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Schaltung zum Empfang modulierter Trägerwellen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltung zum Empfang modulierter Trägerwellen, bei welcher die durchgelassene
Modulationsbandbreite bei steigender Empfangsstärke des gewünschten Signals selbsttätig
vergrößert wird.
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BeiEinrichtungen derHochfrequenztelephonie wird ein Zeichen gewöhnlich
mittels einer Trägerfrequenz übertragen, die entsprechend der Modulation zwei Seitenbänder
besitzt, welche sich von der Trägerfrequenz aus um 6 oder mehr Kiloherz nach jeder
Seite hin erstrecken. Im allgemeinen sind den einzelnen Sendestationen Trägerfrequenzen
zugeteilt, die gleiche Abstände voneinander haben. Der Abstand benachbarter Trägerfrequenzen
beträgt dabei gewöhnlich zo kHz, und die Seitenbandfrequenzen eines Trägers überlappen
in vielen Fällen diejenigen benachbarter Träger.
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Unter diesen Bedingungen ist es häufig schwierig, mit einem Empfänger
einen gewünschten Sender zu empfangen, ohne daß sich Interferenzen mit unerwünschten
Sendern ergeben, deren Trägerfrequenzen nahe bei dem gewünschten Zeichenträger liegen,
besonders wenn die unerwünschten Zeichen gleich stark oder stärker sind als die
gewünschten Zeichen. Außer diesen unerwünschten Zeichen können atmosphärische oder
sogenannte Hintergrundgeräusche stark störend wirken.
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Um das gewünschte Zeichen frei von unerwünschten Interferenzen und
anderen Störungen empfangen zu können, muß eine Selektionseinrichtung mit genügend
engem Band verwendet werden, so daß die Stärke der unerwünschten Zeichen und Geräusche
genügend herabgesetzt wird. Eine solche Einengung des ausgewählten Frequenzbandes
bewirkt indessen leicht eine Beeinträchtigung der Wiedergabetreue für das gewünschte
Zeichen, weil die äußeren Frequenzen der Seitenbänder, welche
den
höheren Modulationsfrequenzen entsprechen, unterdrückt werden. Dementsprechend ist
es erwünscht, daß das ausgewählte Frequenzband nur dann eingeengt wird, wenn ein
unerwünschtes Zeichen von großer Stärke vorhanden ist, daß jedoch, wenn dies nicht
der Fäll ist, die Breite des ausgewählten Bandes so weit ausgedehnt wird, daß alle
Seitenbandfrequenzen des gewünschten Zeichens durchgelassen werden.
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Es sind bereits verschiedene Anordnungen zur Regelung der Bandbreite
bekannt. Bei einer solchen Anordnung wurde die Ausdehnung und Zusammenziehung des
Bandes automatisch entsprechend der Amplitude des gewünschten Zeichens gesteuert,
so daß, wenn das gewünschte Zeichen schwach war, das durchgelassene Band zusammengezogen
wurde. Diese Art der Regelung ist indessen nicht vollständig befriedigend, @veil
die optimale Bandbreite nicht nur durch die Intensität des gewünschten Zeichens
bestimmt wird, sondern auch hauptsächlich von der Intensität und dem Frequenzabstand
des unerwünschten Zeichens. Wenn das gewünschte Zeichen genügend stark ist, werden
erst sehr starke unerwünschte Zeichen eine Zusammenziehung des Bandes notwendig
machen. Die unerwünschten Zeichen, welche am leichtesten Störungen verursachen,
sind natürlich die, welche nur um io kHz von der Trägerfrequenz des gewünschten
Zeichens getrennt sind. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die durchgelassene
Bandbreite in Abhängigkeit von -der Amplitude einer in der Nähe der gewünschten
zu empfangenden Trägerwelle gelegenen störenden Trägerwelle zu regeln. Dabei wurde
jedoch nicht berücksichtigt, daß eine derartige Regelung allein auch noch nicht
das erreichbare Optimum von Störbefreiung durch eine Bandbreitenregelung darstellt,
denn bei dieser Art der Regelung werden die innerhalb des Modulationsfrequenzbereiches
liegenden Störungen gar nicht oder doch nur sehr wenig berücksichtigt, so daß für
den Empfang einer sehr schwachen modulierten Trägerwelle, welche innerhalb des Modulationsbandes
mit Störungen behaftet ist, die volle Bandbreite eingeregelt wird, wenn neben dem
Modulationsfrequenzbereich zufällig keine wesentlichen Störungen vorhanden sind.
