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Ubertragungssystem für drahtlose Nachrichten Die vorliegende Erfindung,
System Villem, bezieht sich auf drahtlose Netze, die feste und bewegliche Stationen
besitzen mit dem Ziel, die Reichweite zu vergrößern unter Beibehaltung von Empfängern
mit möglichst einfachen Bedingungen für Verbindungen von Station zu Station. Die
vorgesehenen Vorrichtungen haben im wesentlichen zum Ziel: Störungen auf die Güte
der Verbindungen zu vermeiden, die durch Interferenz zwischen den verschiedenen
festen Stationen entstehen, wenn sie gleichzeitig dieselbe Nachricht übertragen,
die z. B. für eine der beweglichen Stationen bestimmt ist und die betreffende bewegliche
Station allein antworten will. Sie hat ferner zum Ziel, für Verbindungen mit in
der Frequenz modulierten Wellen, die Vorteile in bezug auf die Konstanz des Verhältnisses
Signal : Störung zu schaffen, wie sie bei der Amplitudenmodulation mit dem Diversity-Empfang
erreicht werden.
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Die Haupteigenschaften der Erfindung sind: i. der Gebrauch von Netzen,
bei denen Frequenzmodulation besteht, um die Interferenz zwischen den Stationen
zu verringern; 2. Anordnung von Empfängern, die es ermöglichen, Wellen, die von
verschiedenen Sendern gesandt werden und in der Frequenz moduliert sind, zu empfangen,
und auf verschiedenen Wellen zu arbeiten; 3. besondere Empfangsvorrichtungen, die
auf derselben Wellenlänge arbeiten.
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Die Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen Sobald eine Sendestation
mit Frequenzmodulation mit einem Modulationsindex für eine bestimmte Leistung arbeitet
und wenn man als Funktion der Entfernung D die Kurve für das Verhältnis Signal:
Störung
oder s : p zeichnet, die-am Ausgang eines Empfängers erhalten
ist, so findet man einen kritischen Abstand d, oberhalb dessen das Verhältnis sehr
plötzlich abfällt (Fig. i). Man kann also sagen, daß die Frequenzmodulation den
Sendestationen eine bestimmte Reichweite zuweist, die viel klarer definiert ist
als die durch die Amplitudenmodulation.
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Der Vorteil der Anwendung der Frequenzmodulation auf Radionetze wird
besser verstanden dann, wenn man die Fig. 2 zu Hilfe nimmt, bei der zur Festlegung
der Gedanken ein Netz von sechs Sendestationen A, B, C, A', B', C
dargestellt ist, die in Frequenzmodulation über drei verschiedene Wellen A, i (für
A und A'), A 2 (für B und B'), A. 3 (für C und C) arbeiten
und mit dem Empfänger, der sich in einer beweglichen Station M befindet, und die
sich über das gesamte Gebiet, das sich zwischen den Grenzen der Reichweite der Stationen
befindet, bewegt und durch die Gesamtheit von sechs Kreisen dargestellt ist.
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Die Sendewellen sind einerseits mit genügendem Abstand gewählt, damit
die Bänder, welche sie besitzen, sobald sie in der Frequenz moduliert sind, getrennt
werden können; und anderseits genügend benachbart sind, damit sie im Empfänger in
einer Gruppe von gemeinsamen Kreisen behandelt werden können.
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Übrigens Werden alle Stationen gleichzeitig von demselben Mikrophon
moduliert, das sich in einer Steuerstation befindet, die auf die Fig. 2 nicht dargestellt
ist. Es wird vorausgesetzt, daß die Verbindungen zwischen den Stationen und einer
Steuerstelle in bezug auf die Laufzeit korrigiert sind, so daß die modulierten Ströme
in Phase mit den Sendestationen ankommen.
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Wenn man die verschiedenen Werte slp des Verhältnisses Signal: Störung
am Empfänger aufzeichnet, und zwar als Funktion einer Bewegung auf der Achse x-x
(Fig. 2), wird man die in der Fig. 3 dargestellten Kurven finden. Die voll ausgezogenen
Kurven entsprechen einem Verhältnis Signal: Störung, welches mit den Stationen
B und B' erhalten wird, die auf die Welle A, arbeiten; die punktierte
Kurve entspricht demselben Verhältnis wie die Stationen A und C, derer; Wellen respektive
Ar und As sind.
