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Multiplexverfahren für Breitbandnachrichtenübermittlung mit einer
zeitweiligen Fernseh- oder Schnellbildübertragung Unter Breitbandnachrichten werden
im folgenden sämtliche Formen von Telegraphie, Telephonie und Bildübertragung verstanden,
die entweder, wie das Fernsehen, von Natur aus ein sehr ausgedehntes Frequenzband
in Anspruch nehmen oder infolge Zusammenfassung einer Mehrheit von Nachrichtenkanälen
mit aneinanderstoBenden Frequenzbereichen (Trägerfrequenzsysteme) bzw. in Gestalt
der sog. wechselzeitigen Übertragung ein Schwingungsband von der N-fachen Breite
des Einzelkanals erfordern. Als wichtigstes Anwendungsgebiet wollen wir hier die
Vielfachtelephonie in Kopplung mit Fernsehen hoher Bildgüte zugrundelegen; ebensogut
würde sich das beschriebene Verteilungssystem aber für andere Kombinationen, unter
Einbezug von Schnelltelegraphie, MeBwertübertragung, Schnellfaksimiletelegraphie
und anderenArten von Fernmeldung,eignen. Wirtschaftlich besonders weittragend ist
jedoch das gewählte, nachstehend behandelte Beispiel. Es ist dadurch gekennzeichnet,
däß die Vielheit der gleichzeitig übertragbaren Gespräche zwecks Aufwandsersparnis
und Vereinfachung des Betriebes nicht nach dem Trägefrequenzprinzip, sondern in
hochfrequenter zeitlicher Aufeinanderfolge impulsartiger Abtastungen der N-Sprechverbindungen
übermittelt wird. An die Stelle der Trennung des Kanalgemisches durch Frequenzauswahl
tritt die `Selektion durch Zeitwahl. Dieses Verfahren wollen wir im folgenden als
M-Telephonie (Multiplextelephonie;) N=Zahl der uriabhängigen Kanäle von Sprechbandbreite)
bezeichnen. Für Fernsehen setzen wir zur Abkürzung das Symbol F. Die Gesamtbandbreite
der Übertragungsanlage ist die des F-Frequenzbandes, grundsätzlich definiert als
der für beide Seitenbänder einer damit modulierten Trägerschwingung benötigte Frequenzbereich.
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Vorausgesetzt wird ein Auflösungsgrad des F-Bildes, der eine hinreichend
weit über dem akustischen Übertragungsband des einzelnen Sprechkanals
liegende
Bildzeilenfrequenz liefert. Diese Bedingung ist z. B. bei der bisherigen Normung
erfüllt, die 441 Zeilen und 5o im Zeilensprungverfahren übertragene Halbraster =
25 volle Bilder vorsieht. Hierbei wird die Zeilenfrequenz, im folgenden mit f, bezeichnet,
f, =11025 Hz.
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Sie liegt also genügend weit oberhalb der höchsten Telephonie- und
Musikfrequenz, deren Wiedergabe für die Erzielung guter Tonqualität der Nachricht
erforderlich ist. Bei weiter gesteigerten Bildzeilenzahlen trifft dies umso eher
zu.
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Bei der Abtastung des F-Bildes nach Zeilen und nach Bildhöhe mit sägezahnartigem
Rhythmus unterscheiden wir Hinlauf und Rücklauf. Wir denken dabei an die Ablenkung
des Elektronenstrahls einer Bildgeberröhre oder einer Braunschen Bildschreibröhre.
Der Hinlauf wird für die Abtastung benutzt, wobei die Ablenkung möglichst vollkommen
linear mit der Zeit erfolgen und einen möglichst hohen Bruchteil der Gesamtdauer
des Sägezahns ausnutzen soll, z. B. 9o°/0. Für den Rücklauf der Ablenkung, d. h.
im gedachten Falle die restlichen 1o°/0, ist keine Linearität erforderlich, da dieses
Zeitintervall für die Bildübertragung nicht verwertet wird, vielmehr für die Übermittlung
der Gleichlaufsignale dient. Der abtastende bzw. schreibende Elektronenstrahl ist
während des Rücklaufs ausgetastet, das Gesetz seiner Rückkehrbewegung also ohne
Einfluß auf die Qualität des Fernbildes.
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Die Entwicklung hat gelehrt, daß eine gute Linearität des Ablenksägezahns
mit den für die Kathodenstrahlbildröhren gebräuchlichen Mitteln bei umso kleinerem
Aufwande zu erzielen ist, je höher das noch als zulässig erachtete Verhältnis Rücklaufdauer:Hinlaufdauer
wird. Diesem Quotienten ist aber eine Grenze dadurch gezogen, daß Bildpunkte ja
nur im Hinlaufintervall übertragen werden, jede Kürzung desselben also eine entsprechende
Verbreiterung des modulierenden Frequenzbandes herbeiführt, wenn die Auflösung des
Bildes die gleiche bleiben soll. In .der Praxis liegt das Kompromiß bei 1o bis 15°%
Anteil der Rücklaufdauer an der Gesamtdauer der Bildzeile, gegeben durch
der Zeilenfrequenz. Bei f, = 1I025 Hz ist also die Zeilendauer
Sek. Je höher in der weiteren Entwicklung die Zeilenzahl hinaufgeht, desto stärker
wird aus Aufwandsgründen die Tendenz werden, mehr als 1o°/0 Rücklaufdauer zuzulassen,
und ein für das Folgende als geeignete Annahme geltender Wert ist daher 15°/o. Denkt
man sich also eine Periode des Zeilenablenksägezahns in 36o Winkelgraden aufgetragen,
so nimmt der für die Übermittlung von Bildpunkten ausnutzbare Kreisbogen 3o6', das
Rücklaufintervall die restlichen 54' ein. Die Kreisfrequenz des Zeilensägezahns
ist 2 7r f, = w,. In Bild 1 ist im Interesse größerer Deutlichkeit
der Winkel für den Rücklauf, r, auf 70'
erweitert dargestellt; insofern sollen
die Verhältnisse in der Zeichnung nicht als maßstäblich gelten.
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Der Grundgedanke des neuen Verteilungssystems für Breitbandnachrichten
fußt darauf, daß bei den jetzigen und künftigen Fernsehnormen die Bildzeilenfrequenz
f.. hoch genug liegt, um als Träger akustischer Nachrichten fungieren zu können.
Dadurch wird es möglich, die Methode der wechselzeitigen Übertragung, die nichts
anderes bedeutet als die Anwendung des Baudot-Prinzips der Telegraphie auf das Fernsprechen
zum Zwecke, über einen und denselben Kanal N simultane Verbindungen herzustellen,
mit der Fernsehübertragung durch Einblenden in das Rücklaufintervall der Strahlablenkung
zu koppeln. Es laufen dann die F-Signale ebenso wie die Mikrophonimpulse der :N-Sprechkanäle
über den gleichen Verstärker und Modulator, und die Reihe der notwendigen .Übertragungsorgane
ist nur einmal sender- und empfängerseits vorhanden. Die Festlegung der Reihenfolge
bewirkt ein taktgebender Elektronenstrahlschalter mit rotierendem oder linear schwingendem
Strahl (vgl. Schema, Bild I). Nach obigem Zahlenbeispiel würden von der Periodendauer
des Schalters 85°/p für die F-Bildzeile, 15% für dauernd, also auch während einer
F-Übertragung, benutzbare Sprechverbindungen oder andere Zwecke, wie z. B. die Tonbegleitung
des F-Bildes, Sendung von Gleichlaufimpulsen, Regelungssignalen u. dgl., entfallen.
Findet keine F-Übertragung statt, so treten während der 85°/o der Schalterperiode
zusätzlich zu den N-Sprechkanälen des Rücklaufbereichs weitere M-Möglichkeiten hinzu.
Dafür ist nur nötig, die bei F-Übertragung notwendige Austastung des Schalterstrahls
während der 85°/o seiner Periode, die für die Bildzeile bestimmt sind, aufzuheben,
wodurch die auf dieses Intervall verteilten zusätzlichen M-Schaltsegmente verfügbar
werden. Abb. 1 zeigt das Prinzip des bisher erläuterten Verfahrens, während dessen
weitere Entwicklung durch Abb. 2 veranschaulicht ist.
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Vornehmlich ist die Anwendung des beschriebenen Systems für Dezimeter-
und Zentimeterwellenlinien gedacht. Die später beschriebene Modulationsmethode paßt
sich den Eigentümlichkeiten dieser mit stark gebündelter Aus- und Einstrahlung und
in relaisartiger Aneinanderreihung arbeitenden Funkstrecken besonders gut an. Der
Stand der Dezimeter- und Zentimeterwellentechnik, die Ausbildung der Sender, Empfänger,
Antennen und Energieleitungen darf als bekannt vorausgesetzt werden. Der Betrieb
solcher Strecken mit impulsartiger Sendertastung gestattet nicht nur die Anwendung
des sogenannten Hochtastens und dadurch beste Ausnutzung des technischen Aufwandes
für den Sender, sondern auch bei den Relais besonders sichere Verfahren zur Verstärkungsregelung
im Falle veränderlicher Streckendämpfung sowie zur Frequenztransposition und Pegelverstärkung.
