DE951015C - Demodulationsschaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

AUSGEGEBEN AM 18. OKTOBER 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21a⁴ GRUPPE 29oi INTERNAT. KLASSE H03d

E 9508 VIIIa 121 α±

Eric John Gargini, Yiewsley, West Drayton, Middlesex (Großbritannien)

ist als Erfinder genannt worden

Electric & Musical Industries Ltd., Hayes, Middlesex (Großbritannien)

Demodulationsschaltung

Patentiert im Gebiet der Bundesrepublik Deutschland vom 8. September 1964 an

Patentanmeldung bekanntgemadit am 24. November 1965

Patenterteilung bekanntgemadit am 27. September 19G6

Die Priorität der Anmeldungen in Großbritannien vom 8. September 1953 und 27. August 1954

ist in Anspruch genommen

Diese Erfindung bezieht sich auf Schaltungen zur Gleichrichtung modulierter, insbesondere amplitudenmodulierter Trägerschwingungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Gleichrichterschaltung sowohl Störungen zu unterdrücken als auch eine wesentliche Verstärkung der gleichgerichteten Schwingungen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß enthält eine Gleichrichterschaltung zwei Kapazitäten, deren erste von einer angelegten Trägerschwingung und deren zweite vorzugsweise über eine Diode von der ersten Kapazität aufgeladen wird, sowie einen Rückkopplungsweg, über den eine vorzugsweise durch einen Kathodenverstärker von der zweiten Kapazität abgeleitete Spannung der ersten Kapazität derart zugeführt wird, daß die zweite Kapazität in Abhängigkeit von den aufeinanderfolgenden Perioden der Trägerschwingung auf eine Spannung aufgeladen wird, die größer als die Amplitude der Trägerwelle ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er- ap findung ist die zweite Kapazität so mit einem Ableitungsweg versehen, daß die an ihr stehende Spannung einen von der Augenblicksamplitude der empfangenen Trägerschwingung abhängigen Gleich-

gewichtswert annimmt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind Mittel vorgesehen, die diesen Kondensator periodisch immer wieder auf eine bestimmte Spannung entladen.

Zur näheren Erläuterung wird die Erfindung an Hand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.

