Tijdschrift van het
Nederlands Radiogenootschap
DEEL 23 No. 5 1958
Einige Betrachtungen zur zukünftigen Entwicklung der Nachrichtentechnik
von K. O. Schmidt *)
Kurzfassung des Vortrags gehalten für das Nederlands Radiogenootschap am 28 April 1958.
Summary
1 he developm ent of the future com m unications technique depends upon tw o conditions: on the requirem ents of the com m unications traffic and its subscribers for one thing and the progress m ade in the technique of the com m unications elements for a n o th e r thing. T w o of the m ost essential ele
m ents are the tran sisto r and the travelling w a v e tube, w hose possibilities of application in the various frequ en cy ranges are discussed. This p a p e r deals also w ith the question of economics and gives an outlook on the d e velopm ent feasible in future. Som e possibilities of solving future problem s, for instance b y the linearization of the am plitude ch arac teristic and by the preem phasis an d am plitude com pression of speech, are indicated.
1. V orw ort:
Bei dem groszen U m fang d er N achrichtentechnik ist es nur möglich, einige wichtige und in teressan te P u n k te zu streifen.
B etrachtungen ü b e r Z u k u n ftsau fg ab en und -entw icklungen sind im allgemeinen bei Ingenieuren nicht üblich. M a n berich tet meist nur ü b e r abgeschlossene A rbeiten und die Ergebnisse von E xperim enten. Ich bitte d a h e r um N achsicht, falls Ihre eigenen E ntw icklungen und die E ntw icklung d er N achrichtentechnik ganz allgemein zu z. T. anderen W e g e n und E rgebnissen führen soll
ten als meine heutigen B etrachtungen zur zukünftigen E n tw ic k lung einiger A ufgaben d er N achrichtentechnik.
*) Fernm eldetechnisches Z e n tra la m t, D a rm s ü id t
202 K. O. Schmidt
D e r V o r tr a g b e sc h rän k t sich auf die w ichtigsten N ach rich ten arten, F ernsprechen und Fernsehen.
2.1. F e r n s p r e c h e n .
Aus den E ntw icklungen d er Jahre 1950-1955 w erd en die W e r t e für 1965 extrapoliert. D iese W e r t e sind d a h e r mit einer ge
w issen V o rsich t und u n te r d er V orau ssetzu n g einer stetigen W e ite r-E n tw ic k lu n g d er W ir ts c h a f t zu b etrach ten .
2. Die Entwicklung des Fernmeldeverkehrs*
Bild 1
Z u n a h m e z a h le n für den F e rn sp re c h v e rk e h r, gemessen für die Z e it von 1950 bis 1955, b erech n e t (e x tra p o
liert) fü r die Z e it von 1956 bis 1965.
Aus Bild 1 ergibt sich eine V erdreifachung des F e rn sp re c h verkehrs in 10 Jahren. D ies w ird durch die T a tsa c h e gestützt, dasz in Schw eden und A m erika heute aul 100 E in w o h n er 30 Fernsprechanschlüsse entfallen. D ag eg en ergeben sich in D e u tsc h land auf 100 E in w o h n er nur 7 A nschlüsse. Bei d e r dfachen Z ah l w ird also voraussichtlich e rst mit einer Sättigung, d. h. einem
Knick in d e r K urve zu rechnen sein.
Zukünftige Entwicklung der Nachrichtentechnik
2.2. F e r n s e h e n .
203
D as Bild 2 bezieht sich auf die Fernsehteilnehm er- und F e rn sehgerätezahlen. D a b e i w u rd e n 2 A nnahm en gem acht:
a) Stetige W e ite re n tw ic k lu n g d er W ir ts c h a f t.
b) Bis zu drei F e rn seh g eräte je Familie.
N a c h Bild 2 ergeben sich folgende Fernsehteilnehm erzahlen:
KT6 67 54 3 2
Kfi
/ 4I
i Fernsehteilnehmerzahl
7l .
/ /
T
/
t
/
1
/
Ermittelte Fernsehteil - nehmerzahlen:
I.Jan. 1954: 11699 IJan. 1955 : 84 651 Van. 1956 : 283750 Van. 1957 : 681839 0 L
576 4 3 2
106 67
1
j
/
y1t»
1 (I.Jan. 1956 : 12 101 * * * * 6geschätzt) r
____ E__i►
—f . Fernseh -
* teilnehmer
zahlen
Tr 4-10
3'10' 2-10
7
/ 71 (7
T f 7 t i
T
lt
2 . TIC —-JOi ireJan. IJant ?
i 5 < ii1 0 20
1954 55 56 57 5ß59 61 63 65 6860 & 1«’ 70
Bild 2
E n tw ic k lu n g d e r F ern seh teiln eh m er - b zw . F e rn seh g erätz ah len in d e r B undesrep u b lik
D e u tsc h la n d ab 1954
--- = bisherige E n tw ic k lu n g
— — — — — — extrapolierte W F r te für die künftige E n tw ick lu n g .
1. Ja n u a r 1958: 1,2 M illionen F ernsehteilnehm er
1. Ja n u a r 1963: Vielleicht dann 10 M illionen Fernsehteilnehm er.
D ie A nforderungen d e r einzelnen N a c h ric h te n a rte n an den U e b e rtra g u n g sw e g sind im Bild 3 nach d e r erforderlichen K a n a lk a p a z itä t in bits/s geordnet dargestellt. H erausgegriffen seien n u r das F ernsprechen b^i idealen U ebertragungsV erhältnissen
204 K. O. Schmidt
mit 51 000 bits/s und das F ernsehen 8 * 107 bits/s. Sie sind zu vergleichen mit 80 bits/s bei d e r idealen T elegraphie bei 32 B uchstaben und bezogen au f 10 Z ch/s und 1 000 bits/s bei d er
6 I ( / bits/s i b its/s
1 mK a n o l k a p a z i tä t* C • 2 8 I d l/; b it s / s
F S “ (4 0 d b )
w
tu-
Iß3
3 0 0 0 0 0 1 4 0000
SpraHo 10
chw erlige chübertrag
Zch/s unc, Klängüberl ( 6 0 dl
ragung
w •
51150 (7 0 d b )
Fern sp rech er 1
10 Z ch /s ( 5 O db )
103
i/s;
Mi v 10 ZcA/s -660
■196
Jd ed eTel
7Zch/S (2 6 d b ) .Hellschreiber
2.5 Zch/s ( K rlh ) 10£
i d
t
60 bei 32 n Jd ea le
16 t
bei 10 5
lOZch!
rschied
1Telegr.
rtei eben
\Zch/s '6db
~~2ch/s
G&vuschpeqpl
6 d b ) -*
--- - fH t
" 7 k /o
0 40 6090 3400 6000 15000 « » <
Bild 3
A u fw a n d an K a n a lk a p a z itä t in bits/s bei den verschiedenen N ach rich ten m itteln bezogen a u f die im Betrieb üblichen U eb ertrag u n g sgeschw indigkeiten in Z eichen/s abhängig von d e r oberen F r e q u e n z
grenze.
p rak tisch en T elegraphie mit dem F ernschreiber, ebenfalls bezo
gen auf 10 Zch/s. Die Sprechgeschw indigkeit b e trä g t im M itte l e tw a auch 10 Zch/s.
3. N eue Bauelem ente der Nachrichtentechnik*
3.1 D e r T r a n s i s t o r .
D ie T abelle 1 zeigt die W "erte für 3 verschiedene T ra n s is to r
typen, den L eistu n g stran sisto r, den T rä g e rfre q u e n z tra n sisto r und den H ochfrequenztransistor. D ie aufgenommene L eistung ist ge
Zukünftige Entwicklung der Nachrichtentechnik 205
ring, d er W irk u n g s g ra d ist fa st gleich dem theoretisch möglichen von 50 % .