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Bei der Schaltung nach der Erfindung wird daher die durchgelassene
Modulationsbandbreite in bekannter Weise bei steigender Empfangsstärke des gewünschten
Signals vergrößert, und es ist erfindungsgemäß zur zusätzlichen Einstellung der
Bandbreite in Abhängigkeit von den Empfangsstörungen ein besonderes, auf die Störungen
ansprechendes Organ im Empfänger vorgesehen, mit dessen Hilfe die Bandbreite selbsttätig
vermindert wird, wenn die Empfangsstärke der Störungen zunimmt.
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Bei der Schaltung nach der Erfindung kann auch eine besonders zweckmäßige
Kombination der automatischen Verstärkungsregelung, durch welche dieAusgangsarnplitude
des Hochfrequenzv erstärkers im wesentlichen konstant gehalten wird, mit der automatischen
Selektivitätsregelung des Empfängers in Abhängigkeit von der Stärke der Störungen
vorgenommen werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung enthält
ein Empfänger für modulierte Trägerwellen ein Bandfilter zur Aussiebung eines gewünschten
Zeichens. Die Breite des durchgelassenen Frequenzbandes wird automatisch in direkter
Abhängigkeit von der Amplitude des gewünschten Zeichens geregelt, während Mittel,
die auf die Amplitude eines unerwünschten Zeichens auf einer benachbarten Trägerfrequenz
ansprechen, die Amplitude der Eingangsspannungen zum Filter umgekehrt mit der Amplitude
des unerwünschten Zeichens verändern. Es wird also die Einstellung der Bandbreite
auf indirekte Weise umgekehrt mit der Amplitude solcher unerwünschter Zeichen bewirkt.
Wenn das Bandfilter in einem Verstärker angeordnet ist, kann gleichzeitig noch die
Verstärkung durch die Anordnung zur direkten Einstellung der Bandbreite gemäß der
Trägeramplitude des gewünschten Zeichens geregelt werden.
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Gemäß der besonderen Ausführungsform der Erfindung, die später genauer
beschrieben werden soll, wird eine von der Eingangsträgeramplitude in direkter Abhängigkeit
stehende Vorspannung erzeugt, durch welche die Bandbreiteneinstellung direkt entsprechend
dieser Amplitude bewirkt wird, indem man die Vorspannung an das Steuergitter einer
Röhre anlegt, die als Dämpfungswiderstand in einen abgestimmten Kreis eingeschaltet
ist, der mit dem Bandfilter gekoppelt ist. Diese Spannung kann auch gleichzeitig
zur Regelung der Verstärkung verwendet werden. Ferner sind Mittel zur Erzeugung
einer weiteren Vorspannung vorgesehen, welche auf ein breites Frequenzband ansprechen,
das sowohl die gewünschte Trägerfrequenz als auch die benachbarten Trägerfrequenzen
unerwünschter Zeichen enthält. Diese Spannung wird zur Regelung der Eingangsspannung
für das Filter benutzt, so daß dadurch eine Einstellung der Bandbreite umgekehrt
zur Amplitude des unerwünschten Zeichens bewirkt wird. Die dazu verwendeten Selektionsmittel
werden vorzugsweise wesentlich empfindlicher für benachbarte Trägerfrequenzen als
für die gewünschte Trägerfrequenz gemacht, um die Empfindlichkeit. der ganzen Regeleinrichtung
für die unerwünschten Zeichen zu erhöhen.
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In Fig. i ist in großen Zügen die Schaltung eines Superheterodyneempfängers
dargestellt. Der Empfänger enthält einen abstimmbaren Hochfrequenzverstärker und
Frequenzwandler7, dessen Eingang mit der Antenne io und der
Erde
ix und dessen Ausgang mit dem Zwischenfrequenzverstärker 8 über das Bandfilter 12
verbunden ist. Das Filter 12 bildet einen Teil der Erfindung und soll später genauer
beschrieben werden. Eine abgestimmte Kopplungseinrichtung 13 koppelt den Ausgang
des Zwischenfrequenzverstärkers 8 mit einem Detektor und Niederfrequenzteil g. Die
Kopplungseinrichtung 13 enthält den Zwischenfrequenztransformator =4, dessen Primärwicklung
15 im Ausgangskreis der letzten Zwischenfrequenzverstärkerstufe liegt und auf die
Zwischenfrequenz durch den Kondensator 16 abgestimmt ist. Die Sekundärwicklung 17
liegt im Eingangskreis des Detektors und ist auf die Zwischenfrequenz durch den
Kondensator 18 abgestimmt.
