Fernsehtechnik: Zweiter Teil: Technik des Elektronischen Fernsehens PDF
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LEHRBUCH DER DRAHTLOSEN NACHRICHTENTECHNIK HERAUSGEGEBEN VON NICOLAI v. KORSHENEWSKY UND \VILHELM T.RUNGE MÜNCHEN ULM/D. FÜNFTER BAND FERNSEHTECHNIK ZWEITER TEIL TECHNIK DES ELEKTRONISCHEN FERNSEHENS SPRINGER-VERLAG BERLIN HElDEiBERG GMBH 1963 FERNSEHTECHNIK ZW'EITER TEIL TECHNIK DES ELEKTRONISCHEN FERNSEHENS BEARBEITET VON K. BAUR • W. BERNDT . W.B RUCH . W. BURKHARDTSMAIER W. BUSCHEECK • E. DIETRICH · H. W. FASTERT H. GROSSKOPF • E. HENZE • R. HOFFMANN • K. JEKELIUS P. A. MANNt· J. MÜLLER · P. G. ROTHE · F. SCHRÖTER J. SCHUNACK • E. SCHWARTZ · R. THEILE HERAUSGEGEBEN VON F.SCHRÖTER MIT 618 ABBILDUNGEN SPRINGER-YERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH 1963 ALLE RECHTE, INSBESONDERE DAS DER ÜBERSETZUNG IN FREMDE SPRACHEN, VORBEHALTEN OHNE AUSDRÜCKLICHE GENEHMIGUNG DES VERLAGES IST ES AUCH NICHT· GESTATTET, DIESES BUCH ODER TEILE DARAUS AUF PHOTOMECHANISCHEM WEGE (PHOTOKOPIE, MIKROKOPIE) ODER AUF ANDERE ART ZU VERVIELFÄLTIGEN @ BY SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG 1963 URSPRÜNGLICH ERSCHIENEN BEI SPRINGER-VERLAG 1963 SOFTCOVER REPRINT OF THE HARDCOVER IST EDITION 1963 LIBRARY OF CONGRESS CATALOG CARD NUMBER 58-28367 ISBN 978-3-662-23703-8 ISBN 978-3-662-25792-0 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-25792-0 DIE WIEDERGABE VON GEBRAUCHSNAMEN, HANDELSNAMEN, WARENBEZEICHNUNGEN USW. IN DIESEM BUCH BERECHTIGT AUCH OHNE BESONDERE KENNZEICHNUNG NICHT ZU DER ANNAHME, DASS SOLCHE NAMEN IM SINNE DER WARFNZEICHEN- UND MARKENSCHUTZ-GESETZGEBUNG ALS FREI ZU BETRACHTEN WÄREN UND DAHER VON JEDERMANN BENUTZT WERDEN DÜRFTEN Vorwort. Seit dem Erscheinen des ersten Teilbandes sind sechs Jahre verflossen, ein Zeitraum, der gekennzeichnet ist durch fortschreitende Anpassung der Auf nahme-, Übertragungs- und Empfangsgeräte an die Anforderungen des rasch und ständig wachsenden Fernsehrundfunks, durch dessen internationale Ver netzung- Eurovision-, durch zwischenstaatliche Abmachungen über Wellen verteilung und Senderstandorte sowie durch die Entwicklung der Geräte- und Anlagenherstellung zu einem mächtigen Industriefaktor. In den USA sind gegen wärtig über 50 Millionen, in der Deutschen Bundesrepublik fast 7 Millionen Fernsehempfänger im Gebrauch. Die Einführung des Farbfernsehens liegt in den USA, Japan und UdSSR bereits einige Jahre zurück und ist, trotzaller wirt schaftlich gebotenen Zurückhaltung, auch im westlichen Europa nurmehr eine Frage der Zeit. Diese kaum vorhersehbare Evolution hat ihren Niederschlag in einem un geheuren Anschwellen der Fachliteratur gefunden, einer Tatsache, die es in An betracht des unaufhaltsamen Fortschreitens der technischen Entwicklung-man denke an die industrielle und die wissenschaftliche Anwendung des Fernsehens, an die Übertragung durch Satelliten, an die neue Technik der Programmspeiche rung - zu einer schwierigen Aufgabe machte, den Zeitpunkt für das Abschließen des vorliegenden, der Technik des elektronischen Fernsehens gewidmeten zweiten Teilbandes richtig zu wählen und der Gefahr eines allzu natürlichen Anwachsens seines Umfangs und Preises ohne Verzicht auf eine vollständige Übersicht des Stoffes zu begegnen. Der Herausgeber hofft, daß· dies befriedigend gelungen ist, trotz beklagens werter Eingriffe des Schicksals in den Ablauf der Erarbeitung des zweiten Teilbandes. Allzu früh ereilte ein plötzlicher Tod Dr. PAUL MANN, der es unter nommen hatte, in knappster Form eine moderne Darstellung des Verstärkungs problems im Fernsehen vom Standpunkt der Filtertheorie aus zu geben. Sein Beginnen ist von den Herren Dr. HENZE, P. G. RüTHE und Dr.