Als eine sehr wichtige E igenschaft ist d er e tw a 1 : 100 nie
drigere S tro m v erb rau ch als bei einem R ö h re n v e rs tä rk e r zu b e trach ten . D a d u rc h fällt die unerw ünschte E rw ä rm u n g in groszen V e rs tä rk e rä m te rn durch die L eistungsverluste weg. D e r T ra n s istor ist infolge seines hohen W irk u n g s g ra d e s auch d er gegebene
V e r s tä r k e r für T ransozeankabel.
3.2. Die W a n d e r f e l d r ö h r e .
D ie T abelle 2 zeigt die zu erstreb en d en und z. T. schon e r reichten W^erte für W a n d e rfe ld rö h re n des 4G H z-B ereiches. Als w ichtigste E igenschaften sehen w ir den hohen W irk u n g sg ra d , eine ausreichende L eistung für das E n d ro h r und geringes R a u schen für das E ingangsrohr.
4. Anwendungsm öglichkeiten der neuen Bauelemente*
4.1. D e r T r a n s i s t o r .
4.1.1. I m h ö r f r e q u e n t e n B e r e i c h a l s V e r s t ä r k e r . a) Im F e rn sp re ch e r und in d e r WTlhltechnik.
H iernach b ie te t d er T ra n sisto r die M öglichkeit, ein h o ch w er
tiges M ikrophon, z. B. ein dynam isches M ikrophon, anstelle des
dyn Mikrcpfi
S chaltung eines F e rn s p re c h a p p a ra te s mit dynam ischem M ik ro p h o n und zw ei T ran sisto re n ( W 60)
(S tro m v e rb ra u c h : theoretisch 4 m A s ta tt 40 m A )
K ohlem ikrophons zu verw enden wie aus Bild 4 hervorgeht. D a die L eistung des dynam ischen M ik ro p h o n s rd. 30 db niedriger
206 K. O. Schmidt
Tabelle 1 L eistu n g sd aten heutiger F läc h en tran sisto ren (z. T. am erikanische F irm enangaben)
L e istu n g s
tran sisto ren
Z .Z . gebräuchliche
T ran sisto rty p en H F -T ransistoren V erlust-
leis tun g 1500 — 2000 m W 50 — 250 m W 5 - 1 0 0 m W
F requenzgrenze
L eistungs- 0,015 — 0,3 M H z 0,30 — 5 M H z 2 — 50 M H z
V erstärkung G 10 — 50 db 25 — 45 db 2 0 - 35 db
K ollektor-
reststro m I co 100 — 5000 M 2 — 20 M 0,5 — 10 M
R auschziffer Z. 5 — 25 db 10 — 25 db
Tabelle 2 D a te n fü r W a n d e r f e ld r ö h r e n für den 4 - G H z - Bereich (und en tsp rech en d auch iü r 8 G H z )
N r. D ie W a n d e r f e ld r ö h r e zu e rstreb en d e W e r t e Berner- a) L eistu n g sro h r b) E in g an g sro h r k u ngen 1 F requenzbereich 3 ,5 — 4,5 G H z ' 3 ,5 — 4,5 G H z
2 V e rstä rk u n g a) kl. Signal > 40 d b 3 V e rs tä rk u n g b) gr. Signal ^ 40 db bei
4 N u tzleistu n g m axim al ~ 5 W a t t 5 R au sch zah l (N a c h
M essu n g e n im FTZ< 30 db ^ 10 db (7 db) 6 V /e n d e lstro m m axim al
'Jwmax 1 m A 1 0 — 20 fiA
7 M a g n e tfe ld 400 - 600 G ausz 200 - 400 G ausz P erm a- 8 W e n d e ls p a n n u n g = Uj, < 1500 V olt < 500 V olt nent
9 S trah lstro m = J c ^ 30 mA 1 rn A m a g n et
10 B aulän g e Z < 25 cm Z ^ s 25 cm
11 L e b e n sd a u e r > 1 0 0 0 0 S t d . b e i > 1 0 0 0 0 S td .b ei 1 o/oo A usfall 1 o/oo Ausfall
12 (V e rz e rru n g e n bei A .M . K lirrd äm p fu n g K lirrd äm p fu n g keine bei A m ^> 6 0 db bei A M > 6 0 d b S t ö r
s c h w in gungen 13 S tra h l-L e istu n g 50 W a t t bei
5 W Ausg.
500 m W a11
14 N u tz w irk u n g s g ra d bei m axim aler A u s g a n g s
leistung v > 10 % (2 0 % ) V > 1 o % (20% ' 15 R eflexionsfactor:
E in g an g < 1 % < 1 %
16 R eflex io n sfacto r:
A usgang < 1 %
V
© ©Zukünftige Entwicklung der Nachrichtentechnik 207
liegt als die des üblichen K ohlem ikrophons, w ird durch die beiden T ran sisto ren O C 70 und O C 71 die vom dynam ischen M ikrophon kommende Energie v e rstä rk t. D ab ei kann diese V e rstä rk u n g bei einer Speisespannung von 4 V o lt für die T ran sisto ren sogar bis auf einen W e r t von 52 db gesteigert w erden, um noch andere V erb esse- rungen zu erreichen. D e r G ew inn an Silbenverständlichkeit in ge
räuscherfüllten R äum en liegt zwischen 10 °/0 und 15 °/0.
D a n e b en bietet d er T ran-
•
nf« •8M
*
L ' U
Bild 5
F re q u e n z k u rv e des F e rn s p re c h a p p a ra te s mit dyn. M ik ro p h . u. T ra n s is to r
v e rstä rk e r. A n h eb u n g des oberen F r e quenzbereiches d u rch R eso n an z der
Einsprechöffnung.
Silbenverständlichkeit
Bild 6
S ilb en v erstän d lich k eit a b hängig von d er B ezu g s
däm pfung bei verschiedenen R a u m g e rä u sc h e n (gemessen
mit F e rn s p re c h a p p a ra te n W 28 nach K. B rau n ) a) R au m g eräu sch 55 phon b) R au m g eräu sch 55 phon c) R au m g e rä u sc h 65 phon d) Bereich d er v o rk o m m en
den B ezugsdäm pfungen
sistor noch den V orteil, dasz man für den F e rn sp re c h ap p a ra t die Bezugs
däm pfung 0 erreichen oder mit d er V e rs tä rk u n g sogar nahe bis an die G renze d er akustischen R ückkopplung gehen kann.
D ritte n s ermöglicht d er V erstärk u n g sg ew in n ein A nheben d er höheren Sprachfrequenzen, wie in Bild 5 gezeigt w ird. H ie r ist durch eine einfache V erkleinerung des H o h l
raum s vor dem K ohlem ikrophon d er Bereich um 3400 H z um e tw a 8 db ge
genüber 500 H z (12 db gegenüber 300 Hz) angehoben. U n te r A usnutzen des T ran sisto rs kann m an die F r e quenzen um 3400 H z sogar um 20 db anheben und dam it einen gleichmäszi- gen A b stan d von Signal zu G eräusch (weiszes R ausch en )ü b er den ganzen Frequenzbereich hinweg bew irken.
D ies ist nach den U eberlegungen d er Shannon-Theorie die optim ale Am pli
tudenverteilung. D abei klingt die S p r a che keinesw egs unangenehm er oder unnatürlicher als ohne Anhebung.
Bild 6 läszt den S ilbenverständlich
keitsverlust erkennen, d er durch R au m geräusche v eru rsach t w ird. D e r phy
sikalische und physiologische G ru n d liegt in dem A bsinken d er Sprach-
208 K. O. Schmidt
energie nach den höheren Frequenzbereichen hin. D ies geht d e u t
lich ausdem Bild 7 hervor, das den “ D a t a of R adio E n g in eers”
entnommen ist. H ie r ist deutlich eine Leistungsverm inderung von 20 db zwischen 500 H z und 3400 H z sichtbar. M a n sieht auch sehr klar, dasz durch E rhöhen des “ w eiszen” R auschens zunächst die höheren Frequenzbereiche d er S prache benachteiligt w e r den, wie schon das Bild 6 zeigte. Eine V erb esseru n g des M ik ro phons musz d a h e r eine A nhebung des oberen Frequenzbereiches vorsehen. D iese bringt jedoch fa st nichts beim heute üblichen Kohlem ikrophon, da gleichzeitig die K lirrtöne mit angehoben w erden. E r s t das dynam ische oder m agnetische M ik ro p h o n e r zielt in geräuscherfüllten R äum en oder bei g eräuschbehafteten
CO -io
270 | I X | 770 p 1070 | U00 | WO | 2130 | 2660 3100 | <650 |S000
m 360 630 920 1230 1570 1920 2370 3000 3950 5600
Bild 7
B an d b ereich e mit gleicher Silbenverständlichkeit.
