DE957237C - Modulations- und Demodulationseinrichtung, beispielsweise fuer Funkpeiler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Modulationseinrichtungen und insbesondere auf balancierte bzw. ausgeglichene Modulationseinrichtungen.

Bei einem ausgeglichenen Modulator ist es notwendig, Röhren zu unterhalten, die weitgehend genug übereinstimmen, um die Verzerrung in zulässigen Grenzen zu halten. Für den gleichen Verzerrungsgrad wird das Problem der Röhrenanpassung um so bedeutsamer, je mehr der Prozentsatz der Modulation erhöht wird.

In der USA.-Patentschrift 2 476 977 gelangt bei einem Funkpeiler ein Modulationsverfahren zur Anwendung, das die Schwierigkeit der Unterhaltung von angepaßten Röhren in einem ausgeglichenen Modulator weitgehend verringert. Bei dieser Einrichtung ist es notwendig, eine ioo°/₀ige Modulation auf das den Anoden einer Kathodenstrahlröhre zugeführten Ablenkzeichen anzuwenden. Wie oben angegeben, wird, wenn in dem ausgeglichenen Modulator eine Modulation von 100% vorgenommen wird, ein

schwieriges Problem bei der Anpassung der Röhren aufgeworfen; aber durch Herabsetzung des Modulationsgrades an diesem Punkt wird das Problem der Röhrenanpassung wesentlich verringert. Dies wird durch Einführung eines weiteren Modulators und eines Oszillators erreicht. Da der zweite Modulator unbalanciert bzw. unausgeglichen ist, treten keine Probleme bei der Röhrenanpassung auf, und daher kann eine ioo°/₀ige Modulation durch das Modulationszeichen an dem von dem Oszillator gelieferten Trägerzeichen vorgenommen werden. Einzelheiten dieses Verfahrens werden unten angegeben.

Die Frequenz des von dem Oszillator gelieferten Trägerzeichens liegt im allgemeinen im Hochfrequenz-

bereich, da in diesem Bereich die Einrichtung am besten arbeitet. Aus diesem Grunde und wegen der verwendeten abgestimmten Kreise liegen die den Anoden der Kathodenstrahlröhre zugeführten Zeichen ebenfalls im Hochfrequenzbereich, sind jedoch mit

ao einer Hörfrequenz moduliert.

Die Erzeugung des Bildes an der Stirnseite der Kathodenstrahlröhre durch Hochfrequenzzeichen, die unter gewissen Umständen erforderlich sein mag, zieht eine Reihe von Problemen bei einer derartigen Einrichtung nach sich. Einige dieser Probleme sind folgende:

1. Da bei dem Bild der eigentliche Inhalt desselben in der Modulationshüllkurve enthalten ist, wird durch die Notwendigkeit, von der Stirnseite der Röhre mehr

als nötig zu beleuchten, die Helligkeit des Bildes wegen der schlechten Ausnutzung der verfügbaren Elektronen begrenzt.

2. Da die den Anoden der Kathodenstrahlröhre zugeführten Zeichen im Hochfrequenzbereich liegen,

wird durch die Kapazität zwischen den Anoden eine Verzerrung in dem Bild an der Stirnseite der Röhre hervorgerufen.

3. Wenn, wie bei der vorerwähnten Einrichtung, die Verdoppelung des Bildinhaltes unterdrückt werden soll, muß eine Dunkelsteuerung vorgesehen werden.

4. Weil der Bildinhalt in Form eines Hochfrequenzzeichens dargeboten wird, muß Vorsorge getroffen werden, daß die Symmetrie der Phasenverschiebung der durch beide Hälften des ausgeglichenen Modulators laufenden Zeichen erhalten bleibt, da durch Unsymmetrie eine Verzerrung in dem Ausgang hervorgerufen wird.

Die Erfindung gibt eine Einrichtung an, mit der diese Probleme bewältigt werden, indem das Anlegen von Hochfrequenzzeichen an die Kathodenstrahlröhre vermieden wird. Das durch diese Einrichtung an der Stirnseite der Röhre erzeugte Bild ist die Hüllkurve des Hochfrequenzzeichens.

