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Apparat zum übertragen elektrischer Signale
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Die Erfindung betrifft einen Apparat zun; übertragen elektrischer
Signale von einer Signaleerzeugenden Vorrichtung zu einer Signale nutzenden Vorrichtung,
wobei diese Vorrichtungen auf zwei zueinander winklig bewegbaren Teilen angeordnet
sind.
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Die Erfindung kann mit Vorteil benutzt werden in Fällen, in denen
elektrische Signale von einer auf einem drehbaren Turm eines Fahrzeuges angeordneten
Fernsehkamera zu einem Monitor im Fahrzeug übertragen werden sollen, insbesondere,
wenn die Turm-(Linsenkranz)-Konstruktion derart ist, daß es nicht möglich ist, einen
kleinen mechanischen Schleifring auf der Drehachse desselben anzuordnen, nämlich
wenn er auf einem Ringlager großen Durchmessers montiert ist.
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Der Apparat gemäß der Erfindung umfaßt eine Mehrzahl von Strahlung
übertragenden Vorrichtungen, die auf einem von zwei gegeneinander winklig bewegbaren
Teilen angeordnet sind und eine Mehrzahl von für die Strahlung empfindlichen Vorrichtungen,
die auf dem anderen dieser Teile angeordnet sind, wobei wenigstens eine dieser strahlungsempfindlichen
Vorrichtungen von wenigstens einer der strahlungsübertragenden Vorrichtungen in
allen Winkelstellungen der beiden winklig zueinander bewegbaren Teile beleuchtet
wird, und modulierende Mittel für die Betätigung aller strahlungsempfindlichen Vorrichtungen
in Phase miteinander in Übereinstimmung
mit der Größe eines elektrischen
Eingangssignals, Surnmierungsmittel zum Summieren der von allen strahlungsempfindlichen
erzeugten elektrischen Signale sowie Demodulierungsmittel zum Demodulieren des von
diesen Summierungsmitteln erzeugten Signals zum Erzeugen eines elektrischen Signals,
das dem den Modulierungsmitteln zugeführten Signal entspricht, vorgesehen sind.
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Vorzugsweise sind die strahlungsübertragenden Vorrichtungen Infrarotlicht-aussendende
Dioden.
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Vorzugsweise sind entweder die Strahlungsaussendenden Vorrichtungen
oder die strahlungsempfindlichen Vorrichtungen in Gruppen von mehreren solcher Vorrichtungen
angeorndet.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen solchen Apparat mit einem Elockdiagramm
der Schaltung, Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines Frequenzmodulators für einen solchen
Apparat, Fig. 3 zeigt ein Schaltbild eines Übertragungsmoduls als Teil eines solchen
Apparates, Fig. 4 zeigt ein Schaltbild eines Empfängermoduls als Teil eines solchen
Apparates, Fig. 5 zeigt ein Schaltbild eines Summierungsverstärkers als Teil eines
solchen Apparates, Fig. 6 zeigt das Schaltbild eines Demodulators als Teil eines
solchen Apparates.
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Der in Fig. 1 dargestellte Apparat umfaßt eine Mehrzahl von Strahlung
übertragender Vorrichtungen 11, die paarweise in Abständen voneinander rund um den
Umfang eines rotierbaren Teils 10 angeordnet sind. Jedes Paar der Vorrichtungen
11 enthält zwei Infrarotlicht imitierende Gallium-Arsenid-Dioden (z.B. Dioden GAL
3/HR Plessey), die mit einem Antriebsmodul der in Fig. 3 dargestellten Art verbunden
sind. Die Dioden-Module sind an einen gemeinsamen, modulierenden Schaltkreis angeschlossen,
der ein Eingangssignal von einer Video-Kamera 13, dem Erzeuger eines thermischen
Bildes oder einer anderen auf dem drehbaren Teil 10 angeordneten Signalquelle.
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Auf einem anderen Teil 14, demgegenüber der Teil 10 drehbar ist, ist
eine Mehrzahl von Gruppen von strahlungsempfindlichen Vorrichtungen in Form von
Ferranti-Dioden BPW 34 PIN angeordnet, von denen jede Gruppe mit einem Vorverstärker
in einem Modul 15 versehen ist (s. Fig. 4).