20 Bereiche mit je 5% S V und ihre Schalldruck- Pegel in d ezib e l/H z ab h ängig von d er F req u en zlag e (N a c h R eference D a t a for R adio E ngineers S 530).
U eb ertrag u n g sw eg en (U K W -V e rb in d u n g nach Berlin) eine spür
b a re Steigerung d e r S ilbenverständlichkeit von 10-20 °/0.
Bild 8a zeigt die A bhängigkeit d er Silbenverständlichkeit von d er L a u ts tä rk e und vom G e räu sch a b sta n d .
In Bild 8b sie ht man den theoretisch möglichen W e r t d e r Sil
benverständlichkeit bei einer oberen B andgrenze von 3400 Hz.
E r b e trä g t rd. 92 °/0.
D a s heutige K ohlem ikrophon kann in ruhigen R äum en diesen W e r t nach M essungen in Genf an n äh ern d erreichen. In ge-
Zukünftige Entwicklung der Nachrichtentechnik 209
Bild 8a
Ideale S ilbenverständlichkeit S V bezogen a u f eine optim ale S V von 9 8 % abhängig von d er L a u t stärke in phon und die erfo rd e r
liche S ch rittzah l z abhängig vom G e rä u sc h a b sta n d in db.
Bild 8b
S a tz -u n d S ilbenverständlichkeit (S a tz V ;S V ) sow ie S p r e c h w ir k u n g sg ra d rj ab h än g ig von d er
B an d b reite B (H z ).
Si'benverstandlichkeitsverluste Rest derSilbenverstandlictikeit
Bild 9
V ereinfachte D arstellu n g d e r S ilbenverständlichkeitsverluste einer F e r n v e r bindung bei V e rw e n d u n g des M ik ro p h o n s W 28 u n d bei gleichzeitiger o b erer B an d b eg ren z u n g (K lirrfacto r des M ik ro p h o n s = 20 v. H . angenom m en; S V -
V erlust des M ik ro p h o n s durch die lineare V e rz e rru n g = 4 v. H . angenom m en) a = S ilb en v erstän d lich k eitsv erlu st du rch die nichtlineare V e rz e rru n g des
M ik ro p h o n s ( W 28)
b = S ilb en v erstän d lich k eitsv erlu st d u rch die lineare V e rz e rru n g des M i k ro phons ( W 28)
c = V erm eh ru n g des S ilbenverständlichkeitsverlustes d u rch an d ere V e r zerrungen und S törungen
d = S ilbenv erstän d lich k eitsv erlu st d u rch die obere B a n d b eg ren z u n g n a c h d er S F E R T - K u r v e
S V S atzv. r)
III IIIIV
v. H .v .H .v .H . R e s t d e r S ilbenverständlichkeit bei oberer B a n d b e g re n z u n g von 2500 H z = 68 98 91
99 99 99 99 99 99 2700 „ = 70 98 92
9 9 9 9 9 9 9 9 99 99 ,, 3600 ,, = 78 99 94
9 9 9 9 9 9 9 9 99 99 „ 5400 „ = 85 99,5 97
210 K. O. Schmidt
rä uscherfüllten R äum en sinkt die Silbenverständlichkeit jedoch beträchtlich ab durch die I lineinm odulation des G eräusches in das S p rach b an d infolge d e r N ich tlin earität des M ikrophons.
Bild 9 zeigt die Silbenverständlichkeitsverluste des M ik ro phons W 28. H eu te sind diese V erlu ste, die durch die lineare V erzerru n g (D äm pfungsverzerrung), die nichtlineare V e rze rru n g und andere U rsachen, z. B. R auschen, instabiles V e rh a lte n usw.
hervorgerufen w erden, sehr v errin g ert w orden. D och bleibt d er prinzipielle F ehler d e r N ic h tlin e a ritä t bestehen, da sonst d er M o d u la tio n sg ra d und dam it die Leistung des M ikrophons w e sentlich v erm indert weerden mliszte.
Bild 10 zeigt, ebenso wie Bild 9, das elektroakustische O p timum, das die S prache auch ziemlich unempfindlich gegen die
üblich en R aum - und L eitungsgeräus
che macht. Dieses O ptim um liegt e tw a bei einer Bezugsdäm pfung von rd. 2 N ep er, wie auch schon das Bild 6 zeigte. M it R ücksicht au f die W i c h tigkeit des F ern sp rech ers w u rd en die
se B etrach tu n g en e tw a s ausführlicher als die übrigen P unkte gebracht.
4.1.l.b. Im A n s c h l u s z l e i t u n g s - n e t z u n d i m O r t s n e t z . H ier kann nur auf einige M öglich
keiten hingew iesen w erden, d a bisher noch keine E ntw icklung nicht einmal auf dem P a p ie r begonnen w urde. Es seien drei Fälle herausgegriffen. Bei langen Anschlusz- leitungen musz man in den A uszenbezirken von d e r K a b e la d e r von 0,6 mm D u rch m esser au f eine A nschluszader von 0,8 mm D urchm esser übergehen, um den zulässigen D äm p fu n g sw ert nicht zu überschreiten. Beim A nw enden eines einfachen T ra n s is to rv e r
s tä rk e rs (den es bisher in diesem Z usam m enhänge noch nicht gibt) kann man mit dem D u rch m esser von 0,6 mm auch für lange A nschluszleitungen auskommen. Bei langen O rtsverbindungs
leitungen kann man in ä h n lic h e r W e is e zu dünneren Q u e rsc h n itten als bisher übergehen, w enn man z. B. am H a u p tv e rte ile r T ra n s is to rv e rs tä rk e r anbringt. Ein ü b e rla ste te s K ab elrö h ren n etz kann so w ied er aufnahm efähig gem acht w erden, indem man von einem A d erd u rch m esser von 0,6 mm au f 0,4 mm übergeht.
D rittens b ie te t d e r T ra n sisto r als S c h a lttra n s is to r in d er
Z W l -
Bild 10
Silben Verständlichkeit
sehen zw ei Z B -S p re c h s te l- le n a p p a ra te n (B a u ja h r 1927) abhängig von d er L a u ts tä rk e .
Zukünftige Entwicklung der Nachrichtentechnik 211
W ähltechnik neue M öglichkeiten. So ist es vor allem seine hohe Schaltgeschw indigkeit ( < I jus), die ihn für alle Schaltvorgänge in d e r W ä h ltec h n ik so gut geeignet macht. Die Z ah l der L ei
tungen, die in freier W a h l nach nicht besetzten Leitungen a b gesucht w erd en musz, kann eine Z eh n erp o ten z höher gew ählt w erden als bei V erw en d u n g von mechanischen W a h lsy ste m e n (B ü n d elstärk e z. B. 200 s ta tt 20). D a s W id e rs ta n d s v e rh ä ltn is des geschlossenen K o n ta k te s zum geöffneten liegt beim S c h a lt
tra n sisto r heute noch bei den W e r t e n von 1 : 1 0 ' bis 1 : 10b.
Die bei den mechanischen S chaltern erzielten W id e r s ta n d s w e r te liegen zwischen 1 : 10!l bis 1 : 10lü. D iese Schw ierigkeit w ird sich jedoch überw inden lassen.