Die den Gegenstand der Erfindung bildende Einrichtung gestattet, ein scharf begrenztes Bild auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre bei der obenerwähnten Einrichtung zu erzeugen, wobei das Bild aus der Hüllkurve des durch diese Einrichtung erzeugten Zeichens besteht.

Gemäß der Erfindung wird ferner der gewünschte Bildinhalt auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre der obenerwähnten Einrichtung zur Darstellung gebracht, ohne daß Hochfrequenzzeichen verwendet werden, so daß der Einfluß der Kapazität zwischen den Anoden der Röhre vernachlässigt werden kann.

Außerdem wird durch die Erfindung eine Dunkelsteuerung, wie sie bei der obenerwähnten Einrichtung verwendet wird, entbehrlich.

Weiterhin wird durch die Ausschaltung der Hochfrequenzzeichen erreicht, daß Kreise mit übereinstimmenden Hochfrequenzphasenverschiebungen in beiden Hälften des ausgeglichenen Modulators nicht mehr erforderlich sind.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt:

Fig. ι in Blockform einen Teil einer Peileinrichtung, bei der die Erfindung zur Anwendung gelangt,

Fig. 2 einen Bestandteil der Einrichtung nach Fig. ι mit weiteren Einzelheiten,

Fig. 3 ein Schaltschema eines Kreises nach der Erfindung,

Fig. 4 ein Schaltschema von zwei Brückenkreisen und

Fig. 5 ein Schaltschema von zwei Brückenkreisen mit gemeinsamem Bestandteil nach der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockdiagramm gibt einen Ausschnitt einer selbsttätigen Peileinrichtung wieder, bei der die Erfindung angewendet ist. In diesem Teil der Einrichtung sollen die niederfrequenten Ablemczeichen F und F₁ mit einem zur Wahrnehmung bestimmten Zeichen A linear moduliert werden. Ein Trägerzeichen B, das in einem örtlichen Oszillator 1 erzeugt wird, wird in einem Modulator 2 durch das Zeichen A moduliert. Ein Ausgangszeichen C des Modulators 2 weist daher dieselbe Frequenz wie das Zeichen B, aber eine Amplitudenmodulation in Einklang mit dem Zeichen A auf. Das Zeichen C wird dann in den Verstärkern und Kathodenfolgekreisen 3, zu einem Zeichen D verarbeitet. Das Zeichen D wird an einen balancierten bzw. ausgegh'chenen Modu- too Iator5 zusammen mit den Zeichen F und F₁ aus einem zweiten örtlichen Oszillator 4 angelegt. Die Zeichen F und F₁ sind der Amplitude nach gleich, aber von entgegengesetztem Phasensinn. Die Zeichen G und G₁ am Ausgang des ausgeglichenen Modulators 5 bestehen aus dem durch die Zeichen F und ,F₁ modulierten Zeichen D. Diese Zeichen G und G₁ werden dann in einen ausgeglichenen Demodulator 6 eingeleitet, der die bei der Modulation erzeugten unerwünschten Frequenzen ausscheidet, so daß die Ausgangszeichen H und H₁ die durch das verstärkte Zeichen A linear modulierten Zeichen F und F₁ darstellen. Die Ausdrücke für die Zeichen H und H₁ haben die Form des allgemein bekannten Ausdruckes für lineare Modulation, nämlich

I₁ = SK₁Ix

(F)

(F₁)

worin S die Verstärkung in der ganzen Einrichtung bedeutet.

Ein Teil der Anordnung der Fig. 1 ist in Fig. 2 wiedergegeben, um die Einführung des Zeichens!)

und der Zeichen F und Jp₁ in den ausgeglichenen Modulator 5 zu veranschaulichen, wobei die Zeichen F und F₁ das Zeichen D unter Erzeugung der Ausgangszeichen G und G₁ modulieren.