-Ing. J. ScHuNACK insoweit fortgesetzt worden, daß die Darstellungsweise im wesentlichen gewahrt blieb. Berufliche Überlastung zwang Herrn Dr.-Ing. G. BRÜHL, die Abfassung des Kapitels über Richtfunkstrecken aufzugeben. Glücklicherweise waren die Herren Oberposträte Dipl.-Ing. J. MüLLER, Dr.-Ing. R. DIETRICH und Dipl.-Ing. R. HOFFMANN vom Fernmeldetechnischen Zentralamt der Bundespost bereit, in die Bresche zu springen und die Bearbeitung der Fernsehleitungstechnik in einem allgemeineren Rahmen zu übernehmen (Kap. V). Hierbei, wie auch bei Kap. VII (Fernsehantennen), mußte jedoch die Beschreibung auf das spezifisch Fernseh technische beschränkt werden, um den Umfang des Buches nicht allzusehr zu vergrößern; es darf vorausgesetzt werden, daß die Technik der Leitungen, der Richtfunkstrecken und der Antennen dem Leser im grundsätzlichen aus anderen Fachbüchern bekannt ist. Ein breiterer Raum war hingegen der Ablenk- und Synchronisiertechnik, der Aufnahmetechnik, den Sendern und den Empfängern zu reservieren; also denjenigen Teilgebieten, in denen sich heute die industrielle Entwicklungstätigkeit konzentriert und das Bedürfnis nach einer umfassend VI Vorwort. unterrichtenden Darstellung besonders ausgesprochen vorliegt. Dabei ist zu bedenken, daß sich die einzelnen Kapitel gegenseitig ergänzen, so z. B. Kap. II und IX, III und X. Aus Raumgründen konnten aber in Kap. IX im wesent lichen nur die wichtigsten Randprobleme erörtert werden; diese Einschränkung rechtfertigt sich durch das Vorliegen und die Verbreitung zahlreicher anderer Spezialwerke über Fernsehempfänger sowie der Servicevorschriften des Fern sehgerätehandels. Die zu immer größerer Bedeutung gelangende Fernsehmeß technik ist Gegensta.nd eines besonderen Kapitels (X). Eine auf Vollständigkeit Anspruch erhebende Übersicht über den Stand der Technik des elektronischen Fernsehens konnte an den wichtigsten Zukunfts fragen, insoweit sie im Bestehenden wurzeln und physikalisch fundierte Forde rungen der augenblicklichen Praxis sind, nicht vorbeigehen. Außer der Dar stellung des Farbfernsehens (Kap. XI) handelt es sich dabei um die zweifellos sehr ausbaufähigen Anwendungen des Fernsehens für Verkehrs- und Produk tionskontrolle, Fernüberwachung und Eindringen in die Welt des Unsichtbaren, neben den bereits erfolgreich durchgeführten Einsätzen auf dem Gebiet der Forschung und des Unterrichts, z. B. in der Medizin. In dem abschließenden Kapitel XIII wird nicht nur die Bedeutung der Bildspeicherung für die Erschlie ßung neuer Übertragungsverfahren im Fernsehen, sondern im Lichte der modernen Informationstheorie auch das Problem des wirklichen Frequenzbandbedarfs des belebten Fernsehbildes eingehend behandelt. Gerade die neuesteForm der Über mittlung über größte terrestrische Entfernungen, nämlich durch Satelliten, wird in ihrer Weiterentwicklung auf Möglichkeiten der Bandverschmälerung nicht verzichten, wenn ein optisch einwandfreies weltweites Fernsehen bei bester Aus nutzung der Übertragungskapazität gefordert wird. Der Herausgeber dankt allen seinen Mitarbeitern an diesem Buche für ihre hingebende Tätigkeit und für ihr Streben, auf knappem Raume Bestes zu bieten. Dem Springer-Verlag dankt er für die traditionell vorzügliche Ausstattung des Werkes. Möge es in den Kreisen, die es angeht, viele Freunde finden! Neu-Ulm, Herbst 1962. Fritz Schröter. Inhaltsverzeichnis. Seite I. Fernsehverstärkung. Bearbeitet von Dr. P. A. MANNt. Dr. E. HENZE, UlmjDonau, P. G. RoTHE, UlmjDonau, und Dr. J. ScHUNACK, Berlin . 