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Anordnung zur verzerrungsarmen Übertragung väh Nadürichi#ii mittels
laserstrahlen Die Erfindu a betrifft eine Anordnung zur verzerrungsannen übertrapurt'i
#on X#brichten mittels Laserstrahlen, die yöni-einer -in z w-ei #gefrennten- Kanälen
angeordneten ersten und zweiten Las#'rano#dnung erzeugt und'beide von der gleicheü-Mödülatiönsspannung
moduliert sind, Bisher übliche -Verstärker -wurden durch Yerwendung von Gegentaktschaltungen
entierrt. Hierbei wird ein Träger bekanntli#h'du'r'ch zwei gleich große, aber in
der Phase entgegengesetzte gegentaktmoduliert. Dadurcü lassen' sich' nur die g--e-rädzahligen,
aber nicht die ungeradzahligen Harmonischen kompensieren. Letife're falleif jedoch
wegen
ihrer geringeren Amplitiide für das Ausmaß der Verzerrungen weniger
ins Gewicht.-Die Verstärker können demnach--hei- vofgegebeher zulässiger V6rzerrung
stärker ausgesteuert werden.
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Ähnliche Verhältnisse liegen bei den sogenannten Lasdranördnungen
vor. Diese weis#ii, bek#hÜtli#h optische Oszillatoren und Halbleii#ranbfdnu en auf,
beispielsweise Gallium-Ai4eja-1)iäden.
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Letztere sind unter ganz bestimmten Voraussetzungen in der Lage, eine
Strahlung auszusendb. Modulationsverzerrungen entstehen iin ällgemeindü durch der
Eingangsschaltung ' anhaftende Nicht-' linearitäten, während eine zusätzli#Iie
Verierrung in Halbleitern durch den Vorgang der Rekombination sogenanhter Löcher
im Halbleitersysteiü-*oder durch Vorgänge bei der'Aussendung von Photonen entstehen;-
Eine eingehende Erläuterung dieser Vorgänge wird in der Arbeit von R.
N. 11 a tl', »-Rekombinationsvorgähge in Halbleitern«> abgedruckt
in Proceedings d. Britisch IEE, Teil B, Bd. 1062'S. 929,
1959,
gegeben. Die Halbleiterausstrahlung über den Emitter kann ziemlich einfach'durch
direkte Modu-' lation des zugeführten Stro 'ins relativ- breitbandig moduliert werden.
Sie eignet §ich daher vor allem
für Richtfunkverbindungen, bei denen eine
Vielzahl von Kanälen übertragäh werden muß. Jedoch ist ihre Verwendbarkeit durch
die Verzerrungen begrenzt, und es wurde bisher keine befriedigende Methode zur Kompensation
dieser Verzerrungen gefunden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, mit prin AÜfwand 'eine
v rz - err-ungsarme über-. gem e trägung von Nachrichten mittels 'Laserstrahlen
zu
ermöglichen. Diese Aufgabe wird bei einer' Anordnung 'der eingaiigs heschriebeiiieh
Art'gebäß der Erfindung dadurch gelöst,' daß ii-dem'einöll# 1) Kanal ein Phasenwhieber
vorgesehen ist, welcher der 'der zWeiten'Läe:raÜO'rdnii4 züge#führten' Modulätionsspannun
ge en Las#randrdnung g kenübe# dei der eigt_ zugeführten Spannung eine solche
Phasenlage erteilt, daß -bei einer Vereinigung der' modulierten Laserstrahlen mittels
eines' Spiegelsysteins' und -einer anschließenden Demodulation die gewünschten nichtlinearen
Kom - # . 11 gelöscht sind.' pondnteii aüs Bei _#di#Ser der den beiden
1-aseranordnungen zÜgeführte Strom' ' aus eine . r Gleichstromkoniponerite-#und
einer Wechselstrom" keraponente. Die Gleichstromkomponente -erzeugt #iid6 hichtmodulierte,
Lichtirggeriwelle, während die xÄfeths'clströmkdmpon6ntd dihe Amplitude-ninodulas
- ausgesandten Laserlichtes bewirkt.
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Mit Hiffe-dieser Anordnung ist 'es insbesondere möglich,- die besonders
sttii#iidei# zweiten Härm-onischen auszulösch#ri. Dein -wirksame, Modulation's-"
bereich wird dadurch wesentlich vergrößert.