Um die Eigenschaften der Zeichen G und G₁ zu bestimmen, werden die folgenden Überlegungen angestellt. Wenn angenommen wird, daß

1. Zeichen A — E₂ sin (ρ) t,

2. Zeichen B = F₁ sin (co) t und

3. Modulator 2 ein linearer Modulator ist, dann ist

Zeichen C = K₁

K₁
Zeichen G = K₃ \ ι +

F₂ sin (ρ) ί j E₁Sm (ω) t,

± E₃ sin [(α) {] worin K₁ und K₂ Eonstanten sind. Zeichen D unterscheidet sich vom Zeichen C nur in der Amplitude. Daher ist

Zeichen D

= Ji X₁ Γι +

j sin (ρ) t E₁ sin (ω) t,

worin K die Verstärkung der Verstärker und Kathodenfolgekreise 3 bedeutet.
Wenn weiter angenommen wird, daß

1. Zeichen F-E₃ sin (α) t,

2. Zeichen F₁ = F₃ sin [(α) i + 180°] und .

3. Modulator 5 ein linearer Modulator ist, dann ist

UiK₁ Γι +

F₂ sin (ρ) 11 F₁ sin (co) t

und

Zeichen G₁ = K₃ Ji +

E₃ sin [(ρ) t + i8o°] IH-

f F₁Sm (ω) Α

F₂ sin (ρ) λ E₁ sin (ω)

worin A₃ und A₄ neue Konstanten sind. Nach Umformen der rechten Seiten dieser beiden Gleichungen ergibt sich ⁵ Zeichen G = K₃KK₁E₁ ji + -^ F₈sin [(α) ί]ί {ι + -^- F₂ sin [(ρ) t]\ isin [(ω) ί\)

und

ZeichenG₁ = K₃KK₁E₁ Ji + —i F₃ sin [(α) ί + i8o°]l Ji + ^-^- F₂ sin [(ρ) ί]1 isin [(ω) ί]1

1-^8 J I Xl Jl J

In Fig. 3 ist schematisch der Demodulator 6 veranschaulicht. Wenn die Röhren 24 und 25 die Zeichen G und G₁ in linearer Weise demodulieren, fallen die resultierenden Zeichen in zwei Frequenzgruppen. Die eine dieser Gruppen enthält Ausdrücke, die das Güed ω einschließen, während die zweite Gruppe nur die Glieder ρ und α enthält. Da die Kondensatoren 26 und 23 vorgesehen sind, um für die höhere Frequenz einen Nebenschluß nach Erde zu bilden, ist die verbleibende Gruppe, die in Betracht zu ziehen ist, die zweite Gruppe. Mit Bezug auf die zuvor erhaltenen Ausdrücke für die Zeichen G und G₁ wird durch die Glieder mit ρ und α nach dem Herausziehen und Entwickeln die zweite Gruppe von Ausdrücken dargestellt. Diese Ausdrücke in dem Zeichen G sind

KK₁K₃E₁ Ji + = KK₁K₃E₁ Ji +

K₃

2K₄,

K_s

E₃ sin [(a)

F₃ sin [(α) ί] + ι +

K₁

E₂ sin [(ρ) t]

^{2 K}-²-E₂ sin [(ρ) t]

K₁

ζ TC 2 Τζ TC

E₃E₂ cos [(α - ρ) t] - E₃E₂ cos [(α + ρ) ί\ I.

JV₃Jt₁ ^Λ3-"-1

Bei Betrachtung ergibt sich ohne weiteres, daß der gleiche Ausdruck HIrG₁ lautet

KK₁K₃E₁ \x + -^⁴- F₃sin [(α) χ

Κ_Ά 18ο⁰]

2K₂

~κ7

E₂ sin [(ρ) t]

2K_tK₂

K₃K₁

E₃E₂ cos [(α — ρ) t + ΐ8ο°] — K₃K₁

Die beiden letzten Ausdrücke stellen die an den

Röhren 24 und 25 auftretenden Zeichen dar und sind die Zeichen, die bei Durchlaufen der übrigen Schaltung des Demodulators die gewünschte Ausgangsspannung erzeugen.