1. Eigenschaften von Breitbandverstärkern. . . . . . . . . . 1 1 a. Einleitung, Notwendigkeit der theoretischen Betrachtung 1 1 b. Nullstellen und Pole. . . . . . . . . . 2 1c. Untersuchung von VF- und ZF-Filtern . . . . . . . 2 1 d. Der Einschwingvorgang . . . . . . . . . . . . . . 4 2. Videofrequente Verstärkung von Einzelstufen . . . . . . 5 2a. Grenzen der Verstärkung bei beliebiger Kopplungsart 8 3. Der mehrstufige Videoverstärker . . . . . . . . . . . . 13 Ja. Übersicht des Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3b. Der mehrstufige Verstärker als Kaskade aus gleichdimensionierten RC-Einzelstufen ohne Entzerrung. . . . . . . . . . . . · . . . 13 3 c. Verstärker mit n maximal flach dimensionierten gleichartigen Einzelstufen mit bedämpfter Trenndrossel . · . . . . . . . . . . 15 3d. Der Videoverstärker als Kaskade mit verschieden dimensionierten Einzelstufen . . . . . . . . . . · . . . . . . . 16 4. Der Zwischenfrequenzverstärker im Fernsehempfänger 18 5. Einfluß des Laufzeitganges auf ein Fernsehsystem . 20 6. Phasenausgleichsglieder . . . . . . . . . . . . . . 22 7. Übergang zu tiefen Frequenzen, Schwarzsteuerung . . 27 7 a. Die einfache Schwarzsteuerung (Eindiodenklemmschaltung) 29 7b. Die zweiseitige (getastete) Schwarzsteuerung . 32 Schrifttum zum Kap. I 34 TI. Synchronisier- und Ablenktechnik des Fernsehens. Bearbeitet von Dipl.-Ing. K. JEKELIUS, Kornwestheim b. Stuttgart. 35 1. Fernsehimpulsgeber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2. Miseher für das Signalgemisch . . . . . . . . . . . . . . . 40 3a. Abschneidschaltungen für das Synchronsignal in Übertragungsgeräten 41 3b. Abschneidstufen für das Synchronsignal in Fernsehempfängern. 43 1. Das Empfängerrauschen . . . . . . . . . . . 44 2. Interferenzstörungen. . .· . . . . . . . . . . 45 3. Rasche Schwankungen der Empfangsamplitude 45 4. Impulsstörungen . . . . . . . . . . . . . . 45 3c. Trennschaltungen für Vertikal- und Horizontalsynchronimpuls 47 4a. Impulssynchronisierung. . . . . . . . . . 50 4 b. Synchronisierung mittels Phasenregelung 51 4c. Synchronisierung von Fernsehimpulsgebern 59 5. Schaltungseigenschaften des magnetischen Ablenksystems 60 6 a. Vertikalablenkung für Bildwiedergaberöhren . . . . . . 64 6b. Dimensionierung der Vertikalendstufe mit Übertragerkopplung. 65 VIII Inhaltsverzeichnis. Seite 6c. Der Steuerkreis für die Vertikalendstufe mit Übertragerkopplung. 70 7a. Horizontalablenkung für Bildwiedergaberöhren . 74 7b. Horizontalendstufen mit Energierückgewinnung. 76 8a. Selbstschwingende Ablenkendstufen . . . . . . 84 1. Die Ablenkspulen sind schwingungsbestimmend . . . . . 84 2. Die Ablenkspulen liegen außerhalb des Rückkopplungskreises 84 3. Selbsttätige Umschaltung zwischen Mit- und Gegenkopplung 84 8 b. Besonderheiten der Ablenkung für Bildaufnahmeröhren 84 1. Quantitative Randbedingungen . 85 2. Abschirmung ..... . 85 3. Beschleunigungsspannung 85 4. Speisung über Kabel 85 5. Vertikalablenkung 85 6. Horizontalablenkung 86 8c. Verschiedenes. Hochspannungserzeugung 86 Schrifttum zum Kap. II 88 111. Femsehaufnahmetechnik. Bearbeitet von Professor Dr. RICHARD THEILE, München .. 91 1 . Überblick . . . . . 91 2. Schaltungstechnische Hilfsmittel für die Signalformung im Video- frequenzband . . . . . 92 2a. Signalverstärkung . 92 2b. Signalformung . . 