Schaltungsanordnung zum Empfang modulierter hochfrequenter Wellen. Für viele Zwecke sind Empfänger wün schenswert, deren .Lautstärke nicht von der Amplitude der Trägerwelle der ankommenden Zeichen, sondern nur von dem Modulations- grad dieser Schwingungen abhängt. Bisher hat man, um dieses Ziel zu erreichen, selbst tätige Verstärkerregelungen angewendet, die aber erstens den Empfänger komplizieren und zweitens eine nicht immer zulässige Zeit konstante besitzen.
Es ist deshalb vorge schlagen worden, zur Behebung von Schwund erscheinungen beim Empfang einen Gleich richterkreis mit konstanter Betriebsspannung zu verwenden, der eine logarithmische Gleich richterkennlinie besitzt.
Eine derartige Anordnung besitzt in her vorragendem Masse Unabhängigkeit gegen über Fadingeinflüssen, wie dies die nach folgende Überlegung erkennen lässt.
Es sei die Gleichrichtkennlinie, das heisst die Kurve, welche den Mittelwert J des den Gleichrichterkreis verlassenden Stromes als Funktion der zugeführten Hochfrequenzspan- nung E darstellt, angenähert darstellbar durch die Beziehung: J = C # log. nat E + J. Schwankt dann die Spannung E des an kommenden Zeichens in dem Verhältnis (1 -f- 1c) <I>:
(1 - 7c),</I> wobei 1c den Modulations- grad darstellt, so schwankt gemäss dieser Formel der gleichgerichtete Strom zwischen den Grenzen J <I>= C</I> log. nat [E # <I>(1</I> + k)1 und J2 = C, log. nat [I;
# (1 - k)1 Die Grösse der Schwankung berechnet sich zti
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Die Grösse der Schwankung Ji <I>- Ja</I> ist für die Lautstärke des ankommenden Zeichens im Empfänger massgebend. Aus der obigen Formel geht hervor, dass bei der gewählten Form der Gleichrichtkennlinie diese Schwan kung nur abhängig ist vom DZodulationsgrad k des ankommenden Zeichens, nicht aber von der Amplitude E der Trägerwelle.
Eine solche logarithmisch geformte Gleich- richtkennlinie lässt sich beispielsweise ange nähert erzielen durch Kombination mehrerer parallel arbeitender Gleichrichterröhren mit verschiedenen Charakteristiken. Wenn schon die Realisation einer derartigen Schaltungs anordnung praktisch auf Schwierigkeiten stösst, so ist ausserdem die Annäherung nur für grosse Amplituden der Eingangsspannung, nicht aber für kleine befriedigend, da die Entladungscharakteristiken infolge ihres gegen die Abzisse konvexen Verlaufes die loga rithmische Funktion für kleine Eingangs spannungen nicht genügend wiedergeben kön nen.
Gemäss der Erfindung wird daher ein nicht logarithmische Gleichrichtercharakteri- stik besitzender Gleichrichterkreis in Ver bindung mit solchen Verzerrungsmitteln vor gesehen, dass unter Verwendung von kon stanten Betriebsspannungen eine logarithmi sche Abhängigkeit zwischen der Amplitude des Ausgangsstromes und derjenigen der Eingangshochfrequenzspannung resultiert.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es sei E die Spannungsamplitude eines ankommenden, unmodulierten Zeichens, und der durch die Gleichrichtung erhaltene Gleich strom sei gegeben durch die Gleichricht- kennlinie, die der Gleichung Jg=9 <I>(E)</I> genügt. Die Kennlinie des Verstärkers für die gleichgerichteten Schwingungen sei weiter gegeben durch Jc <I>- f</I> (Jg) <I>= f</I> to (_F)1 j5 wo J, der verstärkte Strom ist.
Es ist nun möglich, die Funktionen rp und f so zu wählen, dass diese letzte Glei chung den Charakter annimmt <I>4</I> = log. nat E -f- Konstanz. An sich ist diese Bedingung auf unendlich viele Arten zu erfüllen.