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Der Primärkreis des Transformators 14 wird durch den Parallelwiderstand
xg gedämpft, wobei die Dämpfungen des Primär- und des Sekundärkreises so bemessen
sind, daß der Primärkreis breit resonant und der Sekundärkreis scharf resonant ist.
Die Kopplung des Transformators ist etwa gleich der optimalen Kopplung vorzugsweise
sogar überoptimal.
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Das Filter 12, welches zur Selektivitätsregelung dient, enthält einen
Zwischenfrequenztransformator 2o mit der Primärwicklung 21, die im Ausgangskreis
des Frequenzwandlers liegt, und der Sekundärwicklung 22, die im Eingangskreis des
Zwischenfrequenzverstärkers 8 liegt. Ein einstellbarer Kondensator 23 parallel zur
Sekundärspule dient zur Abstimmung dieses Kreises auf die Zwischenfrequenz. Zu dem
Transformator 2o gehört noch ein Hilfsschwingungskreis 24, der aus der Spule 25
und dem Kondensator 26 besteht und ebenfalls auf die Zwischenfrequenz abgestimmt
ist. Die Kopplung zwischen der Primärwicklung 21 und der Sekundärwicklung 22 soll
verhältnismäßig lose sein, so daß ein verhältnismäßig enges Frequenzband übertragen
werden würde, wenn man von der Wirkung des Hilfskreises absieht. Die Sekundärwicklung
22 und die dritte Wicklung 25 haben jedoch einen überoptimalen Kopplungskoeffizienten,
so daß durch die Wirkung des Hilfskreises die durchgelassene Bandbreite auf einen
für unverfälschte Wiedergabe ausreichenden Wert erweitert werden kann.
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Um die Wirksamkeit des Hilfskreises und damit die Selektivität des
Systems zu regeln, sind Mittel zur automatischen Regelung der Dämpfung des Hilfskreises
vorgesehen. In der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird dazu eine Röhre
45 verwendet, deren Entladungsstrecke parallel zum Hilfskreis geschaltet ist. Das
Gitter dieser Röhre erhält eine negative Vorspannung, durch deren Veränderung die
Röhrenleitfähigkeit und daher ihre Dämpfungswirkung auf den Hilfskreis geregelt
werden kann. Eine Batterie 27 liefert den Entladungsstrom der Röhre 45. Die Anode
und das Gitter der Röhre sind durch einen Kopplungskondensator 28 miteinander verbunden,
ferner enthält der Gitterkreis einen Ableitungswiderstand 29. Der Kondensator 28
dient zusammen mit dem Widerstand 29 zur Erzeugung einer Rückkopplungswirkung, durch
welche die Dämpfung des Hilfskreises durch die Röhre stark erhöht werden kann. Die
Röhre 45 ist vorzugsweise eine Röhre mit schwach gekrümmter Kennlinie (Exponentialröhre),
wodurch eine bessere Regelbarkeit der Dämpfung gewährleistet ist.
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Die Regelspannung für die Röhre 45 und für die Verstärkungsregelung
in den Röhren des Zwischenfrequenzverstärkers wird von dem Diodengleichrichter 31
geliefert, der mit dem Ausgangskreis. des Zwischenfrequenzverstärkers über den Kondensator
32 gekoppelt ist. Eine Zwrischenfrequenzdrosselspule 33 ist zwischen Kathode und
Erde eingeschaltet. Der Belastungskreis des Gleichrichters 31 enthält einen Widerstand
35 und einen Nebenschlußkondensator 34; die Regelspannung wird an diesem Widerstand
in der gebräuchlichen Art abgenommen. Um zu bewirken, daß die Regelspannung der
Trägeramplitude folgt, jedoch auf Modulationsschwankungen nicht anspricht, ist noch
ein Filter mit dem Widerstand 36 und dem Nebenschlußkondensator 37 vorgesehen und
so bemessen, daß seine Zeitkonstante größer als die Periode der niedrigsten Modulationsfrequenz
ist. Diese Regelspannung wird in gebräuchlicher Weise den Steuergittern der Verstärkerröhren
im Zwischenfrequenzverstärker zugeführt, um die Verstärkung bei ansteigender Trägeramplitude
zu vermindern, so daß die Ausgangsspannung des Verstärkers für einen weiten Bereich
der Eingangsamplitude im wesentlichen konstant erhalten wird. Sie wird außerdem
über den Widerstand 29 dem Steuergitter der Röhre 45 zugeführt, um dadurch die Dämpfung
des Kreises 24 zu regeln. Dadurch wird also die Ausdehnung und Zusammenziehung des
von dem Filter =2 durchgelassenen Bandes automatisch mit den ansteigenden und abfallenden
Amplituden des gewünschten Zeichenträgers bewirkt.