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Die Anwendung von Spiegeln zur-Ablenkung und Vereinigung von Strahlen
isCauch bei Laserlicht, be 'amit sy#tein, bei welchem , z. B.'bei einem gadar
,
die Laserlichtstrahlung nach ihrer Reflexion - an eineni'Spiegel'gem'emsam
mit den am Radarziel reflektierten Impulsen auf einem"Schirm'zu-r'Anzeige gebracht
wird. -Auch ist es bei einem überlagerungsempfänger mit äutoffiatis,chär Frequenzstäuerung
von Laserlicht bekanntgewoiden, über einen halbdurchgel zv#,ei tasershahleii-verschiedener
lässigün Spie'
Frequenz zu vereinigen und gemeinsam einem Photomultiplier
als Detektor zuzuführen. Bei diesen bekannten Anordnungen bestand aber nicht das
Problem einer verzerrungsarmen übertragung, wie es der vorliegenden Erfindung zugrunde
liegt.
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Die Erfindung soll an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele,
denen weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zu entnehmen sind, näher erläutert
werden. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung,
F i g. 2 ein Prinzipschaltbild eines Halbleiter-Dioden-Netzwerks mit entsprechender
Vorspannung zur Phasenverschiebung, F i g. 3 ein Diagrarnin der relativen
Verzerrungen, die sich mit und ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben,
F i g. 4 ein weiteres abgewandeltes Netzwerk zur Aufspaltung der Phasen,
dessen Verwendung in Verbindung mit dem in der F i g. 2 dargestellten Schaltkreis
für ein ausgedehntes Frequenzband zweckmäßig ist, F i g. 5 die durch die
Anordnung gemäß F i g. 4 erhältliche-Phasenverschiebung und Fig.
6 eine weitere Abwandlung eines Entzerrungssystems. Gemäß der F i
g. 1 gelangt ein Eingangsstrom I, = 10 + I. cos W
t auf eine erste optoelektronische Anordnung 10 und auf ein Netzwerk 12,
das die Phase um 90' dreht. 1, stellt die Gleichstromkomponente dar,
und I" ist die maximale Amplitude der Wechselstromkomponente. Das Netzwerk 12 kann
in bekannter Weise, beispielsweise in der in der Fig. 2 dargestellten Weise, ausgeführt
sein. Der resultierende Strom
ist gegenüber dem Eingangsstrom I, um 901 in der der Phase verschoben. Er
gelangt von dem Netzwerk 12 auf eine zweite optoelektronische Stufe 14. Die Stufen
10 und 14 weisen Gallium-Arsen-Dioden oder andere geeignete Halbleiter mit
Strahlungseigenschaften bei entsprechender Anwendung auf. Unter der Annahme, daß
die resultierende Menge N
der Fotoemisison iii Bezug zum Eingangsstrom im
quadratischen Verhältnis steht, daß als N = a. I + a.I2
ist, erhält man durch Einsetzen:
Die jeweils am Schluß stehenden, Ausdrücke dieser beiden Gleichungen stellen die
zweiten harmonischen Komponenten der ausgesandten Strahlung dar.
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Die von den beiden Dioden ausgesandte Strahlung einer bestimmten Frequenz
pflanzt sich über getrennte Wege 16 und 18 fort, wobei das Lichtbündel
18 mittels eines Spiegels 20 in den Weg 16 reflektiert wird und beide
Lichtstrahlen über den halbt durchlässigen Spiegel 22 auf den Detektor 24 gelangen.
Beide Spiegel sind im Strahlengang in einem Winkel von 451 angeordnet. Der Detektor
23 kann als Fotovervielfacherröhre ausgebildet sein. Unter der Annahme, daß
nach der Vereinigung der beiden Strahlen die Amplituden der harmonischen Komponenten
gleich sind, addieren sich die Ausgangsleistungen N, und N2 wie folgt:
Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, daß sich aus der Addition der beiden Ausdrücke
eine Auslöschung der zweiten harmonischen Komponente ergibt und somit eine Kompensation
der zweiten Harmonischen möglich ist.
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Wenn die Amplituden der beiden Strahlen und ihre harmonischen Komponenten
nicht gleich sind, so kann durch eine geeignete Dämpfung oder Polarisation dieser
Zustand herbeigeführt werden.
