DE966536C - Schaltung zur niederfrequenten Modulation einer Traegerschwingung - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 22. AUGUST 1957

R 4339 VIII a j 2Ia^

Die Erfindung bezieht sich auf Modulationsschaltungen, bei denen elektrische Schwingungen, insbesondere Hochfrequenzsohwingungen, mit einer Modulationsschwingung moduliert werden. Soldhe Schaltungen, werden in der drahtlosen Nachrichtentechnik, insbesondere bei SendeTeinrichtungen, benutzt, von denen hochfrequente Schwingungen in den Raum ausgestrahlt werden und dabei als Träger für die zu übertragenden Signalimpulse (Sprache, Musik, Telegraphiezeichen od. dgl.) dienen.

Bei solchen Modulationsschaltungen besteht die Schwierigkeit, eine möglichst wirksame Modulation der einen Schwingung mit der anderen durchzuführen, ohne daß die verschiedene Frequenzen führenden Kreise elektrisch miteinander gekoppelt werden, weil dies zu Änderungen der Belastung des einen Kreises durch den elektrischen Zustand des anderen Kreises führen würde, wodurch sich beispielsweise Änderungen deir Verstärkung oder auch Änderungen der Trägerfrequenz (Frequenzmodulation) ergeben können. Diese Schwierigkeit

*J Von der Patentsucherin ist als der Erfinder angegeben worden:

Jerome C. Smith, Merchantville, N. J. (V. St. A.)

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soll durch die vorliegende Erfindung überwunden werden.

Bister bediente man sich zur Modulation vorzugsweise des Verfahrens, die Ruhespannung entweder des Steuergitters oder auch der Anode der Röhre im Takt der Modulationsschwingung zu verändern. Die modulierende Wirkung dieser Maßnahme erklärt sich durch die Verschiebungen der Gitterspannungs-Anodensitrom-Kennlinie gegenüber dem Arbeitspunkt unter dem Einfluß dieser Spannungsänderungen. Dabei wird aber nur dann eine Steilheitsänderung und damit eine Modulationswirkung erzielt, wenn der Arbaitspunkt von vornherein in einem gekrümmten Kennlinienteil liegt. Mit einer Krümmung der Arbeitskennlinie ist aber zwangläufig auch die Erzeugung unerwünschter Oberwellen verbunden. Auch diese Nachteile lassen sich durch die vorliegende Erfindung beseitigen.

In der Empfangstechnik sind die sogenannten Mischröhrenschaltungen bekannt, in denen eine empfangene modulierte Hochfrequenzschwingung durch Konibinationsfrequenzbildung mit einer Überlagerungsschwingung niederer Frequenz in eine modulierte Zwischenfrequenzspannung umgesetzt wird. Die in der Mischstufe sich abspielenden Vorgänge kann man bekanntlich als Modulation der Überlagerungsschwingung mit der empfangenen Schwingung auffassen. In solchen Mischstufen hat man unter anderem auch eine Dreigitterröhre in der Weise verwendet, daß dem der Kathode zunächst liegenden ersten Gitter die Empfangsschwingungen aufgedrückt und die Überlagerungssehwingung durch Rückkopplung von der Anode auf das ihr benachbarte dritte Gitter erzeugt wird, während das zweite Gitter mit einer festen positiven Vorspannung als Schirmgitter wirkt und die Zwischenfrequenzspannung von der Anode oder vom dritten Gitter abgenommen wird.

Im Anodenstromkreis ist daher sowohl die Zwischenfrequenz als auch die Überlagerungsfrequenz wirksam, und die Entkopplung des- die Empfangsschwingungen führenden Eingangskreises gegen die die beiden anderen, in der Schaltung vor-

kommenden Frequenzen (Zwischenfrequenz, Überlagerungsfrequenz) führenden Kreise wird allein durch das Schirmgitter herbeigeführt.

In einer anderen bekannten Mischstufe arbeitet eine Dreigitterröhre in der Form, daß die Empfangsschwingungen dem dritten Gitter zugeführt werden, das zweite Gitter an einer festen positiven Spannung liegt und der auf die Überlagerungsfrequenz abgestimmte Resonanzkreis zwischen dem ersten Gitter und Erde liegt, während die Kathode mit einem Abgriff dieses Schwingungskreises verbunden ist, so daß eine die Überlagerungssehwingung erzeugende Dreip-unktschaltung gebildet wird. Diese Schaltung hat den Nachteil, daß die Kathode nicht geerdet werden kann und daß das Eingangsgitter gegen die Anode nicht abgeschirmt ist.

In der Literatur ist beschrieben worden, daß die Mischung bei Zuführung der Emfangsschwingung an das eine Steuergitter einer Doppelgitterröhre und der Überlagererschwingung an das andere Steuergitter durch eine Kippung der Gitterspannungs-Anodenstrorn-Kennlinie des einen Steuergitters durch die Spannung am anderen Steuergitter zustande kommt. Tatsächlich tritt jedoch gleichzeitig auch eine Verschiebung der Kennlinien auf. Erst bei Einfügung eines positiv vorgespannten Schirmgitters zwischen die beiden Steuergitter wird diese Verschiebung vermieden.

Es ist auch eine Oszillatormischröhrenschaltung vorgeschlagen worden, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Röhre mit mindestens vier Gitterelektroden, zwischen Anode und Kathode in solcher Weise Verwendung findet, daß zwei miteinander rückgekoppelte Gitter als Oszillatoranode und Oszillatorsteuergitter wirken und SO¹ der Erzeugung der Überlagerungssehwingung dienen, ein weiteres Gitter als Eingangssteuergitter wirkt und ein positives Schirmgitter die Oszillatorgitter von dem Eingangssteuergitter trennt und daß ferner die Betriebsspannungen der Elektroden so· gewählt sind, daß durch das Zusammenwirken des äußeren, näher der Anode liegenden Steuergitters mit einem oder mehreren inneren, kathodenseitig liegenden Gittern eine durch das innere Steuergitter beeinflußte virtuelle Kathode gebildet wird, so daß der von dieser virtuellen Kathode zu der mit den Zwischenfrequenzkreisen verbundenen Anode fließende Elektronenstrom durch das äußere Steuergitter nochmals gesteuert wird.

Während in der 'Mischstufe eines Emfängers drei verschiedene Frequenzen, nämlich die empfangene modulierte Hochfrequenz, die unmodulierte Überlagerungsfrequenz und die modulierte Zwischenfrequenz, die alle Hochfrequenzen sind, eine Rolle spielen, hat man es bei einer Modulationsschaltung mit zwei größenordnungsmäßig verschiedenen Frequenzbereichen zu tun, nämlich einerseits mit der niederfrequenten Signalspannung und andererseits mit der unmodulierten bzw. mit dieisen Signalen modulierten hoch- i°5 frequenten Trägerschwingung.

Es ist bekannt, eine Hochfrequenzschwingung mit einer Niederfrequenzschwingung dadurch zu modulieren, daß beide Schwingungen an getrennten Gittern liegen. Die Hochfrequenzschwingung wird no zwischen der Kathode, dem der Kathode benachbarten Steuergitter und dem zweiten, als Anode geschalteten Gitter mittels Dreipunktschaltung erzeugt, während die Niederfrequenzschwingung dem dritten, anodennahen Gitter zugeführt wird. Die modulierte Hochfrequenzschwingung wird von der Hauptanode abgenommen. Das anodennahe Gitter dient der Verhinderung einer Sekundärelektronenemission an der Anode und bewirkt auf diese Weise auch eine Entkopplung zwischen Antennenkreis und Trägerfrequenzgenerator. Jedoch ist diese Entkopplung nur sehr beschränkt.

