich,
werden diese Frequenzen im Verstärker V2 verstärkt und dem Eingang des Diskriminators
D 2 zugeleitet. Der Diskriminator D 2 ist auf den Sollwert der Frequenz
F i- f i bzw. F 2-f 2 abgestimmt und gibt dementsprechend beim
Auftreten dieser Frequenz an seinem Ausgang keine Spannung ab. Die Ausgangsspannung
des Diskriminators D 2 ist die gewünschte Regelspannung. Sie ist also gleich Null,
wenn die Empfängerabstimmung und der hrequenzhub der Frequenzen f i und
f 2 bzw. F i und F 2 richtig eingestellt ist.
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Wenn ein Frequenzfehler vorhanden ist, liegen die Frequenzen
f i und f-. nicht mehr symmetrisch zur Sollmittenfrequenz f o. In
Fig. 3 a ist dieser Fall beispielsweise aufgezeichnet. Unter der Voraussetzung eines
richtig eingestellten Frequenzhubes ist damit auch die Frequenz F i-
f i bzw. F?,-f2 gegenüber ihrem Sollwert verschoben. In Fig. 3 b sind die
an den Ausgängen der Modulatoren Mi und 312 auftretenden Frequenzen dargestellt.
Am Ausgang des Diskriminators D 2 ergibt sich somit eine Frequenzregelspannung,
die beispielsweise positiv ist und deren Größe je nach der Charakteristik des Diskriminators
D 2 mehr oder weniger proportional zum Frequenzfehler ist. Die absolute Abweichung
der Frequenz F i- f i bzw. F 2- f 2 vom Sollwert ist ebenso
groß wie der Frequenzfehler von f i bzw. f2. Bei dem gewählten Abstand
der Frequenzen F i und F 2 zegenüber f i und f 2 hat sich der relative
Frequenzfehler vergrößert, so daß sich ein besserer Wirkungsgrad des Diskriminators
D 2 ergibt. Je nachdem in welcher Richtung ein Frequenzfehler der Frequenzen
f i und f 2
auftritt, ergibt sich also eine dieser Abweichung entsprechende
Regelfrequenz am Diskriminator D2,
die an dessen Ausgang eine Regelspannung
liefert.
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Einerseits um Regelschwingungen zu vermeiden, andererseits um zu verhindern,
daß die Regelung auf kurzzeitig einfallende Störspannungen -anspricht, sind der
Widerstand R 3 und der Kondensator C vorgesehen, die zusammen eine große Zeitkonstante
bilden und rasche Regelspannungsschwankungen mitteln. Durch ein Meßinstrument I
wird der am Diskriminatorausgang D2 auftretende Regelstrom angezeigt, der den=--
jeweils vorhandenen Frequenzfehler nach Größe und Richtung angibt. Die Regelspannung
wird, wie bereits beschrieben, dem nicht näher dargestellten Frequenznachstellorgan
des Empfängers E zugeführt. Das Frequenzregelorgan des Empfängers kann z. B. aus
einem Regelmotor, einem Magnetvariometer, einem spannungsabhängigen Kondensator
od. dgl. bestehen.
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Da sowohl für einwandfreien Empfang als auch für die Frequenznachregelung
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Voraussetzung ist, daß der empfangsseitig eingestellte
Frequenzabstand F2-Fi mit dem für die Sendung benutzten Frequenzhub f 2- f
i übereinstimmt, enthält die Schaltungsanordnung der Fig. i noch eine Einrichtung
zur Kontrolle des obengenannten Frequenzabstandes, mit Hilfe dessen eine falsche
Abstandseinstellung leicht erkennbar ist. Ein Kriterium für die richtige oder falsche
Einstellung des Frequenzabstandes ist in der Regelspannung selbst -gegeben. Ist
nämlich der Frequenzabstand F2-Fi wie in Fig. q. a dargestellt, falsch eingestellt,
dann ergeben F i- f i und F2-f?, nicht mehr die gleiche Frequenz,
sondern sie liegen beiderseits der Sollniittenfrequenz, auf die der Diskriminator
D 2 fier o-Strom eingestellt ist. Am Ausgang des Bandpasses BPi erscheint eine im
Rhythmus der Telegrafiezeichen frequenzmodulierte Spannung, und die Regelspannung
ist nicht mehr konstant, sondern mit der Nachricht
amplitudenmoduliert.