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Für eine einzelne Anordnung ergibt sich für die zweite Harmonische
folgender Ausdruck:
Diese Verzerrung wird bei vollständig angepaßten Paaren zu Null. Bei nicht angepaßten
Stromampli-.tuden, aber sonst gleichen Konstanten ergibt sich für die Verzerrungen:
wobei D2 proportional zu dem relativen, nicht angepaßten Strom ist. Mit Modulationsfrequenzen
von 3 bis 4 MHz angestellten Messungen, die in der F i g. 3 dargestellt
sind, zeigen die mit der erfindungsgemäßen Anordnung erzielten Verbesserungen hinsichtlich
der durch die zweite Harmonische verursachten Verzerrungen D' und Y' jeder
Diode in Bezug zu den unsymmetrischen Eingangsströmen
und zu der sich aus der Kombination ergebenden Verzerrung D2.
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Daraus ist ersichtlich daß der ursprüngliche Wert der Verzerrung von
30% um 5% herabgesetzt werden kann, was einer Verringerung von mehr als 20 db gleichkommt.
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Das in der F i g. 2 dargestellte Netzwerk, das eine Phasenverschiebung
um 901 bewirkt, enthält zwei Widerstände und zwei Kondensatoren und ist in
bekannter Weise aufgebaut. Haben R und C jeweils den gleichen Wert, dann
ist die Bedingungen für eine 901-Phasenverschiebung nur für eine einzige Frequenz,
nämlich
nur für co RC = 1, erfüllt. Das Netzwerk, bei dessen Verwendung die
in der F i g. 3 dargestellten Kurven gemessen werden, bewirkt eine gute Angleichung
aller unterhalb und oberhalb von dieser Frequenz, für die 901-Phasenverschiebung
besteht, gelegenen Frequenzen.
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Eine Breitbandentzerrung läßt sich durch die Verwendung einer Verzweigungsanordnung
mit 900
Phasendrehung durch Resonanzarme erzielen, die sich gemäß der F i
g. 4 mit der Frequenz ändern. Die Ausgangsspannungen der einzelnen Resonanzarme
ändern sich dabei in der Weise, daß die bloße Differenz zweier Phasenwinkel über
einen weiten Frequenzbereich ungefähr konstant bleibt. Wenn beispielsweise der Gütefaktor
jedes Armes 0,3 ist, und die beiden Resonanzfrequenzen die Werte haben:
wobei % ungefähr 3,4 co, ist, dann bleiben im Frequenzbereich von 0,8 a)i
bis 4,0 coi die Phasen zwischen 89 und 91'. Diese Verhältnisse sind
durch die in F i g. 5 dargestellte Kurve wiedergegeben.
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Eine Entzerrung optoelektronischer Anordnungen kann aber auch durch
die Zuführung von Signalen in Phasenopposition auf die Eingänge von zwei identischen
Elementen erzielt werden. Dabei erhält man Signale, die proportional der Differenz
der jeweiligen Modulationskomponente des Ausgangs sind. In diesem Fall ist es jedoch
notwendig, zwei Strahlungen über zwei nicht voneinander abhängige übertragungswege
auszusenden, und zwar entweder über verschiedene Wege auf derselben Trägerfrequenz
oder über den gleichen Weg auf verschiedenen Trägerfrequenzen. Eine solche Anordnung
ist in der F i g. 6 dargestellt, bei der die beiden Strahlungserzeuger
10 und 14 um 180' phasenverschoben angesteuert werden und das von
dort auf den parallelen Wegen 16 und 18 sich ausbreitende Licht auf
die Fotoröhre 26 und 28 auffällt und in Gleichstrom umgewandelt wird.
Danach werden die Ausgänge durch die Verwendung eines zweiten Phasenschiebers
30 genau ausgerichtet und einem gemeinsamen Lastwiderstand 32 zugeführt,
in dem die entzerrende Wirkung zustande kommt. In den Fällen, wo Licht über zwei
verschiedene Frequenzen f, und f. ausgesendet wird, können die beiden Wege
zusammengefaßt ünd eine Trennung mittels zweier Detektoren erzielt werden, von denen
jeder auf eine andere Frequenz abgestimmt ist. Sind jedoch die beiden Frequenzen
fl und f. gleich, so werden getrennte Wege und gleiche Detektoren verwendet. In
diesen beiden Fällen kommt die entzerrende Wirkung erst nach der Gleichrichtung
zustande wie beim zuerst geschilderten Fall.