DE831562C - Schaltungsanordnung zur AEnderung des Phasenwinkels einer Hochfrequenzschwingung - Google Patents

Description

Die Phasenmodulierung einer hochfrequenten

Trägerwelle durch ein niederfrequentes Zeichen gibt zur Entstellung einer Welle Veranlassung, die gewöhnlich in Abhängigkeit von der Zeit t durch die Gleichung

e = E_n, sin (cot + ψ₀ + m sin Ω t)

dargestellt wird, in der E_1n die Wellenamplitude, ο die Kreisfrequenz der Trägerwelle, ψ₀ ein konstanter. von dem gewählten Ausgangspunkt abhängiger Phasenwinkel, m der Modulationsfaktor und Ω die Kreisfrequenz des niederfrequenten Modulationszeichens ist.

Es ist bekannt, eine Trägerwelle in der Phase dadurch zu modulieren, daß man ihr eine um 90°· zu ihr in der Phase verschollene, in der Amplitude modulierte zweite Trägerwelle zufügt. Zur Erzielung einer sich proportional dem Modulationszeichen verändernden Phase muß die Amplitude der Trägerwelle groß gegenüber der Amplitude der in der Amplitude modulierten Welle sein, was den Modulationsfaktor m beschränkt. Bekanntlich bleibt das Niveau der dritten Harmonischen der Modulationsfrequenz unter 5 % des Niveaus des Zeichens, wenn der Modulationsfaktor m unter 0,44 bleibt, was einer Phasenveränderung von + 25⁰ entspricht. Die Technik kennt auch noch andere Verfahren ziut" Phasenmodulierutig, die aber in der Regel sehr schwache Phasenänderungen in den zulässigen Verzerrungsgrenzen ergeben.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter Berücksichtigung der üblichen Verzerrungs-

bedingungen viel höhere Modulationsgrade als bei den gewöhnlich angewendeten bekannten Verfahren der Phasenmodulierung zu erreichen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß das niederfrequente Zeichen, wie dies bei der Amplitudenmodulation gebräuchlich .ist, nach Punkten abgetastet; dabei sind aber diese Punkte nicht wie bei der Amplitudenmodulation gleichförmig längs der Zeitachse (vgl. Abb. i) verteilt, sondern liegen

ίο (vgl. Abb. 2) auf der Amplitudenachse in gleichen Abständen voneinander. Dadurch wird es möglich, eine in der Phase veränderliche Umformung des veränderlichen Zeichens zu erzielen, deren Genauigkeit unabhängig von der Frequenz des niederfrequenten Zeichens ist, während dies nicht für die Amplitudenmodulation gilt.

Jedem der durch die angenommenen Punkte oder Marken auf der Amplitudenachse vorbestimmten Amplitudenwerte entspricht eine Trägerwelle, deren

ao Phase einen bestimmten veränderlichen Wert hat. Die Werte der Phasenwinkel der Trägerwellen stehen durch eine lineare Gesetzmäßigkeit mit den zu den einzelnen Marken gehörigen Amplituden in Verbindung. Die Welle mit der gewünschten Phase

as wird selbsttätig aus einer Gesamtheit von Trägerwellen mit konstanter Amplitude ausgewählt, welche den verschiedenen Marken entsprechende Phasenwinkel aufwesien. Die Umwandlung der Trägerwelle, die durch die der w-ten Niveaumarke des Zeichens zugeordnete Phase <p_n gekennzeichnet ist, in eine Trägerwelle von der dem folgenden Punkt des abgetasteten Niederfrequenzzyklus entsprechenden Phase <p_{n +1} findet in fortschreitender und kontinuierlicher Weise statt. Dieses Gesetz der Veränderung bleibt praktisch linear, wenn die Punkte oder Marken auf der Amplitudenachse genügend nahe beieinanderliegen.