Man könnte nun beispielsweise den Verlauf der Regelspannung in an sich bekannter
Weise in einem Oszillografen beobachten und den Frequenzabstand durch Verändern
der Frequenz des Generators Gi so weit nachstellen, bis die Modulation_ der Regelspannung
verschwindet.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung läßt sich der Frequenzabstand
auf viel einfachere und billigere Art auf Grund der Anzeige der Regelspannung mittels
der am Ausgang des Demodulators D 2 angeschalteten A`bstimmanzeigeröhre A, einerxi
sagenannten magischen Auge, einstellen. Ist der Frequenzabstand richtig eingestellt,
so ergibt sich eine scharfe Abgrenzung zwischen Leucht- und Schattenwinkel der Abstimmanzeigeiöhre,
bei falscher Einstellung - des Frequenzabstandes entsteht dagegen ein unscharfer
Bereich zwischen Leucht- und Schattenwinkel, ein sogenannter Halbschatten. Der Frequenzabstand
braucht nun, z. B. durch Verändern der Frequenz F i, nur so lange nachgeregelt zu
werden, bis. der Halbschatten verschwindet, wodurch ja die richtige Einstellung
des Frequenzabstandes angezeigt wird.
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In Fig. i sind nun noch gestrichelt als zusätzliche Einrichtungen
der Modulator M4, der Bandpaß BP2, der Verstärker I'3, der DiskriminatorDi' und
das Empfangsrelais ER' eingezeichnet. Diese Einrichtungen, die an die Stelle des
Diskriminators D i sowie des Empfangsrelais ER treten können, bewirken eine Verbesserung
bzw. eine Erleichterung für den Empfang der Nachricht, insbesondere bei sehr kleinem
Frequenzhub. Der -Wirkungsgrad eines Diskriminators ist im allgemeinen bei sehr
kleinem Frequenzhub schlechter als bei großem Hub. Außerdem sind bei kleinem Hub
höhere Anforderungen an die Güte der Bauteile. des Diskriminators zu stellen. Durch
die obengenannten zusätzlichen Einrichtungen läßt sich der Frequenzhub auf der Empfangsseite
vergrößern. Dies kann man dadurch erreichen, daß man die Hilfsfrequenzen F i und
F2 so - wählt; daß deren Mittenfrequenz Fo 45 f o ist. In Fig. 5 a sind diese Verhältnisse
aufgezeichnet. Wählt man die Frequenzen Fi -und F2 nach der oben angegebenen Regel,
so treten an den Ausgängen der Modulatoren M'i und M2 unter anderem die in Fig.
5 b aufgezeigten Summen-'und Differenzfrequenzen auf. Führt man die am Ausgang des
Modulators Mi auftretenden Differenzfrequenzen dem einen Eingang des Modulators
M4, und die am Ausgang des Modulators Ma auftretenden Differenzfrequenzen dem anderen
Eingang des Modulators M4 zu, wobei man nötigenfalls die gummenfrequenzen durch
Filter unterdrücken kann; was jedoch grundsätzlich nicht erforderlich ist, so entstehen
aus den zugeführten Differenzfrequenzen F i- f 2 und F 2- f 2
bzw.
F i- f i und F 2-f i die in Fig. 5 c dargestellten Summenfrequenzen
F i- f 2 + F 2-f2 bzw. F i- f i F2- f
i. Wie aus Fig: 5 c ersichtlich, liegen diese symmetrisch beiderseits von f o, jedoch
ist ihr Abstand gegenüber dem zwischen den Frequenzen fi und f2
bestehenden
Abstand jetzt verdoppelt. Diese Frequenzen werden nun durch den Bandpaß BP2 ausgesiebt,
erforderlichenfalls durch den Verstärker V 3 verstärkt und .dem Diskriminator D
i' _ zugeführt. Der Diskriminator ist wie auch der vorher beschriebene Diskriminator
D i auf die Frequenz f o abgestimmt und liefert' an seinem Ausgang
den auftretenden Summenfrequenzen entsprechende Gleichströme, die das Empfangsrelais
ER' steuern.