DEN0008314MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 16. Januar 1954 Bekanntgemacht am 21. Juni 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen von mit einem Modulationssignal frequenzmodulierten Schwingungen mit einer Oszillatorröhre, die über einen Rückkopplungskreis mit einem phasendrehenden Netzwerk rückgekoppelt ist, das aus Widerständen und gleichartigen Reaktanzen (entweder Kondensatoren oder Induktivitäten) zusammengesetzt ist.

Die Erfindung ist besonders wichtig bei Übertragungssystemen, bei denen eine hohe Frequenzstabilität bei großem Frequenzhub verlangt wird, z. B. bei mit Trägerwellen arbeitenden Frequenzden ist, die bei Frequenzverschiebungen von beispielsweise 70 Hz einen Frequenzabstand von beispielsweise 120 bis 150 Hz aufweisen. Ein Verlaufen der Frequenz von beispielsweise wenigen Hz der durch Telegraphiesignale gesteuerten Oszillatorschaltungen bewirkt dabei bereits eine beträchtliche Zeichenverzerrung und eine beträchtliche Steigerung des Übersprechens auf benachbarte TeIegraphiekanäle.

Hierzu wird bemerkt, daß es bei einem frequenzmodulierten Sender mit einer rückgekoppelten Oszillatorröhre bereits bekannt ist, einen Hauptrück-

verschiebungstelegraphiesystemen, wo eine Anzahl j kopplungskreis und einen Hilfsrückkopplungskreis nebeneinanderliegender Telegraphiekanäle vorhan- anzuwenden, wobei der Hilfsrückkopplungskreis

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einen vom Modulationssignal gesteuerten Amplitudenmodulator enthält und die dem Amplitudenmodulator entnommene Hilfsrückkopplungsspannung gegenüber der Spannung im Hauptrückkopplungskreis um 90⁰ phasenverschoben ist, während die Ausgangsspannung des Hilfsrückkopplungskreises auf den Hauptrückkopplungskreis einwirkt. , . ■ ·

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der

ίο obenerwähnten Art, bei der ' die angegebenen schwierigen Forderungen auf eine besonders einfache Weise erfüllt werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator auf an sich bekannte Weise von einem Hilfsrückkopplungskreis mit einem durch das Modulationssignal gesteuerten Amplitudenmodulator versehen ist, wobei die dem Amplitudenmodulator entnommene Hilfsrückkopplungsspannung gegenüber der Rückkopp lungsspannung im Hauptrückkopplungskreis um etwa 9.0⁰ phasenverschoben ist, während weiterhin die Hilfsrückkopplungsspannung der Anzapfung eines Querwiderstandes im Hauptrückkopplungskreis zugeführt wird.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine Beeinflussung der Frequenzstabilität durch den Hilfsrückkopplungskreis vermieden: Die Frequenzstabilität wird somit praktisch ganz durch den aus festen Elementen zusammengesetzten Hauptrückkopplungskreis bedingt, z.B. beträgt die Frequenzstabilität io~⁵. Andererseits läßt sich hierbei ein großer Frequenzhub erreichen, z. B. mehr als io°/o.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungs- form ist das phasendrehende Netzwerk im Hauptrückkopplungskreis als Wienbrücke ausgebildet, die die Reihenschaltung eines Kondensators, eines Widerstandes und eines kapazitiv überbrückten Widerstandes enthält, welch letzterem die Rückkopplungsspannung für die Oszillatorschaltung entnommen wird.· Hierbei sind die Eingangsklemmen des Hilfsrückkopplungskreises mit dem Verbindungspunkt von Reihenwiderstand und Reihenkondensator der Wienbrücke und mit dem Abgriff eines parallel zur Wienbrücke geschalteten Spannungsteilers· verbunden, während der Ausgang des Hilfsrückkopplungskreises am Ausgang des Hauptrückkopplungskreises liegt.

Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform

5« besteht darin, daß bei Frequenzmodulation die Amplitude der erzeugten Schwingungenkonstant bleibt. Die Erfindung wird jetzt an Hand einer Zeichnung näher erläutert, in der zwei beispielhafte Ausführungsformen schematisch dargestellt sind.

Fig. ι stellt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dar, die .,für Frequenzverschiebungstelegraphie eingerichtet ist und in der ein über drei i?,C-Elemente rückgekoppelter Oszillator Anwendung findet, während

Fig. 2 eine Abart einer solchen Vorrichtung mit einem Wienbrückenoszillator darstellt.