Die den Marken des Niveaus des Zeichens zugehörigen Trägerwellen werden mit Hilfe einer Verzögerungsleitung erhalten. Bekanntlich ist die Phasenverschiebung zwischen den an zwei gegebenen Punkten einer Leitung !bestehenden Spannungen proportional der zwischen diesen Punkten liegenden Leitungslänge. Man kann daher durch Abnahme der Spannungen an geeigneten Punkten der Leitung eine Reihe von Wellen erzielen, deren Phasen eine Folge von im voraus bestimmten Werten aufweisen.

Ernndungsgemäß werden durch das Modulationszeichen Stromkreise mit nur in einer Richtung leitfähigen Schaltungsteilen gespeist, die in jedem Augenblick die Übertragung der in der Phase dem augenblicklichen Niveau des Zeichens entsprechenden Trägerwelle gewährleisten. Diese auswählenden Stromkreise sind so polarisiert, daß eine gleichzeitige Übertragung der beiden Trägerwellen stattfindet, welche dem den Augenblickswert des Zeichens umfassenden Punkt auf der Amplitudenachse entsprechen. Da ihre Resultierende in jedem Augenblick die modulierte Welle darstellt, gewährleisten die Charakteristiken der auswählenden Stromkreise eine geeignete Änderung der relativen Amplitude der beiden Wellen, so daß sich die Phase der resultierenden Welle kontinuierlich ändert.

Das Modulationszeichen bewirkt somit selbsttätig eine stetige Umwandlung zwischen den Trägerwellen, deren Phasen den nacheinander während des niederfrequenten Zyklus erreichten Amplitudenmarken der Amplitudenachse (vgl. Abb. 2) entsprechen. Der kontinuierliche Ersatz kann insbesondere dann verwirklicht werden, wenn die Amplitude des Zeichens größer als die Amplitude der Trägerwelle ist.

Nach der Erfindung ist es möglich, unmittelbar eine Phasenmodulierung mit beliebig hohem Modulationsgrad zu erzielen und infolgedessen die gewöhnlich auf den Modulationsstroinkreis folgenden Frequenz\*ervielfachungsstromkreise zu vereinfachen. Dabei ist die Modulationsschaltung nach der Erfindung auch durch eine große Einfachheit der Ausführung und eine zuverlässige Wirkungsweise gekennzeichnet.

Abb. 3 veranschaulicht schematisch eine bevorzugte Ausführung des der Erfindung zugrunde liegenden Stromkreises, d. h. des auswählenden Stromkreises, der die Übereinstimmung zwischen dem augenblicklichen Niveau des Modulationszeichens und der augenblicklichen Phase der Trägerwelle herstellt. Die hochfrequente Welle mit der passenden Phase wird durch eine" Spannungsquelle S₂ geliefert, die beispielsweise durch einen geeigneten Punkt einer von der Hochfrequenzstromquelle gespeisten Verzögerungsleitung gegeben sein kann. Das Modulationszeichen wird dem Stromkreis durch die Spannungsquelle S₁ über einen Widerstand R zugeführt.

Bezeichnet man mit φ_η die Phase der Hochfrequenzspannung mit Bezug auf einen gegebenen Ausgangspunkt und mit V_n die entsprechende Amplitude des Zeichens (vgl. Abb. 2), so bleibt die Phase der Trägerwelle unter ψ_η+1, d. h. unter der zu dem folgenden Punkt der Verzögerungsleitung gehörigen Phase, wenn die Amplitude des Zeichens unter der Amplitude V_{n +1} bleibt. Der Stromkreis nach Abb. 3 enthält zwei Gleichrichter D₁ und D₂, die je durch eine Zweielektrodenröhre oder durch sonst ein unsymmetrisch leitfähiges elektrisches Gerät, z. B. eine mit Germaniumkristallen arbeitende Zelle gebildet sind. Die Kathode der Röhre D₁ und die Anode der Röhre D₂ werden auf dem Potential V_n + E durch eine schematisch durch eine Batterie B₁ angedeutete Spannungsquelle gehalten, während an der Kathode der Röhre D₂ das Potential V_n+1 + E mit Hilfe der Batterie B₂ hergestellt ist, wenn E die Amplitude der hochfrequenten Welle ist.