4.1.2. Im T r ä g e r f r e q u e n t e n B e r e i c h . a) Als Z w isch en v erstärk er.
G egenüber dem R öhren V erstärker fällt d er w eit geringere Strom verbriiuch (bis 1 : 100 w eniger) und die viel geringere R au m heizung durch die V e rlu stw ä rm e sta rk ins G ew icht. Sie ergibt eine leichtere Klim atisierung d er Räume. N achteilig ist die gröszere T em p eratu rab h än g ig k eit des T ra n sisto rv e rstä rk e rs gegenüber dem R ö h re n v e rstärk e r. D iese kann jedoch durch eine en tsp rech en de G egenkopplung kom pensiert w erden.
b) Als M o d u la to r und D em odulator.
Die Schw ierigkeit liegt heute noch in d er zu gew ährleistenden A u stau sch b ark eit d er T ran sisto ren . Es ist noch nicht möglich, T ran sisto ren mit genügend übereinstim m enden Kennlinien h e r
zustellen. D ie E ntw icklung für die V erw en d u n g d er T ransistoren in d er T rägerfrequenztechnik läuft bei d er D eutschen B u n d es
post an.
4.1.3. Im h o c h f r e q u e n t e n B e r e i c h .
a) Als Sender.
W ie schon aus d er T abelle hervorgeht, kann man heute bis zu einer Frequenz von 50 M H z und Leistungen bis zu 100 mW^ gelangen. D am it bietet sich d er T ran sisto r-S en d er für
212
K. O. Schmidt
den Nahfunk-Sj: )re ch verkehr, z. B als M ^ontage-Funkfernsprecher, an. O d e r z.B. a.uch als R eporL ige-F unkfernsprecher. W esen tlich ist auch hier w ied er d er geringe L eistungsverbrauch.
b) Als H och trequenz- V e rs tä rk e r.
H ie r liegt die obere Frequenzgrenze niedriger. T rotzdem gibt es heute schon viele R undfunkem pfänger auch in S u p e rh e t
schaltung, die nur 1 ran sisto ren als B auelem ente für die D em o dulation und die V e rs tä rk u n g benutzen.
Bild 11
W a n d e rfe ld v e rs u c h srö h re (hergestelll im F ernm eldetechnischen Z e n tra la m t)
4.2. Die W anderfeldröhre.
4.2.1. Im D e z i m e t e r w e l l e n g e b i e t ist eine A nw endung d er W a n d e r f eldröhre möglich. D ie im Fernm eldetechnischen Z e n tra la m t bereits im Jahre 1949 gebauten W a n d e rfe ld rö h re n w aren für eine W ellen län g e von 15 cm (1,5 dm = 2000 M H z ) vorgesehen.
S iehatten eine B aulänge von rd. 50 cm. P rak tisch sind sie jedoch im B etrieb nicht eingesetzt w orden, da beim A ufbau de 2 G H z- S trecke im Jahre 1951 die E ntw icklung d er W a n d e rfe ld rö h re noch nicht w eit genug 1 ortgeschritten w a r (siehe Bild 11). Dem M itte lp u n k t dieses F ernsehnetzes bildet d er grosze F eldberg i.
Taunus (siehe Bild 12).
Zukünftige Entwicklung der Nachrichtentechnik 213
Bild 12
F e rn s e h -R ic h tfu n k n e tz d er D B P (S tand vom 15. 11. 1 956)
D e r Fernm eldeturm , d arg estellt im Bild 13, h a t eine H öhe von rd. 900 m. A uf ihm sind auszer dem Richtfunklinien auch noch andere D ienste im U K W -B e re ic h vereinigt (z. B. der L and- straszenfunk, U K W -V e rs u c h s s tre c k e n usw.).
214
K. O. Schmidt
Bild 13
F e rn m e ld e tu rm Gr. F e ld b e rg /T a u n u s.
4.2.2. Im Z e n t i m e t e r w e l l e n b e r e i c h .
D a s im Jahre 1958 begonnene und voraussichtlich im fahre 1960 fertig ausgebaute 4 G H z-R ich tfu n k n etz w ird insgesam t 6 B ä n d e r in beiden Richtungen umfassen. Die T abelle 2 gibt die
215
einzelnen D a te n der in diesem System v e rw en d e te n ungefähr 25 cm langen W a n d e rfe ld rö h re an. Bild 14 zeigt die Frequenz- bandaufteilung. V o n den 6 B än d ern w e rd en im E n d zu stan d voraussichtlich 2 F ern seh k an äle in beiden Richtungen 3 F e rn
sp rech b än d er mit je 600, d.h. mit insgesam t 1800 F e rn sp re c h kanälen, und ein R eservebandvorgesehen w erden. Im Jahre 1959 w ird die Z a h l d e r F ern sp rech k an äle je B and von 600 auf 960 erh ö h t w erden.
Aus Bild 14 geht auch noch hervor, dasz man zur besseren F req u en zb an d tren n u n g au f dem U e b ertrag u n g sw eg e von den beiden P o la risa tio n sa rten , d er horizontalen und v ertikalen P o la ri
sation, G eb rau ch macht.
Zukünftige Entwicklung der Nachrichtentechnik
E ndstelle«
Rasterl
-r^.5-0-29 MHz
-Aja53,5-ß-
3632.5 -ß- 3911.5 -ß- 3940.5 -ß- -j3969,5 -ß-
213
68
—±4037.5 -ß- 4066.5 -ß- 4095.5 -ß- 4124.5 -ß- 4153.5 -ß- 41025 -ß-
Zwischenstelle
l i
2b°-Ibo-
3 b ° - 4 b °-
5 b °- 6bo-
—Endstelle*
JH
]Di
-olb -o 2b -o3b
-o ib
-o 5b -o Sb
~o 1a
-o 2 a -o 3a -o4a
-oSa
-oSa
Bild 14
F req u en zp lan fü r das B re itb an d rich tfu n k sy stem F M 600/4000 (V erschiebefrequenz — 213 M H Z z. B l a / l b ) .
F ü r das 4 G H z-R ich tfu n k n etz w e rd en dieselben Türm e wie beim 2 G H z-R ich tfu n k n etz benutzt. Die m ittlere Funkfeldlänge b e trä g t rd. 46km . D ie Richtfunklinie H am b u rg -M ü n ch en h a t bei 20 F unkfeldern eine S treckenlänge von rd. 1000 km. A n dem A ufbau d er S treck en sind die Firm en S i e m e n s & H a l s k e , Telefunken und Lorenz (S ta n d a rd ) beteiligt. D ie U e b e rtr a - gungsbedingungen entsprechen den vom C C I F gegebenen E m pfehlungen für die K abeltechnik.
4.2.3. I m M i l l i m e t e r w e l l e n g e b i e t .
D ie kommende H ohlleitertechnik w ird voraussichtlich auch
216 K. O. Schmidt
zu einer W e ite re n tw ic k lu n g d e r W a n d e rfe ld rö h re führen. D e r zunächst in A ussicht genommene W e lle n b e re ic h liegt v o r a u s ' sichtlich zwischen 4 und 8mm. D a b e i w ird zum V e rm e id e n d e s Sauerstoff-A bsorptionsgebietes bei 5 mm w ahrscheinlich eine Stickstoffüllung des voraussichtlich e tw a 5 cm s ta rk e n runden H o h lro h res vorgenommen w erd en müssen. D ie W a n d e rfe ld rö h re musz so g eb au t w erden, dasz eine gute E rzeugung d e r H 01- W e lle bei d er G e n e ra to r-R ö h re möglich ist. F ü r die W a n d e r- feldröh re als Z w isc h e n v erstä rk e r musz die Ein- und A uskopplung d e r H 01-W e lle n ebenfalls ohne V e rlu ste und M o d e-S p rü n g e in eine andere W e lle n a r t möglich sein. H ie rü b e r laufen inzwischen bereits w issenschaftliche U n tersu ch u n g en beim F ernm eldetech- nischen Z e n tra la m t und in d e r H ochschule in D a rm s ta d t.
Bild 15
E inrich tu n g sk o sten im F e r n sp rech w esen um gerechnet a u f
1 H a u p ta n s c h lu sz
(E rre c h n e t aus dem G e s a m t
w e r t d e r F e rn sp re c h a n la g e n P reisb asis 1949, bezogen a u f die G esam tzahl d er H a u p t a n
schlüsse '.