95 2c. Signalmischung . . 101 3. Geräte mit Punktlichtabtastung 104 3 a. Allgemeines über Optik und Verstärkertechnik der Punktlicht- abtaster . . . . . . . . . . . . . . . . 104 I. Wirkungsgrad der optischen Anordnung . . . . . . . 104 II. Signalformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 3 b. Pu~ktlichtabtaster zur Übertragung von Diapositiven und Kino- filmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 3 c. Punktlichtabtaster zur Übertragung von undurchsichtigen Bild- vorlagen (Fernsehepiskop) . . . . . . . . . . . . . . 114 4. Geräte mit Fernsehaufnahmeröhren ..... 117 4a. Grundlagen der Optik für die Fernsehaufnahme. Beziehungen zwischen Lichtstrom und Tiefenschärfe . 118 4 b. Betriebseigenschaften der Kameraröhren. 121 4 c. Fernsehkamera . . 129 4c.1. Vorverstärker . . . . . . . . . . 130 4c.2. Kamerasucher ......... . 132 4c.3. Optische Ausrüstung der Fernsehkamera . 133 4c.4. Beispiele der technischen Au~führung . . 135 4d. Kamerakontrollgeräte ........... . 141 5. Hilfsmittel für die Produktion von Fernsehprogrammen J44 5 a. Bildmischeinrichtungen . . 144 5 a.1. Kreuzschienenverteiler 144 5a.2. Überblendverstärker 144 5 a. 3. Trickmiseher 146 5 b. Signalmiseher . . . . . . . 149 Sc. Automatische Programmschaltung 149 5 d. Fernsehbetriebsanlagen. 149 Schrifttum zum Kap. III 151 Inhaltsverzeichnis. IX Seite IV. Aufzeichnung von Fernsehprogrammen. Bearbeitet von Professor Dr. RICHARD THEILE, München 156 1 . Fernsehbildaufzeichnung auf Kinofilm. . . . . . . . 1 57 1 a. Kinematographische Methodik . . . . . . . . . 157 1 a.1. Verfahren zur vollständigen Aufzeichnung des Fernsehbildes (Vollbildaufzeichnung) . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 7 1 a.2. Verfahren mit unvollständiger Ausnutzung des Bildsignals 160 1 b. Photographische Probleme . . . . . . 164 1 c. Gerätetechnik. . . . . . . . . . . . 167 2. Fernsehsignalaufzeichnung auf Magnetband 174 2a. Allgemeines, Vorentwicklungen . . . . 174 2b. Querspuraufzeichnung auf breitem Magnetband· 177 2 b.1 . Normen der Signalschrift auf dem Band . 1 7 7 2 b.2. Praktische Lösung der Bandführung . . . 180 2b.J. Elektromechanische Steuersysteme für den Kopfscheiben-und Bandantneb. . . . . . . . . . . 184 2b.4. Modulationssystem . . . . . . . . 186 2c. Stand der Technik, Weiterentwicklungen 190 Schrifttum zum Kap. IV . 193 V. Fernsehübertragungen auf Leitt•ngen. Bearbeitet von Dr. J. MüLLER, Dipl. Ing. R. HoFFMANN und Dipl.-Ing. E. DIETRICH, Darmstadt 196 1. Die allgemeinen Übertragungsbedingungen 196 1 a. Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 1 b. Das Fernsehsignal an den Videoend- und -zwischenpunkten einer Leitung ......... . 197 1 c. Der hypothetische Bezugskreis 197 1 d. Die Einfügungsdämpfung 198 1 e. Störspannungen . . . . . . . 198 1 f. Nichtlineare Verzerrungen . . 200 1 g. Lineare Verzerrungen . . . . . . . . 201 1 h. Anforderungen an Fernsehleitungen beliebiger Länge 203 2. Kabt>lleitungen für Fernsehübertragungen . 204 2a. Kabelarten und Übertragungssysteme . 204 2 b. Trägerfrequenz-Übertragungssysteme . 205 2 c. Videofrequenz-Übertragungssysteme . . 210 3. Richtfunklinien für Fernsehübertragungen. 213 Ja. Einleitung . . . . . . . . . . . . . 213 Jb. Aufbau einer Richtfunklinie . . . . . . . . . 214 3 c. Übertragungseigenschaften der Richtfunklinien . . 220 3d. Gleichzeitige Übertragung von Bild und Ton sowie einer Pilot- frequenz . . . . . . . . . . . . . 222 3 e. Fernsehrichtfunksysteme im Ausland 222 Schrifttum zum Kap. V . . . . . . . . . 