Die Induktanz L isoliert die Batterie B₁ hinsichtlich der Hochfrequenz und bildet eine kleine Impedanz bei den Modulationsfrequenzen. Der so gebildete Stromkreis überträgt die Hochfrequenzspannung Εφ_η auf den Ausgangsstromkreis S, wenn die Amplitude des niederfrequenten Zeichens zwischen den Werten V_n und V_n+1 liegt. Ist nämlich die Summe der niederfrequenten und der hochfrequenten Spannung kleiner als V_n + E, so be-

Wert

findet sich die Kathode ι! τ Zweielektrodenröhre D₁ ' auf einem höheren Potential als ihre Anode. Somit · widersetzt sich die Röhre D₁ dem Übergang des Stromes von der Spannungsquelle S₂ nach dem Stromweg S.

Wenn die Amplitude der Summe der Spannungen j größer als V_n + E ist, verhält sich die Zweielektro- j denröhre D₁ wie eine sehr kleine Impedanz, die i Hochfrequenzspannung Εφ_π wird fast in ihrer Gesamtheit nach dem Stromkreis S übertragen, und die Induktanz L wirkt dabei als unendlich große Impedanz. Ist die Amplitude des Zeichens größer als V_{n +1} + E, so wird die Zweielektrodenröhre D₂ leitend und weist eine Impedanz Null für die durch die Röhre D₁ hindurchgegangenen Hochfrequenzströme auf. Der Hochfrequenzstromkreis schließt ; sich wieder über die Masse, und es tritt keine Hoch- j frequenzspannung in der Leitung S auf. !

Die Amplitude der Hochfrequenzspannung muß von der gleichen Größenordnung wie die Spannung des Zeichens sein, damit die Schaltung einwandfrei arbeitet. Man wählt sie unter der Zeichenspannung, um den fortschreitenden Ersatz einer Trägerwelle Εφ_η durch die folgende Trägerwelle Εφ_{η + 1}

as zu erleichtern.

Eine Phasenmcxhilierungsschaltanordnung nach tier Erfindung umfaßt so viele dem Stromkreis nach Abb. 3 ähnliche Stromkreise, als Marken oder Punkte auf der Amplitudenachse für die Amplitude des niederfrequenten Zeichens vorhanden sind, und die Polarisationen der Zweielektrodenröhren D₁ und D₂ ändern sich demgemäß von einem zum anderen Stromkreis. Nimmt man beispielsweise an, daß das Zeichen mit maximaler Amplitude mit Hilfe von sechs Marken oder Punkten (vgl. Abb. 4) untersucht werden soll und die maximale Amplitude + Eß_F der dritten Marke entspricht, so muß man über sechs dem Stromkreis nach Abb. 3 gleiche Stromkreise verfügen. Wie die Praxis gezeigt hat, vollzieht sich die Umwandlung in stetiger Weise, wenn die Amplitude der Trägerwelle nicht den

'^HF überschreitet, worin Λ^Γ die Zahl der

N ■

Stromkreise, d. h. gemäß Abb. 4 gleich 6 ist.

Abb. 5 veranschaulicht diese Modellierung«- schaltanordnung in einem Ausführungsbeispiel. Die Hochfrequenzspannungsquelle S₀ speist eine Verzögerungsleitung, die aus den Induktanzen L₇, L₈ . . . L₁₂ und den Kondensatoren C₇, C₈ ... C₁₁ besteht und mit ihrem Wellenwiderstand Z₁ ab- j geschlossen ist. Die an den Punkten A, D ... F auf- | tretenden Spannungen sind als Vektoren V_A, B₀ . . , Vf in Abb. 6 aufgetragen. Diese Vektoren von \ gleicher Amplitude sind gegeneinander um einen konstanten Winkel, z. B. von 6o°, versetzt. Die j maximale Amplitude E_BF des Zeichens entspricht j einer Phasenverschiebung von ± 150⁰. !