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Wenn keine unerwünschten benachbarten Zeichenträger vorhanden waren,
arbeiteten Anordnungen dieser Art im allgemeinen befriedigend. Gemäß vorliegender
Erfindung sind jedoch noch Mittel vorgesehen, um die Schwingungsamplitude der gewünschten
Signalfrequenz mit ansteigender Amplitude eines unerwünschten benachbarten Zeichenträgers
herabzusetzen. Daher bewirkt ein unerwünschter benachbarter Zeichenträger indirekt
die Zusammenziehung des vom Filter durchgelassenen Frequenzbandes in der gleichen
Weise, wie dies durch eine Verminderung der Intensität des gewünschten Zeichenträgers
bewirkt wird.
Diese Regelung durch die unerwünschten Zeichen wird
durch einen Hilfszwischenfrequenzverstärker 38 bewirkt, der mit dem Ausgang des
Frequenzwandlers verbunden ist und dessen Ausgangsspannungen zwecks Erzeugung einer
Regelspannung in dem Gleichrichter 39 gleichgerichtet werden. Der Hochfrequenzv
erstärker 7 läßt ein Frequenzband durch, welches wenigstens ebenso breit ist wie
das vollständig ausgedehnte Band des Zwischenfrequenzverstärkers B. Der Zwischenfrequenzverstärker
38 läßt jedoch ein noch wesentlich breiteres Frequenzband durch, d. h. er verstärkt
nicht nur das gewünschte Zeichen, sondern auch alle unerwünschten Zeichen, welche
noch wegen ihrer verhältnismäßig großen Stärke von dem Hochfrequenzverstärker durchgelassen
werden. Die von dem Gleichrichter 39 entwickelte Vorspannung wird in negativem Sinne
an die Steuergitter einer oder mehrerer Röhren des Hochfrequenzverstärkers bzw.
Frequenzwandlers 7 angelegt, so daß ihre Verstärkung bei zunehmender Eingangsspannung
des Verstärkers abnimmt. Daher ist beim Vorhandensein von störenden Zeichenträgern
die Eingangsamplitude des gewünschten Trägers am Zwischenfrequenzverstärker 8 herabgesetzt,
so daß sich die Zusammenziehung des Bandes ergibt, wie es vorstehend erklärt wurde.
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Die Gleichrichter 39 und 31: bewirken auf diese Weise zusammen eine
doppelte automatische Verstärkungsregelung; die Regelung durch den Gleichrichter
39 hält das Zeichenniveau im ersten Teil des Empfängers unterhalb der Übersteuerungsgrenze
unter Berücksichtigung der Amplitude aller benachbarten unerwünschten Zeichen, und
der Gleichrichter 31 dient dazu, die Eingangsamplitude am Detektor 9 im wesentlichen
konstant zu halten. Durch die Vermeidung von Übersteuerungen im Empfängereingang
werden Verzerrungen und Quermodulation des gewünschten Zeichens mit unerwünschten
Zeichen vermieden. Es können auch zwei Filter i2 in Kaskade verwendet werden, wenn
eine stärkere Selektivitätsregelung erwünscht ist. Weil die unerwünschten Zeichen,
welche am meisten stören, der Trägerfrequenz des gewünschten Zeichens benachbart
sind, ist der Zwischenfrequenzverstärker 38 so ausgebildet, daß er eine Übertragungskurve
nach Fig. z hat, d. h. daß er benachbarte Trägerfrequenzen stärker als die gewünschte
Trägerfrequenz überträgt. In Fig. 2 und ebenso in den Fig.3 und 4 ist die Verstärkung
in Relativwerten gemessen in Decibel gegenüber der Frequenzdifferenz von der Zwischenträgerfrequenz
in Kiloherz aufgetragen. Vermöge der Charakteristik nach Fig.2 wird durch die benachbarten
unerwünschten Zeichen eine verhältnismäßig stärkere Zusammenziehung der Bandbreite
bewirkt als durch die Anteile der erwünschten Trägerschwingung, welche durch den
Verstärker 38 zum Gleichrichter 39 gelangen.
