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Sprachunempfindliche Tonfrequenzsignalübertragung Bei der tonfrequenten
Signalübertragung über Fernsprechleitungen, z. B. bei der tonfrequenten Übertragung
von Ruf- und Wahlzeichen, liegt häufig die Aufgabe vor, die zum Empfang dieser Signale
benutzten Empfänger so auszubilden, daß sie auf Sprachspannungen nicht ansprechen.
Dies ist erforderlich, weil es aus Gründen der Wahltechnik zweckmäßig ist, die Empfänger
dauernd an den Fernsprechleitungen angeschaltet zu lassen.
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Es ist bekannt, im Empfänger besondere Sprachsperren vorzusehen, z.
B. wird die zur Signalübertragung verwendete Frequenz im Empfänger von den nicht
zur Signalübertragung verwendeten getrennt. Es können dann alle Sprachfrequenzen,
die nicht mit der Signalfrequenz übereinstimmen, zu einer zusätzlichen Blockierung
des Empfänger verwendet werden, wenn einmal in den Sprachschwingungen die Signalfrequenz
auftritt. Es hat sieh jedoch gezeigt, daß in der Sprache vorübergehend einzelne
Frequenzen eine so große Amplitude bekommen können, daß diese größer ist als die
aller anderen Frequenzen zusammengenommen. Bekannte Vorschläge sehen daher vor,
einige Signalfrequenzen zugleich zu verwenden. Abgesehen davon, daß auch dies keine
völlige Sprachsicherheit des Empfängers gewährleistet, wird der Aufwand für die
Empfänger sehr groß, da jede Signalfrequenz für sich empfangen werden muß. Zweck
der Erfindung ist es, diese Mängel zu beheben.
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Gemäß der Erfindung wird sendeseitig eine etwa in der Mitte des zur
Verfügung stehenden Frequenzbandes liegende Frequenz periodisch für kurze Zeit eingeschaltet,
so daß einzelne Wellenzüge mit verhältnismäßig kleiner Einschwingzeit entstehen.
Da solche Wellenzüge ein ganz bestimmtes Frequenzspektrum
darstellen,
ist es äußerst unwahrscheinlich, daß dieses in der Sprache in der gleichen Zusammensetzung
enthalten ist. Auch bei großen Phasen- und Laufzeitverzerrungen der Übertragungsleitung
bleibt die Form der Hüllkurve sehr gut erhalten., Der Empfänger ist dabei so auszubilden,
daß das Empfangsrelais nur auf die die Signale darstellenden Impulse anspricht.
Dies kann z. B. durch Differentiations- oder Kippschaltungen oder auch Kombinationen
von beiden erreicht werden. Der Signalempfänger wird dann fast völlig sprachsicher
sein, da er im Prinzip wie ein auf sehr zahlreiche zugleich ausgesendete Signalfrequenzen
abgestimmter Empfänger arbeitet.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der in den Fig.
i bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Signalempfängers ist in Fig. i dargestellt.
In der Röhre i werden die in Fig. 2, obere Reihe, dargestellten Impulse verstärkt.
Benutzt man als Frequenz der kurzseitig ausgesendeten Schwingung z. B. i 5oo Hz
und als Bereich z. B. je iooo Hz nach oben und unten gerechnet, so wird der verstärkte
und in 2 gleichgerichtete Impuls i ms breit (s. Fig. 2, mittlere Reihe). Nach Passieren
des Tiefpasses 3, der eine Grenzfrequenz von etwa 3ooo Hz hat, sieht der Impuls
wie in Fig. 2, dritte Reihe, gezeichnet aus. Er wird dann z. B. mittels einer Induktivität
4 differenziert und die entstehende Spannung (s. Fig. 2 unten) mit einer negativen
Gegenspannung 5 in Reihe geschaltet. Die sie überragenden positiven Spannungsspitzen
werden durch die Gleichrichterkondensatoranordnung 6 verlängert, in der Röhre 7
verstärkt und nach Passieren des auf die Impulsfolgefrequenz, z. B. Zoo Hz abgestimmten
Resonanzkreises bzw. Filters 8 im Gleichrichter 9 gleichgerichtet. Der so entstehende
Gleichstrom betätigt das Empfangsrelais io. Die Gleichspannung 5 kann durch Gleichrichtung
eines entsprechenden Anteils der von Röhre i abgegebenen Wechselstromleistung gewonnen
werden. Das hat den Vorteil, daß in diesem Fall bei Pegelschwankungen der Eingangsspannung
des Empfängers, die entsprechende Schwankungen der differenzierten Spannung zur
Folge haben, die Gegenspannung 5 sich in gleicher Weise verändert, so daß der Empfänger
auch bei schwankenden Eingangspegeln richtig arbeitet.