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Abb. i zeigt den taktgebenden Kathodenstrahlkommutator K, schematisch
dargestellt, in seinem hier maßgebenden Teile. Der Strahl rotiert mit der Frequenz
f, (Kreisfrequenz w, = 2 n f,) unter dem Einfluß der gekreuzten Ablenkspulen
L, M, die mit um 9o ° phasenverschobenen Sinusströmen A - sin w,
t
und A # sin (w, t + 9ö °) beschickt werden. Ein quarzgesteuerter
Generator Q regelt die vom Schwinger G gelieferte Frequenz w,. Durch andere bekannte
Mittel kann w, auch laufend auf dem Wert eines ganzen Vielfachen der Frequenz des
Wechselstromversorgungsnetzes gehalten werden. Nach Durchgang durch eine
Phasenschieberanordnung
R wird die Zeilenfrequenz wz im Gerät F auf die Bild- oder Rasterfrequenz wb heruntertransformiert.
Im Kippteil Z entsteht aus der sinusförmigen Frequenz wz ein Sägezahnstrom der Periodendauer
i/fz zur Zeilenablenkung der F-Bildgeberröhre, im Kippteil B ein Sägezahnstrom der
Frequenz wb für die Ablenkung des Elektronenstrahls der Bildgeberröhre mit dem Rhythmus
des Bild- oder Rasterwechsels. Beide Sägezahnströme werden dem Kamerateil J zugeleitet
und bewirken dort bei der Bildabtastung die Entstehung des im Felde von J dargestellten
Zeilenrasters, das ein normales F-Raster ist. Durch das Gerät R wird nun bewirkt,
daß die Bildzeile in den Bereich s-s des Strahlumlaufs der Steuerröhre K hineinfällt,
der Rücklauf des Zeilensägezahns in den Restwinkel r. Der Ausgang A der F-Aufnahmekamera
arbeitet auf den Modulatorteil des Senders, ebenso der Ausgang des Schalters K.
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Der kommutierende Elektronenstrahl des Schalters K läuft im Sinne
des Pfeiles P über die Segmente i, 2, 3 ..... n, (n + i)
.... (n +x) und zwei weitere kürzere Segmente hinweg. Während
einer F-Übertragung sind die Verbindungen der einzelnen Sprech- oder Telegraphiekanäle
mit den Segmenten i, 2, 3 ..... n gesperrt oder der Strahl selber ausgetastet,
so daß K keine Ausgangsspannung liefert und die Bildpunktsignale ungestört den Sender
modulieren können. Im Intervall r (Winkel D-C) dagegen legt der Schaltstrahl,
ungesperrt weiterlaufend, die Kanäle (n+i) .... (n -1- x), (n +
x -f- i), (n + x -i-- 2) nacheinander an den Sender,
so daß die wechselzeitige Übertragung der betreffenden Nachrichtensendungen vonstatten
gehen kann. Wie gesagt, können dies Sprechverbindungen, Telegraphieverbindungen,
Synchronisierimpulse oder -frequenzen, Bildtelegramme, Meßwertsignale u. dgl. mehr
sein. Mittlerweile erfolgt der Rücklauf des Zeilensägezahns, und es beginnt bei
Segment i, unter gleichzeitiger Wiederaustastung des Schaltstrahls in K, die Übermittlung
der nächstfolgenden F-Zeile. In dieser Weise wiederholt sich das Spiel unter ständigem
Wechsel von F- und M-Betrieb.
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Die Zahl der in dem Intervall r möglichen Segmente hängt von der Größe
des Segmentkranzes, der Breite des Schaltstrahls, den geforderten Werten der Übersprechdämpfung
und der Frequenzbandbreite des Kanals zwischen Sender und Empfänger ab. Der beim
Überfahren des einzelnen Segments ausgelöste Abtastimpuls, dessen Höhe der jeweiligen
Spannungsamplitude des betreffenden Nachrichtenkanals entspricht, ist aufgebaut
aus der Grundfrequenz und den Harmonischen der Kommutierung. Diese Grundfrequenz
ist bei i5°/" Rücklaufanteil Praktisch muß man jedoch die wahre Impulsfora und die
Zwischenräume der einzelnen Schalterseg. mente berücksichtigen, wodurch erfahrungsmäßij
N auf etwa 2o Kanäle heruntergeht. Hiervon wird man im allgemeinen 3 für F-Zwecke
(Tonbegleitung, Gleichlauf- und Regelsignale) benötigen. Es blieben dann 17 Kanäle
übrig, die, da sie während des Zeilenrücklaufs eingeschaltet sind, auch vollkommen
ungestört bei der F- Sendung weiterlaufen und von denen jeder ein Frequenzband bis
zu mindestens 5 kHz (bei fx-iio25 Hz) übertragen kann. Findet keine F-Sendung statt,
so hebt man die Kanal- bzw. Strahlsperrung im Intervall s-s auf und hat dann weitere
Kanäle in der fernsehfreien Betriebszeit zur Verfügung. Diese Zahlen sind nur Beispiele.
Über die kurzen Segmente des Elektronenstrahlschalters, an denen die Leitungen El,
E2 endigen, kann bei Inbetriebnahme der Fernübertragung ein besonderes Signal zur
Phaseneinstellung des empfängerseitigen Elektronenstrahlverteilers gegeben werden.
Der Gleichlauf beider Strahlen wird örtlich durch temperaturgeregelte Schwingquarze
gesteuert, unter Hinzunahme der später beschriebenen Mittel zur Nachkorrektur der
Drehfeldfrequenz bei empfängerseitiger Verstimmung. Damit wird dann auch die einmal
eingestellte Phasenlage der synchron rotierenden Schaltstrahlen und ebenso der bildabtastenden
bzw. bildschreibenden Elektronenbündel in den F-Bildröhren aufrechterhalten. Bei
Betriebsbeginn jedoch ist eine anfängliche schnelle Abgleichung der Rotationsphase
zwischen Sender und Empfänger erwünscht, ja unentbehrlich. Hierzu gibt man allein
auf die Leitungen El, E2 konstante Gleichspannungen gleicher, passender Höhe. Es
entsteht dann ein Doppelimpuls symmetrischer Gestalt, der zum Empfänger übertragen
wird. Der Elektronenstrahlverteiler hat hier zwei ebensolche Kurzsegmente wie der
Sendeschalter nach Abb. i, und die Rotationsphase des umlaufenden Strahls muß nun
mittels Phasenschieber, entsprechend R in Abb. i, so geregelt werden, daß diese
beiden Segmente durch den Doppelimpuls symmetrisch beaufschlagt erscheinen. Um dies
festzustellen, ist nichts weiter nötig, als die gedachten Segmente mit einer charakteristischen
Leuchtmasse zu bestreichen, deren Licht von außen beobachtet werden kann. Sobald
beide Segmente gleich stark leuchten, ist die Phasengleichheit mit dem Sendeschalter
erreicht. Für ihre Aufrechterhaltung sorgt, wie gesagt, der später beschriebene
Regelmechanismus. Außer der okularen Phasenanzeige durch kathodenstrahlerregtes
Aufleuchten der Einstellsegmente kann im Empfänger eine noch schärfere Nachweisung,
z. B: durch oszillographische Beobachtung der Verteilung des Doppelimpulses auf
die beiden Segmente, vorgesehen werden.
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Da es technisch schwierig ist, Elektronenstrahlschalter für höhere
Segmentzahlen herzustellen, wird für mehr als etwa 30 Kanäle auf den Gesamtumfang
eine Unterteilung der Schaltfolge auf mehrere Röhren vorgenommen, die in zyklischem
Wechsel arbeiten. Es wird also jeweils nur der Strahl einer einzigen Röhre geöffnet,
während in den übrigen Röhren Sperrspannungen auf die Steuerelektrode für die Strahl-
wenn N die Anzahl der im Intervall r abgetasteten Kanäle von unter
sich gleichen Abmessungen des zugehörigen Segments bedeutet. Ist ferner fmQx die
höchstzulässige modulierende Frequenzbandbreite des Fernübertragungssystems und
vernächlässigt man die Harmonischen (reiner Sinusimpuls), so kann man f3-fmax setzen
und erhält bei f,,=11025 und fm. =3,5 MHz normierter Bandbreite für die künftige
F- Sendung N-47 Kanäle.
stromstarke gegeben werden. Zweckmäßig regelt
eine gemeinsame Vorröhre V nach Abb. 2 diese Sperrspannungen, indem sie der 'Reihe
nach entsperrende, d. h. positive Spannungsimpulse passender Form, Intensität und
Dauer den Strahlerzeugern der Kanalschaltröhren Al ... A6 zuführt. Bei insgesamt
150 Kanälen entfallen hier also 3o auf jede Schaltröhre. In der Vorröhre'V gibt
das jeweils vom umlaufenden Elektronenstrahl getroffene Verteilersegment Sekundärelektronen
an die gemeinschaftliche Anode 'P ab und führt so dem Steuergitter der nachgeschalteten
Verstärker- und Umkehrröhre Ri . . . R, positive Ladung zu. Dadurch werden die Kathoden
K1,... K6 der Schaltröhren der Reihe nach in bezug auf die zugehörigen Steuerzylinder
stark negativ und so die Strahlerzeuger in entsprechender Folge geöffnet. Hat der
Verteilerstrahl von V ein Segment verlassen, so muß die betreffende Schaltröhre
sofort wieder gesperrt sein. Genügt hierzu nicht die passende Bemessung der Gitterzeitkonstanten
der Röhre R1 ... R5, d. h. der Widerstände W1 ... W5, im Verein mit
dem Zufluß von Streuelektronen zu dem positiver gewordenen Segment, so ist der Schaltung
eine Hilfsröhre H hinzuzufügen, in der ein entsprechender Kranz von Steuersegmenten
durch den gegenüber V nacheilenden Strahl negativ geladen wird. Dies erfolgt unter
dem Einfluß eines gemeinsamen Schirm- und Bremsgittersystems S-B passender Spannungslage.