Die in Fig. ι dargestellte Vorrichtung zum Erzeugen durch Frequenzverschiebungen gekennzeichneter Telegraphiesignale besitzt einen i?C-Oszillator mit einer Pentode 1 als Oszillatorröhre, deren Anode über einen Anodenwiderstand 2 mit der. Plusklemme 3 eines Anodenspannungsgerätes verbunden ist, während die Kathode über einen Gegenkopplungswiderstand 4 an 'Erde liegt. Die dem Anodenwiderstand 2 entnommene Hauptrückkopplungsspannung des iiC-Oszillators wird über einen Kathodenverstärker 5 und ein aus Reihenkondensatoren 6, 7, 8 und Querwiderständen 9, 10, 11 zusammengesetztes phasendrehendes Netzwerk dem Steuergitter der Pentode 1 zugeführt. Der Oszillator schwingt dabei mit jener Frequenz, bei der sich zwischen der Anoden- und Steuergitter-, wechselspannung .eine Phasenverschiebung von genau i8o° ergibt.

Bei der beschriebenen Schaltung werden die Oszillatorschwingungen durch die vom Signalgeber 12 gelieferten Telegraphiezeichen frequenzmoduliert. Am Anodenwiderstand 2 der Oszillatorröhre treten die durch Frequenzverschiebungen gekennzeichneten Telegraphiesignale auf, die über einen Kathodenverstärker 13 einer Trägerwellenapparatur 14 mit dem Ausgang 15 zugeführt werden. Die Trägerwellenendapparatur 14 ist beispielsweise für vierundzwanzig im Frequenzband von 420 bis 3180 Hz liegende Telegraphiekanäle eingerichtet, wobei für jeden Telegraphiekanal ein Frequenzband von 120 Hz vorgesehen ist.ι

Zur Frequenzmodulation der Oszillatorschwingungen durch die Telegraphiezeichen sind gemäß der Erfindung Mittel vorgesehen, um der Rückkopplungsspannung eine ihr gegenüber um etwa 90⁰ phasenverschobene und in der Amplitude mit dem modulierenden Signal wechselnde Hilfsrückkopplungsspannung zu überlagern. Diese Mittel bestehen aus einem an den Ausgangskreis des Kathodenverstärkers 13 angeschlossenen Hilfsrückkopplungskreis 16 mit einem durch den Signalgeber 12 gesteuerten Amplitudenmodulator 17, dessen Ausgangsspannung über einen Reihenwiderstand 18 einem Anzapfpunkt 19 des Quer-Widerstandes 10 des phasendrehenden Netzwerks zugeführt wird.

Die gegeneinander um 90⁰ phasenverschobenen Ausgangsspannungen der beiden Rückkopplungskreise liefern zusammen die gesamte Rückkopplungs- spannung der Oszillatorschaltung, die gegenüber der Ausgangsspannung des phasendrehenden Netzwerkes 6 ... 11 phasenverschoben ist. Die Größe dieser Phasenverschiebung wechselt mit der Amplitude der im Signalzeichenrhythmus geänderten Flilfsrückkopplungsspannung, so daß sich eine entsprechende Frequenzänderung der durch die Oszillatorschaltung erzeugten Schwingungen ergibt, denn die Oszillatorfrequenz stellt sich stets so ein, daß zwischen der Anoden- und der Steuergitterwechselspannung eine Phasenverschiebung von genau i8o° vorhanden ist. .

Bei der beschriebenen Schaltung wird als Amplitudenmodulator 17 ein Ringmodulator verwendet, der mit vier zwischen den Enden der Sekundärwicklung eines Eingangstransformators 24

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und der Primärwicklung eines Ausgangstransformators 25 liegenden Gleichrichterzellen 20, 21, 22, 23 versehen ist. Den Mittelanzapfungen der Transformatorwicklungen wird die Ausgangsspannung des Signalgebers 12 zugeführt, der, je nachdem ob ein Signalzeichen oder eine Signalpauise auftritt, eine Gleichspannung positiven oder negativen Vorzeichens von solcher Amplitude liefert, daß die Gleichrichterpaare 20, 21 und 22, 23 durch die modulierenden Signalzeichen wechselweise freigegeben und gesperrt werden. Das Vorzeichen der Hilfsrückkopplungsspannung wechselt dadurch im Signalzeichenrhythmus, was zur Folge hat, daß die Oszillatorfreqμenz zwischen zwei beiderseits der Nennfrequenz der Oszillatorschaltung liegenden Werten wechselt.