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Diese Module sind rund um den Teil 14 derart angeordnet, daß wenigstens
eine strahlungsempfindliche Vorrichtung wenigstens eines der Module 15 Strahlung
von einem der Strahlung übertragenden Module 11 empfängt, unabhängig von der relativen
Winkelstellung der beiden Teile 10 und 14. In Fig. 1 sind fünf Module in Winkelabständen
von 720 um die Drehachse und fünf Module 15 aneinander anschließend so angeordnet,
daß sie einen Bogen von etwa 80° bilden. Bei einer solchen Anordnung ist einer der
beiden Kanäle für die Informationsübertragung zu jeder Zeit offen. Natürlich kann
die Anzahl und die Größe der Ubertragungs- und Empfangsmodule nach Bedarf verändert
werden, um einen jeweiligen Kompromiß zwischen den Kosten, dem Verhältnis zwischen
Signal und Geräusch und der übertragenden Energie zu erreichen. Die Wahl der lichtaussendenden
Diode ergibt sich ebenfalls nach den Kosten, der Bandweite und der Energie.
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Die Ausgänge der Empfangsmodule 15 sind mit Summenverstärkern verbunden,
die an einem fm-Demodulator 17 ein Eingangssignal erzeugen, dessen Ausgangssignal
einem Video-Monitor 18 zugeführt wird.
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Der in Fig. 2 dargestellte fm-Modulator umfaßt eine Eingangsstufe,
die aus einem npn-Transistor Q1 besteht, dessen Basis eine Vorspannung über die
Widerstandskette R1, R2 erhält, die zwischen den positiven und negativen Schienen
20, 21 liegt, während der Kollektor an die Schiene 20 angeschlossen ist. Ein E-ingangs-Kupplungs-Kondensator
C1 verbindet die Basis des Transistors Q1 mit dem Auslaß der Video-Kamera.
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Der Emitter des Transistors Q1 ist über zwei Widerstände R3, R4 mit
der Basis von zwei npn-Transistoren Q2, Q3 verbunden, so daß sich ein spannungsgesteuerter
Multivibrator ergibt. Die Kollektoren der Transistoren Q2, Q3 sind über Widerstände
R5, R6 mit der Schiene 20 verbunden und ihre Emitter sind miteinander und über einen
Widerstand R7 mit der Schiene 21 verbunden. Zwei Vorspannungswiderstände R8, Rg
verbinden die Basen der Transistoren Q2' Q3 mit der Schiene 20 und zwei Rückkopplungskondensatoren
C2, C3 verbinden die Basis jedes Transistors Q2, Q3 mit dem Kollektor des anderen
Transistors.
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Der Multivibrator erzeugt in bekannter Weise eine nahezu rechteckige
Frequenzwelle, die mit dem über den Transistor Q1 zugeführten Strom wächst, bei
konstantem Verhältnis von Zeit und Raum. Diese Komponenten, einschließlich der Widerstandskette
R1, R2 haben solche Werte, daß der Multivibrator, wenn kein Video-Signal vorliegt,
mit einer Frequenz von etwa 8, 2 MHz schwingt.
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Ein npn-Transistor Q4 zum puffern des Ausgangs des Multivibrators
liegt mit seiner Basis am Kollektor des Transistors Q3. Der Kollektor des Transistors
Q4 ist mit der Schiene 20 verbunden, während sein Emitter über einen Widerstand
R10 mit der Schiene 21 verbunden ist.
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Der Emitter des Transistors Q4 ist über einen Kondensator C4 und einen
Widerstand R11 mit der Basis eines npn-Transistors Q5 verbunden, dessen Emitter
mit der Schiene 21 verbunden ist, während seine Basis über eine Diode D1 mit der
Schiene 21 verbunden ist, um eine Gleichstromvorspannung für die Basis des Transistors
Q5 zu erzeugen.