Durch diese Maßnahme wird eine sehr rasche Umladung der Steuergitter in den . Röhren
R1 ... Rb erzwungen und so die rechtzeitige Wiederabsperrung der betreffenden
Schaltröhre für die nächsten Strahlumläufe gesichert. Wie aus Abb.2 unmittelbar
ersichtlich, ist die Umlauffrequenz des Schaltstrahls in den Röhren R1 . . . R,
fünfmal so groß wie in V, von fünf Umläufen sind also vier infolge Strahlsperrung
passiv und nur einer aktiv.
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. Unabhängig von dieser Verteilerfunktion der Röhre V (bzw. auch der
Röhre H) hat sie zweitens die Aufgabe, bei F-Übertragung die M-Nachrichtenkanäle
des Umlaufsintervalls s-s in Abb. i abzuriegeln, damit die Bildpunktreihe der abgetasteten
Bildzeile ohne Interferenz mit den M-Kanalspannungen zur Aussendung gelangen kann.
Auf die Steuerelektrode des Strahlerzeugers von V (bzw. auch H) wird daher bei F-Übertragung
eine Spannung der Form I (Abb. 2) gegeben; in diesem Falle werden die in dem Umlaufsektor
der Bildzeile liegenden Segmente nicht abgetastet, liefern also kein Ausgangssignal.
Statt dessen wird jetzt der Sender von der F-Aufnahmekamera ,F gesteuert. Ruht hingegen
der F-Betrieb, so muß die Form I in Abb. 2 durch II ersetzt werden. Nun werden die
M-Kanalspannungen in richtiger Schaltfolge abgetastet und auf den später behandelten
Konverter C gegeben, der von der F-Kamera keine Helligkeitssignale mehr empfängt.
Die N-Kanäle des Sektors r in Abb. i (Rücklaufintervall) werden in jedem Falle abgetastet.
Zur Herstellung der Kurvenformen I und II der Abb. 2 dienen Multivibratoren, die
von einem Grundgenerator, aus, der auch den Takt für die Elektronenstrahlschalter
K (Abb. i) bzw. R1 . . . R5, V und'H in Abb. 2 gibt, gesteuert werden. Zur Regelung
der Phasenlage der Spannungen I und II stehen die gleichen Mittel wie für die Phaseneinstellung
der Schaltstrahlen selber zur Verfügung, so daß ein in seiner Gesamtheit frequenz-
und phasenstarres System resultiert.
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Die Nachkorrektur des Gleichlaufs von Sende- und Empfangsschalter
kann, sobald einmal die Phasenlage des letzteren scharf eingestellt ist, von Hand
geschehen, wenn beiderseits temperaturkonstante Quarze in geeigneter Schwingschaltung
den Takt für das Drehfeld L M in Abb. i angeben. Die mit der Zeit eintretende
Verstimmung ist so gering und geht so langsam vor sich, daß man z. B. durch Beobachten
des Aufleuchtens der beschriebenen Phasenkontrollsegmente des Empfangsschalters
unter dem Eindruck des übertragenen Doppelimpulses ausreichend gut mit dem Auswandern
der Leuchtfigur in der einen oder anderen Richtung mitkommt und demgemäß Zeit hat,
die Phase von Hand richtigzustellen. Eine Automatisierung dieser Nachkorrektur ermöglicht
die Schaltung nach Abb. 3. In dem Elektronenstrahlschalter des Empfängers befinden
sich die beiden kurzen Segmente S1, S2, auf die der Doppelimpuls J beim Umlaufen
des Schaltstrahls sich bei exakter Phasengleichheit symmetrisch verteilt. Infolgedessen
erhalten die Gitterkondensatoren Cl, C2 der Verstärkerröhre Al, A2 gleiche Ladungsmengen.
W1, WZ sind die Überbrückungswiderstände; ihre Ohmzahl ist so hoch gewählt, daß
die Zeitkonstanten beider Gitterkreise groß gegen die Umlaufdauer der Schaltstrahlen
sind. P ist der Anschluß an die Anode des Elektronenstrahlschalters, zu der die
Sekundärelektronen übergehen. Solange die Rotationsphase des Empfangsschalters stimmt,
sind die Anodenströme beider Röhren Al, Az bei richtiger Abgleichung ihrer Gittervorspannungen
gleich stark, zwischen den Punkten a, b der Anodenwiderstände Ral und Rat besteht
daher unter der Bedingung Ra, = Rat kein Spannungsunterschied. Wandert aber die
Rotationsphase des Schaltstrahls aus, so wird infolge der Ungleichheit der Gitterladung
zwischen a und b eine je nach der Richtung des Auswanderns positive
oder negative Regelspannung entstehen, die auf die Frequenz des Generators G im
korrigierenden Sinne einwirkt. Dieser Generator entspricht dem in Abb. i mit gleicher
Bezeichnung versehenen Erzeuger der Drehfeldfrequenz wz. Seine Schaltung ist so
eingerichtet, daß die von ihm abgegebene Frequenz wahlweise durch den Schwingquarzgenerator
Q gesteuert werden kann (Betriebsbeginn, anfängliche Phasenjustierung) oder in G
selbsterregt entsteht, jedoch mit der Möglichkeit der Beeinflussung durch die erwähnte
Regelspannung von außen her (Nachkorrektur der Phase). Die Mittel, um eine solche
regelnde Frequenzbeeinflussung zu erzielen, dürfen als bekannt vorausgesetzt werden,
z. B. gesteuerte Röhrenwiderstände.
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Es ist indessen nicht unbedingt erforderlich, von dem beschriebenen
Doppelimpuls und einer anfänglichen Phasenjustierung vor dem Betriebsbeginn der
Übertragungsanlage auszugehen; man kann auch die Einstellung der richtigen Phase
nach Einschaltung der Strecke vollkommen selbsttätig machen. Hierzu ist nur nötig,
einen bestimmten Impuls, der mit Rücksicht auf die F-Sendung in das Rücklaufintervall
r
der. Bildzeile (Abb. i) gelegt wird, von den übrigen Impulsen, die der Elektronenstrahlschalter
beim Umlauf abgibt, zu unterscheiden, z. B. durch seine Länge. Dies ist leicht möglich;
denn wie anschließend gezeigt werden soll, werden bei dem in Rede stehenden System
sämtliche F- und M-Nachrichtenimpulse als sehr kurze Stromstöße von der Größenordnung
io-'-Sek. Dauer übertragen. Der Konverter C in Abb. 2 hat die Aufgabe, ans den ursprünglich
durch die Abtastung der Mikrophonspannungen bzw. der Bildhelligkeit entstandenen
Impulsen gleicher Länge (Abb.4; 1, 2, 3...), aber verschiedener Höhe, solche O-7_
Sek.-Stromstöße gleicher Höhe, jedoch wechselnder Phasenlage in bezug auf einen
konstanten Takt herzustellen. Sein Prinzip wird später beschrieben. Wir nehmen hier
als Ergebnis vorweg, daß wir nach vorstehender Voraussetzung beim Abtasten mehrerer
aufeinanderfolgender Nachrichtenkanäle Impulse 1', 2', 3' usf. nach Abb.4 erhalten,
von denen wir den Impuls des Synchronisierkanals, hier mit 6' bezeichnet, durch
seine viele Male längere Dauer leicht unterscheiden und elektrisch trennen können,
z. B. mittels Auswertung der Endspannung an einem durch die Impulse aufgeladenen
Kondensator, als Teil eines RC-Glieds.
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Dies vorausgeschickt, betrachten wir die Gleichlaufschaltung nach
Abb. 5. Ein wahlweise mit Quarzsteuerung (Gerät Q) oder in Selbsterregung arbeitender
Generator G der Drehfeldfrequenz w, ist durch eine Gleichspannung regelbar, die
auf der Anodenseite einer Hexode X mit Hilfe der dargestellten Schaltung gewonnen
wird. W ist ein Begrenzungswiderstand, C eine Kapazität, R ein Entladewiderstand
von passender Größe (R - C > i/fz), D eine gleichrichtende Diode,
K die Regelklemme. Der Generator G liefert die Schwingung in Impulsform. Aus dieser
entsteht durch Begrenzung mittels W am ersten Hexodengitter die in Abb. 5 ersichtliche
Trapezkurve. Dem zweiten Hexodengitter wird der ausgesiebte synchronisierende Empfangsimpuls
zugeführt. An der Klemme K findet die spannungsabhängige Beeinflussung von Frequenz
und Phase der Sinusschwingung statt. Je nachdem, wie der Empfangsimpuls relativ
zur Trapezflanke F liegt, ändert sich die an K wirkende, am Zeitkonstantenglied
R-C abgenommene Regelspannung. Beide Hexodengitter sind so weit negativ vorgespannt,
daß die Röhre ohne Impulse keinen Anodenstrom durchläßt. Die Regelschaltung hat
nur eine stabile Lage: zunehmender Anodenstrom der Hexode läßt die Phase der erzeugten
Schwingung nacheilen, so daß der Anodenstrom wieder sinken muß. Ist der Empfangsimpuls
erstmalig verspätet, so spielt sich die Regelung auf den nächsten Empfangsimpuls
ein.