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Man wird als Grenzreichweiten diejenigen betrachten, die durch den
Wert N des Verhältnisses-. Sie gnal : Störung in der kritischen Entfernung erhalten
werden. Man wird bemerken, daß mit Hilfe der kritischen Entfernungen B'x2 und Bx3,
Charakteristiken der Verbindungen für Frequenzmodulation, es keinerlei Interferenzen
gibt, welche die Stationen B und $' stören, die auf derselben Wellenlänge arbeiten.
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Anderseits, wenn man mit Amplitudenmodulation dasselbe Verhältnis
Signal: Störung wie vorher erhalten wollte, so ist die Abnahme dieses Verhältnisses
fortschreitend, und man müßte an Stelle der Fig. 3 die Fig. 4 setzen, an der man
sieht, daß in der schraffierten Zone Interferenzen auftreten, die zwischen den Stationen
B und B' stören. Diese Interferenzen würden sich in folgender Weise
äußern Wenn die Stationen B und B' synchronisiert sind, würde der
bewegliche Verstärker bei seiner Fortbewegung jedesmal Maxima an Variationen des
Niveaus aufnehmen, wenn die Wellen, die von B und B'
kommen, in 'ihrem
Gang eine Differenz
zeigen würden.
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Wenn die Stationen B und B' diesen Frequenzen sehr nahe
wären, würde der bewegliche Empfänger, selbst ohne seinen Standort zu ändern, die
Sprechströme hören, die von der Schwebungsfrequenz zwischen den Stationen
B und B' herrühren. Um die Anordnung des Verstärkers auf der beweglichen
Station zu verstehen, die es ermöglicht, die Stationen zu empfangen, welche auf
verschiedenen Wellen arbeiten, wird folgendes Ausführungsbeispiel für einen konkreten
Fall auseinandergesetzt: Man setzt voraus, um die Gedanken festzulegen, daß die
festen Stationen in der Frequenz moduliert sind durch Sprechströme mit einer Abweichung
von ± 12 kHz in bezug auf ihre Trägerfrequenz. Man weiß, daß bei diesen Bedingungen
das von jeder Station eingenommene Frequenzband praktisch zwischen ± 24 kHz begrenzt
ist. Ein derartiges Band ist völlig zuverlässig für sehr kurze und Ultrakurzwellen,
und man wird die Trägerfrequenzen der festen Stationen derart wählen, daß sie zwischen,
sich. einen Abstand von 6o kHz besitzen, der z. B. völlig genügt, um ihre Trennung
in einem beweglichen Empfänger zu ermöglichen unter Berücksichtigung der Ableitungen.
und der Möglichkeit der Filterung.
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In Übereinstimmung mit der Erfindung wird der bewegliche Empfänger
ein System zur Verstärkung und Frequenzwandlung umfassen, welches das von den Stationen
ausgestrahlte Gesamtspektrum durchgehen läßt. Im allgemeinen wird dieses System,
das mit P in der Fig. 5 dargestellt ist, von einem Hochfrequenzverstärker i gebildet
sein, auf den ein erster Frequenzwandler 2 folgt und ein Verstärker von erster mittlerer
Frequenz 3 ; auf diesen letzteren wird ein zweiter Frequenzwandler 4 folgen, wo
die einfallenden Frequenzen z. B. sich in den Umgebungen von 8oo kHz befinden werden;
: darauf folgt ein Verstärker mit zweiter mittlerer Frequenz 5 und ein Amplitudenbegrenzer
6 der Gesamtheit der empfangenen Wellen. Die Schwingungserzeuger für die Änderung
-der Frequenz- 7 und 8 werden vorzugsweise durch einen Kristall stabilisiert.
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Am Ausgang des Begrenzers wird die Gesamtheit angeordnet, wie sie
in Q auf der Fig. 5 dargestellt ist und die zum Ziel hat, die empfangenen Signale
zu trennen, sie irr in der Amplitude modulierte.Signale zu transformieren und schließlich
ihre Wirkung in die Nutzvorrichtung zu leiten. Zu diesem Zweck werden die vom Begrenzer
erhaltenen Ströme auf drei Filter 9, io, Zi parallel geschaltet, deren Durchgangsbänder
etwa 45 kHz betragen, und welche entsprechend die Spektren der Ströme von jeder
der drei Stationen trennen werden. Auf jedes dieser Filter folgt ein Unterscheider
12, 13 und 14, der die Amplitudenmodulation zum Vorschein bringt.
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Die Ausgänge der Ausscheider 12, 13 und 14 sind parallel geschaltet
und belasten den Nutzkreis, z. B. einen Hörer oder Lautsprecher, unter Querschaltung,
falls es nötig ist, eines Niederfrequenzverstärkers 15. Man sieht sogleich, daß
je nach der Lage der beweglichen Station in der von dem Netzbedeckten Ebene
und
ferner, wenn sie sich z. B. längs der Geraden x-x (Fig. 2) bewegt, daß sie in x1
die Station B' allein empfängt und daß ein einziger Unterscheider mitwirken wird;
in x2 wird sie die drei Stationen C, A, B'
empfangen, und die drei Ströme
der drei Unterscheider werden sich hinzufügen; zwischen x2 und x3 werden allein
die beiden Unterscheider, die den Stationen A und C entsprechen, in Wirkung treten
usw. Es ist klar, daß alle diese Vorgänge sich abspielen werden, ohne daß das Dienstpersonal
etwas davon bemerkt.
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Der Empfänger wird vorteilhaft durch eine Schwundregelung am Ausgang
eines Detektors 17 (Fig. 5) vervollständigt, der zwischen 5 und 6 abgezweigt ist
und dessen Gleichstrom die Empfindlichkeit der Hoch-und Mittelfrequenzverstärker
steuern wird.
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Nach einer Abänderung der Erfindung kann man die Selektion der drei
Stationen in bezug auf die mittlere Frequenz in der Weise bewirken, daß die verschiedenen
Teile der Fig. 5, die nach der zweiten Frequenzänderung gelegen sind, konform der
Schaltung nach Fig. 6 werden, in der 5, 5bif und 51,. die drei Verstärker der zweiten
mittleren Frequenz darstellen, die jede von den Wellen der festen Stationen auswählen,
und in 6, 6bi" 6", die drei entsprechenden Begrenzerunterscheider. Die anderen
mit Zahlen versehenen Teile 9 bis 16 behalten dieselbe Aufgabe wie in der Fig. 5.
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Im vorangehenden ist ein System von festen Stationen beschrieben mit
drei verschiedenen Wellenlängen. Es ist ersichtlich, daß die Zahl der Wellenlängen
verschieden sein kann, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
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Übereinstimmend mit der Erfindung ist es gleichfalls vorgesehen, daß
die Zuordnung der Unterscheider vorteilhaft in der Weise bewirkt werden kann, daß
man bei Frequenzmodulation dieselben Vorteile erhält in bezug auf die Kompensation
des empfangenen Signalniveaus wie diejenigen, die man bei Amplitudenmodulation durch
Zuordnung von Detektoren erhält nach dem unter dem Namen Diversity bekannten System.
Das vorgesehene Schaltschema ist in der Fig. 7 dargestellt: Hier bedeutet A, den
gemeinsamen Teil des Empfängers, der drei Empfangswellen behandelt; A1, A2,
A3 sind die Verstärkerfilter, welche die empfangenen Wellen nach Anderung der Frequenz
trennen, die neuen Wellen sind F1, F2, F3, die ihrerseits auf die Begrenzer I_1,
1.2, L3 zur Anwendung kommen.
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Die von den Begrenzern erhaltenen Frequenzen sind entsprechend F1,
F2, F3, und sie werden auf die Wählervorrichtungen Cl, C2, C3 zur Anwendung gebracht,
die durch einen einfachen Selektionskreis dargestellt werden, um die Übersicht zu
vereinfachen.
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Die Kreise Cl, C2 und C3 besitzen die Resonanzfrequenzen
F,', F2 , F3 und sind in bezug auf die einfallenden Wellen derart verstimmt,
daß für jede von ihnen die einfallende Frequenz in der Umgebung der Resonanzkurve
zu liegen kommt (Fig. 8) und in Abwesenheit von Sendermodulation zu einer Spannung
E Veranlassung gibt. Diese Spannung E wird auf die Dioden Dl, D2 und D3 (Fig. 7)
geschaltet und ruft an den Klemmen des Kreises C.R eine Gleichspannung V, hervor.
