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Schaltungsanordnung zum Empfang von impulsförmig gesendeten Mehr-,
insbesondere Zweifrequenzcode-Zeichen in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen
In der Fernmeldetechnik werden. häufig Nachrichten, wie z. B. Schaltbefehle oder
Wahlzeichen, mit Hilfe eines Mehrfrequenzcodes (MFC) übertragen. Damit diese Zeichen
im Empfänger auf ihre Eindeutigkeit hin leicht überprüft werden können, wird von
den insgesamt zur Verfügung stehenden n Frequenzen nur eine kleine, gleichbleibende
Zahl von m Frequenzen verwendet. Es wird also jeweils eine Kombination von
m aus n Frequenzen gleichzeitig übertragen. Im allgemeinen werden
solche Frequenzkombinationen auf der Sendeseite hart eingetastet, d. h. ohne eine
Abflachung der Wechselstromzeichen durch Sendefilter usw. Diese Art der Eintastung
hat am Zeichenanfang und am Zeichenende das Entstehen eines unerwünschten Frequenzspekirums
zur Folge, das auf der Empfangsseite besondere Maßnahmen in den Mehrfrequenzempfängern
erfordert.
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Entsprechend der Zahl von n Frequenzen ist auf der empfangenden Seite
eine gleiche Anzahl von auf die verschiedenen Sendefrequenzen abgestimmten Empfängern
vorgesehen. Den Einzelfrequenzempfängern ist meist ein gemeinsamer Regelverstärker
vorgeschaltet, der die Aufgabe hat, den schwankenden Eingangspegel der Signale soweit
wie möglich auszuregeln, so. daß an seinem Ausgang eine beinahe konstante Zeichenspannung
zur Verfügung steht. Dieser Regelverstärker soll außerdem möglichst schnell nach
Zeichenbeginn seine Sollverstärkung einstellen und die beim Empfang eines Mehrfrequenzzeichens
durch die Schwebungen der Zeichenfrequenzen miteinander entstehenden Pegelschwankungen
ausgleichen.
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Obwohl wegen des engen Frequenzabstandes der n Zeichenfrequenzen untereinander
die Eingangsfilter und Empfänger eine verhältnismäßig kleine Bandbreite besitzen,
läßt es sich nicht verhindern, daß beim Einschwingen der Filter, auch der nicht
auf die Empfangsfrequenz abgestimmten, diese zunächst urdefiniert einschwingen,
wodurch unter Umständen die nachfolgenden Empfangsschaltungen fälschlicherweise
kurzzeitig ansprechen. Um dies zu vermeiden, hat man in einigen bekannten Schaltungsanordnungen
dem Regelverstärker einen sogenannten Verrunder nachgeschaltet, der beim Eintritt
eines Zeichens nur langsam die Verstärkung auf den Sollwert bringt und somit die
Zeichenflanken abflacht. Dadurch können nur die Filter einschwingen, die auf die
gesendete Frequenz abgestimmt sind. Die Zeitkonstante des Verrunders ist jedoch
stark von dem jeweiligen Empfangspegel abhängig und deshalb nicht konstant. Bei
hohem Eingangspegel ist sie kürzer, so daß unter Umständen die Einschwingvorgänge
in den nachfolgenden Filtern noch nicht beendet sind und das Fehlansprechen eines
weiteren Empfängers möglich ist. Bei kleinen Eingangspegeln ist sie verhältnismäßig
lang, wodurch sich auch die Ansprechzeiten der Einzelempfänger vergrößern und die
empfangenen Zeichen verkürzt werden. .
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Zum Schutz gegen- Fehlzeichen ist deshalb gemäß einer bekannten Schaltungsanordnung,
z. B. gemäß der .deutschen Patentschrift 1083 350, zwischen dem Regelverstärker
und den Einzelfrequenzempfängern ein elektronischer, verzögerter Schalter angeordnet,
der beim Nichtvorhandensein eines MFC-Zeichens die Übertragungsleitung zu den Einzelfrequenzempfängern
durch Kurzschluß oder Auftrennen sperrt und bei Auftreten eines MFC-Zeichens die
tJrbertragungsleitung allmählich entsperrt. Diese Schaltungsanordnung hat den Nachteil,
daß durch die allmähliche Entsperrung der verbleibende Zeichenrest sehr lang bemessen
werden muß, damit noch ein sicherer Empfang gewährleistet ist. Ein derartiger Empfänger
setzt deshalb Zeichen einer bestimmten Mindestlänge voraus.