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Da der Synchronisierstoß einmal pro Umlauf des Schalters eintrifft,
mittelt bei genügend großem R - C-Wert die beschriebene Schaltung über größere Zeiträume.
Deshalb ist sie nicht nur für die Regelung der Abtastphase an den einzelnen M-Telephoniekanälen,
sondern zugleich für die Sicherung der Konphasität der Zeileneinsätze im F-Bilde
sehr geeignet, weil sie die bisher im F-Empfang mit starrer Zeilensynchronisierung
sehr unangenehme Ausfransung der Bildkante durch starken Störpegel (zusätzliche
Unschärfe des Rasters) vermeidet. Da im Empfänger die Schwingungsphase des Generators
G (s. Abb. 5) mittels einer Anordnung, entsprechend der in Abb. i, auch die Phasenlage
des Zeilen-. und des Bildsägezahns (s. Abb. i, Teile Z, F, B) bestimmt, wird tatsächlich
über einen einzigen Kanal im Bereich des Rücklaufintervalls die Phase sämtlicher
Nachrichtenkanäle einschließlich des x'-Kanals geregelt.
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Der verlängerte Synchronisierimpuls gemäß Abb. 4 braucht nicht im
Elektronenstrahlschalter erzeugt zu werden, was mit Rücksicht auf das Folgende schwierig
wäre; man leitet ihn einfacher aus dem Rücklauf des Bildsägezahns ab, indem man
eine induktive Rücklaufspannung einem Multivibrator gegebener Kippperiode auftasten
läßt. Den Zeitabstand der Anstiegsflanke des Synchronisierimpulses vom Ende der
Bildzeile, d. h. seine Lage im Sektor r (Abb. i), kann man mittels eines Laufzeitgliedes
regeln. Auch sind dem Fachmann die Mittel geläufig, den Einsatz des Rechtecksignals
durch Schaltmaßnahmen im Multivibrator selbst zu beeinflussen. Man läßt den Rechteckstoß
dann unmittelbar auf den Modulator des Senders einwirken, umgeht also den Konverter
in Abb. 2.
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Es versteht sich, daß in fernsehfreien Betriebszeiten die eigens für
die F-Übertragung benötigten Segmente des Rücklaufintervalls r (Abb. i), Tonbegleitungskanal,
Regelkanäle, anderen Nachrichtenverbindungen zur Verfügung stehen. Die Breite eines
Segments muß jedoch n. V. für das Einblenden des rechteckigen Gleichlaufsignals
6' (Abb. 4) ausgespart werden, da dieses Signal ja auch bei reinem M-Betrieb erforderlich
ist. Ein Segment entsprechender Lage wird also im Schalter K (Abb. i) nicht mit
Spannung belegt, da während seiner Überfahrung durch den Elektronenstrahl das breite
Gleichlaufzeichen auf anderem Wege, wie oben beschrieben, den Sender moduliert.
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Wir kommen nun zur Erklärung des Konverters C, der zur Umwandlung
der ursprünglichen Abtastimpulse 1, 2, 3 . .. (Abb. 4) in äußerst kurze Stromstöße
1', 2', 3' . . . variabler Phase dient. In der Darstellung der Abb. 4 fällt auf,
daß die vom Elektronenstrahl ausgelösten, idealisiert als Rechtecke gezeichneten
Impulse veränderlicher Höhe nicht die volle Breite d t des Einzelsegments,
sondern weniger als ein Drittel desselben einnehmen. Dies hat zwei Gründe: i. Im
Interesse einheitlicher Betriebsbedingungen ist es erwünscht, die Phasenimpulse
für die Übermittlung der Bildpunkte und der Mikrophonspannungen gleich lang zu machen
und sie in der gleichen Schaltungsanordnung zu erzeugen. Nun entfallen auf eine
Bildzeile bei 441 Zeilen Normung etwa 6oo Bildpunkte. Sie nehmen n. V. $5°/o des
Schalterumlaufs in Anspruch; dies ergäbe, auf den vollen Umfang umgerechnet, etwa
67o Bildpunkte, d. h. in diesem Betriebsfalle (F-Sendung) wäre das Phasenschubintervall
des einzelnen Bildpunktes - i/67o der Schalterperiode il f, Das d t in Abb.
4 würde demnach bei F-'Übertragung sein
Berichtigt man diesen Wert nach neueren Erkenntnissen der Bildabtasttheorie,
so kann man eben noch zulassen Wir hatten nun angenommen, daß auf den Gesamtumfang
des Elektronenstrahlschalters 140 Sprechkanäle entfallen. Von Mitte Lücke bis Mitte
Lücke zwischen den Segmenten ergibt sich also die Umlaufzeit d. h. mehr als das
Dreifache von d t f . Da wir aber für die F-Übertragung das kurze Intervall
d t f und entsprechend noch kürzere Stromstöße zur Verschiebung innerhalb
desselben benötigen, so nutzen wir den gleichen Generator, der diese Phasenimpulse
erzeugt, auch für die M-Übertragung aus und vereinheitlichen die Anlage des Konverters
überdies dadurch, daß wir die Dauer der ursprünglichen Abtastimpulse i, 2, 3
.... nach Abb. 4 gleich der Abtastdauer eines Bildpunktes machen, womit dann
für die Umformungseinrichtung mit ihrer festgelegten Zeitkonstanten kein Unterschied
mehr zwischen den Bildpunkt- und den Telephoniesignalen besteht.
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Später soll jedoch eine andere Möglichkeit aufgezeigt werden, die
bei vollkommener Einheitlichkeit des F- und des M-Betriebes eine bessere Ausnutzung
der Schalterperiode erlaubt.
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2. Um einen genügend kleinen Durchgriff der Schaltersegmente aufeinander
und damit hinreichend schwaches Übersprechen von Kanal zu Kanal zu erzielen, sind
bei der technischen Ausführung des Elektronenstrahlschalters die von den Kanalspannungen
(Mikrophonspannungen) aufgeladenen Schaltersegmente, als sekundäremittierende Flächen,
in gegeneinander abgeschirmten Kammern eingeschlossen, in die der auslösende Kathodenstrahl
durch eine schmale Blende eintritt. Dieser Eintrittsspalt liegt zweckmäßig in der
Mitte des auf das Einzelsegment entfallenden Winkels. In Abb. 4 ist angenommen,
daß die Breite der Öffnung zwischen 1/s und 1/4 der Sektorbreite des Segments beträgt,
was dann wiederum zu der unter i. abgeleiteten Beziehung, Abtastdauer des Sprechimpulses
= Bildpunktdauer führt. Wir haben deshalb nur einen Konverter nötig. Sein Arbeitsprinzip
veranschaulicht Abb. 6a und b.
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Es ist bekannt, eine Amplitudenmodulation durch Überlagern mit einem
steuernden Sägezahnpotential im Gitterkreis einer Mehrelektrodenröhre, z. B. Hexode,
in eine sog. Zeitmodulation überzuführen. Je nach dem gerade herrschenden Amplitudenwert
wird dabei eine kritische Gitterspannung, bei der Anodenstrom zu fließen beginnt,
während des Sägezahnanstieges früher oder später erreicht, und dieser Effekt kann
dann durch Versteilerung des Anodenstromstoßes mit Hilfe nachgeschalteter Röhren
ausgenutzt werden, um scharf definierte Phasenimpulse auszusenden. Bei Systemen
mit geringer Kanalzahl läßt sich diese Methode auch für den vorliegenden Zweck anwenden.
Mit Rücksicht auf die Bildpunktzahl des F-Bildes ist es jedoch in den hergebrachten
Schaltungen schwierig, genügend kleine Zeitkonstanten zu erreichen. Brauchbare Ergebnisse
liefert dagegen der sog. Tröpfelsender oder stark rückgekoppelte Sperrschwinger,
dessen Prinzip Abb.6a, linker Teil, und Abb. 6b veranschaulichen, in Verbindung
mit einem trägheitslos steuerbaren Laufzeitorgan (Abb 6a, rechter Teil).