Als einfaches Beispiel sei der Fall dar gestellt, dass die Gleichrichtkennlinie eine lineare ist, während die Verstärkung einem logarithmischen Gesetz folgt: Jg=A#E J, <I>= B</I> log. nat Jg - B log. nat E B log. nat A. Diese Lösung führt zu einer technisch ein fachen Ausführung, deren Prinzip in der Fig. 1 dargestellt ist.
Hierin ist 1 das Gleich- richtrohr, in dem die Gleichrichtung durch das bekannte Audionprinzip mittelst des Blockkondensators 12 und des Widerstandes 13 über einen möglichst grossen Bereich linear gemacht ist. Der mittlere Wert der Gitter spannung der Röhre 1 und infolgedessen auch der mittlere Wert des Spannungsab falles auf dem Widerstand 14 sind also lineare Funktionen der Spannungsamplitude des an kommenden Zeichens. Der Kondensator 15 dient als Kurzschluss für die Hochfrequenz wechselspannung.
Die ganze gleichgerichtete Spannung, das heisst ihr Niederfrequenzanteil und ihr Gleichspannungsanteil zusammen ist über den extrem hohen Widerstand 16 (zum Beispiel 100 Dlegobm) an das Gitter der Verstärkerröhre 2 gelegt. Die Verstärker röhre arbeitet im Gebiet negativer Gitter spannurig, in dem bekanntlich für grosse Be reiche des Gitterstromes ig das Gesetz gilt:
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(e = Basis des nat log. Systems, vg = Gitter spannung, A. und B sind Konstanten).
Der Widerstand 16 habe einen so grossen Wert B, dass er praktisch allein bestimmend für die Stromstärke i. ist. Weiter sei der Abzweig F so einreguliert, dass zwischen den Punkten E und F kein Gleichspannungsunterschied besteht, wenn kein Signal auf den Empfänger auftrifft.
Ein Signal verursache eine Span nungserhöhung v von E gegenüber ± und der verursachte Gitterstrom berechnet sich nach dem vorhergesagten angenähert zu
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(3) in (2) ergibt log. nat v = .ss v. - f- log. nat 11 <I>B.</I>
In Worten besagt diese Gleichung, dass die (;itterspaniiung vg der Verstärkerröhre die gewünschte logarithmische Funktion der gleichgerichteten Spannung v und damit der ankommenden Hochfrequenzspannungsampli- tude ist.
Dass es für die Zwecke der Erfindung nicht notwendig ist, dass der Gleichrichter linear arbeitet, wurde oben schon erwähnt, beispielsweise kann man auch mit einem rein quadratisch arbeitenden Gleichrichter den selben Effekt erzielen, wenn man die Ver- stärkerwirkUng zum Beispiel nach dem Ge setze
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<I>J,, <SEP> = <SEP> f <SEP> (Jg)</I> <SEP> = <SEP> log. <SEP> nat <SEP> <I>,7g</I> geschehen lässt.
Eine weitere Möglichkeit, die Erfindung zu verwirklichen, ist folgende Es lassen sich leicht Röhren herstellen, deren Anodenstrom-Gitterspannungs-Charak- teristik im Arbeitsgebiet negativer Vorspan- nungen eine angenähert negativ logarithmi sche Gesetzmässigkeit aufweist. bei denen also die Charakteristik gegen die Abszisse konvex gekrümmt ist. Solche Röhren sind leicht in Form von Schirmgitterröhren mit Gitterelektroden variablen Durchgriffes zu erzeugen.
Eine solche Röhre, als Gleichrichter in Audionschaltung geschaltet, eignet sich zur Fadingvermeidung im Sinne der Erfin dung. Deren statische Anodenstrom-C-ritter- spannungs-Charakteristik ist in dem etwa zwischen 0 bis -20 Volt liegenden Arbeits bereich eine negativ logarithmisch verlaufende Kurve, die also im Arbeitsbereich gegen die Abszisse keine Werte unendlich grosser Steil heit besitzt und stets konvex gekrümmt ist.
In-,Fig. 2 ist 1 eine Röhre, bei der die Be ziehung zwischen der Anodenstromstärke J., und der Gitterspannung Eg im Arbeitsgebiet negativer Vorspannungen angenähert der Gleichung: J8 <I>= - P</I> log. nat <I>B</I> (V--4) genügt. Diese Funktion ist in Fig. ha durch Kurve I dargestellt. Die Gerade Eg =V ist eine Asymptote dieser Kurve.
Die Strom stärke und die Steilheit werden bei dem Werte E, = + V der Gitterspannung unendlich gross. Wenn auch die theoretische Kennlinie praktisch nicht verwirklicht werden kann, so zeigt in Fig. atz II die Form der Kurve, die sich bei Röhren herstellen lässt und die im Arbeitsgebiet negativer Vorspannungen mit Kurve I hinreichend übereinstimmt.
In Fig. 2 wird das Rohr 1 in der Audion- gleichricliterschaltung verwendet, wobei 12 den Gitterkondensator, 13 den Gitterableite- widerstand darstellt.
Bekanntlich liefert die Audiongleichrich- tung eine mittlere Gitterspannung, die prak tisch gleich dem Scheitelwert der Gitter wechselspannung ist. Angenommen sei zu nächst, dass ein nicht moduliertes Signal auf das Gitter der Röhre auftrifft, das durch den Ausdruck E # cos m <I>t</I> darstellbar ist; man erhält so als mittlere Gitterspannung Eg=-E#(1-cos <I>tot).</I>
Die Substitution dieses Ausdruckes in die vorhergehende Gleichung ergibt für den Anodenstrom J. <I>= - P</I> # log. nat {B [V -E- <I>E</I> # (1- cos m t))j <I>.</I> Für den Mittelwert Jm des Anodenstromes J8 über die Periode T ergibt sich
EMI0003.0070
und für die Abhängigkeit des mittleren Anodenstromes von der Amplitude des eintreffenden Zeichens
EMI0004.0001
Die Auswertung dieses Integrals liefert:
EMI0004.0002
Es sei nun angenommen, dass das frühere sinusförmig mit der Amplitude E angenom mene Signal moduliert wird gemäss der Gleichung E= Eo (1 + K sin m, <I>t),</I> wo cor die Modulationsfrequenz, E, die mitt lere Amplitude von E und .K den Modula- tionsgrad darstellt.
Infolge des Auftreffens eines derart modulierten Signals wird auch der mittlere Anodenstrom J. in der Frequenz cvr schwanken. Die Stromstärke Jm ist eine Funktion der Hochfrequenzamplitude E: J. = f (E).
Gemäss der Taylorschen Reihe wird also
EMI0004.0022
Die Reihe wird nach dem zweiten Gliede abgebrochen, da der Modulationsgrad K so klein sei, dass höhere Glieder vernachlässigt werden können.
Durch Substitution des Aus druckes für
EMI0004.0026
in Gleichung 4 entsteht:
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Diese Gleichung besagt, dass der mittlere Anodenstrom in der Frequenz co, schwankt mit einer Amplitude
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Wenn Eo > V ist, ist diese Amplitude prak tisch unabhängig von der Amplitude E" der Trägerwelle des ankommenden Zeichens, hin gegen proportional dein Modulationsgrad K.
In Fig. 3b ist die Abhängigkeit der Empfangsempfindlichkeit von der Träger wellenamplitude E" durch den Proportionali- tätsfaktor
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graphisch dargestellt für den Fall, dass die in Fig. 3a abgebildete Röhrenkennlinie gilt.
Wie ersichtlich, verursacht eine Schwan kung von E" im Verhältnis von 1 : 100, was bei Faaings öfter vorkommt, eine Ampli- tudenänderung des demodulierten Signales im Verhältnis beispielsweise von nur zirka 1 : 2, wenn der Kleinstwert von E" gleich 2y' angenommen wird. Es wäre nach dem oben Gesagten erfor derlich, dass die Anodenstrom-C3 itterspannungs- kennlinie der Röhre mit einer negativ loga rithmischen Kurve möglichst gut überein stimmt.