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Eine andere bekannte Schaltungsanordnung, beispielsweise gemäß der
deutschen Auslegeschrift 1131752, verwendet für jede zu empfangene Frequenzkombination
von zwei oder mehr Signalfrequenzen einen eigenen frequenzselektiven Empfänger und
für jeden Empfänger einen Sperrkreis. Jeweils einige der Empfänger sind zu einer
Gruppe zusammengefaßt, der ein Bandsperrfilter vorgeschaltet ist. Jeder frequenzselektive
Empfänger enthält einen auf die eine Frequenz der zugehörigen Frequenzkombination
abgestimmten Resonanzkreis; das dem Empfänger vorgeschaltete Bandsperrfilter dämpft
jede andere Frequenz der jeweiligen Frequenzkombination derart, daß der Sperrkreis
des Empfängers auf diese Frequenz nicht anspricht.
So ist bei einer
Signalkombination von zwei Frequenzen das dem jeweiligen Empfänger vorgeschaltete
Bandsperrfilter so abgestimmt, daß es eine der beiden Signalfrequenzen der Kombination,
zu welcher der Empfänger gehört, dämpft, während der Resonanzkreis des Empfängers
auf die andere Signalfrequenz ansprechen kann. Jede andere Kombination wird zurückgewiesen,
da eine oder mehrere Frequenzkomponenten einer solchen Kombination durch das Bandsperrfilter
hindurchgehen, weil sie nicht innerhalb des gesperrten Bandes liegen und den Sperrkreis
in Tätigkeit setzen, wodurch der Resonanzkreis unwirksam gemacht wird. Diesen frequenzselektiven
Empfängern ist ein Breitbandempfänger parallel geschaltet, der beim Vorliegen von
Signalfrequenzen immer anspricht, also ausschließlich die Aufgabe zu erfüllen hat,
das Vorliegen beliebiger Frequenzen im Bereich der Signalfrequenzen zu überwachen.
Bei einem eindeutigen Zeichen darf nur ein einziger der frequenzselektiven Empfänger
ansprechen. Beim Vorliegen eines falschen Zeichens spricht außer dem Breitbandempfänger
keiner oder mehrere der selektiven Empfänger an, woraufhin diese Tatsache zur sendenden
Stelle zurückgemeldet und eine Auswertung verhindert wird. Diese Schaltungsanordnung
ist sehr aufwendig, denn sie erfordert eine große Zahl von Empfängern mit je einem
Sperrkreis und einem Resonanzkreis und mehrere zusätzliche Bandsperrfilter, von
denen meist mehrere Schwingkreise auf die gleiche Frequenz abgestimmt sind. Da mehrere
Schwingkreise mit geringer Bandbreite nacheinander angeordnet sind, benötigen sie
eine entsprechend verlängerte Gesamt-Einschwingdauer, was die erforderliche Mindestlänge
der zu sendenden Impulse erhöht.