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Gelangen Sprechspannungen an den Empfängereingang, so sind die hinter
der Differenzierschaltung 4 entstehenden Spannungsspitzen wesentlich geringer als
die durch die Signalimpulse bedingten, da deren Flankensteilheit größer als diejenige
der in der Sprache vorkommenden Modulation ist. Infolgedessen bleiben diese Spannungsspitzen
unterhalb der Gegenspannung 5, und die Röhre 7 bekommt überhaupt keine Eingangsspannung;
man wird so auch praktisch frei von Störspannungen. Einzelne in der Sprache enthaltenen
Sinusspannungen, z. B. iooo Hz, erzeugen hinter der Differenzierschaltung zwar große
Spannungsspitzen (da die Halbperiode von iooo Hz nur 0,5 ms beträgt, erhält
letztere in diesem Fall Impulse von o,5 ms Dauer), der entstehende Wechselstrom
(200o IIz) ist jedoch von Zoo Hz so stark verschieden, daß er durch den Resonanzkreis
8 gesperrt wird und das Empfangsrelais nicht ansprechen kann.
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Wird noch eine zusätzliche Sprachsperrung für das Empfangsrelais io
vorgenommen, so kann sie hinter der Röhre i abgezweigt und der nicht zur Impulsübertragung
benötigte Frequenzbereich, z. B. 3oo bis 5oo, ausgenutzt werden. `'Wirksamer kann
diese Sprachsperrung gemacht werden, wenn man einen breiteren bzw. längeren Impuls
wählt, z. B. 2 ms lang, der also nur den Frequenzbereich von z. B. iooo bis --ooo
Hz oder z. B. i5oo bis 25oo Hz einnimmt; dann kann der ganze untere Bereich von
3oo bis iooo bzw. i5oo Hz für die Sprachsperrung ausgenutzt werden.
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Gemäß der weiteren Erfindung kann die Unterscheidung der Impulse von
Spannungen anderen Verlaufs auch durch Schaltungen vorgenommen werden, die nur beim
Anlegen kurzzeitiger Spannungen, d. h. von Impulsen, richtig arbeiten, insbesondere
durch eine Kippschaltung. Ihr Prinzip sei an Hand der Fig. 3 erläutert. Steht der
Schalter 12 nach oben, so bleibt bei 13 die Impulsfolge positiv, steht er nach unten,
so ist sie negativ. Wird er nach jedem Impuls umgepolt, so ergibt sich bei 13 die
in Fig. 4 oben gezeichnete Impulsfolge. Wird z. B. durch den Impuls 14 die erste
Röhre einer unselbständigen Kippschaltung i9 (Multivibrator), von der in diesem
Fall nur das Gitter der ersten Röhre leerausgeführt ist, durchlässig bzw. die zweite
gesperrt, so wird durch den darauffolgenden negativen Impuls 15 die erste Röhre
gesperrt und die zweite durchlässig, d. h. der Anodenstrom 11 der ersten
Röhre sieht wie in Fig. 4 mitte und der Anodenstrom 1, von der zweiten Röhre
wie in Fig. 4 unten gezeichnet aus. Der Schalter 12 kann nur durch diese Stromstöße
betätigt werden. Er kann z. B. aus der bekannten Ringmodulatorschaltung (s. Fig.