5. W irtschaftlichkeitsiiberle- gungeru
5.1. D e r T r a n s i s t o r i m O r t s - , N a h - u n d W e i t v e r k e h r . Bild 15 zeigt eine Aufteilung d er A nlagekosten für einen H au p tan sch lu sz aus dem Jahre 1949. Als zwei wichtige Z ah len greifen w ir den K ostenanteil d er Anschluszleitung mit 650 D M und d en K o sten an teil des B ezirkska
bels mit 1000 D M bei einem G e sam tk o ste n b e trag von 2810 D M heraus. Beide K a b e la rte n w e r den bis au f geringe A usnahm en ohne T räg erfreq u en zg eräte b e trieben. Bei einer entsprechen den Senkung d er K osten für die T räg erfreq u en zg eräte vom 6-, 12- und 2 4 -K an altv p könnten die G esam t- kosten für den S p rech kreiskilom eter im Anschluszlei- tungsnetz und im B ezirkskabel
netz sp ü rb a r v erm in d ert w erden.
Die T rägerfrequenzgeräte können im O r ts - und N a h v e rk e h r mit
Zukünftige Entwicklung der Nachrichtentechnik 217
T ran sisto ren a u sg e rü stet w erden. G rosze Stückzahlen und leicht einzuhaltende T oleranzen dürfen zu einer w esentlichen K osten Verringerung beitragen.
Im W eltverkehr w ird d er T ra n s is to r auch als V e r s tä r k e r seinen Einzug halten. H ie r w ird allerdings die notw endige T em p eratu rk o n stan z des V e rs tä rk e rs noch zu einigen Schw ierig
keiten führen, die vielleicht mit H ilfe des Silizium transistors ohne zu grosze G egenkopplung b esser gem eistert w e rd en können.
5.2 D ie W a n d e r f e l d r ö h r e i m W e i t v e r k e h r .
Im 4 G H z-S ystem w ird die W a n d e rfe ld rö h re bereits als B e
trieb srö h re in d er M ittel- und E n d stu fe des V e rs tä rk e rs v e r
w endet. Sobald die rauscharm e E in g a n g s-W a n d e rfe ld rö h re serien- mäszig zu erh alten ist, w ird d er gesam te V e r s tä r k e r nur noch aus 3 (bei Lorenz nur aus 2) W a n d e rfe ld rö h re n bestehen. M a n kann so von dem im 2 G H z-S y stem vorhandenen Z w isc h e n v er
s tä rk e r (E m pfangen-Senden) mit 35 R öhren auf einen 4 G H z - Z w isc h e n v e rstä rk e r mit 3 R öhren übergehen. D ies w ird in nicht allzulanger Z e it d er F all sein.
D ie E inführung d er W a n d e rfe ld rö h re fü h rt zu einer
v
er-m inderung d er aufgenom m enen L eistung voraussichtlich e tw a im V e rh ältn is 1 : 10. Dies g e s ta tte t die V e rw en d u n g von A k k u m u lato ren b atterien , da die G esam tleistung für die R ichtfunk
geräte einer norm alen Z w ischenstelle 1 k W nicht m ehr übersteigen w ird. Die G e rä te können kleiner w erden, d e r P la tz b e d a rf ge
ringer, die B etrieb sk o sten niedriger und die Störungen seltener.
5.3. A u s b l i c k a u f d i e n o t w e n d i g e w e i t e r e E n t w i c k - l u n g d e s T r a n s i s t o r s u n d d e r W a n d e r f e l d r ö h r e . V o n seiten des V erb rau ch ers, d.h. d e r D eutschen B undespost, w ird eine möglichst grosze G leichm äszigkeit d e r Transistoren u n terein an d er gefordert, die eine A u sta u sc h b a rk e it ohne beson
dere N a c h ste lla rb e ite n ermöglicht.
F ü r die verschiedenen A ufgaben, z.B. rau sch arm e E in g an g s
stufe, leistungsstarke E ndstufe, sind verschiedene Typen erfo r
derlich. Auch die Frequenzgrenzen ergeben verschiedene Bauarten*
D ie T em p eratu rk o n stan z ist ebenfalls ein w ichtiger G esichtspunkt für die zukünftige Entw icklung. G rosze Stückzahlen w erd en voraussichtlich auch zu einer sp ü rb aren P reissenkung führen.
Eine G renze ergibt sich dann, w enn d er A nteil des T ran sisto rs
218 K. O. Schmidt
am G esam tp reis d er V e r s tä r k e r keine w esentliche Rolle m ehr spielt.
Die physikalischen Gesichtspunkte sind die E rhöhung d er F r e quenzgrenze, die Steigerung d e r Leistung, die V erm inderung d er R auschzahl und hohe T em p eratu rk o n stan z bei groszer Gleich- mäszigkeit innerhalb d e r Typenreihe.
Die W anderfeldröhre im W eitverkehr.
N achdem die W a n d e rfe ld rö h re nun m ehrbereits das Stadium des B etriebes erreich t hat, ergeben sich autom atisch die A n fo r
derungen des Betriebes. N eben h oher G leichm äszigkeit innerhalb d e r Serie w ird eine hohe L e b en sd au e r ( > 10 000 Std), d.h. grosze B etriebssicherheit, verlangt.
Als physikalische A nforderung ist als w ichtigste eine möglichst lineare Am plitudenkennlinie zu fordern. H e u te b e trä g t die K lirr
däm pfung einer E n d s tu fe n -W a n d e rfe ld rö h re e tw a 20 db bei e tw a 90% M odulation. G elänge es, diese K lirrdäm pfung au f 70 db d urch ko n stru k tiv e M asznahm en bei gleicher A ussteuerung zu steigern, so könnte man ohne Schw ierigkeit sofort die A m pli
tudenm odulation anstelle d er Frequenzm odulation einführen. A u f diese W e is e könnten dann in dem selben F req u en zb an d von 29 M H z 3000 G esp räch e s ta tt wie bisher n u r 600 ü b e rtra g e n w e rd en. L eid er ist jedoch diese L inearisierungsanforderung von 20 db au f 70 bd K lirrdäm pfung d urch ko n stru k tiv e M asznahm en allein nicht zu verw irklichen. Die k o n stru k tiv e G renze für die Li nearisierung d er A m plitudenkennlinie w ird voraussichtlich bei einer K lirrdäm pfung von 30 db liegen. 10 db lassen sich viel
leicht noch durch eine kom pensierende Schaltung gewinnen. D e r bei d e r U e b e rtra g u n g von S prache fehlende R e s t von 30 db k an n vielleicht durch eine V o rv erfo rm u n g d er S p rache (V o rb e tonung d er höheren Frequenzen und A m plitudenkom pression) gew onnen w erden. In diesem Falle w ä re die S p rach e au f dem U eb ertrag u n g sw eg e (unter E in h alten d er Bedingungen des C C I F ) um 30 db unem pfindlicher gegen G eräusche, und man könnte mit einer K lirrdäm pfung von 40 db s t a t t 70 db auskommen.
6. Zusam m enfassung und Ausblick*
Bei dem groszen U m lan g d er N ach rich ten tech n ik w a r es nicht möglich, alle wichtigen Entw icklungsm öglichkeiten im R ahm en dieses V o rtra g e s zu behandeln. E s w u rd e n d a h e r nur einige
Zukünftige Entwicklung der Nachrichtentechnik 219
B etrach tu n g en ü b e r die kommende E ntw icklung des F e rn sprechens und des F ernsehens g eb rach t u n te r Berücksichtigung d er neuen B auelem ente, T ra n sisto r und W a n d e rfe ld rö h re . Die Steigerung des V e rk e h rs sowie d er A nsprüche d er V e rk e h rste il
nehm er einerseits und die technischen F o rtsc h ritte an d ererseits w erd en in Z u k u n ft das Tempo einer E ntw icklung auch nach w irtschaftlichen G esichtspunkten bestimmen. W ä h r e n d d er T ra n sisto r m ehr für den hör- und träg erfreq u en ten Berei ch und nur z.T. im hochfrequenten Bereich seine A nw endung finden w ird, w ird die W a n d e rfe ld rö h re oberhalb 2000 M H z v oraussicht
lich bald im V o rd e rg ru n d d er E ntw icklung stehen.