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Es ist zwar auch eine Schaltungsanordnung, beispielsweise aus der
deutschen Auslegeschrift 1125 008, bekannt, die ebenfalls eine den Einzelfrequenzempfängern
parallelgeschaltete Sperrschaltung aufweist, welche beim Vorliegen unerwünschter
Frequenzen die Auswertung verhindert. In diesem Fall handelt es sich äber um einen
Code, bei dem keines der Mehrfrequenzzeichen aus nebeneinanderliegenden Signalfrequenzen
zusammengesetzt ist. Die Sperrschaltung unterbindet deshalb alle Zeichen, die fälschlicherweise
aus solchen Frequenzen bestehen. Weiterhin spricht auch die Sperrschaltung an, wenn
tiefere, von Sprache, Musik oder Rauschen herrührende Frequenzen gleichzeitig mit
dem Zeichen empfangen werden. Das gleichzeitige Vorhandensein von der richtigen
Anzahl von m Frequenzen wird aber nicht untersucht. Es sind auch. keine Vorkehrungen
getroffen, um ein Ansprechen eines nicht benachbarten Einzelfrequenzempfängers auf
- Einschwingvorgänge zu verhindern: Eine andere Schaltungsanordnung, z. B. gemäß
der deutschen Patentschrift 1016 769, enthält einen Codeprüfer, der hinter--den
Einzelfrequenzempfängern angeordnet ist und der nach Feststellung der richtigen
Zahl von. Frequenzen die Zeichen-Auswerteschaltmittel anschaltet. Gleichzeitig wird
der Codeprüfer bis zur Ablösuizg der Empfangseinrichtung abgeschaltet. Diese Spaltungsanordnung
hat den Nachteil, daß die Einschwingvorgänge am Zeichenbeginn den Codeprüfer beeinflussen
und ihn dadurch zu einer falschen Aussage bringen können. Da der Codeprüfer sofort
abgeschaltet wird, ist auch eine Korrektur der Codeprüfer-Aussage nicht möglich.
Außerdem wirkt es sich auf die 1lbertragungsgeschwindigkeit nachteilig aus, daß
die Eingangsfilter der Einzelfrequenzempfänger eine geringe Bandbreite besitzen,
denn die von deren Größe abhängige Einschwingdauer muß bei der Bemessung der Impulslängen
entsprechend berücksichtigt werden. Die Auswertezeit wird außerdem noch dadurch
verlängert, daß die Codeprüfung erst nach dem Ansprechen der Einzelfrequenzempfänger
erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Schaltungsanordnungen
zu vermeiden und. eine Schaltungsanordnung für MFC-Zeichenempfang aufzuzeigen, die
es ermöglicht, mit einfachen Mitteln bei einer großen Sicherheit gegen von Einschwingvorgängen
herrührende Störungen die MFC-Zeichenimpulse so kurz wie möglich zu bemessen und
dabei ohne zusätzlichen Zeitaufwand eine Codeprüfung vorzunehmen.
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Erreicht wird das dadurch, daß in einem den Einzelempfängern parallelgeschalteten
Steuerempfangskreis aus den am Eingang anliegenden Zeichenfrequenzen Modulationsfrequenzen
abgeleitet werden, aus dem Vorliegen der richtigen Zahl von Modulationsfrequenzen
auf das Vorliegen- eines eindeutigen Zeichens geschlossen wird und nur bei einem
eindeutigen Zeichen die Auswertung des Zeichens in den- Einzelfrequenzempfängern
freigegeben wird.
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Weil die ankommenden Zeichenfrequenzen gleichzeitig zu den Einzeifrequenzempfängern
und dem die Prüfung des Codes auf Vorliegen der richtigen Zahl von Zeichenfrequenzen
vornehmenden Steuerempfangskreis geleitet werden, braucht dieser mit dem Prüfen
nicht erst zu warten, bis die jeweiligen Bandfilter der Einzelfrequenzempfänger
einschwingen, sondern kann gleichzeitig aktiv werden. Durch diese Parallelprüfung
verkürzt sich gegenüber bekannten Schaltungsanordnungen die Prüfzeit der ankommenden
Zeichen. Darüber hinaus werden in vorteilhafter Weise vom Codeprüfer nicht die Fehler
der Einzelfrequenzempfänger übernommen. So können beispielsweise keine Fehlzeichen
dadurch entstehen, daß bei hängengebliebenen Kontakten und zuwenig Signalfrequenzen
die richtige Anzahl von mFrequenzen vorgetäuscht wird.