Die eine Konstante des Kreises C,R ist derart geregelt, daß die Frequenzen F1, F2,
F3 gefiltert werden, aber die Komponenten der Modulationsströme durchgehen können.
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Unter diesen Bedingungen sieht man, daß die Gleichspannung, die von
der Röhre entwickelt ist, die das stärkste Signal liefert, den Durchgang des durch
die anderen Röhren freigemachten Stromes sich entgegenstellt. Mit anderen Worten,
die Ströme niederer Frequenz, geliefert von dem Kreise C,R und verstärkt in BF,
werden diejenigen sein, die der empfangenen Wellenlänge entsprechen, welche das
stärkste Signal liefern und infolgedessen das höchste Verhältnis Signal: Störung.
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Es ist zu bemerken, daß man in Cl, C2, C3 einfache Resonanzkreise
dargestellt hat; aber sie können ersetzt werden durch .alle anderen Kombinationen
von Kreisen, die eine angepaßte selektive Charakteristik besitzen. Der Vorteil des
Prinzips dieser Anordnung kann an Empfängern verwirklicht werden, die in den festen
Stationen angeordnet sind und die alle auf eine gemeinsame Sendewelle der beweglichen
Stationen abgestimmt sind. In diesem Fälle, wird man vorteilhaft mehrere Antennen
und mehrere Empfänger benutzen, die in Diversity mit Frequenzmodulation zugeordnet
sind.
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In der Tat sind die- beweglichen Dienststellen, wenn sie sich im Innern
von Städten bewegen, selten in direkter und bleibender Sicht einer einzigen Empfangsantenne,
die auf der festen Station errichtet ist. Hieraus -folgt, daß die von der beweglichen
Station ausgesandten Wellen die Antenne der festen Station nach Reflektionen an
Hindernissen (Grundstück) derart erreichen, daß die Komponenten der Beugung oder
der Reflektion zu einem Effekt führen können, der völlig Null ist.
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Wenn man in verschiedenen Lagen mehrere Antennen der festen Station
anordnet, wird man die Wahrscheinlichkeit vergrößern, daß dieses Phänomen nicht
für alle Antennen zur gleichen Zeit auftritt; und indem man die Empfänger, wie in
der Fig. 9 angezeigt, zuordnet, kann man ein viel konstanteres Amplitudensignal
erhalten.
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Es ist übrigens zu bemerken, daß diese Antennen tatsächlich sehr nahe
aneinander gelegen sein können, da die Erscheinungen der Interferenz durch Beugung
und Reflektion beträchtlich in einer Entfernung von einigen Metern sich ändern können.
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Nach der Schaltung der Fig. 9, die eine Anordnung nach der Erfindung
darstellt, findet man übrigens alle Elemente der Fig. 7 wieder bis auf den gemeinsamen
Teil A0, der unterdrückt ist. Die Empfänger A1, A2, A3 sind durch drei identische
Empfänger A1 ersetzt, von denen jeder unter der Einwirkung einer verschiedenen Antenne
steht. Die Begrenzer Li verbinden dieselbe Frequenz Ff, und die Kreise Cl, C2, C3
sind hier alle auf die gleiche Frequenz Ff' abgestimmt, die in bezug auf Ff in derselben
Weise gewählt ist, wie dies in der Fig. 8 angezeigt ist. Man findet gleichfalls
dieselben Detektoren, den Kreis CoR und den Verstärker BF, der auf die Nutzeinrichtung
T
arbeitet.
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Die Arbeitsweise des Systems ist natürlich die gleiche wie diejenige,
die für die Fig. 7 vorausgesetzt
wurde, und das Nutzsignal entspricht
demjenigen, welches von der Antenne mit der Welle geliefert wird, deren Feld das
stärkste ist. Die Erfindung ist, wohl verstanden, für zahlreiche Ausführungsformen
möglich, insbesondere in bezug auf Einzelheiten der Nutzeinrichtungen und ihrer
Äquivalenten und deren Kombinationen, die alle unter die Charakteristik der Erfindung
fallen.