D ie W a n d e rfe ld rö h re w ird w ahrscheinlich auch einen s t a r ken A ntrieb für die W e itere n tw ic k lu n g des F ernsehens geben.
N ach dem Belegen d e r Bereiche I V (rd. 70 cm. W ellen län g e) und V (rd. 40 cm W ellen län g e) w ird m an bei d e r nächsten internationalen Funkkonferenz, voraussichtlich 1959 in Stockholm, die neuen F ern seh b e
reiche festlegen müssen. "W ählt man diese neuen Bereiche z.B. oberh alb d er bisher in tern atio n al festgeleg
ten Frequenzgrenze von 10 500 M H z und sieht z. B. eine B a n d breite von rd. 1100 M H z für F e rn sehzwecke vor, so könnte man hier ein System mit folgenden vorteil
haften Eigenschaften unterbringen : Bei V e rw en d u n g von z B. 5000 K leinstsendern mit e tw a 10 V / a t t S trahlungsleistung mit R u n d s tra h l
antennen nach Bild 16 kann man Flächen mit 2 bis 3 km R adius mit 10 P rogram m en versorgen. D ab ei w erd en in je d e r gröszeren S ta d t je 3 nebeneinander liegende W e lle n bereiche von 3 g etren n t liegenden
R u n d stra h la n te n n en a b g e s tra h lt (siehe Bild 17). D e r F ern seh teil
nehm er kann dann seine F e rn se h antenne nach der R u n d s tra h la n te n ne ausrichten, die ihm den besten Bild 16
R u n d s tra h l —' R ic h tan te n n e mit R eich w eiten b eg ren zu n g
a) Q u e rs c h n itt durch den R o ta tio n sk ö rp e r für ein k reisrin g
förmiges S tra h lu n g sd ia g ra m m b) Q u e rsc h n itt durch den R o ta tio n sk ö rp er fü r ein k re isfö r
miges S trah lu n g sd iag ram m c) D ra u fsic h t a u f die R o ta tio n s
k ö rp e r u n te r a) und b) D = D u rc h m e sse r des R o ta tio n s
körpers
h = H öge d er strahlenden Z y linderfläche D . n. h
E = E nergieleitung R = Reflektor.
220 K. O. Schmidt
E m pfang bringt, ohne In terferen zen b efü rch ten zu müssen. Bei der kurzen W ellen län g e von 2,5 . . . 2,6 cmlassen sich B ündelungsw in
kel von i 1() bei d e r E m p fan g strich teran ten n e leicht erzielen.
Reflexionsstörungen und Störungen a n d e re r A r t lassen sich bei diesen kleinen B ündelungsw inkeln leicht ausblenden.
D a die Leistung d er S en d er sehr gering ist, und das A n ten n en diagram m infolge d e r Form d er R u n d stra h la n te n n e die S trah lu n g s
energie begrenzt, lassen sich dieselben Frequenzen in e tw a 10 km A b sta n d w ieder aufs neue verw enden. D ie V ersorgung d er K leinst- sender geschieht ü b e r das auch für die übrigen N a c h ric h te n a rte n insbesondere das F ern sp rech en vorgesehene R ichtfunknetz nach
Bild 18.
D ie Frequenzen dieses R ichtfunknetzes liegen z. B. zwischen 11 500 und 12100 M H z für alle 3 W ellen b ereich e. D ie drei
Bild 17
V erteilung d er W e lle n b e re ic h e d e r N a c h b a r s e n d e r
I = W e lle n b e re ic h 1 z.B. 10 500 M H z (2 = 3 cm) II = Wellenbereich II z.B. 10 680 M H z
III = Wellenbereich III z.B. 10 860 M H z
W e llen b ereich e d er F ern seh ru n d fu n k sen d er liegen dann um rd.
500 M H z v ersetzt im G eb iet von 12100 bis 12 600 M H z . D iese F requenzversetzung kann durch eine zusätzliche M o d ulatio n d er W ^endelspannung d er W a n d e rfe ld rö h re mit 500 M H z leicht und ohne grosze K o sten erreicht w erden. Ein solcher K lein stsen d er w ü rd e z. B. nur aus zwei W a n d e rfe ld rö h re n bestehen, d a er sein Program m bereits verm oduliert von d er R ichtfunkstrecke bezieht und n u r die V e rstä rk u n g und die F requenzversetzung um rd. 500 M H z durchzuführen hat. Ein solcher S en d er w ird d a h e r sehr billig w erden. D a für jedes P rogram m ein K leinst
sender vorgesehen ist und alle 10 S en d er auf einer gemeinsamen A ntenne arbeiten, ist keine K reuzm odulation zu befürchten. Als M o d u la tio n sa rt ist A m plitudenm odulation mit R estseiten b an d (N yquistflanke) möglich. D ie notw endige hohe F requenzkonstanz
Zukünftige Entwicklung der Nachrichtentechnik
221 w ird d ad u rch am w irtschaftlichsten erreicht, indem von einer Z e n tralstelle aus, z. B. D a rm s ta d t, m ehrere N orm alfrequenzen sowie auch die T räg erw ellen im Bereich von 11 500 bis 12 600 M H z mit einer K onstanz von IO-9 ü b e r das R ichtfunknetz und dann auch ü b e r die K leinstsender a u sg e strah lt w erden. D e r F ernsehem pfänger kann so die billigste und technisch beste FormQ Hamburg
. . . .
/ ZÄ+HA
~ 60 KÄ
~500 ~5000E Ä
Tin
♦
A/2km
T F sE
V .
QMüMünchenBild 18
M o d u latio n sn etz zur gerichteten V erteilung von F ern seh -u n d H ö r r u n d fu n k d arb ietu n g en im Z en tim eterw ellenbereich.
E s bed eu ten : H a m b u rg *— M ü n c h e n = H a u p ta c h s e des F ernm eldenetzes Z A = Z e n tra l-Ä m te r • • • •
H A — H a u p t-Ä m te r K A — K n o ten -A m te r E A — E n d ä m te r
Tin = T eilnehm er
F s E = F ern seh em p fän g e r
P = P arabolspiegel-A ntenne R sA = R u n d stra h la n te n n e
T = T rich ter-A n ten n e S — S en d eg erät
E = E m p fan g sg e rä t
erhalten, d a er keine V o rk eh ru n g en zur Erzielung einer hohen Frequenzkonstanz benötigt. E r erh ält die Program m e mit den hochkonstanten T räg erw ellen und kann seinen veränderlichen O szillator, den er zur P ro g ram m au sw ah l benötigt, an eine eben
falls au sg estrah lte unm odulierte N orm alfrequenz “anb in d en ” bzw.
sich d a ra u f beziehen.
Gleichzeitig bietet d er U eb erg an g in den Z en tim eterw ellen bereich die M öglichkeit, die G esa m tb an d b re ite für ein Schw arz-
W eisz-P ro g ram m und für das F arb fern sep ro g ram m w esentlich
222 K, O. Schmidt
gröszer als bisher zu w ählen, da durch die W ie d e rh o lb a rk e it derselben Frequenzen in A b stän d en von 10 km ein F requenz
mangel verm ieden w ird.