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Die Schaltungsanordnung hat ferner gegenüber den bisher bekannten
Anordnungen den Vorteil, daß alle Einzelfrequenzempfänger nach deren Entsperrung
gleiche Ansprechempfindlichkeit und damit auch dieselbe Ansprechzeit besitzen, da
die Bandfilter der Einzelfrequenzempfänger- während der Prüfung des Codes im Steuerempfangskreis
einschwingen konnten und somit zur gleichen Zeit an allen Einzelfrequenzempfängern
anliegen. Eventuelle Laufzeitunterschiede zwischen den einzelnen Zwischenfrequenzen
werden gleichzeitig ausgeglichen.
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Ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung ist der, daß die Durchschaltung
der Empfangssignale erst dann erfolgt; wenn bereits der gemeinsame Regelverstärker
seine Sollverstärkung eingenommen hat und damit jeder Einzelfrequenzempfänger einen
annähernd konstanten Wechselstrompegel angeboten bekommt. Damit bleibt auch die
Ansprechzeit der Einzelfrequenzempfänger untereinander -etwa gleich, wenn Pegeldifferenzen
zwischen den zwei Frequenzen des Empfangszeichens auszuwerten sind.
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Gemäß der Erfindung erfolgt die Codeprüfung durch Bildung von Modülationsfrequenzen
aus den ankommenden Zeichenfrequenzen. Die Anzahl dieser
zen entstehen,
braucht nur abgezählt zu werden, ohne deren genaue Lage untersuchen zu müssen. Sobald
mehr oder- weniger Modulatiönsfrequenzen entstehen als vorhanden sein. dürften,
wird die Auswertung der ankommenden Zeichen unterbunden. Diese Art der Codeprüfung
ermöglicht es, diese Prüfung gleichzeitig mit der Einzelfrequenzprüfung vorzunehmen,
denn man ist nicht mehr angewiesen auf Kontakte oder andere Schaltmittel, die zu
einem Gatter nach Aufnahme der Einzelfrequenzen zusammengeschaltet werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist nicht nur für die Übertragung
von impulsweise gesendeten Zeichen bestimmter vorgegebener Dauer anwendbar, sondern
auch für Zeichen, die im Zwanglauf-(compelled-)Verfahren übertragen werden. Weitere
Vorteile sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das an
Hand der Zeichnung erläutert wird, ersichtlich.
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Ein Mehrfrequenzcodeempfänger gemäß der Erfindung besteht aus einer
der Zahl der Zeichenfrequenzen entsprechenden Anzahl Einzelfrequenzempfänger EFE1.
. . EFEn und einem diesen parallelgeschalteten Steuerempfangskreis StE. Diesen
Empfangskreisen ist ein gemeinsamer Regelverstärker R V vorgeschaltet.
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Trifft nun ein Mehrfrequenzzeichen am Eingang E der Empfangseinrichtung
ein, so wird es im Regelverstärker R V so ausgeregelt, daß am Ausgang dieses Verstärkers
ein konstanter Zeichenpegel herrscht. Dieses Zeichen gelangt über einen Leistungsverstärker
L V und die Entkopplungswiderstände R 11 ... R 1 fa an die Eingänge der Bandfilter
BF l . : . BF h der Einzelfrequenzempfänger EFE 1 ... EFE n.
Die Mehrfrequenzsignale erregen die genannten Bandfilter und lassen sie auf die
anstehenden Frequenzen einschwingen. Eventuelle Störfrequenzen, die durch die Einschwingvorgänge
bedingt sind, klingen rasch ab.
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Die Bandfilter BF 1 ... BF h werden jeweils über einen
Transformator Tr 11... Tr I n fest mit einem ihrem Scheinwiderstand
entsprechenden Widerstand R 21... R 2 n abgeschlossen, der niederohmig gegen
denEingangswiderstand der Einzelfrequenzverstärkerstufen T1... Tn ist, welche
zunächst noch durch ein entsprechendes positives Basispotential der Transistoren
gesperrt sind.
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Die Mehrfrequenzzeichen gelangen nach ihrer Ausregelung gleichzeitig
auch zum Steuerempfangskreis StE. Dort werden sie in einem Steuerverstärker Vst
verstärkt und anschließend gleichgerichtet.