In der Praxis wird jedoch in vielen Fällen eine bessere Unabhängigkeit der Laut stärke von der Eingangsamplitude erreicht, wenn gewisse Abweichungen von dieser Kurvenform bestehen. Diese Tatsache findet ihre Ursache darin, dass als .Grundlage der Berechnung angenommen wurde, dass durch die Audiongleichrichtung die Spitzen der Wechselspannung die Linie Eg. = 0 tangieren, und dass infolgedessen die Gitter wechselspannung dargestellt werden kann durch.
E, <I>= - E (1</I> - cos c) <I>t).</I> In Wirk lichkeit werden die Spitzers der 0itterwechsel- spannung nicht genau mit<B>Ei.</B> = 0 zusam menfallen, sondern umsomehr in das Gebiet positiver Spannungen hineinragen, je grösser E ist. Dadurch werden auch die Maximum werte des Anodenstromes während der Periode der aufgedrückten Frequenz grösser und der Mittelwert des Anodenstromes steigt. Für sehr grosse Amplituden kann dieses Steigen des mittleren Anodenstromes sogar das Fallen durch die Audiongleichrichtung aufheben.
Beseitigt kann diese störende Erscheinung dadurch werden, dass für stark negative Gitterspannungen die Steilheit der 1a <I>-</I> Ec- Kennlinie grösser gemacht wird, als der negativ logarithmischen Funktion (vergleiche Kurve III, Fig. 3a) entspricht. Dadurch ent steht für grosse Gitterwechselspannungen eine zusätzliche Audiongleichrichtung, die den Fehler durch das erwähnte Ansteigen der Maximumwerte des Anodenstromes kompen siert.
Damit eine derartige Schaltung auch bei Anwendung verschiedener äusserer Wider stünde diese Eigenschaft beibehält, ist es vorteilhaft, Röhren zu verwenden, deren in nerer Widerstand gross ist gegenüber jedem angeschalteten äussern Widerstand. Dies lässt sich bei empfindlichen Mihren nur dann er reichen, wenn gleichzeitig der Durchgriff klein gewählt wird.
Auf jeden Fall sollte der Durchgriff kleiner als 5 % sein, was sich mit Schirmgitterröhren leicht erreichen lässt. Die Schirmgitterröhre hat ausserdem den Vor teil, dass es möglich ist, die Form ihrer Charakteristik weitgehend zu beeinflussen durch ein Zusammensetzen des Steuergitters aus zwei oder mehreren Teilen, durch die der Durchgriff des Schirmgitters verschieden ist.
Die vorliegend beschriebenen Schaltungen sind grundsätzlich verschieden von der be kannten Superregenerativschaltung, deren Gleichrichtkennlinie bei geeigneter Einstel lung auch ungefähr einen logarithmischen Verlauf aufweist. Bei der Armstrongschaltung wird dieser Verlauf aber nicht erreicht durch die Form der Kennlinie eines stetig wirken den Gleichrichters, sondern er wird vielmehr durch den periodischen Empfindlichkeits wechsel des Systems verursacht.
Versuche haben gezeigt, dass das Anklingen, sowie das Abklingen der Schwingungen in Armstrong- empfängern in einem Zeitraum geschehen kann, der klein ist gegenüber der Pendel- frequenzperiode. Infolgedessen ist die Schwin gungsamplitude im Armstrongempfänger prak tisch immer entweder gleich der Maximal amplitude oder gleich Null.
Da die Zwischen- werte nur während kurzer Zeit vorkommen, interessiert nur der maximale Wert des Gleichrichtstromes. Dass der mittlere Wert dieses Stromes eine logarithmische Funktion der Empfangsfeldstärke ist, kommt daher, dass die Zeitdauer, während welcher die An ordnung sich im Schwingungszustand befindet, eine logarithmische Funktion der Empfar:gs- feldstärke ist.