Das von der Spannungsquelle S₁ kommende niederfrequente Zeichen wird dem Umwandler zu- j geleitet, der aus zwölf Gleichrichtern D₁, D₂ ... D₁₂ Ijesteht, deren Polarisationspotentiale in Abb. 5 ein- J getragen sind. Je zwei Gleichrichter sind in Reihe j und die sechs Gleichrichterpaare über Widerstände !

R₁, R₂... R₆ parallel geschaltet. Drei Gleichrichterpaare sind für den Stromdurchgang in der einen und die übrigen Gleichrichterpaare für den Stromdurchgang in der anderen Richtung vorgesehen. Die Gleichrichter D₂, D₄, D₈, D₈, D₁₀, D₁₂ liegen in Reihe mit je einer der Induktanzen L₁ bis L₆ an je einer der Batterien B₁ bis B₆, und die Induktanzen L₁ bis L₆ zweigen dabei von den zwischen den beiden (jleichridhtern je eines Paares liegenden Punkten H bis M ab, während die nach den Gleichrichtern zu gelegenen Endpunkte N ibis S der Widerstände R₁ bis R₆ über Kondensatoren C₁₂ ibis C₁₇ an die Punkte A bis F angeschlossen sind.

Die Amplitude des Zeichens kann auch kleiner als E_BF sein, und die sechs Phasenvektoren brauchen nicht zwangsläufig für jeden Niederfrequenzzyklus benutzt zu werden. Bei dem Beispiel nach Abb. 5 und 6 überschreitet diese Amplitude niemals den Wert E_BF. Anderseits kann der maximale Bereich der gedeckten Amplituden auch mit Hilfe einer viel größeren Zahl von Marken oder Punkten (vgl. Abb. 4) untersucht werden, d. h. man kann an Stelle der sechs Vektoren von Abb. 6 auch mit einer größeren Zahl von Vektoren arbeiten, deren relative Phasenverschiebungen größer oder kleiner als der in Abb. 6 gewählte Wert sein können. Man kann insbesondere hochfrequente Bezugsspannungen verwenden, deren relative Phasen einen Bereich von mehr als 360°' einnehmen.

Die Modulationsschaltanordnung nach Abb. 5 arbeitet !beispielsweise in dem Fall, wo das niederfrequente Zeichen genau das maximale Niveau E_BF erreicht, wie folgt: Ist die Modulationsspannung Null, so ist die Anodenspannung der Zweielektrodenröhren D₁ bis D₁₁ Null, und nur die Röhren D₅ und D₇ sind leitend, wenn die Verzögerungsleitung von der Spannungsquelle S₂ gespeist wird. Die Kathode der Röhre D₅ ist nämlich auf dem mittleren Potential der Masse und überträgt daher im Punkte J₀ die positiven Halbwellen ihrer Anodenspannung Vq. Infolgedessen tritt an dem Punkt J₀ eine Spannung auf, deren Komponente bei der Grundfrequenz eine Amplitude vom Werte kV q hat, worin k ein von den Eigenschaften der Röhre D₅ abhängiger Faktor ist.

Die Anodenspannung der Röhre D₇ ist Null, und diese ist daher nur während der negativen Halb- tio wellen der an ihre Kathode gelegten Spannung V₀ leitend. Die Komponente der im Punkte K₀ auftretenden Spannung mit der Grundfrequenz ist daher kVp, worin k den nämlichen Wert wie 'bei der Röhre D₅ hat, wenn die Röhren D₅ und D₇ gleich sind. Andernfalls kann man durch Einschaltung von geeigneten Impedanzen leicht die Amplitudengleichheit der beiden an die Stelle T übertragenen Spannungen herstellen. Zu diesem Zweck können z. B. die einstellbaren Kondensatoren C₁, C₂ ... C₆ vorgesehen sein.