In Bild 19 ist ein V orschlag 1 ü r ein com patibles F arb fern - sehsystem angedeutet. Bei einer G esa m tb an d b re ite von 18 M H z
V o rsch lag fü r die B andaufteilung eines kom binierten S c h w a rz -w e is z u nd F a rb fe rn s e h e m p fä n g e rs im cm -W e lle n b e re ic h (z.B. B ereich eV I, V II u n d V I II ) E s bed eu ten : A lt A 2 — S ich e rh e itsab stän d e (z.B. 0,5 M H z )
R, G. B — L ag e d er F a r b tr ä g e r R o t, G rü n , B lau T = L ag e des T o n trä g e rs
N = N y q u istfla n k e
( s ta tt bisher 7 M H z ) kann man den S c h w a rz-W e isz -E m p fä n g e r bei einem K e ilfak to r von 1, d. h. bei gleicher horizontaler und v e rtik aler Auflösung, mit einer B an d b reite von 7,5 M H z v o r
sehen. M it einem R e stseiten b an d von 2 M H z erh alten w ir eine flachere N yquistflanke als bisher und dam it w esentlich geringere E inschw ingverzerrungen. Schneidet man hinter dem T o n trä g e r bei 11 M H z ab, so haben w ir einen reinen Schw arzw eiszem p- fänger, ohne eine S tö ru n g sg efah r durch den B ild trä g e r wie beim N T S C -S y s te m. Die drei F a r b tr ä g e r liegen oberh alb des T on
trä g e rs mit einer B an d b reite von je ± 0,9 M H z . D iese U eb er- bestim m theit dadurch, dasz auszer dem Schw arzw eiszbild noch 3 F arb k o m p o n en ten ü b e rtra g e n w erden, g a ra n tie rt auch bei nicht zu groszen U eb ertrag u n g sstö ru n g en ein farbenechtes Bild. In w elcher W e is e man diese Inform ationen in ein F a rb b ild umsetzt,
Zukünftige Entwicklung der Nachrichtentechnik
223
mit oder ohne M a trix , h än g t auch von d e r A r t des B ildrohres ab und w ü rd e hier zu w e it führen.
D ie se r V o rsch lag soll ja auch n u r eine M öglichkeit für das F arb fern seh en im Z entim eterw ellenbereich zeigen und zur D is kussion anregen.
Ich hoffe, mit diesen A usführungen einige H inw eise für eine D iskussion d e r verschiedenen aufgew orfenen Problem e gegeben zu haben and danke Ihnen allen fü r die meinem V o r tr a g e n t
gegengebrachte A ufm erksam keit.
______________
Deel 23 - No. 5 - 1958 225
Analyse en ontwerp van detectorschakelingen voor signalen met asymmetrische zijbanden
door A. van Weel *)
Voordracht gehouden voor het Nederlands Radiogenootschap op 17 dec. 1957.
Summary
A surv ey is given of the p ro p erties oi detecto r circuits b oth for signals w ith double sidebands as for signals w ith asym m etrical sidebands. T he w a y in w hich d etecto r stages for asym m etrical sid eb an d signals are often designed is critically discussed an d an im proved design m ethod is given.
T he various causes of distortion th a t can occur in a d etecto r stage are shortly treated. F o r a more com plete discussion of the subject of this a r ticle the re a d e r is referred to the references 1 an d 2.
1. Inleiding*
H e t o n tw erp van een d e te cto r van een televisie-ontvanger blijkt in vele gevallen op moeilijkheden te stuiten. E en gebrui
kelijke wijze van w erk en is om het m iddenfrequent gedeelte van de on tv an g er zodanig a f te regelen, d a t de resonanf iekromme bij de draaggolffrequentie een fa k to r 2 gevallen is. D eze reso- nantiekrom m e w o rd t dan opgenomen door de uitgangsgelijkspan- ning van de d e te cto r te meten als functie van een niet-gemo- duleerd m iddenfrequent signaal. V ervolgens geeft men het video- freq u en t deel van de d etecto r een vlakke tra n sfe rk a ra k te ris tie k . M e e t men d a a rn a de videofrequente uitgangsspanning als functie van de m odulatiefrequentie van een ingangssignaal m et constante draaggolf, dan blijkt de op deze wijze over alles gemeten video- am p litu d ek arak eristiek veelal niet vlak te zijn. L angs empirische weg tra c h t men deze vlakheid vervolgens te bereiken door het videofrequent gedeelte te wijzigen.
Teneinde een b e te r inzicht te verkrijgen in de w erking van een dergelijke detectorschakeling w e rd een onderzoek ingesteld, w a a rv a n de re su lta ten in extenso gegeven w o rd en in tw ee a r
*) N a tu u rk u n d ig L a b o ra to riu m d er N .V . Philips G loeilam penfabrieken, E indhoven.
226 A. van W eel
tikelen, w a a rv a n het eerste in „P hilips R esearch R e p o rts " 1) gepubliceerd w e rd en h e t tw eed e in het “ Journal of the B ritish I.R .E .” 2). In h e t voor u liggende artik el zullen alleen de belang
rijkste punten van dit o n d e rw erp in h e t k o rt besproken w orden.
A lvorens een d etecto r voor signalen m et asym m etrische zijban- den te behandelen is het nuttig e erst op een d e te cto r voor sig
nalen m et sym m etrische zijbanden in te gaan; h et geval van a sy m m etrische zijbanden is aanzienlijk gecom pliceerder en zal blijken zich slecht voor theoretische b e rekeningen te lenen.
—•--- ---1—o— O—1>---
<=> c
! Gi |E = C ; G0 [E mn B
—--->— —i—O---o---<>---
Fig. l a .
E en v oudigste detector-schakeling m et m id d en freq u en tk rin g L i ,G i tCi en audiofrequente ad m ittantie GaCa.
Fig. lb .
M -iddenfrequent equivalent-schem a v an fig. 1 a.
de conductantie
Xr
Fig. lc.
2. D etector voor twee-zijband signalen.
Plet juiste vervangingsschem a voor een d e te c to r voor dubbel- zijband signalen is m inder algemeen bekend dan m en w el zou verw achten. Fig.
l a geeft de eenvoudigste detectorschakeling die mogelijk is en fig. lb geeft het m iddenfrequente v e r
vangingsschem a a an 3).
H ierin ziet men behalve 2 Ga , w elke in alle leerboeken verm eld w o rd t, ook nog een parallelkring, w elke steeds afgestem d is op de draaggolffrequentie. D e a a n w e zigheid van deze parallelk rin g in h e t v e r
vangingsschem a w o rd t dikwijls over h et hoofd gezien. D e geldigheid van dit volle
diger vervangingsschem a w o rd t op so o rt
gelijke wijze bew ezen als de geldigheid
A u d io frequent equivalent- schem a v an fig. la .
van h et b e p e rk te re schema m et alleen de conductantie 2 Ga , n.1. door middel van een energie-beschouwing. .Zoals de in het
a) A. van W e e l, Philips Res. R ep . Vol. 13, 301-326, 1958.
2) A. van W e e l, Journal Brit. I .R .E . Vol. 18 525-540, sept 1958.
3) J. H a a n tje s en B. D . H . Tellegen, Philips Res. R ep . Vol 2, dO l-419, 1947.
Analyse en ontwerp van detectorschakelingen 227
re c h te r deel van de schem a's van de fig. l a en lb gedissipeerde energieën in respectievelijk de conductanties Ga en 2 Ga gelijk zijn, zo is ook op ieder moment de geaccum uleerde energie in de co n d en sato r Ca in fig. l a gelijk aan de hoogfrequente energie in de p arallelkring CaL a in fig. lb . V o o r de berekening van de overdrachtseigenschappen k an men ook h et audiofrequente schema volgens fig. lc gebruiken, w a a ra a n men a an de linker klemmen een audiofrequente stroom toegevoerd m oet denken, w elke in grootte gelijk is a an één van de beide zijband strom en w elke in het oorspronkelijke schema van fig. l a toegevoerd w erden.
D a t de ad m ittan ties in fig. lc de helft zijn van de overeenkom stige ad m ittan ties in fig. l b h an g t sam en m et het feit d a t de to tale uitgangsspanning van de d etecto r h et gevolg is van h et toevoeren van twee stroom com ponenten, respectievelijk van b o ven- en onderzij-band, z o d at de audiofrequente spanning tw e e m aal g ro te r w o rd t dan elk van de zijbandspanningen in fig. lb .