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In Abb. 6a erkennen wir eine Röhre A, deren Anodenkreis durch den
Transformator T stark auf den Gitterkreis rückgekoppelt ist. In diesem liegt ein
Zeitkonstantenghed C-R in Reihe mit einem Steuerwiderstand Rei, an dem eine verhältnismäßig
schwache Wellenspannung U81 (Abb. 6b) aufgebaut wird. Mit dieser bekannten Schaltung
gelingt es, sehr kurze Anodenstromimpulse J zu erzeugen, die in dem durch R # C
bedingten Zeitabstand aufeinanderfolgen und sich leicht mit Usi synchronisieren
lassen. Wir entnehmen aus Abb. 6b, daß bei einem Schwellwert UB der Gitterspannung
der Anodenstrom Ja in der Röhre A kräftig einsetzt. Infolge der Wirkung des
Rückkopplungstransformators T steigt die Gitterspannung U9 in diesem Augenblick
noch etwas an, um dann aber durch den von C.blockierten Gitterstrom äußerst steil
in negativer Richtung abzusinken, womit naturgemäß auch Ja erlischt. Nun entlädt
sich C über R; U, muß also wieder wachsen (Exponentialkurve), und beim Erreichen
der Schwelle U" folgt ein neuer Anodenstromimpuls. Ist keine weitere Spannungsquelle
vorhanden, so bestimmt allein die Zeitkonstante R - C des Gitterkreises den Abstand
der Tröpfelimpulse. Liegt aber an Rsi die in Abb. 6b eingezeichnete periodische
Zusatzspannung USi, so beschleunigt sich die Folge der Anodenstromstöße ein wenig,
und es tritt schließlich, falls die Periodendauer von U81 gegen R - C nicht allzusehr
differiert, Synchronisierung der Ja-Impulse mit Usi ein, indem die Gitterspannung
stets in der gleichen Phase (1, 1I, III ... ) von Usi zusammenbricht.
-
Nach den voraufgehenden Ausführungen müssen die Stromstöße 1, 2, 3
... in Abb. 6b eine Frequenz haben, die wir mit w = n - (N -E-
M) - w, angeben können. In Abb. 7 ist n = 4 gewählt. N ist
die Zahl der Segmente im Rücklaufintervall, M die Zahl der Segmente im Zeilenintervall.
Bei N + M = 140 wird also w = 56o - w. = 56o 2 fz und die modulierende
Bandbreite d fm = 56o 11025 = 6174 kHz, wenn wir nur die Grundschwingung
der erzeugten Impulse berücksichtigen. In der Praxis wird bei einem Generator so
hoher Frequenz durch die natürlichen Kapazitäten und Induktivitäten stets eine weitgehende
Verschleifung der Impulsform eintreten, so daß wie bei der Darstellung in Abb. 6a,
Mitte, (schwarze Flächen) eine angenäherte Sinusform resultiert. Die Größe von
d f m verweist uns in das Dezimeter- und Zentimeterwellengebiet. Auch für
Abb. 4 gilt, daß die wahre Impulsform sich dem Sinusverlauf stärker anschmiegt,
als dies im Schema zum Ausdruck kommt, das lediglich die Phasensteuerung der übertragenen
Stromstöße veranschaulichen soll.
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Der hierzu dienende Konverter C (Abb. 2) besteht nun, außer dem soeben
beschriebenen Sperrschwinger nach Abb. 6a, linke Seite, und einem Generator der
taktgebenden Steuerspannung U'i von der Frequenz
A f@m bzw. der Kreisfrequenz w = n - (N -f-
M) - wt, aus einem trägheitslos arbeitenden Phasenmodulator, dessen Prinzip
Abb. 6 a, rechte Seite, erkennen läßt und dessen Zweck es ist, die am Ausgangswiderstand
Ra des Sperrschwingers abgenommenen Impulse J der Stellenzahlen 1, 2, 3
... entsprechend dem Zeitverlauf U,. der modulierenden Spannung in die als
Beispiele gedachten Phasenlagen 1', 2', 3' . . . zu rücken. Um dies zu erreichen,
schicken wir die Impulse konstanter Periode J auf ein Netzwerk, gebildet aus Induktivitäten
L1, L2, L,. . . , Widerständen R1, R2, R3... und Mehrelektrodenröhren (Trioden,
Penthoden) Al, A2, A3 . . . die als steuerbare kapazitive Widerstände, sog.
Blindstromröhren, wirken. K1, K2, K3... sind Blockkondensatoren zur gleichstrommäßigen
Trennung der Röhrenkreise, C1Wl, C2W2, C,W3. . . Zeitkonstantenglieder passender
Dimensionierung. Die Grundlage der Funktion des Ganzen ist die Tatsache, daß die
Laufzeit eines über das Netzwerk gesandten Impulses eine Funktion des LIC-Verhältnisses
der Kettenglieder wird, deren maßgebendes C die Röhrenkapazitäten darstellen. Die
blockierenden Kapazitäten K1, K2, K3 sind den letzteren gegenüber so groß, daß sie
als hochfrequente Kurzschlüsse wirken, also keinen Einfluß auf die Winkelkonstanten
der Einzelglieder haben. Dagegen ist dies in erheblichem Maße bei den Röhren Al,
A2, A3. . . der Fall, wenn man ihre Gitter durch die vom Elektronenstrahlschalter
bzw. vom F-Bildgeber gelieferte Modulationsspannung U,. steuert. Ist die Anode-Gitter-Kapazität
(unter Außerachtlassung des dynamischen Anteils) für die einzelne Röhre durch Ca,
gegeben, W der Gitterwiderstand, w die Frequenz und S die mit der Gittervorspannung
variable Steilheit, so verhält sich die Röhre wie ein Blindwiderstand
d. h. Cag erscheint im Verhältnis (i -;- W - S) vergrößert. Diese Wirkung nutzen
wir aus, indem wir S durch Um trägheitslos beeinflussen lassen und so die
Winkelkonstante des als Pupinleitung idealisierten Netzwerkes in Abb. 6a ändern.
Sie ist bekanntlich a = w hz - C, wobei hier das C wiederum eine Funktion
von Cag und damit von S und Um wird. Die Modulationsspannung steuert also die Laufzeit
der auf das Netzwerk geschickten Einzelimpulse, und das Ergebnis wird sein, daß
die Phase der am Abschlußwiderstand Re abnehmbaren Stromstöße relativ zu ihrem konstanten
Takt am Eingang des Netzwerkes sich entsprechend dem Verlauf von U. verschiebt.
Schematisch ist dies in Abb. 7 zum Ausdruck gebracht. Hier ist der Abtastvorgang,
teils an den Segmenten des Elektronenstrahlschalters, teils am Speicherschirm
Mo der F-Bildgeberröhre, dargestellt. Von den Mikrophonspannungen der Kanäle
(M'-2), (M'-1) und M' werden die Sekundäremissionselektroden S laufend kurvengetreu
aufgeladen; im Kanal M' sei die Spannung augenblicklich Null. In die gegeneinander
abgeschirmten Entladungskammern tritt, der Reihe nach, der abtastende Elektronenstrahl
durch die Öffnungen der Blenden B hinein (Pfeile P1, P2, P3). Dabei entstehen im
U"-Diagramm die Spannungskurven a und b, die bei der Nachverstärkung sich durcl
Laufzeit und Kapazitätseinfluß in die gestrichelte Kurven h, i verwandeln
und als solche dem Phasen modulator nach Abb. 6 a zugeführt werden. De j Kanal M'
erzeugt im dargestellten Augenblick kein Steuerspannung. Nun tritt die Bildabtastung
(Pfeil P4 in der F-Geberröhre an Stelle des Elektronenstrahl schalters in Tätigkeit.
Die unterschiedliche ,dem zi sendenden Bilde entsprechende Belichtung der einzel
nen Flächenelemente längs der bestrichenen Zeile is durch die wechselnde Schraffierung
zum Ausdrucl gebracht. Dem Belichtungs- und Ladungsverlau: j gemäß ergeben sich
jetzt die Kurven c bis g. Von eine Verformung derselben sehen wir hier ab, weil
infolg< der Speicherdauer = 1/25 Sek. die Abtastsignale neuzeitlicher Bildgeber
bis zum Konverter keiner Nachverstärkung bedürfen. Die unterhalb des Um-Verlaufi
aufgetragenen äquidistanten dicken Vertikalstriche i bis 18 bezeichnen die Lage
der vom synchronisierten Sperrschwinger an Ra (Abb. 6a) abgegebenen Impulse, nicht
deren Form. Es sind nun beim Empfänger mit Hilfe des Gleichlaufkanals Maßnahmen
zur Erzeugung der gleichen Impulsfolge mit gleicher Amplitude und Phase getroffen.
Dies läßt sich durch Frequenzvervielfachung und amplitudenbegrenzende Röhren leicht
erreichen. Im untersten Diagramm des Bildes 7 sind diese Impulse i' bis 24' von
der Amplitude Null aus in entgegengesetzter Polung gezeichnet, um zum Ausdruck zu
bringen, daß sie, mit dem vom Sender übertragenen (amplitudengeregelten) Phasenimpulsen
zusammengesetzt, die Wirkung Null ergeben sollen, falls keine Phasenverschiebung
im Sinne von Abb.6a stattgefunden hat, die modulierende Spannung also ebenfalls
Null war. Wo hingegen eine Phasenverschiebung durch endliche Werte von
Um zustandegekommen ist (Impulse 3, 7, 14, 15, 16, 18), wird in der gedachten
Empfangsschaltung zuerst ein negativer, dann ein positiver Stromstoß erfolgen. Die
Zeitdifferenz beider (Zeitlängen a', b', c', d', e', [f' = o !],
g')
muß dann Um proportional sein. Richtet man es so ein, daß der erste, negative Stromstoß
den Anodenstrom einer gittergesteuerten Elektronenröhre einsetzen, der zweite positive
Stromstoß ihn wieder aussetzen läßt, und sorgt man durch Begrenzungsmittel (Gitterstrom)
dafür, daß in der Zwischenzeit der anodische Stromfluß konstant bleibt, so erscheint
das übertragene Signal als Taststrich, dessen Länge der ursprünglichen Modulationsspannung
entspricht. Alle mittelwertbildenden Empfänger (Telephone, Bildschirm des F-Gerätes
bzw. Ohr und Auge) geben dann von selbst den Amplitudenverlauf richtig wieder.