223 VI. Fernsehsender. Bearbeitet von Dr.-Ing. W. BuRKHARDTSMAIER, Berlin, und Dr.-Ing. W. BusCHBECK, Ulm . . . . . . . . . 225 1. Aufbau und Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . 225 2. Leistungsverstärkung bei großen Bandbreiten . . . . . . 227 2a. Bandbreite, Röhrenleistung und Leistungsverstärkung 227 2 b. Leistungsverstärkung bei Gitterbasisschaltung . . . . 230 2c. Leistungsverstärkung bei Kathodenbasisschaltung 231 2d. Leistungsverstärkung bei Klystrons . . . . . . . . . . . . . 232 2e. ~~sammenstellung einiger für Fernsehsender geeigneter Leistungs- rohren ........................... 234 X Inhaltsverzeichnis. Seite 2f. Ausführung der Schwingkreise 234 2f.1. Schaltungen . . . . . . 234 2f.2. Realisierung . . . . . . 237 3. Wahl der Röhrenschaltung und Neutralisation bei Trioden und Tetroden 238 3 a. Eintakt- oder Gegentaktschaltung . . . . . . . . . . . 238 3b. Neutralisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 3b.1. Neutralisation bei Gitterbasisschaltung von Trioden. : .. 239 3 b.2. Neutralisation und Leistungsübergang bei Tetrodenverstärkern 241 3c. Verhalten der Basisneutralisation im Seitenbandbereich. 243 4. Die Modulation von Fernsehsendern . . . . . . . 244 4a. Wahl der Modulationsmethode ....... . 244 4 b. Gitter- oder Kathodenvorspannungsmodulation . 246 4c. Kathodenverstärker als Modulationsendstufe . 247 4d. Stabilisierungsschaltungen . . . . . . .. 248 4e. Wahl der Modulationsstelle im Sender . . . . 250 4f. ZF-Modulation .............. . 252 5. Die modulierte Stufe im Zusammenhang mit der hochfrequenten Treiber- stufe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 5 a. Anforderungen an den Innenwiderstand der Treiberstufe 252 1. Kleiner Innenwiderstand der Treiberröhre . . . . . 253 2. Sehr hoher Innenwiderstand der Treiberstufe • . . . 254 5 b. Eigenschaften der Transformationsschaltung zwischen Treiber und modulierter HF-Stufe im Seitenbandbereich . . . . . . 255 5 c. Ersatzschema der gittermodulierten Gitterbasisschaltung auf der Eingangsseite . . . 256 5 d. Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 6. Restseitenbandfilter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 6a. Restseitenbandfilter beim endstufenmodulierten Sender . . . . . 260 6 b. Ausführungsformen von Filtern konstanten Eingangswiderstandes 260 6c. Filter bei Vorstufen- und ZF-Modulation 265 7. Hochfrequenz- und Videovorstufen 266 7 a. HF-Vorstufen . . . . . . 266 7b. Videovorstufen . . . . . 267 7c. Kennlinienvorentzerrung . 267 7 d. Phasenvorentzerrung. 268 7e. Pegelhaltung . . . . . . 271 7f. Signalverbesserung 272 8. Ausgeführte Fernsehsenderanlagen 274 8a. 10 kW-Sender für Band I. . 274 Sb. 10 kW-Sender für Band III. . . . . 276 8c.4. 10 kW-Tetrodenfernsehsender für Band IV( V . 278 8c.2. 10 kW-Klystronfernsehsender . . . . . . 279 Sd. Wirkungsgrad, Kühlung, Stromversorgung 280 9. Spezielle Arten von Fernsehsendern. . . . . . 281 9a. Femsehkanalumsetzer . . . . . . . . . . . . . . . 281 9b. Parallelschaltung von Fernsehsendem (aktive Reserve) 284 9c. Farbfernsehsender. 285 Schrifttum zum Kap. VI . . 286 VII. F(lrnsehsendeantennen. Bearbeitet von Dr.-Ing. K. BAUR, Ulm/Donau, und Dr.-Ing. W. BERNDT, Ulm/Donau . . . . 289 1. Die Anforderungen an die Fernsehantenne 289 1 a. Der Übertragungsweg . . 289 1 b. Mehrfachwege . . . . . 289 1 c. Bündelung und Gewinn . 291 1 d. Wetterschutzmaßnahmen 292 1 e. Die Bandbreite . . . . . 292
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