Um die Erläuterung der Arbeitsweise des Demodulators zu erleichtern, folgt eine Teilbesprechung an Brückenkreisen in Verbindung mit Fig. 4, die zwei Brückenkreise darstellt, die aus Widerständen 9, 10, 11 und 12, Kondensatoren 7, 8, 13 und 14 sowie Generatoren 16 und 17 besteht. Um die geeigneten Verhältnisse zu schaffen, damit diese Besprechung für die Erläuterung der Arbeitsweise des Demodulators 6 brauchbar ist, sind die Bestandteile und Generatoren

des einen Kreises dem Werte nach mit den entsprechenden· Bestandteilen und Generatoren des anderen Kreises identisch gemacht, so daß die Kreise einander spiegelbildlich gleich sind. Ferner sind die Werte der Komponenten so gewählt, daß das Verhältnis des Wertes des Widerstandes 9 zum Wert des Widerstandes 11 ebenso groß wie das Verhältnis der Kapazität des Kondensators 7 zur Kapazität des Kondensators 13 ist. Unter diesen Umständen besteht keine Spannung zwischen den Punkten 18 und 19 und dem Erdungspunkt 15 für alle-Frequenzen der Generatoren 16 und 17, die das Wirksamwerden der Widerstände und Kondensatoren in ihren gewöhnlich gewählten Formen zulassen. Wenn die Generatoren 16 und 17 Zeichen erzeugen, die nach Amplitude und Frequenz gleich und miteinander in Phase sind, dann müssen die zwischen den Punkten 20 und 21 und dem Erdungspunkt 15 herrschenden Spannungen in Phase und nach Amplitude und Frequenz gleich sein. Da dies zutrifft, können die Punkte 20 und 21 elektrisch verbunden werden. Fig. 5 zeigt schematisch die beiden Brückenkreise, bei denen die Punkte 20 und 21 verbunden sind und ein Kondensator 22 die Parallelschaltung der Kondensatoren 13 und 14 ersetzt, die dann wegen dieser Verbindung entstehen würde. Unter diesen Umständen besteht die Spannung Null zwischen den Punkten 18 und 19, dem Punkt 18 und der Erdung 15 sowie dem Punkt 19 und der Erdung 15.

= KK₁K₃E₁

E₃ sin [(α) f] +

und

₁ = KK₁K₃E₁Ix

Wenn die vorerwähnten Zeichen aus den Generatoren 16 und 17 gegeneinander um i8o° phasenverschoben sind, dann herrscht keine Spannung an dem Kondensator 22. Unter diesen Umständen sind die Spannungen zwischen den Punkten 18 und 19 und dem Erdungspunkt 15 von gleicher Größe und Frequenz, aber in der Phase um i8o° gegeneinander verschoben.

Um wieder auf die Schaltung in Fig. 3 zurückzukommen, so sind deren Bestandteile, welche die gleichen Funktionen wie die Bestandteile in Fig. 5 ausüben, mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 5 versehen. Die Kondensatoren 7 und 8 in Fig. 3 sind mit dem Erdungspunkt 15 über die vorangehende Stufe zurückverbunden. Wie oben angegeben, dienen die Röhren 24 und 25 der Demodulation der eingehenden Zeichen und können daher als Zeichenquellen ähnlich den Generatoren 16 und 17 in Fig. 5 betrachtet werden. Nachdem daher die eingehenden Zeichen G und G₁ demoduliert worden sind und die durch die Demodulation erzeugte Zeichengruppe höherer Frequenz vermöge der Kondensatoren 26 und 23 zum Erdungspunkt 15 überbrückt worden ist, erweist sich die vorerwähnte zweite Zeichengruppe als gleichwertig mit den bei der Erläuterung von Fig. 4 und 5 besprochenen Zeichen. Auf Grund dieser Tatsache ergeben sich für die Zeichen H und H₁ die Beziehungen

E₃E₂ cos [(α — ρ) t] —

K₃K₁

E₃E

₃E₂

E₃E₂ cos [(α —ρ) t+i8o°]

E₃E₂ cos [(α + ρ) t + 180°]

Worin die phasengleichen Zeichen im Hinblick auf die Brückenkreisanordnung gestrichen worden sind. Das Gleichstromglied wird durch die von den Kondensatoren 7, 8 und 22 bewirkte Isolierung gegenüber dem Erdungspunkt 15 unterdrückt. Die Ausrechnung ergibt

H = (2 KK₄E₁) K₁ \i+

K₁ E₂sm[{Q)i]\ \E₃ sin [(α) ί]

und

= (ZKK₄E₁)K₁ 1 +

K₁ E₂ sin [(ρ) M \E₃ sin [(α) t + i8o°]

Die letzten beiden Ausdrücke stellen die gewünschten modulierten Ausgangszeichen mit einem Ausdruck für das Verstärkungsmaß dar.