Bei der beschriebenen Schaltung läßt sich die Größe der Hilfsrückkopplungsspannung und somit die Größe der Frequenzverschiebungen mittels eines vor die Primärwicklung des Eingangstransformators 24 geschalteten veränderlichen Widerstandes 26 beliebig einstellen. Die Amplitude der Hilfsrückkopplungsspannung ist erheblich kleiner als die Ausgangsspannung· des phasendrehenden Netzwerks 6 ... 11, beispielsweise ein Zehntel, so daß die Einwirkung der Hilfsrückkopplungsspan-. nung auf die Oszillatorfrequenz sehr gering ist. Die Frequenzstabilität wird infolgedessen praktisch ganz durch den aus festen Elementen ziusammengesetzten Hauptrückkopplungskreis 5 . . . 11 bestimmt und beträgt bei der angegebenen Schaltung beispielsweise io^-5.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß sich bei den err wähnten Frequenzverschiebungen zugleich eine geringe Amplitudenmodulation der Oszillatorschwingungen ergibt, beispielsweise in der Größenordnung von wenigen Prozenten. Diese zusätzliche Amplitudenmodulation läßt sich durch die Verwendung einer Begrenzerschaltung unterdrücken.

Aulßer dem in Fig. 1 dargestellten 7?C-Oszillator können in der Vorrichtung gemäß der Erfindung auch i?C-Oszillatoren anderer Art Verwendung finden. Naturgemäß kann als phasendrehendes Netzwerk im Hauptrückkopplungskreis auch ein aus Widerständen und Induktivitäten zusammengesetztes Netzwerk angewandt werden.
1 Fig. 2 stellt eine Abart der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung dar, bei der unabhängig von den erzielten Frequenzverschiebungen die Amplitude der Oszillatorschwingungen konstant bleibt.

Als Oszillatorschaltung findet ein Wienbrückenoszillator Verwendung, der mit einer Doppeltriode 27, 28 ausgerüstet ist, deren Kathode über Gegenkoppliungswiderstände 29, 30 mit Erde verbunden ist. Hierbei ist die Anode der Triode 28 über einen Ausgangstransformator 31 mit einem als Wienbrücke ausgebildeten phasendrehenden Netzwerk gekoppelt, das aus einem Reihen-7?C-Glied 32, 33 und einem Parallel-iiC-Glied 34, 35 besteht. Diesem i?C-Glied 34, 35 wird die Rückkopplungsspannung für die Oszillatorschaltung entnommen und über die Leitung 36 dem Steuergitter der Triode 27 zugeführt, deren Ausgangskreis über einen Kopplungskondensator 37 und einen Gitterableitwiderstand 38 mit dem Steuergitter der Triode 28 verbunden ist.

Zuir Stabilisierung der -mittleren Amplitude der Oszillatorschwingungen ist parallel zur Wienbrücke 32 bis 34 die Reihenschaltung eines spannungsabhängigen Widerstandes 39, beispielsweise einer Glühlampe, und eines Widerstandes 40 eingefügt, deren Verbindungspunkt 41, wenn man zu-, nächst von dem nachstehend zu erläuternden Spannungsteiler 53 absieht, über eine Leitung 42 mit Erde verbunden ist. Bei der bisher beschriebenen Schaltung wird die Gröiße der Rückkopplumgsspannung somit bedingt durch den Spannumgsunters.chied zwischen den Spannungen an der Glühlampe 39 und dem i?C-Glied 34, 35 in der Wienbrücke.

Zum Erzeugen durch Frequenzverschiebungen gekennzeichneter Telegraphiesignale ist die dargestellte Vorrichtung mit einem Hilfsrückkopplungskreis mit einem durch einen Signalgeber 47 gesteuerten Ringmodulator versehen, der auis den Gleichrichterzellen 43, 44, 45, 46, dem Eingangstransformator 48 und Ausgangstransformator 49 besteht, dessen Sekundärwicklung über die Leitung 42 mit dem Verbindungspunkt 41 der parallel zur Wienbrücke liegenden Reihenschaltung von Widerstand 40 und Glühlampe 39. verbunden ist. Am Auisgangstransformator 49 des Ringmodulators ergibt sich eine im Signalzeichenrhythmus wechselnde, gegenüber der Hauptrückkopplungsspannung der Wienbrücke um etwa 90⁰ phasenverschobene Hilfsrückkopplungsspannung, die gemeinsam mit der ersteren über die Leitung 36 dem Steuergitter der Triode 27 zugeführt wird. Wie bei Fig. 1 , werden auch hier in der Oszillatorschaltung durch Frequienzverschiebungen gekennzeichnete TeIegraphiesignale erzeugt, die zur weiteren Verarbeitung in einer Trägerwellenapparatur 50 mit Ausgang 51 einer Wicklung 52 des Transformators 31 entnommen werden. Mittels eines Spannungsteilers 53, der an der Sekundärwicklung des Ringmodulator-Ausgangstransformators liegt, kann hierbei die Größe der Frequenzverschiebungen beliebig eingestellt werden.