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Bei der Schaltung nach Abb. 6a, rechte Seite, ist zu berücksichtigen,
daß während des Durchgangs jedes Einzelimpulses die modulierende Spannung Um sich
ändert. Dies führt dazu, daß die Impulsform verzerrt wird. Um die an RB auftretenden
Zeichen in schärfer definierter Form zurückzuerhalten, kann man einen weiteren Sperrschwinger
dahinterschalten, der durch negative Gittervorspannung so weitgehend verriegelt
ist, daß er erst bei einer erheblichen positiven Zusatzspannung am gleichen oder
an einem zweiten Gitter einsetzen kann. Diese Zusatzspannung liefern die an Re abgenommenen,
stark verstärkten
Phasenimpulse, die das Effektivpotential des oder
der Gitter so weit ins Positive verschieben, daß der Anodenstrom stoßartig zu fließen
beginnt, um sofort wieder blockiert zu werden. Hierbei muß die Zeitkonstante des
sperrenden Gitterkreises sehr klein sein, weil bei entsprechendem Helligkeitsverlauf
längs der abgetasteten Bildzeile zwei Phasenimpulse dicht aufeinanderfolgenkönnen.
Die so erzeugten unverschliffenen Stromstöße werden dann vom Konverter an den Modulator
des Senders weitergegeben.
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Die mit den beschriebenen Verfahren und Anordnungen erhältlichen Phasenschübe
können mehrere Perioden betragen; man muß sich aber vor Augen halten, daß bei den
angenommenen Kanalzahlen bzw. Bildpunkten äußerst kurze Impulse, d. h. extrem hohe
Frequenzen und breite Seitenbänder erforderlich sein würden, um derartige Verschiebungen
der Phase voll auswerten zu können. Beträgt z. B. die Dauer eines Bildpunktes 1,3
# 1o-' Sek., so bedeutet dies, daß der seinen Helligkeitswert- übertragende Phasenimpuls
eine Größenordnung von io-$ Sek. entsprechend 3 m Wellenlänge, haben müßte, um eine
Methode der in Abb. 4 veranschaulichten Art anwendbar zu machen. Und auch dabei
wäre der Vorteil der Impulsphasenmodulation, großer Störabstand, kaum noch zu wahren,
wenn nicht andere Möglichkeiten hinzukämen. Phasenimpulse von so kurzer Dauer bedeuten
jedoch eine extreme Bandbreite der Modulation. Sie würden mit der erforderlichen
Schärfe nur auf Zentimeterwellen zu übertragen sein. Die Technik ist dafür, soweit
es sich um die hier vorliegenden Zwecke handelt, nicht reif. Für gewisse Kombinationen
von Nachrichten, z. B: Fernsehen mit mäßiger Bildpunktzahl, sog. Fernsehsprechen,
oder Schnellfaksimileübertragung, also Formen, die mit Frequenzbändern von höchstens
einigen ioo kHz auskommen, in Verbindung mit M-Telephonie geringerer Kanalzahl,
ist aber die Impulsphasenmodulation nach dem Schema von Abb. 4, ausgeführt mit möglichst
schmalen und steilen Impulsen, am besten in Glockenform, und mit möglichst großen
Schubweiten, vorzüglich geeignet.
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Wenn es sich jedoch um F-Rundfunk mit Bildpunktzahlen der Größenordnung
250ooo bis 300000 handelt, ist ein weiterentwickeltes Prinzip angebracht, das durch
die Abb. 8 und 9 veranschaulicht wird. Seiner Natur nach stellt es gleichfalls ein
Phasenmodulationsverfahren dar. Es besteht darin, daß durch die modulierende, von
der abgetasteten Bildpunkthelligkeit bzw. Mikrophonspannung herrührende Spannungsamplitude
eine Sinuswelle im Grenzfalle bis zu i8o ° (Winkel 7r) verschoben und die verschobene
Welle mit einer synchronisierten, unverschobenen Welle im Empfänger zur Interferenz
gebracht wird. Auf diesem Wege läßt sich als zusätzlicher Vorteil eine sehr wirtschaftliche
Ausnutzung der Schalterperiode bei M-Telephonie und zugleich, vermöge eines statistischen
Effektes, ein besonders guter Störabstand (Verhältnis Signalhub: Störgeräusch) erreichen.
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In Abb. 8 ist das beschriebene Interferenzprinzip erläutert. Es sind
3 Bildpunkte verschiedener Tönung, großer, mittlerer und kleinster Helligkeit (schwarz),
angenommen, mit den Bezeichnungen i, 2, 3. Sie liefern bei der Abtastung die modulierenden
Spannungen U.1, U.2, Ums, die natürlich ebensogut von den Sprechströmen eines
Telephoniekanals herrühren könnten. Das darunter befindliche Diagramm zeigt die
zugehörigen Phasenlagen der Sinusspannung UP im Vergleich mit dem beim Empfänger
stets in der konstanten Folge U, verharrenden Sinuswellen derselben Gestalt und
Frequenz. Zur Erzielung der Phasenverschiebungen von Up als f (U")
dient eine Schaltung für Laufzeitmodulation wie in Abb. 6a, rechts. Die Überlagerung
der vom Sender übertragenen Sinuswellen Up mit den phasenkonstanten Sinuswellen
U,
des synchronisierten Empfängers geschieht beispielsweise an den beiden
Steuergittern einer Hexode. Das Ergebnis, den gesteuerten Anodenstrom Ja, der proportionale
Helligkeitswerte hervorrufen kann, zeigt das unterste Diagramm der Abb. B. Es rührt
daher, daß die beiden interferierenden Sinusspannungen durch Begrenzungswiderstände
in den Gitterleitungen der Hexode zuvor in trapezförmige Kurven verwandelt werden
sowie daß nur der positive Teil der Anodenstromkurve zur Helligkeitssteuerung des
F-Bildes herangezogen wird. Abb.9 veranschaulicht diese empfangsseitigen Schaltmaßnahmen,
wobei X die Hexode, W1, W2, die begrenzenden Gitterwiderstände, D eine Diode,
Ra den Ausgangswiderstand bedeuten. G ist der über einen getrennten Kanal synchronisierte
Generator der Steuerspannung U, von der Frequenz w
(Abb.6a. Abb.8),
dessen Phase ebenfalls durch die vom Sender kommenden Zeichen konstant gehalten
wird und dessen Amplitude mit Up abgeglichen sein muß.
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Obwohl bisher nur von Elektronenstrahlschaltern mit kreisendem Strahl
die Rede war, kommen für die Praxis ebensogut solche mit in einer Ablenkebene fächerndem
Strahl in Betracht. Unter dem Eirifluß eines zeitlich sägezahnförmigen Ablenkfeldes
überfährt der Strahl eine Reihenanordnung von Segmenten längs der Linie seiner schärfsten
Fokussierung, um am Ende der Zeile beschleunigt auf ihren Anfangspunkt zurückzuspringen.
Im Gegensatz zu Elektronenstrahlschaltern mit rotierendem Strahl entsteht dabei
durch den Rücklauf eine Ausfallzeit innerhalb des Schalterzyklus. Sie läßt sich
ausnutzen durch Gegentaktbetrieb eines zweiten Schalters gleicher Art. Die Anwendung
dieses Verfahrens für das hier beschriebene System veranschaulichen Abb. io und
Abb. iia. Letzteres zeigt das Bauprinzip der Schalterröhre mit einer Zeile von Segmenten,
die durch Sägezahnablenkung kommutiert werden. Die Steuerung ist aus Abb. io ersichtlich.
Der Sägezahn A-A' ist der F-Bildzeile oder, in fernsehfreien Betriebszeiten, einem
Elektronenstrahlschalter für M-Telephonie oder andere Zwecke zugeordnet (Schalter
i). Der Sägezahn B-B', aus A-A' durch Vervierfachung gewonnen, bewirkt die Ablenkung
in einem zweiten Schalter, der das Rücklaufintervall A' des ersten Sägezahns auszunutzen
gestattet (Schalter 2). So ergänzen sich die linearen Bereiche A und
B zur vollen Periode des Schaltzyklus; es gibt keine Leerlaufzeit. Wie die
beiden jeweils wirksamen Elektronenstrahlen (Schalter i und 2 oder Bildabtaster
und Schalter 2) im Gegentakt auf- und
zugetastet werden, erkennt
man aus dem unteren Teil von Abb. io. Die Rücklaufbewegungen A' und B' brauchen
nicht linear zu erfolgen..