U it de vervangingsschem a's volgens fig. l b en lc blijkt, d a t een zeer sterke koppeling b e s ta a t tussen de hoogfrequente en audiofrequente gedeelten van een d e te c ro rtra p en d a t er in het bizonder geen sp rak e van is d a t men deze im pedanties als in cascade geschakeld mag beschouw en. H e t o n tw e rp van een d e te c to r m oet dan ook b eru sten op de beschouw ing van h et geheel van hoogfrequente en audiofrequente delen en om dezelfde reden m oet de meting van de overdrachtseigenschappen ook aan de gehele schakeling plaatsvinden. D it b e te k e n t d a t men de audio- frequente uitgangsspanning m oet meten als functie van de mo- dulatiefrequentie bij constante draaggolffrequentie. D e gebrui
kelijke m ethode om de uitgangsspanning van de d e te cto rtra p te m eten als functie van een niet-gem oduleerde draaggolffre
quentie heeft d aaro m voor de bepaling van de eigenschappen van een d etecto r slechts zeer b ep erk te w a a rd e .
3. A nalyse van detectoren voor signalen met asym m etrische zijbanden*
H e t is mogelijk onder een a a n ta l beperkende condities een vervangingsschem a a f te leiden voor een detectorschakeling aan wrelke een signaal m et asym m etrische zijbanden w o rd t toegevoerd.
In fig. 2 is de schakeling zelf in principe aangegeven. D e ad- m ittantie Y 0iIj2 stelt de ad m ittan ties van de hoogfrequente kring voor de draaggolffrequentie (o), de boven-zijband (i) en de on- der-zijband (2) voor. O p dezelfde wijze geeft de stroom / OI 2
228 A. van W eel
de w a a rd e van de toege
voerde hoogfrequente stroom aan voor respectievelijk draag- gollfrequentie en beide zijban- den. D e im pedantie Y a is de audiofrequente im pedantie, w elke in h et eenvoudigste ge
val b e s ta a t uit een w e e rs ta n d parallel aan een condensator.
H e t vervangingsschem a d a t men voor deze d etecto r k a n a f
s ta a t uit een zespool. Indien men dit vervangingsschem a wil gebruiken om de o v erd rach ts- eigenschappen a f te leiden voor een zekere m odulatie frequentie
(D a , m oet men in h et vervangingsschem a voor de ad m ittan tie Y x
een adm ittantie nemen w elke voor de frequentie coa dezelfde
Fig. 3
V erv an g ingsschem a voor de d etectorschakeling van fig. 2. V o o r de wijze w a a r o p dit v e rv an g in g s
schem a g eb ru ik t m oet w o rd e n zie tekst.
grootte en phasehoek heeft als de hoogfrequente ad m ittan tie Y in feite heeft voor de boven-zijband en voor V2 een ad m ittan tie w elke voor coa de toegevoegd-complexe w a a rd e van de adm it- tantie voor de onder-zijband heeft. P a ra lle l aan deze adm ittan- ties Y x en Y 2 m oet men dan stroom bronnen denken welke r e s pectievelijk dezelfde grootte en phasehoek hebben als de to e gevoerde boven-zijband stroom com ponent en de toegevoegde complexe w a a rd e van de toegevoerde onder-zijband stroom com ponent.
H e t is duidelijk, dat, indien Y x en K2 als ook f x en / 2 ongelijk leiden is in fig. 3 gegeven en be-
Fig. 2
B lokschem a van een d e te c to rtra p voor signalen m et asym m etrische zijbanden.
D e adm ittanties V0,x,2 hebben b e tre k king op respectievelijk draaggolffre- quentie, boven-zijband en onder-zijband
frequentie.
Analyse en ontwerp van detectorschakelingen 229
zijn, het vervangingsschem a tamelijk gecompliceerd w o rd t en geen eenvoudige re su lta te n zal geven, hetgeen ook voor een dergelijke gecompliceerde situatie nauwelijks te v e rw ac h te n is. V o o r de m eest eenvoudige detectorschakeling, zoals deze in fig. l a a a n gegeven is, is het nog w el mogelijk de o v e rd ra c h tsk a ra k te ris- tieken te berekenen. M e e t men vervolgens de overdrachtseigen- schappen door bij constante draaggolffrequentie de m odulatie- frequentie te variëren en de audiofrequente uitgangsspanning als functie van de m odulatiespanning te bepalen, dan blijken grote verschillen m et de theoretisch berekende krom m en op te treden.
D eze verschillen zijn niet alleen q u a n tita tie f m a a r ook qualita- tief. E en m e rk w aard ig effect tre e d t op indien men een zuiver één-zijbandsignaal toevoert, hetgeen eenvoudig gerealiseerd kan w o rd en door tw ee hoogfrequente signalen samen te voegen, w a a r van men de ene een constante frequentie geelt, terw ijl de fre quentie van de tw eede gevarieerd w o rd t. M en kiest nu de con
stan te frequentie (welke als draaggolffrequentie fungeert) zó, d a t deze d raaggolf op één van de flanken van de resonantie- kromme van de hoogfrequente kring kom t te liggen en m eet d an de audiofrequente uitgangsspanning als functie van de frequentie van de tw eed e toegevoerde signaalcom ponent. H e t re s u lta a t van een dergelijke meting is in fig. 4 gegeven, bij w elke meting de
M etin g en van de audiofrequente u itg an g ssp an n in g bij één- zijband m odulatie in geval de d raag g o lf verstem d is ten opzichte van de resonantiefrequentie van de m id d en freq u en t
kring.
hoogfrequente kring zelf op 450 k H z w as afgestem d. D e d r a a g golf w e rd eerst op 470 k H z afgestem d en h e t re s u lta a t van de meting is door kromme 1 w eergegeven. V ervolgens w e rd de d raag g o lf even ver n a a r de andere k a n t van de resonantiefre- quentie van de kring verstem d d.w.z. n a a r 430 k H z en de m e
230 A. van W eel
ting w e rd h e rh aa ld m et kromme 2 als re su lta a t. H e t verrassen d e is d a t kromme 1 en 2 geenszins eik aars spiegelbeeld blijken te zijn, zoals men intuïtief zou v erw ach ten en zoals ook uit het vervangingsschem a volgens fig. 3 zou moeten volgen.
U it verdere analyse van de w erking van een d e te cto r volgt d a t dit effect h et gevolg is van h e t feit, d a t de stroomimpulsen, w elke gedurende iedere piek van de m iddenfrequente spanning door de diode lopen, een asym m etrische vorm hebben (fig. 5).
D ientengevolge zijn de verschillende harm onischen, w a a ru it men deze stroom im pulsen opgebouw d kan d en ken, onderling niet in phase, w a a ru it het on
gelijke k a r a k te r van de krom m en 1 en 2 van fig. 4 v e rk la a rd k an w orden. O p deze v e r
klaring gaan wij hier niet in. H o ew el op deze wijze w el aa n g e toond kon w o rd e n d a t de krom m en 1 en 2
Q u a lita tie f verloop van de m id d enfrequent sp an n in g Vm.F., de gelijkspanning op de be- lastingsim pedantie VCa en de stroom door de
diode ld bij een detectorschakeling.
niet eik aars spiegelbeeld hoeven te zijn, kon geen nauw keurige quantitatieve overeenstem m ing tussen theoretische en experim en
tele krom m en b e reik t w orden.
4. O ntw erp van detectorschakelingen voor signalen met asym m etrische zijbandem
O o k al zou d oor een v erd ere verfijning van de theorie het in principe mogelijk zijn de w erking van een d e te cto r volledig q u a n tita tie f te v erklaren, d an nog zou deze theorie veel te ge
compliceerd zijn om b en u t te w o rd en in het prak tische o n tw e rp van detectorschakelingen. K chter zijn uit h et voorgaande toch w el enkele algemene conclusies te trekken. In de eerste p la a ts ge ldt d a t de meting van de o v erdrachtseigenschappen m oet b e ru sten op een overall meting, d.w.z. bij constante draaggolf- frequentie m oet de audio-(of video~)frequente spanning als functie van de m odulatiefrequentie b e p a ald w orden. H e t heeft geen zin om de eigenschappen van h et hoogfrequente deel afzonderlijk te m eten door de uitgangsgelijkspanning te bep alen als functie van de frequentie van een ongem oduleerde draaggolf, of de