Als Resultierende dieser beiden Spannungen V_D und V_c ergibt sich im Vektordiagramm gemäß Abb. 7 ein Vektor V^, der nach der Halbierenden des von den Vektoren Vß und Vq eingeschlossenen Winkels ausgerichtet ist. Dieser Vektor wird als

Claims (2)

1. Ausgangspunkt der Phasen angenommen, da er einem Zeichen Null entspricht. Man kann als Phasenausgangspunkt aber auch den einer beliebigen gegebenen positiven oder negativen niederfrequenten Amplitude entsprechenden Vektor annehmen.

   Wenn die Amplitude des Zeichens einen Wert V, z. B. zwischen + Vs E_BP und + ²Zs E_BF erreicht hat, wird das Anodenpotential der Zweielektrodenröhre D₆, das gleich V ist, größer als das Kathodenpotential der Röhre, das auf dem Wert Vs E_BF gehalten wird. Die Röhre D₆ wirkt als Kurzschluß zwischen dem Punkt /„ und der Batterie B₃. Die Zweielektrodenröhre D₃, deren Kathode mit der

   Spannung Vs E polarisiert ist, wird durch das Zeichen während eines bestimmten Bruchteils des Niederfrequenzzyklus entblockt, und Gleiches gilt für die Röhre D₁, während die Röhren D₇, D₉ und D_n unter diesen Bedingungen nichtleitend sind.

   Die an der Stelle T auftretende Hochfrequenzspannung ist durch eine der Phase der Spannung V_B nahekommende Phase gekennzeichnet, und der Phasenwinkel ist + 90⁰ gegenüber dem Bezugsvektor. Ebenso tritt ibei einem Niederfrequenz- zeichen mit einer Amplitude zwischen + ²/s E und + Vs E ein schrittweiser Ersatz des Vektors V_B durch den Vektor V^ auf, und der Phasenwinkel der resultierenden Spannung ist + 150⁰ gegenüber dem Blezugsvektor.

   Wie ersichtlich, vollzieht sich der Ersatz eines Phasenvektors durch einen anderen stufenweise infolge der fortschreitenden Änderung des Durchgangswinkels des Hochfrequenzstroms in den Zweielektrodenröhren der Schaltanordnung nach Abb. 5.

   Da ferner der auf die Hochfrequenz abgestimmte Stromkreis L₁₃, C₁₉ in Reihenschaltung mit je einem der Kopplungskondensatoren C₁, C₂ ... C₆ eine beträchtliche Impedanz gegenüber der Impedanz der Modulationsglieder aufweist, ist jede unnötige Kopplung zwischen diesen verhindert.

   Ein weiteres Beispiel für die Ausführung einer Modulationsschaltung nach der Erfindung bringt Abb. 8, welche im wesentlichen die gleichen Teile wie die Schaltung nach Abb. 5 unter Verwendung der gleichen Beziugsziffern zeigt. Gegenüber der Schaltung nach Abb. 5 bietet die Anordnung nach Abb. 8 den Vorteil, daß sie nur eine einzige Polarisationsspanriungsquelle B erfordert, indem jeder an der Umformung mitwirkende Teil durch eine niederfrequente Spannungsquelle gespeist wird, die eine Spannung ergibt, deren Amplitude proportional dem Rang des betreffenden Umformungsgliedes wächst. Dies kann gemäß Abb. 8 in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Umformungsglieder in gleichen Abständen an die Sekundärwicklung ejnes Transformators angeschlossen sind, dessen Primärwicklung durch die Modulationsspannung gespeist wird. Die Wirkungsweise der Schaltanordnung nach Abb. 8 ist im übrigen die gleiche wie >l>ei Abb. 5, indem auch gemäß Abb. 8 ! l>ei Änderung der Amplitude der Modulationsspanming die verschiedenen Zweielektrodenröhren zur Wirkung kommen und schrittweise kurzgeschlossen werden, um die nach der Verbrauchsstelle ü1>ertragene Hochfrequenzspannung umzuwandeln.