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Für die folgenden Betrachtungen sei angenommen, daß die Empfangseinrichtung
Zeichen aufnehmen soll, die in einem 2-von-6-Frequenzencode übertragen werden. Die
jeweils zu einer Frequenzgruppe gehörenden sechs Zeichenfrequenzen, auf die die
Einzelfrequenzempfänger EFE abgestimmt sind, haben untereinander den gleichen Abstand
von z. B. 120 Hz. Je nach Zeichencode ergeben sich damit zwischen den zwei zu empfangenden
Zeichenfrequenzen die Abstände 120, 240, 360, 480 oder 60011z. Es ist dabei gleichgültig,
wie die Zeichenfrequenzen selbst innerhalb des Gesamtübertragungsbandes (z. B. 300
bis 3400 Hz) angeordnet sind.
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Sobald nun zwei Zeichenfrequenzen am Eingang des Verstärkers VSt anliegen,
entstehen infolge der Gleichrichtung Modulationsprodukte, die als Differenz- oder
Summenfrequenzen dem nachfolgenden Bandfilter BFst zugeführt werden. Dieses besitzt
nun einen Durchlaßbereich von etwa 100 his 620 Hz, so daß nur die Differenzfrequenzen
auf die nachfolgende weitere Gleichrichterschaltung GSt gelangen können. . Bei einem
reinen Zweifrequenzzeichen sind dies die obenerwähnten Frequenzen 120, 240, 360,
480 oder 600 Hz. Unter Umständen genügt an Stelle des Bandfilters auch ein Tiefpaß
mit einer Grenzfrequenz von etwa 600 Hz, wenn keine Gefahr besteht, daß durch Störspannungen
der Stromversorgung oder Brummspannungen auf der Leitung fälschlicherweise Frequenzen
auf die nachfolgende Schaltung gelangen.
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In der nachfolgenden Gleichrichterstufe Gst entsteht aus der Differenzfrequenz
ein Gleichstromsignal, welches die anschließende Kippstufe K1 st beeinflußt. Am
Ausgang der Gleichrichterstufe Gst kann noch eine Differenzierschaltung angeordnet
werden, um die durch den unterschiedlichen Phaseneinsatz, der zwei Zeichenfrequenzen
bedingten zeitlichen Schwankungen der Anstiegsflanke der Differenzfrequenz und somit-die
Schaltzeitunterschiede der Kippstufe KIst möglichst klein zu halten.
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Die Kippstufe Klst hat eine Verzögerungszeit, während der die Bandfilter
BF 1. . . BFn einschwingen können. Nach Ablauf dieser Verzögerungszeit schaltet
die Kippstufe Klst über einen Steuertransistor Tst und die für die Entkopplung der
Verstärkerstufen T 1 ... T h dienenden Gleichrichter G21...
G2n das Sperrpotential von den Basiselektroden dieser Verstärkertransistoren ab.
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Die Verstärkertransistoren T 1 ... T n aller Einzelfrequenzempfänger
EFE 1 ... EFE n erhalten über ihre Spannungsteilerwiderstände
ein solches Potential, daß sie ein an ihrem vorgeschalteten Bandfilter gegebenenfalls
anliegendes Wechselstromsignal verstärken und dieses über den zugehörigen Ausgangstransformator.
Tr21... Tr2n und die Gleichrichter GIl ... Gln als Gleichstromsignal den
einzelnen Ausgangskippstufen KI ... Kn zuführen. Da beim Empfang eines Zweifrequenzzeichens
nur zwei der Bandfilter BF 1 ... BF n Zeichenenergie gespeichert
haben, können also auch nur zwei der Ausgangskippstufen angeregt werden. Diese Kippstufen
bleiben so lange offen, wie die von der Kippstufe K Ist
ausgewertete Schwebungsfrequenz
ansteht, d. h., solange ein Zweifrequenzzeichen am Ausgang des Regelverstärkers
RV anliegt. Wird eine der beiden Zeichenfrequenzen abgeschaltet oder tritt eine
neue dritte hinzu, die länger dauert, als die Verzögerungszeit der Kippstufe
K lst ist, geht diese Kippstufe in ihre Ruhestellung zurück und sperrt damit
sofort alle Einzelempfänger. .