3 unten) bestehen, bei der als Träger der Wechselstromanteil des Stromes Il bzw.
12 verwendet wird, wobei abwechselnd die beiden äußeren oder inneren Gleichrichter
durchlässig werden. Die in den Anodenströmen 11
und 1, enthaltene Grundfrequenz
wird durch den Resonanzkreis 16 ausgesiebt, in 17 gleichgerichtet und betätigt das
Empfangsrelais 18.
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Würde an eine solche Schaltung nicht ein kurzer Impuls, sondern eine
etwas länger dauernde Spannung angelegt werden, so würde diese kurz nach ihrem Beginn
umgepolt werden. Hierauf würde die Kippschaltung wieder zurückkippen, da die noch
andauernde Spannung wie der obenerwähnte zweite Impuls 15 wirken würde, d. h. die
Kippschaltung würde mit einer ihren Nachwerk- und Ansprechzeiten u. dgl. entsprechenden
Frequenz schwingen, und die Grundfrequenz ihrer Ausgangsspannung würde nicht mehr
der Grundfrequenz der angelegten Spannung, d. h. der Imhulsfolgefrequenz, entsprechen.
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Ein Ausführungsbeispiel eines nach dem Prinzip
der
Fig. 3 aufgebauten Signalempfängers zeigt Fig.5 oben. Nachdem die empfangenen Impulse
von z. B. 2 ms Dauer in der Röhre 45 verstärkt, durch das Filter 46 (Frequenzbereich
z. B. i5oo bis 2500 Hz) geleitet, in 47 gleichgerichtet und im Tiefpaß 48,
der z. B. eine Grenzfrequenz von 50o Hz hat, gesiebt worden sind, betätigen sie
die an Hand Fig. 3 erläuterte Kippschaltung 49. Deren Stromstöße (s. Fig.4 unten)
gelangen zum Resonanzkreis 5o, der eine Resonanzfrequenz von z. B. ioo Hz hat, wenn
die Impulsfolgefrequenz Zoo Hz ist, d. h. der Abstand der Impulse 5 ins beträgt
(vgl. Fig. 2 halbunten). Die entstehende Sinusschwingung wird in 5i gleichgerichtet
und betätigt das Empfangsrelais 52. Eine solche Schaltung würde nur in dein in Fig.
5, unten dargestellten Fall fälschlich ansprechen, nämlich wenn zwei Frequenzen
(Schwebung) in einem Abstand von Zoo Hz innerhalb des Bereiches 1500 bis
2500 Hz vorhanden sind, und zwar finit einer Amplitude, die gerade dem llnsprechwert
der Kippschaltung 4 entspricht. Diese würde dann z. B. in den Punkten 53, 54 und
55 ansprechen. Hinter der Röhre 45 wird mittels des Filters 56 der Frequenzbereich
30o bis i5oo Hz zu einer zusätzlichen Sprachsperrung ausgenutzt, indem die entsprechenden
Sprachfrequenzen in 57 gleichgerichtet und als Gegenamperewindungen auf das Empfangsrelais
52 gegeben werden.