Bei der Schaltung nach Abb. ι wird eine amplitudenmodulierte Trägerwelle, die an der Induktivität ι Hegt, der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung zugeführt, die aus den Kondensatoren 2 und 3 und den Gleichrichtern 4 und 5 besteht. Statt der dargestellten Röhrengleichrichter können auch Kristalldioden verwendet werden. Die sich am Kondensator 3 ausbildende Spannung wird dem Steuergitter einer Röhre 6 zugeführt, die durch den Widerstand 7 in ihrer Kathodenleitung als Kathodenverstärker arbeitet. Die dadurch an der Verbindung der Widerstände 7 und 9 auftretende Spannung wird der Anode des ao Gleichrichters 4 und damit der Kapazität 2 als Rückkopplungsspannung zugeführt. Weiterhin wird die Verbindungsstelle des Kondensators 3 und des Gleichrichters 5 über einen Entladungsschalter 12 in der Form einer Diode dem Abgriff eines Potentiometers 13 verbunden, das dem Anodenwiderstand einer Röhre 14 parallel geschaltet ist. Die Röhre 14 bildet mit einer weiteren Röhre 15 eine Multivibratorschaltung 17 an sich bekannter Art, bei der jedoch dem Anodenwiderstand 19 der Röhre 14 ein Kondensator 18 parallel geschaltet ist. Wenn z. B. eine videomodulierte Trägerwelle hoher Frequenz, z. B. 200 MHz, am Eingang der Gleichrichterschaltung liegt, so tritt an der Verbindungsstelle der Widerstände 7 und 9 die gleichgerichtete und verstärkte Modulationsschwingung auf, die über eine Serieninduktivität 20 abgegriffen werden kann. Zur Erzeugung einer automatischen Gittervorspannung ist das Steuergitter der Röhre 6 über die Widerstände 8 und 9 mit der Kathode dieser Röhre verbunden, wobei der Widerstand 9 in bekannter Weise durch eine Kapazität überbrückt sein kann. Der Kondensator 2 und die Gleichrichter 4 und 5 sind zur Gammasteuerang im Falle des Fernsehempfanges über einen Widerstand 10 mit dem Abgriff eines Potentiometers 11 verbunden. Bei der Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Abb. 1 sei angenommen, daß der Kondensator 3 zu Beginn entladen ist. Die erste negative Halbwelle der Trägerschwingung öffnet den Gleichrichter 4 und lädt damit den Kondensator 2 annähernd auf die Spitzenamplitude dieser Trägerhalbwelle auf, wobei die rechte Elektrode des Kondensators 2 gegen die linke Elektrode positiv wird. Während der nächsten Halbwelle der Trägerschwingung, die in positiver Richtung geht, wird der Gleichrichter 5 geöffnet, und der Kondensator 2 entlädt sich dadurch in den Kondensator 3 und bewirkt dabei einen positiven Spannungsanstieg an diesem Kondensator und damit auch am Steuergitter der Röhre 6. Die Eingangsimpedanz dieser Röhre ist sehr groß, und ihre Kathodenspannung folgt ,der Steuergitterspannung. Die an der Verbindung der Kathodenwiderstände 7 und 9 gemessene Spannungsänderung wird als positive Rückkopplung der Anode des Gleichrichters 4 zugeführt, um die rechte Elektrode des Kondensators 2 annähernd auf die Spannung der besagten Verbindungssteile zu halten. Während der nächsten negativen Halbwelle der Trägerschwingung steigt die Spannung der rechten Elektrode des Kondensators 2 erneut gegen die der linken Elektrode an, wobei sich dieser Spannungsanstieg dem Potential der Verbindungssteile der Widerstände 7 und 9 überlagert. Bei der folgenden positiven Trägerhalbwelle erhält der Kondensator 3 daher eine zweite Spannungserhöhung von annähernd gleicher Amplitude wie bei der ersten positiven Halbwelle. Durch die Wiederholung dieses Vorgangs entsteht an der Steuerelektrode der Röhre 6 und damit am Ausgang der Schaltung ein stufenförmiger Spannungsverlauf. Die Höhe der einzelnen Stufen entspricht der jeweiligen Amplitude der angelegten Trägerwelle. Während dieses Vorgangs ist die Diode 12 durch eine positive Spannung an ihrer Kathode gesperrt, da die Röhre 14 der Multivibratorschaltung nicht leitet. In periodischen Intervallen wird jedoch die Multivibratorröhre 14 geöffnet, so daß durch die Verminderung der Spannung an ihrer Anode und damit an der Kathode der Diode 12 diese die Kondensatoren 2 und 3 entlädt. Damit ist der stufenförmige Spannungsanstieg beendet, und ein neuer Anstieg beginnt wieder durch Sperrung der Multivibratorröhre 14. Die Röhre 14 ist jeweils nur für eine sehr kurze Zeitdauer geöffnet, so daß die Ausgangsspannung an der Verbindung der Widerstände 7 und 9 aus einer stufenförmigen Schwingung besteht, bei der jede Periode dieselbe Stufenzahl aufweist, wobei die erreichte Endamplitude gemäß den verschiedenen Stufenhöhen der Modulation der Trägerwelle entspricht.

Abb. 2 a zeigt einige aufeinanderfolgende Perioden einer solchen Stufenschwingung und die der Modulation entsprechende Umhüllungskurve 21. Bei einer Trägerfrequenz von etwa 200 MHz wählt man die Frequenz des Multivibrators 17 in der Größenordnung von z. B. 5 MHz, nämlich höher als die höchste Bildfrequenz. Verwendet man eine Schwingungsform nach Abb. 2 a zur Steuerung des Elektronenstrahls einer Bildwiedergaberöhre, so erscheint das Bild als eine Folge von Punkten, die eine höhere Frequenz als die höchste Bildfrequenz haben, mit der Wirkung, daß die Zeilenstruktur des Bildes verringert wird.