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Ein Widerstand R12 verbindet die Schiene 20 mit dem Kollektor des
Transistors Q5, der direkt mit der Basis eines Ausgangs-npn-Transistors Q6 verbunden
ist. Der Kollektor des Transistors Q6 ist mit der Schiene 20 verbunden und sein
Emitter ist über einen Widerstand R13 zu einer Mehrzahl Ausgangsklemmen für die
Verbindung mit den betreffenden Modulen 11 verbunden.
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Jedes Modul 11 (s. Fig. 3) umfaßt einen npn-Transistor Q7, dessen
Emitter über einen Widerstand R14 mit der Schiene 21 und dessen Basis über einen
Widerstand 15 mit der gleichen Schiene verbunden ist, während sein Kollektor mit
der Schiene 20 über zwei in Reihe geschaltete lichts endende Dioden L1 und L2 verbunden
ist.
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Jeder Modul 15 (s. Fig. 4) enthält einen Eingangstransistor Q8, dessen
Kollektor über einen Widerstand R16 mit einer positiven Schiene 22 verbunden ist,
während sein Emitter mit einer negativen Schiene 23 verbunden ist. Die Anordnung
der PIN-Dioden 24 ist an einer Seite mit der Basis des Transistors Q3 und an der
anderen Seite über einen Widerstand R17 mit der Schiene 22 verbunden. Ein Kondensator
C5 entkuppelt die genannte andere Seite der Diodenanordnung 24 von jedem an der
Schiene 22 auftretenden Brumm. Der Kollektor des Transistors Q8 ist unmittelbar
mit der Basis eines npn-Transistors Qg verbunden, dessen Kollektor mit der Schiene
22 und dessen Emitter über zwei Widerstände R18, R19 mit der Schiene 23 verbunden
ist. Ein Vorspannungswiderstand R20 verbindet die Basis des Transistors Q8 mit dem
Verbindungspunkt der beiden in Reihe liegenden
Widerstände R18,
R19 der Schiene 23. Ein Vorspannungswiderstand R20 verbindet die Basis des Transistors
Q8 mit dem Verbindungspunkt der Widerstände R18, R19. Ein Ausgangstransistor R20
verbindet den Emitter des Transistors Qg mit der geeigneten Eingangsklemme des Summierverstärkers.
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Der Summierverstärker 16 ist in Fig. 5 dargestellt und umfaßt einen
npn-Transistor Q10' dessen Basis verbunden ist mit den Auslässen der verschiedenen
Module 15 über Kondensatoren C6a bis C6e und Widerstände R22a bis R22e Jeder Eingang
ist mit der Schiene 23 über einen Widerstand R21a bis R21e verbunden. Der Emitter
des Transistors Q10 ist mit der Schiene 23 und sein Kollektor über einen Widerstand
R23 mit der Schiene 22 verbunden. Ein npn-Transistor Q11 ist mit seinem Kollektor
mit der Schiene 22 verbunden und seine Basis unmittelbar mit dem Kollektor des Transistors
Q10 gekoppelt. Der Emitter des Transistors Q11 ist über zwei in Reihe liegende Widerstände
R24, R25 mit der Schiene 23 verbunden und der gemeinsame Punkt dieser Widerstände
ist über einen Rückkopplungswiderstand R26 mit der Basis des Transistors Q10 verbunden.
Die Gesamtverstärkung des Summierverstärkers für jeden Einlaß ist 2.
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Der Demodulator umfaßt zwei Begrenzungsstufen, eine Phasenspalterstufe,
eine Detektorstufe, eine Filterantriebsstufe, eine passive Filterstufe und eine
Ausgangsverstärkerstufe.
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Die erste Begrenzerstufe umfaßt einen Eingangskondensator C7, der
den Auslaß des Summierverstärkers mit der Basis eines npn-Transistors Q12 verbindet.
Die Basis des Transistors Q12 ist ebenfalls über Widerstände R27 und R28 mit den
Schienen 22 und 23 verbunden, während sein Kollektor über einen Widerstand R29 mit
der Schiene 22 verbunden ist. Der Emitter des Tranistors Q12 ist mit der Schiene
23 über zwei Widerstände R30, R31 verbunden, von denen einer durch einen Kondensator
C8 überbrückt ist, so daß der Verstärkungsfaktor des Transistors Q12 etwa 10 beträgt.