Bei der dargestellten Schaltung sind die Eingangsklemmen des Hilf srückkopplungskreises einers'eits an den Verbindungspunkt 54 der Reihenschaltung des Widerstandes 32 und des Kondensators 33 in der Wienbrücke und andererseits an die Anzapfung 55 eines parallel zur Brückenschaltung liegenden Spannungsteilers 56 angeschlossen, wobei der Spannungsteilerabgriff 55 so gewählt ist, daß die Spannung zwischen den Punkten 54, 55 um etwa 90⁰ gegenüber der Spannung am Netzwerk 34,35 der Wienbrücke phasenverschoben ist. Die den Punkten 54, 55 entnommenen Spannungen wer- iao den hierbei zur weiteren Verarbeitung im Hi-lfsrückkopplungskreis über Kathodenverstärker 57, 58 der Primärwicklung des Eingangstransformators 48 des Ringmodulators zugeführt.

Es hat sich herausgestellt, daß bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform des Hilfsrück-

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Claims (7)

N8314 VIIIa I'21 a4 kopplungskreises der Dämpfungsfaktor der gesamten Rückkopplungsschleife des Oszillators,, d. h. also das Verhältnis der Steuergitterspannuing der Triode 27 zu der der Wienbrücke 32 ... 35 zugeführten Spannung, praktisch unabhängig ist von der Frequenz der erzeugten Schwingungen. Dabei ergibt sich der wichtige Vorteil, daß die Amplitude der erzeugten Schwingungen bei Frequenzverschiebung konstant bleibt. Wenn die Widerstände32,35 .10 und die Kondensatoren 33, 34 der Wienbrücke einander gleich sind, soll der Teilwiderstand des Spannungsteilers 56, der zwischen dem Anzapfpunkt 55 und dem Verbindungspunkt mit dem Widerstand 3.2 der Wienbrücke liegt, angenähert ein Drittel des gesamten Spannungsteilerwiderstandes betragen; der Dämpfungsfaktor in der Rückkopplungsschleife ist dann angenähert 3. An dieser Stelle sei erwähnt, daß die beschriebene Wirkung sich auch ergibt, wenn der Reihen- ao widerstand 32 und der Reihenkondensator 33 miteinander vertauscht werden. Einen Überblick über die mit einer Vorrichtung der dargestellten Art erzielten Ergebnisse zeigt die nachstehende Tabelle, in der Änderungen der Amplitude und Frequenz der erzeugten Schwingungen in Abhängigkeit von Anodenspannuingsänderungen, Heizspannungsänderungen und Belastungsänderuingen angegeben sind. Die Oszillatorfrequenz beträgt hierbei 1930 Hz und die Frequenzverschiebung 60 Hz. Anodenspannungsänderung 200 bis 240 V Heizspannungsänderung 5,7 bis 6,9 V Belastungsänderung 300 bis 200 Ohm Amplitudenänderungen 2% 0% Frequenzänderungen I · 10" IO · IO"5 2 · 10" Unter den ungünstigsten Betriebsverhältnissen bleiben also sowohl Frequenz- als auch Amplitudenänderungen der erzeugten Schwingungen außerordentlich niedrig. Anstatt einer Wienbrücke im Hauptrückkopplungskreis der OszillatOTschaltung gemäß Fig. 2 können auch andere Netzwerke Verwendung findien. Eine besonders einfache Au'sführungsform eines solchen Netzwerks besteht beispielsweise aus der Reihenschaltung eines Kondensators C1 und eines aus zwei Parallelzweigen gebildeten Netzwerks, wobei der eine Zweig einen Widerstand R1 und der andere Zweig die Reihenschaltung eines Widerstandes R2 und eines Kondensators C2. enthält. Die Hauptrückkopplungsspannuing für die Oszillatorschaltung wird hierbei am Kondensator C2 entnommen, während je eine der Eingangsklemmen des Rückkopplungskreises an dem Verbindungspunkt des Kondensators C1 mit den Parallelzweigen R1, R2, C2 und an einem Anzapfpunkt eines parallel zum Netzwerk R1, R2, C1, C2 geschalteten Spannungsteilers liegt. Auch hier ist der Anzapfpunkt am Spannungsteiler so eingestellt, daß die Eingangs spannung des Hilfsrückkopplungskreises gegenüber der vom phasendrehenden Netzwerk gelieferten Oszillatorrückkopplungsspannung um 9©0 phasenverschoben ist. Falls die Widerstände R1, R2 und die Kondensatoren C1, C2 untereinander gleich sind, beträgt der Teilwiderstand des zwischen dem Anzapfpunkt und dem Verbindungspunkt mit dem Kondensator C1 liegenden Spannungsteilers etwa zwei Drittel des gesamten Spannungsteilerwiderstandes. Es sei noch erwähnt, daß die Widerstände und Kondensatoren im Netzwerk R1, R2, C1, C2 viertauscht werden können. Selbstverständlich können auch andere aus mehr Elementen zusammengesetzte Netzwerke Verwendung finden, beispielsweise ein überbrücktes T-Filter. Im vorstehenden ist die Erfindung an Hand zweier Aüsführungsformen zur Erzeugung durch Frequtenzvierschiebüngen gekennzeichneter TeIegraphiesignale erläutert. Es bedarf keiner weiteren Erläuterungen, daß die angegebene Vorrichtung auch vorteilhaft zur Frequenzmodulation mittels anderer Signale, beispielsweise Sprechsignale, benutzt werden kann. P A T K N T A NT S P R Γ. Γ. H E :