Der Kondensator 3 hat eine Kapazität, die kleiner oder vergleichbar mit der des Kondensators 2 ist, und lädt sich während jeder Ladungsperiode auf eine Spannung auf, die größer als die Amplitude der Trägerwelle ist, wenn diese Amplitude sich während einer Ladungsperiode nicht stark ändert. Daher arbeitet die Schaltung mit einer Verstärkung, die der Anzahl der Perioden der Trägerwelle während einer Ladungsperiode proportional ist. Es ist erwünscht, daß die Kapazität 3 größer als die Steuergitterkathodenkapazität der Röhre 6 ist.

Da die beschriebene Gleichrichterschaltung über mehrere aufeinanderfolgende Perioden der Trägerwelle integriert, schwächt sie die auftretenden Störimpulse. Eine weitere Schwächung der Störimpulse großer Amplitude wird durch den Kondensator 18 erzielt, der in Verbindung mit dem Anodenwiderstand 19

eine Sägezahnschwingung mit positivem Spannungsanstieg an der Anode der Röhre 14 erzeugt. Der Anstieg dieser Sägezahnschwingung ist gerade etwas steller als der mittlere Anstieg der stufenförmigen Schwingung am Kondensator 3 bei maximaler Amplitude der empfangenen Trägerwelle. In diesem Fall ist die Sperrspannung an der Röhre 12 immer klein, so daß ein Störimpuls großer Amplitude den Spannungsanstieg an dem Kondensator 3 wesentlich erhöht und damit die Röhre 12 einschaltet, die dadurch den Störimpuls begrenzt. Eine ähnliche Wirkung tritt auch ein, wenn die Trägerwelle eine kleine Amplitude hat, da die Vorspannung der Röhre 12 während der Erzeugung der stufenförmigen Schwingung fortschreitend erhöht wird. Abb. 2 b zeigt einen Teil der Sägezahnschwingung, die an der Kathode der Röhre 12

liegt und durch die Dauer der kurzen Sägezahnflanken die Entladungszeit des Kondensators 3 bestimmt.

Für eine Gammasteuerung ist ein Potentiometer 11 vorgesehen, dessen Abgriff auf eine Spannung eingestellt werden kann, die entweder über oder unter dem statischen Potential der Verbindungsstelle von 9' und 7 liegt. Die Aufladung oder Entladung des Kondensators 2 erfolgt daher in Abhängigkeit von der Einstellung des Potentiometers und des Modulationspegels mit einer Zeitkonstanten, die durch die Widerstände 10, 11 und den Kondensator 2 bestimmt ist, und erhöht oder vermindert die Höhe der einzelnen Stufen jeder Ladungsperiode. Die dadurch bewirkte relative Erhöhung oder Verminderung der Verstärkung verschiedener Bildamplituden ergibt eine Gammasteuerung. Weiterhin kann die Gijte der Kontrastregelung durch die Einstellung von 11 geregelt werden. Der Widerstand 10 kann auch weggelassen werden, wenn man gleichzeitig verhindert, daß der Abgriff bis an die Enden des Potentiometers 11 verschoben werden kann.

Abb. 3 zeigt eine Schaltung, deren Verstärker gegenüber der Schaltung nach Abb. 1 durch eine weitere Verstärkerröhre 22 erhöht wird. Das Steuergitter dieser Röhre ist über einen Kondensator mit der Anode der Röhre 6 verbunden, so daß die Ausgangsspannung an der Anode der Röhre 22 wegen des Anodenwiderstandes 23 eine verstärkte Form der am Steuergitter der Röhre 6 liegenden Stufenschwingung darstellt. Diese Ausgangsspannung der Röhre 22 wird über ein Verzögerungsnetzwerk 24 und den Kondensator 3 dem Steuergitter der Röhre 6 zugeführt und verursacht dadurch eine verzögerte Rückkopplung. Teilt man z. B. die Entladungsperiode in fünf Zeitabschnitte ein und wählt die Verzögerungszeit gleich der Dauer eines solchen Zeitabschnitts, so setzt die »Rückkopplung« erst nach dem zweiten Zeitabschnitt ein, da wegen der Zeitverzögerung die Röhre 12 für den ersten Zeitabschnitt geöffnet bleibt. Eine Periode der Ausgangsschwingung nach Abb. 3 ist in Abb. 4 gezeigt. Durch die Wirkung der verzögerten Rückkopplung wird — wie man sieht — die Verstärkung der Gleiche richterschaltung wesentlich erhöht, da nach jedem Zeitabschnitt der mittlere Anstiegswinkel vergrößert wird.