Die Erfindung verbessert auch in anderer Hinsicht diese bekannte Schaltung zur niederfrequenten Modulation einer Trägerschwingung dadurch, daß zwischen den die Modulations- und die Träger-

schwingung führenden Gittern ein auf konstantem positivem Potential gehaltenes Schirmgitter angeordnet wird.

Bei dieser Schaltung bewirkt das Schirmgitter und auch das der Anode näher gelegene Steuergitter eine Entkopplung des kathodennahen Steuergitters von der Anode. Dies wäre nicht der Fall, wenn man die RoJIe der beiden Steuergitter vertauschen würde. Dadurch, daß das Schirmgitter

ίο eine positive Spannung führt, bewirkt das zweite, der Anode nähere Steuergitter, daß sich die Neigung der Anodenstromkennlinie entsprechend der ihm aufgedrückten Spannung ändert. Die Modulation kann somit auf einem nicht oder nur schwach gekrümmten Teil der Kennlinie durchgeführt werden und infolgedessen unterbleibt die unerwünschte Oberwellenbildung, die sonst die Folge einer Modulation in einem stark gekrümmten Kennliniengebiet ist. Die erwähnten Änderun-

ao gen der Neigung der Anodemstromkennlinie kämen nicht zustande, wenn das Schirmgitter Kathodenpotential hätte.

Eine Weiterbildung der gekennzeichneten Schaltung besteht darin, daß zwischen den beiden Steuergittern und der Anode noch ein weiteres positiv vorgespanntes Schirmgitter angeordnet wird, welches zweckmäßig bereits innerhalb der Röhre mit dem anderen Schirmgitter verbunden wird. Röhren mit zwei innerhalb des Vakuumgefäß es leitend miteinander verbundenen Schirmgittern sind an sich bekannt, jedoch ist es neu, diese Maßnahme im Rahmen der gekennzeichneten Modulatorschaltung anzuwenden.

Tn Abb. ι ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, in welchem eine Röhre mit drei zwischen Kathode und Anode angeordneten Gittern Verwendung findet. Die Röhre 14 mit der Kathode 15 und der Anode 16 enthält die durch das Schirmgitter 18 getrennten Steuergitter 17 und 19. Über einen Transformator 42 mit den Primärklemmen 41 wird dem Steuergitter 19 eine Modulationsspannung zugeführt, während dem Steuergitter 17 von den Klemmen 11 her über die miteinander gekoppelten Spulen 10, 20 die zu modulierende Trägerschwingung zugeführt wird. Die modulierten Hochfrequenzschwingungen werden an der Anode 16 abgenommen, und über die Ausgangsleitung 26 und den Ausgangstransformator 12, der in diesem Fall auf die Trägerschwingung abgestimmt ist, dem Nutzkreis 13 zugeführt.

Um Änderungen des inneren Widerstandes zu \-ermeiden und die Steuerung durch das von der Kathode weiter entfernte Steuergitter noch wirksamer zu gestalten, kann es vorteilhaft sein, zwischen diesem Steuergitter und der Anode noch ein weiteres positives Schirmgitter anzuordnen. Alan kommt dann zu einer Schaltung mit einer Röhre mit mindestens vier Gittern. Außerdem kann es unter Umständen erwünscht sein, die zu modulierende Hochfrequenzsehwingung in der Röhre selbst durch eine Schwingungserregung zu

■ erzeugen. Dies kann dadurch geschehen, daß in der Röhre in an sich bekannter Weise ein weiteres positives Gitter als Rückkopplungsanode vorgesehen wird.