Der Kollektor des Transistors Q12 ist mit der Anode der Diode D2 und der Kathode
der Diode D3
verbunden, deren andere Elektroden miteinander und
mit der Schiene 22 über einen Kondensator Cg verbunden sind.
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Der Kollektor des Transistors Q12 ist ebenfalls mit der Basis eines
npn-Emitter-Folge-Tranistors Q13 verbunden, dessen Kollektor mit der Schiene 22
und mit einem Widerstand R32 verbunden ist. Zwei Widerstände R33, R34 liegen in
Reihe zwischen der Schiene 22 und einer 9V-Schiene 25, wobei die Schiene 22 und
die Verbindung mit den Widerständen R33 , R34 durch entsprechende Kondensatoren
C10 und C11 entkoppelt sind.
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Die zweite Begrenzerstufe besteht aus Widerständen R'27 bis R'32,
Kondensatoren C' bis C'g, Dioden D'2 und D'3 sowie Transistoren 12 und Q'13 und
ist ebenso wie die erste Begrenzungsstufe mit Ausnahme, daß sie ihren Strom von
dem Verbindungspunkt der Widerstände R33, R34 empfängt statt von der Schiene 22,
wobei der Wert der Widerstände 30 erhöht ist, so daß der Verstärkungsgrad des Transistors
Q'12 nur etwa 4 beträgt.
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Die Phasenspalterstufe umfaßt zwei npn-Transistoren Q14 und Q15' deren
Emitter miteinander und über einen Widerstand R35 mit der Schiene 23 verbunden ist.
Der Kollektor des Transistors Q14 ist über einen Widerstand R36 und einen damit
in Reihe liegenden variablen Widerstand VR1 mit der Schiene 25 verbunden, während
der Kollektor des Transistors Q15 über einen Widerstand R37 mit der Schiene 25 verbunden
ist. Die Basis des Transistors Q14 ist über einen Widerstand R38 mit der Schiene
35, über einen Widerstand R39 mit der Schiene 23 und über einen Kondensator C10
mit dem Emitter des Transistors Q'13 verbunden. Die Basis des Transistors Q15 ist
über einen Widerstand R40 mit der Schiene 25, über einen Widerstand R41 mit der
Schiene 23 und über einen Kondensator C11 mit der Schiene 23 verbunden. Der Widerstand
VR1 ist so justiert, daß sichergestellt ist, daß die Gleichstromsignale an den Kollektoren
der Transistoren Q14
und Q15 gleiche Größe haben. Zwei Transistoren
Q16 und Q17 sind als Emitter-Folger deren Basen verbunden mit den Kollektoren der
Transistoren Q14, Q15, deren Kollektoren mit der Schiene 25 und deren Emitter über
Widerstände R42, R43 mit der Schiene 23 verbunden sind.
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Die Detektorstufe umfaßt ein Paar Widerstände R44 und R45, die zwischen
den Schienen 25, 23 in Reihe geschaltet sind, wobei der Widerstand 35 überbrückt
ist durch einen Kondensator verhältnismäßig großen Aufnahmevermögens. Der Verbindungspunkt
dieser Widerstände ist verbunden mit den Anoden von zwei Dioden D4 und D5, deren
Kathoden über Kondensatoren C13 und C14 mit den Emittern der Transistoren Q16, Q17
verbunden sind. Die Kathoden der Dioden D4, D5 sind mit den Anoden von zwei weiteren
Dioden D6, D7 verbunden, deren Kathoden miteinander und über einen Widerstand R46
mit der Schiene 23 verbunden sind.
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Die Filterantriebsstufe umfaßt einen npn-Eingangstransistor Q18, dessen
Basis über einen Widerstand R47 und einem damit in Reihe liegenden Kondensator C15
mit den Kathoden D6, D7 verbunden ist Der Emitter des Transistors Q18 ist mit der
Schiene 23, sein Kollektor über einen Widerstand R48 mit der Schiene 26 und über
einen Widerstand R49 mit der Schiene 25 verbunden und entkoppelt durch einen Kondensator
C16. Diese Stufe enthält außerdem einen npn-Ausgangstransistor Q19' dessen Basis
unmittelbar mit dem Kollektor des Transistors Q18' dessen Kollektor mit der Schiene
26 und dessen Emitter über zwei in Reihe liegende Widerstände R50, R51 mit der Schiene
23 verbunden ist, wobei der Verbindungspunkt der Widerstände R50, R51 über einen
Rückkopplungswiderstand R52 mit der Basis des Transistors Q18 verbunden ist.
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Die Filterstufe umfaßt einen Widerstand R53, drei Induktoren H1, H2
und H3 und einen damit in Reihe liegenden Widerstand R54,
wobei
die Verbindungspunkte zwischen diesen Komponenten mit der Schiene 23 über entsprechende
Kondensatoren C C18, C19 und C20 verbunden sind.
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Die Ausgangsverstärkerstufe umfaßt einen npn-Eingangstransistor Q20'
dessen Basis mit dem Widerstand R54, dessen Kollektor über einen Widerstand R55
mit der Schiene 26 und dessen Emitter mit der Schiene 23 verbunden ist. Die Basis
eines npn-Transistors Q21 ist unmittelbar mit dem Kollektor des Transistors Q20
verbunden, der mit der Schiene 26 verbunden ist, während sein Emitter über einen
Widerstand R56 mit der Schiene 23 verbunden ist. Die Basis eines npn-Ausgangstransistors
Q22 ist unmittelbar mit dem Emitter des Transistors Q21, sein Kollektor mit der
Schiene 26 und sein Emitter über zwei in Reihe liegende Widerstände R57 und R58
mit der Schiene 23 verbunden. Der Widerstand R57 ist überbrückt durch einen Kondensator
c21 und ein Rückkopplungswiderstand R59 verbindet den Verbindungspunkt zwischen
den Widerständen R57, R58 mit der Basis des Transistors Q20 Der Ausgang des Verstärkers
ist verbunden mit dem Video-Monitor über ein abgeschirmtes Kabel 27, das mit dem
Emitter des Transistors Q22 über einen Anpassungswiderstand R verbunden ist.
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6" Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, ist das Gleichstrom-bis5MHz-Video-Signal
vorgesehen, um einen Träger einer 8,2 MHz-Frequenzzumodulieren mit einer Abweichung
von +- 1 Mhz. In diesem System. wird lediglich das Band unterhalb des Trägers benutzt,
während das obere Band unbenutzt bleibt. Diese Frequenz- und Bandbreitenwerte sind
gewählt, damit sie der Art des übertragenden Video-Signals und der lichtsendenden
Diode entsprechen. Die beschriebenen lichtaussendenden Dioden haben einen Frequenzbereich,
der bis etwa 4 MHz flach ist, 3 dB niedriger ist bei 9,0 MHz und oberhalb dieser
Frequenz mit etwa 6 dB je Oktave abfällt. Die Begrenzerstufen des Modulators erzeugen
genügend Verstärkung, um den Amplitudenverlust bei hohen frequenzen wettzumachen
und Variationen der Intensität der einzelnen
lichterzeugenden Dioden,
die Empfindlichkeit der PIN-Dioden der verschiedenen Anordnungen und Änderungen
der Abstände zwischen Übertrager und Empfänger zu kompensieren, die durch eine Exzentrizität
der Kreise der Übertragermodule und der Empfängermodule erzeugt werden könnte, Die
Detektorstufe erzeugt die originale Video-Signal-Wellenform gemischt mit den Hochfrequenzkomponenten,
die im wesentlichen durch die Filterstufe beseitigt sind.
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Sowohl die Übertragungsmodule als auch die Empfängermodule können
mit entsprechenden Linsen versehen sein, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Wenn Linsen
vorgesehen werden, können die Ansprüche an die Leistung der lichtaussendenden Dioden
vermindert werden, so daß die gleiche Bandbreite und das gleiche Signal-Geräuschverhältnis
unter Aufwendung geringerer Kosten für den Apparat erreicht werden kann.
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