   Die Benutzung eines Transformators gibt die Möglichkeit, die Verzögerungsleitung fort zu lassen und bei 1>estimmten Anwendungsfällen der Schaltung nach der Erfindung für diese die Sekundärwicklung des Transformators zu verwenden. Wenn nämlich die Modulationsfrequenzen hoch sind, kann man die Sekundärseite des Transformators gemäß der Schaltung nach Abb. 9 in der Form von unter sich gleichen Scheiben wickeln, die auf einem Kern aus Eisenpulver angeordnet sind, und von denen jede die gleiche Induktanz und eine Kapazität gegenüber der Masse 'besitzt, so daß die Sekundärwicklung dann selber in der Art einer Verzögerungsleitungwirken kann.

   Bei dieser Schaltung, die im übrigen der Anordnung nach Abb. 5 entspricht, wird die zu modulierende Hochfrequenzspannung über einen gestrichelt angedeuteten Kondensator an das eine Ende der Sekundärwicklung des Transformators herangeführt, dessen anderes Ende sich über eine Impedanz Z schließt, die unendlich groß für die Modulationsfrequenzen und gleich dem Wellenwiderstand der so gebildeten Verzögerungsleitung für die zu modulierende Hochfrequenz ist.

   Die Erfindung kann im einzelnen auch in einer von den Beispielen der Zeichnung abweichenden Weise verwirklicht werden, wenn dabei das Prinzip der nach einem linearen Gesetz erfolgenden Zuordnung, von in der Phase im voraus geregelten Trägerwellen zu Merkniveaus des Zeichens eingehalten und durch einen vom niederfrequenten Zeichen gesteuerten Umwandler ein fortschreitender Austausch der Hochfrequenzwellen von gegebener Phase im Takt der Änderungen der Amplitude des Zeichens gewährleistet wird. Eine besonders vorteilhafte Ausführung dieses Grundgedankens der Erfindung wird sich immer dadurch erreichen lassen, daß der Umwandler aus mehreren, nur in einer Richtung leitfähigen elektrischen Gebilden besteht, die für die Übertragung der Hochfrequenzwellen polarisiert sind, die ihnen, wenn die Amplitude des Zeichens sich zwischen zwei vorbestimmten Werten ändert, zugeführt werden.

   110 Pate ν τ α χ s ρ r C che:

   ι. Schaltungsanordnung zur Änderung des Phasenwinkels einer Hochfrequenzschwingung durch ein Modulationszeichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Modulationszeichens diskontinuierlich durch Vergleich mit beispielsweise gleich weit voneinander abstehenden Bezugsniveaus abgetastet wird, von denen jedes einer eine Ix'stimmte Phase gegenüber einem Bezugszeichen aufweisenden von der zu modulierenden Hochfrequenzschwingung abgeleiteten Schwingung zugeordnet ist.
2. 2. Schaltungsano. Inung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse des Modulationszeichens mit Hilfe von Paaren von nur in einer Richtung leitfähigen Stromwegen.

   die (K-ii phasenverschobenen Hochfrequenz- zwischen denen die Augenblicksamplitude des

   schwingungen zugeordnet sind, derart erfolgt, Modulationszeichens liegt, wobei die Stärke

   daß der Ausgangsstromkreis in jedem Augen- j einer jeden dieser Sohwingungen eine Funktion

   blick eine Schwingung empfängt, die durch die j des zwischen dem Augenblickswert der Ampli-Vektorsumme von Schwingungen gebildet ist, tude des Zeichens und dem zur Schwingung ge-

   deren Phasen den Bezugsniveaus entsprechen, hörigen Bezugsniveau bestehenden Abstandes ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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