Abb. 5 zeigt eine Schaltung zur Gleichrichtung tonmodulierter Trägerschwingungen, die im wesentlichen mit der nach Abb. ι übereinstimmt, wobei entsprechende Teile die gleichen Bezugszahlen tragen. Bei Modulation mit Tonfrequenzen kann die Frequenz, mit der der Kondensator 3 entladen wird, viel kleiner sein als bei Videomodulation. Daher ist bei einer Trägerfrequenz der gleichen Größenordnung, wie bei Abb. ι angenommen, die erreichbare Verstärkung der Gleichrichterschaltung entsprechend höher. Jedoch wird in der Schaltung nach Abb. 5 kein frei schwingender Oszillator zur Entladung des Kondensators 3 verwendet, da ein derartiger Oszillator ein Rauschen im Lautsprecher verursachen würde, das auf das Abschneiden der Trägerschwingung in- verschiedenen Schwingungsphasen zurückzuführen ist. Die Entladung des Kondensators 3 wird statt dessen durch eine Schwingung erzielt, deren Frequenz mit der der empfangenen Trägerwelle gekoppelt ist. Diese Schwingung wird in einer als Pentode gezeichneten Röhre 25 erzeugt, die einen abgestimmten Anodenkreis 26 besitzt. Die empfangene Trägerwelle Hegt am Steuergitter der Röhre 25, deren Anodenkreis 26 auf eine

Unterharmonische der Trägerfrequenz -^- abgestimmt ist. Die Ausgangsschwingung an der Anode der Röhre 25 liegt über bekannte parallel geschaltete Koppelschaltungen 29 und 30 an den Steuergittern von zwei weiteren Röhren 27 und 28. Die Röhre 28 entspricht der Röhre 12 in Abb. 1 und stellt die Entladungsröhre für den Kondensator 3 dar. Die Rohre 27 ist ein nicht linearer Verstärker, der einen auf die Harmonische der Resonanzfrequenz des Kreises 26,

Jh 9S

und zwar auf (JV — ι) η- abgestimmten Anodenkreis 31 enthält. Die Anode der Röhre 27 ist in bekannter Weise über das i?C-Glied 32 auf das Bremsgitter der Röhre 25 zurückgekoppelt. Wenn die Schaltung in eingeschwungenem Zustand arbeitet, modulieren die am Bremsgitter der Röhre 25 liegenden

Schwingungen der Frequenz (JV — 1) — die empfangenen Trägerwellen der Frequenz f_h, so daß im Anodenkreis 26 der Röhre 25 eine Stromkomponente

der Schwebungsfrequenz -^- auftritt. Daher entstehen am abgestimmten Kreis 26 Spannungsänderungen dieser Frequenz, die gleichzeitig am Steuergitter der Röhre 28 liegen und den Kondensator 3 periodisch entladen.