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In der Röhre R (Abb. iia) bewegt sich das vom Elektronenstrahlerzeuger
E kommende, durch die Magnetspule M abgelenkte Elektronenbündel S in der Richtung
des Pfeils P über die Segmente i, 2, 3 ...
in einer Ebene hinweg, in der auch
der anschließende Rücklauf vor sich geht, wenn der Strahl währenddessen nicht ausgetastet
ist. Bei der gedachten Anwendung muß die Austastung natürlich erfolgen. Statt nun
bei Elektronenstrahlschaltern die Rücklaufzeit des im Sinne von Abb. iia fächernden
Strahlbündels so kurz wie möglich zu machen, kann man auch den entgegengesetzten
Weg einschlagen und eine Röhre mit 2 abwechselnd ein- und ausgetasteten Strahlen,
deren jeder über einer Linearanordnung von Segmenten fächert, so betreiben, daß
Hin- und Rücklauf spiegelsymmetrische Zeitfunktionen sind, d. h. die eine Segmentreihe
in der einen Ablenkrichtung innerhalb der gleichen Zeit durchlaufen wird wie die
andere Segmentreihe in der entgegengesetzten Richtung. Abb. iib zeigt eine hierfür
geeignete Röhre R mit zwei Elektronenstrahlerzeugern El, EZ und. zwei Segmentreihen
i .... i' . . , deren Folge senkrecht zur Papierebene stehend zu denken ist.
Zwischen beiden Segmentreihen kann ein Leuchtschirm L angebracht sein, um durch
Hinlenkung des einen oder anderen Strahlbündels S1 bzw. S2 die Einstellschärfe derselben
zu prüfen. Diese Bündel überkreuzen sich im gemeinsamen Ablenkfelde des Spulensatzes
M, ohne einander zu stören. Den zeitlichen Verlauf des Ablenkstromes J", zeigt das
Diagramm Abb. iic. Er hat die Form eines gleichseitigen Dreiecks. Die beiden Rechteckkurven
veranschaulichen die abwechselnde Ein- und Austastung von S1 und S2. Nach diesem
Gesetz werden die beiden Segmentreihen in gleicher Weise abgetastet, die eine im
Hinlauf vom Elektronenstrahl S1, die andere im Rücklauf vom Elektronenstrahl S2,
und es findet so ein völlig geschlossener Zyklus ohne Leerlaufzeit des Schalters
statt. Die beiden Elektronenbündel S1, SE haben, da sie in einer Ablenkebene fächern,
zweckmäßig rechteckigen Querschnitt, so daß sie in der Bewegungsrichtung sehr schmal,
senkrecht dazu jedoch erheblich ausgedehnt sind, um eine möglichst große Strahlstromstärke
zu erzielen, mit der der Widerstand der Sekundäremissionsstrecke umgekehrt proportional
ist.
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Wir hatten weiter vorn gesehen, daß für das Verfahren der Impulsphasenmodulation
mit Interferenz eine von der Bildpunktzahl des F-Bildes bestimmte Frequenz w erforderlich
ist; vgl. Abb. B. Diese Frequenz ist in Abb. 12 über eine Reihe von verschieden
stark belichteten Bildpunkten, i, 2, 7 als Sinuslinie aufgetragene Bildpunkte 2,
5 und 7 sind sehr hell, Bildpunkt 4 vollkommen dunkel gedacht. Unter der Reihe der
Flächenelemente, auf deren jedes eine volle Periode der Interferenzfrequenz w entfällt,
ist der Verlauf von Um aufgetragen, jener Größe also, die den Konverter nach Abb.
6a steuert. Im rechten Teil von Abb. 12 ist das Längenverhältnis eines ' Schaltersegments,
d. h. eines M-Kanals, zur Äbtastlänge eines Bildpunktes zum Ausdruck gebracht. Es
beträgt 6:1, so daß auf das Segment 6 Perioden entfallen (w wird zweckmäßig von
der Segmentfrequenz des Schalters abgeleitet, die ja ihrerseits eine Harmonische
der Umlauffrequenz desy Schalters, Bildzeilenfrequenz, ist). Angenommen, der Elektronenstrahl
berühre die zum Segment gehörige Kanalelektrode auf der ganzen Länge a-b in Abb.
12, so hätte Um den dargestellten Verlauf längs der vollen Strecke von
a bis b (ausgezogene Linie). Es ist jedoch unnötig, 6 Perioden der
Interferenzfrequenz w auf einen einzigen Kanal zu verschwenden. Da aber aus mechanisch-konstruktiveii
Gründen das einzelne Schaltersegment nicht beliebig klein gebaut werden kann, die
in Abb. 12 gewählte Länge sogar in Wirklichkeit noch erheblich überschritten werden
dürfte, so bleibt wiederum, wie im Falle von Abb. 2, nur ein gestaffelter Betrieb
mehrerer Schalter mit zyklisch wechselnder Strahlein- und=austastung übrig. In Abb.
12 sind deren drei, R1, R3, R3, angenommen. Im Gegensatz zur Betriebsweise nach
Abb. 2, wo die fünf Röhren Al . . . A5 als Ganzes einander ablösen, findet jetzt
aber ein Ineinanderschachteln von R1 . . . R, statt, und zwar derart, daß mit Hilfe
von Blenden und passender Versetzung der Segmente zunächst für die Dauer einer Periode
der Interferenzfrequenz w ein Segment der Röhre R1 zur Abtastung kommt (1), anschließend
ein Segment von R2 (II), dann ein Segment von R3 (III). Nun beginnt der Zyklus von
neuem auf dem ersterwähnten Segment von R1 (I') ; es folgen die zweiten Abtastungen
(II', III') der genannten Segmente von R2 und R3. Danach würde die erste Abtastung
des nächsten Segments in R1 fällig sein usw. Die Vorteile dieser Methode sind: a)
bequeme Dimensionierungsverhältnisse der Schaltersegmente, ohne daß dadurch Leerlaufzeiten
(Frequenzverschwendung) eintreten; b) die Anwendbarkeit einer konstanten Interferenzfrequenz
w, die der Bildpunktzahl des F-Betriebes entsprechend hoch gewählt ist, für den
M-Betrieb, ohne daß dabei das breite Frequenzband schlecht ausgenutzt würde; c)
vollkommene Einheitlichkeit des Betriebes, unabhängig davon, was für eine Art von
Nachricht, optisch oder akustisch usw., übertragen wird. Im Zuge der Übertragungsmittel
liegt bei Geber und Empfänger nur ein einziger, allen Zwecken dienender Verstärker,
dessen Einstellung ebenso wie die des hochfrequenten Teils (Dezimeter- oder Zentimeterwellensender
und -empfänger) dauernd die gleiche bleibt. Der Sender wird stets maximal ausgesteuert,
was günstigste Röhrenausnutzung und beim Empfänger einfachste Verstärkungsregelung
mit sich bringt; d) das Anfallen eines statistischen Selektionseffektes beim Empfang.
-Da der Amplitudenwert jedes Kanals gemäß Abb. 12 zweimal übertragen wird (Abtastungen
I und I', II und II', III und III'), und zwar nicht unmittelbar nacheinander, so
tritt eine Mittelwertbüdung der Störungen ein. Erhöht man die Zahl der Abtastungen
jedes Kanals (pro Schalterzyklus) über 2 hinaus, so wird dieser Selektionseffekt
rasch gesteigert, und es läßt sich so, zumal unter Berücksichtigung der Bandbreitenverhältnisse,
leicht übersehen, daß im Vergleich mit dem Verfahren nach Abb.3 (schmale Impulse,
großer Zeitschub, sehr breites Frequenzband
und infolgedessen erheblicher
Störabstand) sogar noch eine Verbesserung erzielbar ist, wenn man gleiche Schalterfrequenz
und Kanalzahl sowie die gleiche Übertragungsbandbreite zugrunde legt.
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Gegenstand eines weiteren Vorschlags ist eine weitere Verbesserungsmöglichkeit,
darin bestehend, daß man im M-Betrieb den Elektronenstrahl sich von Segment zu Segment
nicht stetig, sondern springend und in den Eintrittsöffnungen der Segmentkammern
verweilend bewegen läßt. Man benötigt dann je Kanal eine einzige, sehr schmale Eintrittsöffnung,
erzielt also ein Minimum an Übersprechen. Sind dabei, wie im Falle der Abb. 12,
mehrere Segmente bzw. Kanäle zeitlich ineinandergeschachtelt abzutasten, die verschiedenen
Röhren zugeordnet sind, so läßt man jeden der Schaltstrahlen für die Dauer einer
genügenden Anzahl von Perioden der Frequenz w in der Eintrittsöffnung des gerade
überfahrenen Segments stillstehen und tastet währenddessen die Strahlen im richtigen
zyklischen Wechsel auf und zu. Vernachlässigen wir bei diesem Verfahren die Zeit
für das Springen des Strahls von Segment zu Segment und bedeutet 2 7r f.