Es ist zu beachten, daß die Ausgangsspannungen des ausgeglichenen Modulators 5 nicht zusammengefaßt werden. Jede Ausgangsspannung wird dem Demodulator 6 als besonderes Eingangszeichen zugeführt. Daher brauchen die Hochfrequenzkomponenten dieser Zeichen nicht in Phase zu sein, da sie nicht verglichen und kombiniert werden, sondern zum Erdungspunkt 15 überbrückt werden, nachdem die Demodulation stattgefunden hat. Damit entfällt die Notwendigkeit, Kreise zu unterhalten, die eine identische Hochfrequenzphasenverschiebung in den

Ausgangszeichen des ausgeglichenen Modulators 5 gewährleisten.

Obgleich die Einrichtung nach der Erfindung bzw. deren Arbeitsweise in Verbindung mit einem Teil der bekannten Einrichtung nach der obenerwähnten USA.-Patentschrift beschrieben ist, soll die Anwendung der Erfindung keineswegs hierauf beschränkt sein, vielmehr sind im Rahmen der Erfindung für den Fachmann auch andere Anwendungsmöglichkeiten denkbar.

Claims (3)

1. PatentanspruchE:

   i. Modulationseinrichtung, bei der einem ersten Modulator ein von einem örtlichen Oszillator

   erzeugtes Trägerzeichen und ein Eingangszeichen als Modulationszeichen zugeführt werden und dessen Ausgangszeichen einem balancierten Modulator gleichzeitig mit in einem zweiten örtlichen Oszillator erzeugten Modulationszeichen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem modulierten Ausgangszeichen des balancierten Moduators die unerwünschten Frequenzkomponenten von einem balancierten Demodulator unterdrückt werden, derart, daß am Ausgang des letzteren nur die von dem Eingangszeichen hnear moduherten Zeichen des zweiten örtlichen Oszillators erscheinen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der balancierte Demodulator zwei Diodenröhren (24, 25) aufweist, deren Kathoden miteinander und mit Erde über einen Kondensator (22) verbunden sind und deren Anoden einerseits mit je einer Eingangsklemme über einen Kondensator (7 bzw. 8) und andererseits mit den untereinander verbundenen Kathoden durch zwei in Reihe geschaltete Widerstände (9, 11 bzw. 10,12) verbunden sind, wobei jeder der Verbindungspunkte (18,19) der in Reihe geschalteten Widerstände einerseits mit Erde über einen Kondensator (26 bzw. 23) und andererseits mit einer Ausgangsklemme verbunden ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der balancierte Demodulator zwei Eingangszeichen zu demodulieren vermag, die durch folgende Gleichungen ausgedrückt werden:

   )K_X j ι H — E₂ sin ρ t j E₁ sin ω t \ K₁ /

   E₃smat) K₁ (τ+

   j K₁ (

   KK₈ ι-I ^L E₃ sin (α t + i8o°) -K₁ (ι Η £₂ sin ρ 11 S₁ sin ω t,

   worin K, K₁, K₂, K₃ und K_t Konstanten und E₁, E₉, und E₃ Höchstwerte von sinusförmigen Zeichen sind, α die Winkelfrequenz eines Modulationszeichens, ρ die Winkelfrequenz eines zweiten Modulationszeichens und ω die Winkelfrequenz eines Trägerzeichens ist, derart, daß zwei Ausgangszeichen von der Form

   2 K

   E₂ sin ρ t \ E₃ sin α
   J

   2 KKJi₁E₁ j ι + —?- £_ä sin ρ Π E₃ sin (α + ΐ8ο°)

   erzeugt werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Schweizerische Patentschrift Nr. 287 729;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 509 337.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   3d» 578/342 7 ■>c,a 777 i. 57)