1. Vorrichtung zum Erzeugen von mit einem Modulationssignal frequenzmodulierten Schwingungen, insbesondere zur Verwendung bei Frequenzverschiebungstelegraphie, mit einer Oszillatorröhre, die über einen Rückkopplungskreis mit einem phasendrehenden Netzwerk rückgekoppelt ist, das aus Widerständen und gleichartigen Reaktanzen (entweder Kondensatoren oder Selbstinduktionen) zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator auf an sich bekannte Weise mit einem Hilfsrückkopplungkreis versehen ist, der einen durch das Modulationssignal gesteuerten Amplitudenniodulator enthält, wobei die dem Amplitudenmodulator entnommene Hilfsrückkopplungsspannung, die gegenüber der Rückkopplungsspannung im Hauptrückkopplungs-. kreis um etwa 90⁰ phasenverschoben ist, der Anzapfung eines Querwiderstandes im Hauptrückkopplungskreis zugeführt wird.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsrückkopplungsspannung beträchtlich kleiner (kleiner als ein Drittel) ist als die vom Hauptrückkopplungskreis gelieferte Rückkopplungsspannung.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingang des Hilfsrückkopplujngskreises eine als Kathodenverstärker geschaltete Röhre liegt, deren Eingangsklemmen mit dem Hauptrückkopplungskreis verbunden sind.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das phasendrehende Netzwerk im Hauptrückkopplungskreis ein aus Reihenkondensatoren und Querwiderständen bestehendes Netzwerk ist, dadurch gekennzeichnet, daß der

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Hilfsrückkopplungskreis am Auisgangskreis der Oszillatorröhre liegt, während der Ausgang des Hilfsrückkopplumgskreises mit einer Anzapfung eines Querwiderstandes im phasendrehendien Netzwerk verbunden ist.

5. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das phasendrehende Netzwerk als Wienbrücke ausgebildet ist, die aus einem Reihen-i?C-Glied und einem Parallel-i?C-Glied besteht, welch letzterem die Hauptrückkopplungsspannung für die Oszillatorschaltung entnommen wird,' dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsklemmen dies Hilf srückkopplungskreises einerseits mit dem Verbindungspunkt des Reihenwiderstandes und Reihenkondensators der Wienbrücke und andererseits mit der Anzapfung eines parallel zu. dieser Brücke geschalteten Spannungsteilers verbunden sind, wobei der Ausgang des Hilfsrückkopplungskreises am Ausgang des Hauptrückkopplungskreises liegt.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Wienbrücke aus einander gleichen Widerständen und einander gleichen Kondensatoren besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsteilerverhältnis des parallel zur Wienbrücke geschalteten Spannungsteilers zum Hilfsrückkoppl'umgskreis zwei Drittel beträgt.

7. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenmodulator im Hilfsrückkopplungskreis auls einem Ringmodulator besteht.

Angezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 617 139;
USA.-Patentschriften Nr. 2321269, 2474261; französische Patentschrift Nr. 942 673.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen