Modulationseinrichtung. Die Erfindung bezieht sich auf eine 1Vl=o- dulationseinrichtung zur Übermittlung von Nachrichten mittelst elektrischer Wellen.
Bei Sendeanordnungen wird gewöhnlich eine llochfrequenzspannung auf den Ein- "a01 Röhre aufgedrückt und zugleich eine andere oszillierende .Spannung so ange legt, dass Modulation in der Röhre entsteht. Eine Röhre, die auf diese Weise verwendet wird, ist als ein Modulator bekannt; die Mo dulation, die an ihrem Ausgang entsteht, kann auf Leitungen übertragen oder über eine Antenne ausgestrahlt werden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt .die Verbesserung solcher Röhrenmodulationsein- richtungen. Sie besitzt eine Röhre mit min destens drei Gitterelektroden, zwischen der Kathode und der Anode, welche derartige Spannungen besitzen, dass eich zwischen der Kathode und der Anode eine virtuelle Ka thode bildet, wobei die Trägerschwingung und die Modulationsschwingung je einer Steuerelektrode zugeführt werden, von denen die eine zwischen der Kathode und der vir tuellen Kathode,
die andere zwischen der virtuellen Kathode und der Anode liegt.
Ein wiehtiger Vorteil der Modulations- einrichtung gemäss der Erfindung liegt darin, dass es möglich ist, praktisch irgendein vor spannendes Potential an das äussere Steuer gitter oder an irgendeine andere Elektrode ausserhalb der virtuellen Kathode anzulegen, ohne wesentlich auf die Hochfrequenzquelle einzuwirken. Die Einrichtung erlaubt daher ohne weiteres die Steuerung ihrer Leistung mittelst eines variablen Vorspannpotentials.
In der beiliegenden Zeichnung ,sind Aus führungsbeispiele erfindungsgemässer Ein richtungen dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 ein, schematisches Schaltbild, Fig. 2 eine drahtlose Sendereinrichtung, die eine Hexodenröhre als- Oszillator-Modu- lator benutzt, und Fig. <B>3</B> eine ähnliche Einrichtung, in wel cher jedoch die Hexodenröhre nur als Modu- lator wirkt.
Das System nach Fig. 1 enthält eine Hegode 10. In dem Zwischenraum zwischen der Kathode 1 und der Anode 6 sind vier gitterähnliche Elektroden 2, 3, 4 und 5 an geordnet.
Eine Wechselspannungsquelle Si wird zwischen das äussere Gitter 4 und die Ka thode 1, und eine zweite Wechselspannungs- quelle S2 zwischen das innere Gitter 2 und die Kathode geschaltet. Die Trägerfrequenz quelle kann auch durch ein Rückkopplungs- schwingung.ssystem ersetzt werden.
Eine für diesen Zweck passende Form eines Rück- kopplungssystems ist in Fig. 2 gezeigt, wo ein Schwingungsrückkopplungssystem mit den Elektroden 2. und 3 verbunden ist. Der Ausgangskreis der Röhre umschliesst einen abgestimmten Kreis, der eine Spule und einen Kondensator parallel enthält. Dieser abgestimmte greis ist mit 0 ,bezeichnet und ist zwischen Anode und Erde geschaltet. Ausgangsklemmen 0' und 01' sind an den gegenüberliegenden Seiten des abgestimmten Kreises 0 angebracht.
Diese Ausgangsklem men können mit irgendeinem nachfolgenden Apparat, zu welchem die Übermittlung der Zeichen gewünscht wird, verbunden werden.
Um das .System in Tätigkeit zu setzen, sind in Serie zwischen Anode und Erde die Quellen 11 und 12 vorgesehen, um die Anode 6 und .die Schirmelektroden 5 und 3 positiv gegenüber der Kathode zu machen. Ebenso ist eine Spannunb quelle 13 zwischen Git ter 4 und Erde vorgesehen, die Gitter 4 in Bezug auf .die Kathode negativ macht. Gitter 2 erhält ein negatives Potential durch eine Batterie 9.
Die positive Spannung am Schirmgitter 5 soll niedriger sein als diejenige an der Anode 6. Dieses Schirmgitter kann wegge lassen werden, aber in .einigen Ausführungs formender Erfindung dient sein Vorhanden- sein dazu, die allgemeine Wirkung zu ver- bessern.
Bei dem oben beschriebenen .System wer den,die Elektronen, die von der Kathode 1 ausgesandt werden, durch die Maschen des innern. Gitters 2 zum Schirmgitter 3 kraft der positiven Spannung, die dem letzteren er teilt ist, gezogen. Die Elektronen, die sich dem Schirmgitter 3 annähern, wandern mit hoher Gesehwindigkeit, und die meisten von ihnen gehen daher durch das. Schirmgitter hindurch und nähern sich ,dem äussern Git ter 4, welches negativ vorgespannt ist.
Das Gitter 4 dient daher dazu, die Bewegung der Elektronen zu verzögern und viele von ihnen werden zu dem positiven Schirmgitter 3 zurückgezogen. Diese Wolke von verzöger ten Elektronen, die zwischen den Elektroden 3 und 4 schwebt, bildet eine "virtuelle Ka- tho,de" in Bezug auf die Elektroden 4, 5 und 6 des Modulators, wegen der Tatsache, dass Elektronen leicht von der Wolke auf die selbe Weise, als wären sie tatsächlich von der wirkliehen Kathode erzeugt, weggezogen worden.
Die "virtuelle Kathode" und ihre ungefähre Lage ist durch die Punkt-Strieh- Linie 7 bezeichnet, wobei zu verstehen ist, dass die Linie 7 kein physikalisches Element der Röhre darstellt. Die positiven Potentiale der Anode 6 und -des Sohirmgitters 5 dienen dazu, Elektronen von der virtuellen Kathode durch das äussere Gitter 4 und das Schirm gitter 5 in der gewöhnlichen Weise zur Anode zu ziehen. Die Röhre hat daher ihrer Wirkung nach zwei Anoden, nämlich die Elemente 3 und 6.
Das innere Gitter steuert die Gesamtemission der Kathode 1. Die Elektroden 4, 5 und 6 arbeiten zusammen mit der virtuellen Kathode 7 wie eine üb liche Vakuumröhre, bei der der Ausgangs kreis 0 zwischen Anode 6 und der virtuel len Kathode geschaltet ist. Die Steuerung des Elektronenstromes wird von den Gittern 2 und 4 übernommen.
Modulation entsteht in dem System auf folgende Weise: Wenn das Gitter 2 nur schwach negativ ist oder etwas positiv, gibt es einen grossen Vorrat von Elektronen an .der virtuellen Kathode 7,,der einen Elektro nenstrom in den Modulatorteil der Röhre zu liefern vermag. Wenn das Gitter 2 beträcht lich negativ schwingt, wird die virtuelle Kathode und daher die Anode 6 momentan ihres Elektronenvorrates beraubt, wodurch der Ausgangsstrom vermindert wird.
Der Ausgangsstrom des Modulators schwankt somit gemäss den Schwingungen der Quelle 82, .so .dass ,die wechselnde Spannung der Quelle 82 die wechselnde Spannung der Quelle Si in der Röhre moduliert. Das Mo dulationsprodukt erscheint im Ausgangskreis der Röhre.
Die Elemente der Röhre, ausser der wirk lichen Kathode, können als in zwei Gruppen geordnet betrachtet werden; erstens in die Elemente 4, 5 und 6, der Quelle 8i zuge ordnet; und zweitens in die Elemente 2 und 3, welche der Quelle S'2 zugeordnet sind.
Die Elemente in jeder Gruppe sind ge genseitig benachbart, aber alle Elemente der Gruppe (1) liegen ausserhalb derjenigen der Gruppe (2).
Es ist möglich, die Leistung des Modu- lators durch Wahl der negativen Vorspan- nung, die an .das äussere Steuergitter .1 an gelegt wird, über einen weiten Bereich zu steuern. Es wird beobachtet, dass diese Art der Steuerung den Oszillatoi-teil des Systems nicht wesentlich beeinflusst, weil das Gitter 4 unfähig ist, den Elektronenstrom zur Oszillatoranode 3 abzuschneiden.
Fig. 2 zeigt ein Oszillator-Modulator- system, das in einer Sendeeinrichtung für drahtlose Telephonie gebraucht werden kann und .das ähnlich demjenigen der Fig. 1 ist. Die Röhre 10, die in Fig. 2. gezeigt wird, ist ähnlich der Röhre 10, der Fig. 1. Zur Bezeichnung der Elemente, welche in beiden Figuren ähnlich sind, sind gleiche Bezugs zeichen gebraucht. An Stelle der Weohsel- spannungsquelle 82 der Fig. 1 ist ein rück gekoppeltes Schwingungssystem vorgesehen.
Dieses Sehwingungssystem enthält eine Spule 15 parallel zu einem Kondensator 16, der mit einem Ende an Erde und mit dem andern Ende über einen Blockierungskonden- sator 17 an das innere Gitter 2 geschaltet ist. Ferner weist es zwischen dem Schirm gitter 3 und der Batterie 12 eine .Spule 18 auf, welche mit der Spule 15 gekoppelt ist. Die .Spule 18 koppelt genügend Energie zu- rück, um die Schwingungen auf einer ge nügend hohen Amplitude zu erhalten.
Fein Mikrophon. 19 liefert eine Audio- frequenz, ,die auf da.s äussere Gitter 4 über einen Eingangstransformator 201 aufgedrückt wird. Diese Au.diofrequenz an dem äussern Gitter dient zur Modulierung der Schwingun gen in der Röhre.
Die modulierten Radiofrequenzzeichen werden über einen Ausgangstransformator 22 auf eine Antenne 21 aufgedrückt.
Die Wirkungsweise des Systems, kann oft. verbessert werden, wenn man das Audio- frequenz-Steuergitter so, konstruiert, dass Ver zerrungsfreiheit besteht, das heisst wenn "linear"-Modulation für jeden Modulations- grad vorhanden ist.
Verzerrungsfreie Modu lation wird für irgendeinen Modu'lations- gxad erreicht, wenn eine lineare Beziehung zwischen der Vorspaünung des Modulations- gitters und der Steilheit der Anodenstram- charakteristik besteht. Die an dieses Gitter angelegte Vorspannung soll denjenigen Wert haben, der ungefähr ,dem mittleren Punkt des linearen Teils der Charakteristik ent spricht.
Dies, erfordert ein Gitter, welches ein nicht gleichmässiges Gitterma:schennetz hat. Die genaue Veränderung der Gitterzwi schenräume kann für irgend eine Röhren type am besten durch Versuch festgestellt werden.
Es ist oft wünschenswert, dass das innere Steuergitter 2,I an das die Trägerfrequenz schwingungen angelegt sind, so konstruiert wird, dass verzerrungsfrreie Verstärkung ent steht.
Es ist bekannt, Üass verzerrungsfreie Verstärkung eine solche Konstruktion des Steuergitters erfordert, dass eine lineare Be ziehung zwischen Gittervorspannung und Anodenstrom besteht, -das heisst eine kon stante Steilheit. Diese Art der verzerrungs freien Verstärkungschareakteristik kann gleichfalls durch die Auswahl des Gitterzwi schenraumes erreicht werden.; der geeignete Zwischenraum kann leicht durch Versuch festgesteint werden.
Im Falle, dass das System wie ein "Clans C"-Verotärker betätigt wird', wird das Trä- gerfrequenzgitter mit einer beträchtlich hö herer negativen Vorspannung (Arbeitspunkt ausserhalb des Knickes) belegt; die Anoden- kreisleistungsfähigkeit ist in diesem Falle recht hoch.
Fig. 3 zeigt eine Abänderung des Systems nach Fig. 2; die Röhre 10 in Fig. 3 arbeitet nur wie ein Modulator. Iri .dieser Anordnung dient die Röhre nicht zur Schwingungser zeugung. Die Trä-genechwingung wird von einer äussern Quelle 2,3@ erzeugt und an das äussere Steuergitter 4 angelegt. Die Audio- frequenz vom Mikrophon 19 wird auf das innere Gitter 2 aufgedrückt.
Abgesehen von der Vertauschung der Radiofrequenz und Audiofrequenz an den Steuergittern 2 und 4 ist die Arbeit sonst derjenigen indem System der Fig. 2 ähnlich. Die Modulatorröhre ist auf dieselbe Weise an die Antenne 21 gekoppelt. Die Funktionen der Steuergitter und ebenso die Massnahmen zur Erreichung der Verzerrungsfreiheiten sind vertauscht.
Auch Pentodenröhren sind brauchbar (wobei der Schirm 5 wegzulassen ist); beste Resultate sind, jedoch mit Hexoden erzielbar. In den Fig. 2 und 3 kann .das Gitter 2 gleich förmig oder ungleichförmig gewickelt sein. Ein gleichmässiges Maschennetz ist für "Class C"-Verstärker zu bevorzugen. Die Schirme 3 und 5 sind vorzugsweise feinmaschig aus zuführen.
Die Spannungen an Gitter 4, Schirmgit ter 5 und Anode 6 sind vorzugsweise so zu wählen, dass der durchschnittliche Anoden strom niedriger als die Hälfte des durch schnittlichen Schirmgitterstromes oder niedri ger als ein Drittel des durchschnittlichen Kathodenstromes ist, wobei der Kathoden strom im wesenHichen die Summe ,des Schirm- und Anodenstromes ist. Durch dieses Verhältnis wird erzielt, dass der Anoden wechselstrom einen vernachlässigbaren Ein fluss auf die Leistung des Oszllatorkreises hat.