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Besonders einfache Ausführungsbeispiele einer Kippschaltung zeigen
die Fig. 6 und 7. Angenommen, das sehr schnell ansprechende polarisierte (Telegrafen-)
Relais 30 in Fig. 6 hat nach dem oberen Kontakt umgelegt. Dann hält es sich
über die Haltewicklung 31 selbst. Der Haltestrom 32 durchfließt außerdem die Schaltung
23, die der gleiche Umpoler ist, wie in Fig. 3 unten gezeichnet. An den Eingang
33 ist die Impulsspannung (s. Fig. 6 unten) geführt. Der Impuls 2 i wird durch den
Umpoler so an die Wicklung 3o herangeführt, daß der entsprechende Strom sie entgegen
dem Haltestrom durchfließt. Hierdurch wird das Relais nach unten umgelegt und hält
sich in der neuen Lage wieder selbst, da der Haltestrom 25 die Hilfswicklung 3 i
entgegeng°setzt zu dem dann unterbrochenen Strom 32 durchfließt. Das gleiche ist
auch bei dem Umpoler 23 der Fall, so daß der nächste Impuls 24 umgepolt wird und
das Relais wieder nach oben umlegt usw. Die Ströme 32 und 25 werden durch den LJbertrager
26 abgenommen und nach Passieren eines Filters 27 und Gleichrichttnig in 28 zum
Betätigen des eigentlichen Empfangsrelais 29 verwendet. Damit während der Umschaltzeit
des Relais 30, die z. B. i ms betragen. kann, die Umpolschaltung noch nicht beginnt
umzupolen, kann ihr der Kondensato: 22 parallel geschaltet werden, der sich dann
111 23 entlädt. Die L'Tinpolschaltttitg 23 kann ebenfalls durch ein Relais
ersetzt werden. 1ü Fig.7 ist ein entsprechendes :1asführungsbeispiel gezeichnet.
Das Relais 36 legt abwechselnd nach oben und unten um, wobei es sich selbst durch
den Haltestrom 37 hält und znglei:li auch die lnipulsspannung, die am Eingang
38 liegt, iimli()lt. I)cr 1-laltestrotn 37 und auch die Impulsströme durchfließen
außerdem im oberen Zweig die Wicklung des Relais 39, das dann im Takt der Umschaltungen
des Relais 36 erregt wird, so daß an seinem Kontakt die Wechselstromleistung abgenommen
werden kann, die über den Bandpaß 4o und den Gleichrichter 41 das Empfangsrelais
42 betätigt.
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Die Schaltung eines Signalempfängers, bei dem die Unterscheidung der
Impulse von der Sprachspannung durch Differenzieren (vgl. Fig. i) vorgenommen wird
und bei der zugleich auch von der Kippschaltung Gebrauch gemacht wird, wodurch sich
ein besonders geringer Aufwand bei größter Sprachsicherheit ergibt, zeigt Fig. e
links. Die empfangenen Impulse von z. B. 2 ms Dauer werden nach Verstärkung in der
Röhre 6o in der Gleichrichterschaltung 61 gleichgerichtet, im Filter 62, das z.
B. eine Grenzfrequenz von 50o Hz hat, gesiebt und durch die Induktivität 63 differenziert.
Die entstehenden Spannungsstöße werden in den durch die Gleichspannung 64 in Sperrichtung
vorgespannten Gleichrichtern 65 gleichgerichtet und betätigen über den Übertrager
66 eine Relaiskippschaltung, wie sie z. B. in Fig. 7 dargestellt ist und die über
den Resonanzkreis 67 und die Gleichrichter 68 das Empfangsrelais 69 erregt. Im Anodenkreis
der Röhre 6o liegt ferner das Filter 7o, das den nicht zur Übertragung der Impulse
erforderlichen Frequenzbereich, z. B. 30o bis 150o Hz, umfaßt. Wenn Sprechspannungen
am Empfängereingang liegen, entsteht am Filterausgang eine Spannung, die in 71 gleichgerichtet
wird und zur Sprachsperrung dienen kann, indem sie in Reihe mit beispielsweise der
Haltespannung 72 oder der Gleichrichtervorspannung 64 geschaltet wird, und zwar
so, daß sie diese Spannungen vergrößert. In Fig. 8 rechts ist ein unmittelbarer,
gleichstrommäßiger Anschluß der Relaiskippschaltung an die Differenzierschaltung
dargestellt. Wenn die Drossel 73 sehr niederohmig ist, stören sich die beiden Gleichspannungen
64 und 72 gegenseitig in ihrer Wirkung nicht.