= w die Interferenzfrequenz nach Abb. 8 bzw. 12, ferner n die Zahl der zeitlich
ineinandergeschachtelt betriebenen Röhren R1, R$ . . . . R" und m die Zahl der Abtastungen
jedes Segments im Verlauf eines ganzen Schalterzyklus, so beträgt die Stillstandsdauer
des Strahls in der Eintrittsöffnung:
Die Herstellung der Sprungbewegung des Schaltstrahls ist in der erwähnten getrennten
Ausarbeitung beschrieben. Sie ist sehr einfach, und es läßt sich auch die Gleichphasigkeit
dieser Bewegungssteuerung in der geber- und empfängerseits korrespondierenden Schaltern
ohne besondere Schwierigkeit aufrechterhalten.
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Bei der Bildübertragung tritt am Ende der Abtastung des Zeilenpakets
das Intervall des Bildrücklaufs auf, in dessen Verlauf die Strahllage vom Ende der
untersten Zeile auf den Anfang der obersten zurückspringt. Im Bildrücklauf ist der
Strahl in den Geber- wie in den Empfängerbildröhren ausgetastet. Dagegen findet
in den Elektronenstrahlschaltern eine solche Austastung, die ja die wechselzeitige
Übertragung der M-Kanäle in ihrer zeilenfrequenten Folge unterbräche, nicht statt;
die zeilenfrequente Rotations-oder Fächerabtastung der Schaltersegmente geht also
ungestört weiter, und das Entstehen eines tiefen Brummtons wird vermieden.
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Zu dem Zwecke, unter Benutzung des beschriebenen Zeitaufteilungsprinzips
in fernsehfreien Betriebsperioden ein Schnellfaksimileverfahren durchführen zu können,
soll gemäß einer Weiterbildung der Erfindung von der SpeicherfÄhigkeit der nachstehend
erwähnten Schicht Gebrauch gemacht werden.
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Die Bildvorlage (Bildtelegramm) wird mit der normalen Zeilengeschwindigkeit
de's Fernsehens abgetastet (fZ > ioooo), so daß die vorhandenen Ablenkgeräte für
die Bewegung des 'Kathodenstrahls in der Geberröhre unverändert herangezogen werden
können, soweit es sich um Zeilenrichtung handelt. Angenommen, für die Fernsehübertragung
seien 625 Zeilen und 25 ganze Bilder in der Sekunde normiert, so wird fZ = i5625.
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Der Zeilengenerator muß durchlaufend sein, d. h. wie üblich auch während
des Rücklaufintervalls des Bildablenksäßezahns die Zeilenfrequenz f, liefern. Da
man bei der Faksimiletelegraphie mit 625 Zeilen nicht auskommt, wird für die Bildablenkung
zweckmäßig mit der leicht zu gewinnenden halben Frequenz der Fernseh-Bildablenkung
gearbeitet, d. h. man erhält dann 12,5 Bilder je Sekunde mit 1250
Zeilen. Diese Werte sind nur Beispiele, um die Verwendungsmöglichkeiten der Fernsehtaktgeber
für den vorliegenden Zweck zu illustrieren.
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Nehmen wir bei dem Empfangsbildschirm für eine Überschlagsrechnung
eine Zeilenlänge von ioo mm an und 15°/o Anteil der Rücklaufzeit, so gilt für die
Ermittlung der Schreibgeschwindigkeit des Kathodenstrahls in m/sec folgende Gleichung:
Weder ein Schirm mit lange abklingendem Nachleuchtpräparat noch ein Blauschriftschirm
aus Kaliumchlorid kann mit so hoher Registriergeschwindigkeit bei einmaligem Überfahren
voll erregt werden, selbst nicht bei anomal hohen Strahlspannungen. Es bleibt daher
nur das Akkumulierungs- oder Integrationsprinzip als Ausweg übrig, d. h. der Schirm
wird, unter Inanspruchnahme des vollen Fernsehfrequenzbandes, mehrmals in gut deckender
Wiederholung des Zeilenrasters überstrichen, so daß die Erregung der Nachleuchtzentren
bzw. die Dichte der Blauschriftzentren (F-Zentren) sich summiert. Für gute Clarophanschirme
ist zu vermuten, daß eine 3- bis 5malige Anregung jeder Stelle den maximalen Effekt
ergeben kann. Da wir unter den gemachten Voraussetzungen 12,5 Raster (von
1250 Zeilen) in der Sekunde erhalten, so folgt aus alledem eine Übertragungsdauer
des Bildtelegramms von etwa 1/4 bis 2/5 Sekunden. Es wäre also die Einblendung solcher
Sendungen in die über den Dezikanal laufenden Gespräche möglich.
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Bei Blauerift liegen die Verhältnisse weniger günstig. Wir können
hier selbst mit Röhren hoher Anodenspannungen (25 kV) kaum über 6o m/sec hinauskommen.
'Dies ergibt dann etwa 3o notwendige Anregungen bei dem vorstehend berechneten Wert
von x; d. h. eine Übertragungsdauer von rd. 1,2 Sekunden. Auch,hierbei kann noch
mit zeitweilig möglicher Einblendbarkeit in die Gespräche gerechnet werden, jedoch
nur bei wenig Verkehr.
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Es erscheint deshalb geboten, die Entwicklung der an sich vorteilhaften
Blauschriftmethode in Richtung höherer Schreibgeschwindigkeiten weiterzutreiben,
da die Funktion des Löschens bequem ausführbar und die Möglichkeit weitgehender
optischer Vergrößerung des Telegramms infolge der vorzüglichen Schärfe und Beständigkeit
der Schrift gegeben ist.
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Die Richtungen, in denen die gedachte Schnellfaksimilemethode zu spezialisieren
sein wird, hängen naturgemäß sehr stark ab von der praktischen Verwendung derselben.
Es soll hier auf einige ganz verschiedene Formen des Einsatzes und die entsprechenden
Anforderungen hingewiesen werden
i. Das Bildtelegramm soll sofort,
ohne merkliche Verzögerung lesbar sein, braucht aber nicht beliebig lange haltbar
zu sein.
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2. Das Bildtelegramm soll den Übertragungskanal nur so kurzzeitig
wie möglich beanspruchen, muß aber hernach nicht sofort lesbar sein.
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3. Vereinigung der Forderungen kürzester Übertragungsdauer und sofortiger
Lesbarkeit, ohne die Zusatzbedingung längerer Haltbarkeit.
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4. Zu 3 die Hinzunahme der Forderung beliebiger Haltbarkeit.
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Hieraus resultiert zwingend die Aufgabe des Schnellbildspeichers entsprechend
der weiter unten gegebenen Übersicht. Sie kann nur auf elektronischem Wege gelöst
werden. Aussichtsreicher für die Weiterentwicklung als die Blauschrift erscheint
der steuerbare Emissionsschirm nach Krawinkel, bestehend aus der mit fein verteilten
Isolierteilchen bedeckten Photokathode, deren Elektronenabgabe bei Belichtung von
der Verteilung einer sperrfähigen Aufladung auf der Isolatorschicht abhängt. Diese
Aufladung wird durch einen bewegten modulierten Kathodenstrahl örtlich veränderlich
eingestellt und ist praktisch beliebig haltbar, wenn sie in negativer Richtung (vom
Kathodenpotential aus) erfolgt und die Röhre genügend frei von positiven Ionen ist.
Wird der beladene Schirm seinerseits als belichtete Kathode eines Bildwandlerrohrs
benutzt, so erscheint auf dessen Leuchtschirm das negative Bild der sperrenden Ladungsverteilung,
die auf der Isolatorschicht durch den modulierten Kathodenstrahl hervorgerufen wurde
und in dem hier gedachten Falle das elektrische Bildtelegramm ist: Besonders wichtig
wäre die Verfeinerung der bisher von K r a w i n k e 1 erzielten Raster und die
Entwicklung größerer Schirme und Bildflächen. Die Methode des Aufdampfens der Isolierpartikel
durch Netzmaschen hindurch müßte ersetzt werden durch ein Bestäubungsverfahren.
| Übersicht der Methoden |
| tibertragungs- Eintritt der Längere Haltbarkeit Methode der
Bildregistrierung |
| geschwindigkeit Lesbarkeit bzw. -haltbarmachung |
| groß sofort überflüssig Nachleuchtschirm und Blauschrift |
| sehr groß später nötig Photographie vom Schirm der |
| Braunschen Röhre aus |
| sehr groß sofort überflüssig_
Steuerbare Emission nach Krawinkel |
| sehr groß sofort nötig Steuerbare Emission nach Krawinkel |
| mit photographischer Kopie des |
| Schirmbildes |
Um die Rasterung und damit die Übertragungsdauer des Faksimiletelegramms dem Umfang
bzw. dem Wortinhalt oder Bildinhalt des Sendedokuments anpassen zu können, soll
die Bildablenkfrequenz in weiten Grenzen veränderlich gemacht werden, womit sich
ein sehr elastischer Betrieb ergibt. Man kann diese Maßnahme so weit treiben, daß
die Ablenkung der Bildzeile langsam genug erfolgt, um in ihr unmittelbar nacheinander
mehrere sich deckende Registrierungen zu ermöglichen. Bei dem Schnellspeicherverfahren
nach K r a w i n k e 1 genügt es, jede Zeile einmal zu schreiben; es liefert also
unter allen speichernden Systemen die höchste Registriergeschwindigkeit und stellt
so die leistungsfähigste Ausführungsform der Schnellfaksimileübertragung in Aussicht.