In dem beschriebenen Beispiel der Abb. 5 werden die an der Kathode der Röhre 6 stehenden gleichgerichteten Ausgangssignale der Schwingspule 33 des Lautsprechers 34 über einen Transformator 35 zugeführt, dem ein bekanntes Tiefpaßfilter 36 nachgeschaltet ist. Der Transformator 35 bildet zugleich die Kathodenimpedanz der Röhre 6 und muß bei der Entladungsfrequenz des Kondensators 3 eine optimale Kathodenbelastung bei gegebener Ausgangsleistung darstellen. Da der Transformator für Schwingungen der Entladungsfrequenz bemessen sein muß, kann die erforderliche Impedanz durch eine relativ niedrige Bemessung seiner Induktivität erzielt werden, so daß der Transformator also relativ billig, ausgeführt sein kann. Weiterhin ist der Ausgangswiderstand des

Transformators bei Tonfrequenz sehr gering, was für die Dämpfung von eventuellen Resonanzen erwünscht ist.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Schaltungen, bei denen die Rückkopplung für den Gleichrichter 4 zur Einstellung des Modulationspegels von einer Kathodenverstärkerröhre erzielt wird, sondern kann auch mit anderen bekannten Rückkopplungsschaltungen betrieben werden. Zum Beispiel kann die

ίο Kathodenverstärkerschaltung der Röhre 6 durch einen zweistufigen Verstärker ersetzt werden, bei dem die Anode der ersten Röhre mit dem Steuergitter der zweiten Röhre gekoppelt ist und der Ausgang von der Anode der zweiten Röhre abgenommen wird.

Dabei kann die Rückkopplung für den Gleichrichter 4 z. B. von einem Spannungsteiler abgegriffen werden, der parallel zum Ausgang geschaltet ist.

In den bisher gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird der Kondensator 3 über eine Schalt-

ao anordnung, z. B. die Diode 12 in Abb. 1, periodisch auf einen bestimmten Pegel entladen. Abb. 6 zeigt ein abweichendes Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem die Schalterdiode 12 und die zugehörige Schaltung weggefallen sind und bei dem zur Entladung des

as Kondensators 3 die Gleichrichter 4 und 5 durch Ableitwiderstände 37 und 38 überbrückt sind. Die gleichgerichtete Schwingung wird an einem Transformator39 abgenommen. In dieser Form der Erfindung lädt sich der Kondensator 3 auf eine Gleichgewichtsspannung auf, deren Höhe der Modulation entspricht. Die Zeitkonstante des Kondensators 3 und der Serienschaltung der Widerstände 37 und 38 muß ausreichend kurz sein, damit die Ausgangsspannung der Modulation folgen kann. Dies bringt zwar, verglichen mit Abb. 1, einen gewissen Verlust an Verstärkung mit sich, verringert jedoch neben einer Ersparnis an Schaltungselementen die Störungen, die sonst durch Ausstrahlung des Multivibrators oder eines sonstigen für die Steuerung des Schalters 12 verwendeten Oszillators auftreten würden. Für die verschiedenen Bestandteile einer Schaltung nach Abb. 6, die zur Gleichrichtung einer durch tonfrequente Signale modulierten Trägerwelle von 28 MHz dienen soll, sind z. B. folgende Werte geeignet:

Kondensator 2 330,0 pF

Kondensator 3 20,0 pF

Kondensator 40 0,1 μ¥

Kondensator 42 11,0 μΈ

Widerstand 37 1,0 MOhm

Widerstand 38 100,0 kOhm

Widerstand 9 130,0 Ohm

Widerstand 41 1,0 kOhm

Eingangsscheinwiderstand des
Transformators 9 bei Modu-

lationsfrequenz 3,0 kOhm

Ausgangsscheinwiderstand des

Transformators 9 5,0 Ohm

Positive Hochspannungsversorgung 250,0 Volt

Bei der Schaltung nach Abb. 6 vermindert sich die Vorspannung der Dioden 4 und 5 mit dem Ansteigen der Spannung an der Steuerelektrode der Röhre 6, und zwar weil zwangläufig die Kathodenspannung der Gitterspannung nicht vollständig nachfolgt. Das verursacht eine Nichtlinearität und begrenzt damit die Verstärkung der Schaltung. Höhere Verstärkung kann jedoch mit einer Schaltung nach Abb. 7 erzielt werden, in der die Kathodenleitung mit einem Abgriffpunkt der Primärwicklung des Transformators 39 verbunden ist. Die Rückkopplung zum Gleichrichter 4 wird von einem einstellbaren Abgriff an einem Spannungsteiler43 abgegriffen, der parallel zur Primärwicklung des Transformators 39 liegt. Durch geeignete Einstellung des Abgriffs an Spannungsteiler kann die rückgekoppelte Spannung mit guter Annäherung gleich der Trägerwellenamplitude gemacht werden. Obgleich die Erfindung für die Gleichrichtung amplitudenmodulierter Trägerschwingungen besonders geeignet ist, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern kann auch für die Gleichrichtung anderer Modulationsarten, z. B. von breite- oder lagemodulierten Impulsen, verwendet werden. Die Schaltung nach Abb. 7 kann z. B. mit einer Rückkopplungsamplitude arbeiten, die größer als die Trägeramplitude ist. In diesem Falle ist der Kathodenverstärker durch Vorspannung annähernd gesperrt, derart, daß die Schaltung in diesem Zustand vernarrt, solange das Eingangssignal eine vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet. Die Schaltung arbeitet dann im wesentlichen in der gleichen Weise wie die Schaltung der Abb. 6 und hat eine relativ niedrige Verstärkung. Wenn die Schwelle jedoch überschritten wird, setzt ein positiver Rückkopplungsvorgang ein, so daß nach einigen Perioden der Trägerwelle die Röhre 6 ins Sättigungsgebiet gesteuert wird. Die Schaltung arbeitet dann mit einer sehr hohen Verstärkung, bis das Signal wieder unter die Schwelle fällt. Diese Schaltung ist sehr gut zur Gleichrichtung von Trägerwellen geeignet, die mit breite- oder lagemodulierten Impulsen moduliert sind, in welchem Fall die erzielte Begrenzerwirkung erwünscht ist. Weiterhin kann durch geeignete Einstellung der Schwelle in einer solchen Schaltung auch eine brauchbare Störunterdrückung erzielt werden.

Claims (7)

105 Patentansprüche:

1. Demodulationsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kapazitäten vorgesehen sind, deren erste von einer angelegten Trägerschwingung und deren zweite, vorzugsweise über eine Diode, von der ersten aufgeladen wird, und daß ein Rückkopplungsweg vorgesehen ist, über den eine vorzugsweise durch einen Kathodenverstärker von der zweiten Kapazität abgeleitete Spannung der ersten Kapazität derart zugeführt wird, daß die zweite Kapazität in Abhängigkeit von den aufeinanderfolgenden Perioden der Trägerschwingung auf eine Spannung aufgeladen wird, die größer als die Amplitude der Trägerschwingung ist.

2. Demodulationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ableitungsweg für die zweite Kapazität vorgesehen ist, derart, daß die an ihr stehende Spannung einen von der Augenblicksamphtude der Trägerschwingung abhängigen Gleichgewichtswert annimmt.

3. Demodulationsschaltung nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur periodischen Entladung der zweiten Kapazität auf eine vorgegebene Spannung vorgesehen sind.

4. Demodulationsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur periodischen Entladung der zweiten Kapazität einen Schalter enthalten, der einerseits mit der Kapazität und andererseits mit einer Spannungsquelle verbunden ist, die den Schalter während der Ladeperioden der Kapazität sperrt, und daß die Spannung während der Ladeperioden veränderlich ist, derart, daß die Ansprechschwelle des Schalters kleiner als sonst notwendig gemacht werden kann.

5. Demodulationsschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur periodischen Entladung durch die Trägerfrequenz synchronisiert sind.

6. Demodulationsschaltung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsamplitude so eingestellt ist, daß Schwingungen erregt werden, sobald die Signalamplituden eine bestimmte Schwelle überschreiten, und daß Mittel zur Begrenzung der Amplitude dieser Schwingungen vorgesehen sind.

7. Demodulationsschaltung' nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kapazität in einer zeitverzögernden Rückkopplungsschaltung angeordnet ist.

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In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 437 493; deutsche Patentschrift Nr. 691 561; französische Patentschrift Nr. 961 732 ; Proc. I, R. E., März 1946, S. 130P bis 137P.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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