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Die Kurven der Fig.3 stellen die Wirkung des Hiltskreises 24 auf die
Bandbreite des Zwi.schenfrequenzfilters i2 dar. Die Kurve 46 zeigt den Fall, wenn
eine sehr kleine Eingangsamplitude am Verstärker 8 und damit eine sehr kleine Vorspannung
an der Röhre 45 vorhanden sind. Dann ergibt sich eine starke Dämpfung des Hilfskreises
24, und die Bandbreite wird auf einen kleinen Wert zusammengezogen. Die Kurve 47
stellt die Verstärkungscharakteristik bei entgegengesetzten Bedingungen dar, d.
h. wenn an der Röhre 45 eine große Vorspannung liegt, die sich aus einer großen
Eingangsamplitude am Verstärker 8 ergibt. Dann ist der Hilfskreis schwach gedämpft,
und das Band ist stark ausgedehnt. Die anderen Kopplungskreise des Zwischenfrequenzverstärkers
können so ausgebildet werden, daß sie die Kurve 47 abflachen.
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Es ist klar, daß die Verstärkung im Zwischenfrequenzverstärker nicht
nur durch die Wirkung der Vorspannung herabgesetzt wird, die direkt den Verstärkerröhren
zugeführt wird, sondern auch durch die Wirkung des Hilfskreises 24. Auf diese Weise
setzt die negative Vorspannung, welche der Röhre 45 zugeführt wird, die Zwischenfrequenzverstärkung
um einen Betrag herab, der mit der Verstärkungsänderung vergleichbar ist, die durch
die Regelung einer Verstärkerröhre im Hauptverstärkerzuge erzielt wird.
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Fig. ¢ zeigt die sich ergebenden extremen Fälle der Gesamtübertragungskurve
des ganzen Empfängers. Ein Anwachsen der vom Gleichrichter 31 gelieferten negativen
Vorspannung flacht die Spitze der Übertragungskurve ab und vergrößert die Bandbreite
(Kurve 4i). Däher nimmt die Verstärkung des gewünschten Zeichens automatisch mit
dem Ansteigen der Trägeramplitude am Zwischenfrequenzverstärkereingang ab, während
die Verstärkung der beiden benachbarten Trägerfrequenzen, die um io kHz von der
gewünschten Trägerfrequenz entfernt sind, im wesentlichen unverändert erhalten wird.
Kurve 40 zeigt die Übertragungskurve bei geringster Bandbreite und größter Verstärkung.
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Fig: 5 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse der
vorliegenden Erfindung zusammenfaßt; die Zwischenfrequenzbandbreite in Kiloherz
ist in Relativwerten gegenüber den empfangenen Zeichenintensitäten in Decibels für
drei verschiedene Empfangsbedingungen aufgetragen. Kurve 42 entspricht der Bedingung,
daß keine unerwünschten Zeichen den Empfang stören. Bei geringer Zeichenstärke ist
die Bandbreite gleichfalls klein, und eine Ausdehnung findet statt, wenn die Zeichenstärke
den Störspiegel genügend überragt. Beim Vorhandensein
starker unerwünschter
Zeichen ist eine viel größere Stärke des erwünschten Zeichens erforderlich, um denselben
Grad von Ausdehnung zu veranlassen. Kurve 43 stellt die Wirkungsweise des Systems
für diesen Fall dar, während Kurve 44 die Wirkungsweise beim Vorhandensein eines
unerwünschten Zeichens von noch größerer Amplitude darstellt. Aus den Kurven geht
die ideale Wirkungsweise der Selektivitätsregelung hervor; der Steuerkreis vollführt
automatisch die gleichen Wirkungen, als würde er manuell von einem Fachmann bedient.
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Der Zwischenfrequenzverstärker kann vorteilhafterweise so ausgebildet
sein, daß das Verhältnis der Spitzen zu den Tälern in Fig. 2 ungefähr zwanzig Decibels
beträgt. Eine Erhöhung dieses Verhältnisses verursacht eine weitere Reduktion der
Bandbreite beim Vorhandensein unerwünschter Zeichen.
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Die wesentlichen Merkmale der Erfindung lassen sich auch auf Empfänger
anwenden, die für den Empfang nur eines Seitenbandes eingerichtet sind.
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Es ist ohne weiteres klar, daß viele Veränderungen an der beschriebenen
Ausführungsform der Erfindung vorgenommen werden können, ohne daß man sich vom Geiste
der Erfindung entfernen muß.