Eine derartige Schaltung, bei der eine Röhre mit fünf zwischen Kathode und Anode liegenden Gitterelektroden Verwendung findet, ist in Abb. 2 dargestellt. Diese Schaltung hat sich als die zweckmäßigste Ausführungsform erwiesen und arbeitet gleichzeitig als Oszillator und Modulator ohne gegenseitige Beeinflussung der mit den Steuerelektroden verbundenen Kreise, hingegen mit einer äußerst wirksamen Elektronenkopplung. Dem äußeren Steuergitter 66 wird ein Modulationssignal in derselben Weise zugeführt, wie an Hand der Abb. 1 gezeigt worden ist. Die Erzeugung der zu modulierenden Hochfrequenzträgerschwingung erfolgt durch Rückkopplung von der Oszillatoranode 67 ^auf den Kreis 85, der mit dem Oszillatorsteuergitter-52 verbunden ist. Zwischen dem Oszillatorteil und dem äußeren Steuergitter bzw. zwischen letzterem und der Anode 54 sind die Schirmgitter 87 und "]2 vorgesehen, die innerhalb der Röhre miteinander verbunden sind. Bei dieser Schaltung ist durch Änderung der Vorspannung des Steuergitters 66 auch noch eine Regelung der Stärke der Ausgangssignale möglich, wobei insbesondere das Gitter 66 mit einem ungleichmäßigen Durchgriff, beispielsweise mit veränderlicher Steigung, gewickelt sein soll.

Zur Erklärung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Modulatorschaltung sind in den Abb. 3 bis S noch die Zusammenhänge zwischen dem Potential eines Steuergitters und der Steilheit der auf die Spannung des anderen Steuergitters bezogenen Anodenstromkennlinie in Kurvenform dargestellt.

Aus Abb. 3 ist ersichtlich, wie sich die Steilheit G^₁ der Anodenstromkennlinie in bezug auf die Signalspannung E_gl am ersten Gitter mit Änderung der Spannung E_g3 am dritten Gitter, d. h. am anderen Steuergitter, gemäß der Kurve 33 verändert, wobei ein Potential x, · das z.B. dem dritten Gitter zugeführt wird, eine Steilheit y zwischen dem ersten Gitter und dem Anodenstrom I₁, hervorruft.

In gleicher Weise zeigt die Kurve 34 in Abb. 4 die Steilheit G^₂ der Anodenstromkennlinie in bezug auf die Spannung E_g3 am dritten Gitter bei einer Änderung der Spannung E_gl am ersten Gitter. Die Kurve 35 k Abb. 5, die annähernd eine waagerechte Linie ist, zeigt den Zusammenhang zwischen dem Strom I_g2 des zweiten Gitters (Schirmgitters) 18 und der Spannung E^₁ am ersten Gitter in Abhängigkeit von verschiedenen Spannungen E_gs am dritten Gitter. Es geht daraus hervor, daß zwischen dem Sohirmgitterstrom und der dem dritten Gitter zugeführten Signalspannung praktisch keine Wechselwirkung besteht. iao

Claims (4)

1. Patentansprüche.·

   i. Schaltung zur niederfrequenten Modulation einer Trägerschwingung unter Verwendung einer Mehrgitterröhre, bei der die Träger-

   schwingung dem der Kathode näheren, gegen die Kathode negativ vorgespannten Steuergitter und. die Modulation.sspann.ung dem der Anode näheren, gegen die Kathode negativ vorgespannten Steuergitter zugeführt werden und die modulierten Schwingungen von der Anode abgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den beiden Gittern ein auf konstantem positivem Potential gehaltenes Schirmgitter befindet.
2. 2. Modulatorschaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres auf konstantem positivem Potential gehaltenes Schirmgitter zwischen den beiden Steuergittern und der Anode angeordnet ist.
3. 3. Modulationsschaltung nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden positiven Schirmgitter innerhalb der Röhre miteinander verbunden sind.
4. 4. Modulationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres, auf positivem Potential liegendes, als Anode wirkendes Gitter in Verbindung mit dem einen Steuergitter dazu dient, eine der Schwingungen in der Röhre selbst zu erzeugen.

   In Betracht gezogene Drucksohriften:
   Französische Patentschrift Nr. 709 196;
   britische Patentschrift Nr. 380 144;
   Zeitschrift Radio World, 2. 7. 32, S. 14.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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