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Die den Einzelfrequenzempfängern zugeordneten Kippstufen K1...
Kn besitzen eine Abfallverzöge rungszeit, die vorzugsweise gleich der Ansprechverzögerungszeit
in der Kippstufe K1st ist. Damit bleibt einerseits die Länge der Gleichstromzeichen
an den Ausgängen A 1 ... A n gleich der des empfangenen Zweifrequenzzeichens,
andererseits werden kurze . Unterbrechungen des Zweifrequenzzeichens oder Unterbrechungen
nur einer Frequenz eines Zweifrequenzzeichens überbrückt.
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Trifft am Eingang E beispielsweise nur ein Einfrequenzzeichen ein,
dessen Frequenz auch in den Durchlaßbereich des Bandfilters BFst fallen kann, dann
entsteht am Ausgang des Steuerverstärkers Vst entweder nur ein Gleichstrom oder
die doppelte Frequenz. In dem letzten Fall wird die doppelte
Frequenz
von diesem Bandfilter nicht durchgelassen und dementsprechend auch kein Steuerstrom
an die KippstufeKlst gegeben.
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Erscheint am Eingang E aber ein Zeichen, das mehr als zwei Frequenzen
enthält, so werden diese Frequenzen im Steuerverstärker Vst gleichgerichtet, Durch
das Bandfilter BFst gelangen in diesem Fall dann mindestens zwei unterschiedliche
Schwebungs--frequenzen. Die Gleichrichtung dieser Frequenzen im Gleichrichter Gst
erzeugt neben einer Gleichstromkomponente neue Schwebungsfrequenzen. Dieser Wechselstrom
wird nun in der Auswerteschaltung Aalst gleichgerichtet und betätigt eine weitere
Kippstufe K2st, die nunmehr das für die Freischaltung der Zeichenfreduenzverstärkerstufen
T l, . * T h benötigte Emitterpotential des Steuertransistors Tst
so weit anhebt, daß der von der Kippstufe K 1 st kommende Steuerstrom den
Steuertransistor Tst nicht speiren kann. An den Basiselektroden der Verstärkertransistoren
T 1 ... T n liegt dann weiterhin Pluspotential, womit diese
gesperrt bleiben: , Diese das Vorhandensein von mehr als zwei Frequenzen überwachende
Kontrollschaltung kann sehr einfach aufgebaut werden, da sie keine Einfrequenzzeichen
mehr auswerten muß. Eine Möglichkeit, diese Kontrollschaltung ganz zu vermeiden,
besteht darin, daß hinter der Gleichrichterschaltung für die Schwebungsfrequenz
eine nicht gleichstromempfindliche weitere Auswertestufe angeordnet wird, die bei
Vorhandensein eines Wechselstromes -- der bei einem aus mehr als zwei Frequenzen
bestehenden Zeichen durch das Entstehen von Schwebungst frequenzen höherer Ordnung
nach Gleichrichtung der einzelnen Schwebungsfrequenzen auftritt - der Steuerkippstufe
ein Sperrkriterium zuführt und damit die Einzelfrequenzempfänger weiter blockiert
hält.
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Breitbandiges Störgeräusch im Übertragungsband der Zweifrequenzzeichen
kann dadurch unwirksam gemacht werden, daß am Eingang der Steuerkippstufe eine Amplitudenschwelle
angeordnet wird, die nur diejenigen Schwebungsfrequenzamplituden durchschaltet,
die dem Mindestempfangspegel des Zweifrequenzzeichens unter Berücksichtigung der
größten Pegeldifferenz der zwei Frequenzen entspricht. Damit kann für den Übertragungsweg
ein sehr kleiner Geräuschabstand zugelassen werden, ohne daß ein Fehlansprechen
der Einzelfrequenzempfänger erfolgt, Gegen kurze Störgeräuschimpulse, die diese
Amplitudenschwelle überschreiten, schützt die Ansprechverzögerung der Kippstufe
K1st.