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Frequenzmodulator
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des der beiden Oszillatoren wenigstens eine Kapazitätsdiode parallelgeschaltet ist, und dass durch eine unterschiedliche Vorspannung der Kapazitätsdioden der beiden Oszillatoren und/oder durch unterschiedli- che Bemessung des Verhältnisses von Induktivität zu Kapazität der beiden frequenzbestimmenden Reso- nanzkreise. der absolute Frequenzhub beider Oszillatoren derart unterschiedlich eingestellt ist, dass sich im Ausgang der Überlagerungsstufe die Verzerrungen geradzahliger Ordnung kompensieren.
Es ist an sich bekannt, einen Gegentaktoszillator durch Parallelschaltung einer der Reihenschaltun- gen zwei gegensinnig zueinander gepolter Kapazitätsdioden zu seinem frequenzbestimmenden Resonanz- kreis in der Frequenz modulierbar zu machen. Die Modulationsspannung wird hiebei im Zusammenschal- tungspunkt der beiden Kapazitätsdioden eingespeist. Bei dieser bekannten Schaltung handelt es sich aber nicht um die Grundschaltung, von der bei der Erfindung ausgegangen wird. nämlich zwei gegensinnig modulierten Einzeloszillatoren. Weiterhin fordert diese bekannte Schaltung eine lineare Kapazitäts-
Spannungskennlinie, wodurch ein linearer Frequenzhub in sich schon praktisch ausgeschlossen ist.
Beim
Erfindungsgegenstand wird demgegenüber gerade gegensätzlich eine lineare Modulationskennlinie, also ein linearer Zusammenhang zwischen Modulationsspannung und Frequenzänderung, gefordert.
Vorteilhaft ist es. wenn an die Siebschaltung der Überlagerungsstufe ein Frequenzumsetzer zur Trans- ponierung der Ausgangsfrequenz der Siebschaltung in den zur Aussendung vorgesehenen, insbesondere im
Mikrowellenbereich gelegenen Frequenzbereich angeschaltet ist.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn parallel zu jedem der beiden frequenzbestim- menden Resonanzkreise die Reihenschaltung aus zwei gegensinnig gepolten Varactordioden geschaltet is wenn die beiden Reihenschaltungen untereinander verschieden gepolt sind, und wenn die Modulations- spannungsquelle mit beiden Reihenschaltungen gleichphasig verbunden ist. Eine ebenfalls vorteilhafte
Alternative hiezu wird dann erhalten, wenn parallel zu jedem der beiden frequenzbestimmenden Reso- nanzkreise die Reihenschaltung aus zwei gegensinnig gepolten Varactordioden geschaltet ist, wenn die beiden Reihenschaltungen untereinander gleich gepolt sind. und wenn die Modulationsspannungsquelle mit beiden Reihenschaltungen gegenphasig verbunden ist.
Empfehlenswert ist es, wenn eine vorzugsweise auf der Frequenz der Siebschaltung arbeitende
Frequenzkontrolleinrichtung vorgesehen ist, die eine der Frequenzablage entsprechende Regelspannung abgibt, und wenn vorzugsweise nur an einem der beiden Oszillatoren eine Frequenzregelvorrichtung vorgesehen ist, die mittels der Regelspannung die Ausgangsfrequenz wenigstens nahezu auf ihren Soliwert nachregelt.
Als besonderer Vorteil hat es sich erwiesen, die Ausbildung so zu treffen, dass der eine der beiden Oszillatoren stark und der andere der beiden Oszillatoren schwach mit der überlagerungsstufe gekoppelt ist. und weiterhin den Pegel des schwach angekoppelten Oszillators am Eingang der Überlagerungsstufe so gross zu wählen, dass nach Demodulation der modulierten Wellen der Pegel des Modulationssignals wesentlich, vorzugsweise 60-80 Dezibel höher ist, als der auf die Frequenzbandbreite eines üblichen Telephoniekanals bezogene, durch die Eingangsstufen des auf die Überlagerungsstufe folgenden Verstärkers verursachte Geräuschpegel.
Hiebei ist es zweckmässig, wenn der schwach angekoppelte Oszillatoiüber einen Tiefpass mit der Überlagerungsstufe verbunden ist, dessen Grenzfrequenz nur wenig oberhalb der entsprechenden Oszillatorgrundfrequenz liegt. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Grundfrequenzen der beiden Oszillatoren so gewählt werden, dass sie nicht mit der Frequenz einer Oberwelle der Zwischenfrequenzschwingung zusammenfallen.
Zur Geringhaltung von Klirrprodukten ist es weiterhin vorteilhaft, wenn in Weiterbildung der Erfindung zusätzlich die Ankopplung der überlagerungsstufe an jeden der beiden Oszillatoren derart frequenzabhängig gewählt ist, dass sich für jeden Oszillator die Verzerrungen dritter Ordnung auf einen vernach- lässigbar geringen Wert verringern.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 hat die Modulationsschaltung zwei freischwingende Transistoroszillatoren l, 2 in Basisschaltung, deren Frequenzen oberhalb eines gewünschten Zwischenfrequenzwertes liegen. beispielsweise f1 bei 170 MHz und f2 bei 240 MHz, wenn die Zwischenfrequenz fz 70 MHz beträgt. Beide Oszillatorschwingungen f., f werden in einer Überlagerungsstufe 4 zur Überlagerung gebracht und die Differenzschwingung über einen selektiven Verstärker 5, 6 dem Modulatorausgang 7 zugeführt. Beide Oszillatoren sind durch Varactordioden, die als veränderbare. Kapazitäten wirken. in ihrer Frequenz veränderbar.
Diese Dioden sind in der Weise geschaltet, dass für eine bestimmte Signalspannung im Modulationseingang 3 die Frequenz des einen Oszillators nach höheren Frequenzen und die Frequenz des andern Oszillators nach niedrigeren Frequenzen abweicht und umgekehrt. Hiedurch wird erreicht, dass die Ausgangsschwingung des Modulators in der gewünschten Veise frequenzmoduliert ist. Der
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erzielte absolute Frequenzhub ist gleich der Summe der beiden absoluten Frequenzhübe der Oszillatoren.
Die Schaltung ermöglicht in vorteilhaft einfacher Weise weiterhin vor allem die Verzerrungsanteile ge- rader Ordnung, die durch den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Eingangsspannung und Frequenzab- weichung in jedem der beiden Oszillatoren entstehen, zu kompensieren.
Die erfindungsgemässe Modulai tionsschaltung hat weiterhin den Vorteil, dass sich die durch die Nichtlinearität bedingten Abweichungen der Mittenfrequenz des einzelnen Oszillators in der ZF-Ebene kompensieren.
Eine schaltungstechnisch besonders vorteilhafte Ausführungsform wird an Hand der Fig. 2 erläutert.
Jeder der beiden Oszillatoren besteht aus einem Transistoroszillator mit je einem in Basisschaltung betriebenen Transistor 8, 9. In die Emitterzuleitung des einzelnen Transistors sind Reaktanzen, wie eine Kapazität 10, 10'und eine Betriebsspannungszuleitungsdrossel 11, 11'eingeschaltet, die den Emitter basisstromkreis für die gewünschte Betriebsfrequenz des einzelnen Oszillators reell gestalten. Die Kollek- torspannung wird für den einzelnen Transistor ebenfalls über eine Drossel 12, 12'zugeführt.
Der fre- quenzbestimmende Resonanzkreis ist kapazitiv an diese Drossel angeschaltet und besteht aus der Indukti- vität eines abstimmbaren Ausgangsübertragers 13, 13'und der hiezu parallelliegenden Kapazität der Rei- henschaltung von zwei Varactordioden 14,15 und 14', 15'. Wesentlich für die Reihenschaltung ist, dass die Varactordioden innerhalb der Reihenschaltung gegensinnig gepolt sind. Im Zusammenschaltungspunkt der beiden Varactordioden wird über einen Spannungsleiter 16, 16'eine konstante Vorspannung einstell- baren Wertes zugeführt und über einen Kopplungskondensator 17, 17'die Modulationsspannung.
Betrach- tet man in Fig. 2 die beiden Oszillatoren mit ihren parallelgeschalteten Varactordioden, so ist ersicht- lich, dass die beiden Reihenschaltungen 14, 15 und 14', 15'gegensinnig gepolt sind. Beide Reihenschal- tungen erhalten die Modulationsspannung aber gleichphasig. Die Ausgangsspannung jedes Oszillators wird über den jeweiligen Ausgangsübertrager 13, 13'abgenommen. Der eine der Oszillatoren arbeitet bei- spielsweise auf 240 MHz und der andere auf 170 MHz. Vorzugsweise vom Oszillator 2 niedrigerer Fre- quenz wird die Ausgangsspannung mit einem Pegel der Überlagerungsstufe zugeführt, der wesentlich ge- ringer ist als der Pegel der Ausgangsspannung des andern Oszillators.
Weiterhin ist in die Zuleitung von ihrem Oszillator zur Überlagerungsstufe ein Tiefpass 18 eingeschaltet, der nur wenig oberhalb der höch- sten Betriebsfrequenz dieses Oszillators liegt, um Oberwellen aus diesem Oszillator von der Überlage- rungsstufe 4 fernzuhalten. Die Einspeisung der beiden Oszillatorspannungen in die Überlagerungsstufe er-
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lung der beiden Oszillatoren 1,2 im erforderlichen Mass sicherstellt, um vor allem weitere Nebenwelleprodukte zu unterbinden. Eine andere vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemässen Schaltung in dieser Hinsicht besteht darin, dass auf die Gabelschaltung verzichtet wird, und statt dessen in die Zuleitung vom schwach anzukoppelnden Oszillator zur Überlagerungsstufe ausser dem Tiefpass eine Däirpfüngsleitunp z.
B. 15-20 Dezibel Übertragungsdämpfung eingeschaltet wird. An den Ausgang der Überlagerungsstufe 4 ist ein frequenzselektiver Verstärker 5, 6 gleichartig zum Ausführungsbeispiel der Fig. ] angeschaltet. Da weiterhin, wie Untersuchungen gezeigt haben, die in der Modulationsschaltung auftretenden Verzerrungen vorteilhaft möglichst unmittelbar an der Entstehungsstelle kompensiert werden, ist in diesen Lei tungszug noch ein Laufzeitentzerrer 20 eingefugt, der die Laufzeitverzerrungen in der Modulationsschaltung kompensiert.
Vom Ausgang, der Modulationsschaltung, der die gewünschte frequenzmodulierte Schwingung in der zwischenfrequenten Lage beispielsweise abgibt, wird ein Teil der Ausgangsenergie ab" gezweigt und über einen möglichst linearen Frequenzdiskriminator 21 einem Gleichspannungsverstär, ker 22 zugeführt. der eine Nachstellvorrichtung für einen der-beiden Oszillatoren, beim Ausführungsbei- spiel den frequenztieferen, in der Weise steuert, dass die Mittenfrequenz in der zwischenfrequenten Lage einem vorgegebenen Wert entspricht. Wesentlich ist weiterhin, dass in den Ausgang dieses Diskriminators ein Tiefpass eingefügt ist, der die Modulationsfrequenzen, vor allem die tiefen Frequenzen, wirksam unterdrückt.
Im gewissen Sinne wirkt-so wie beim Ausführungsbeispiel vorgesehen-als derartiger Tiefpass auch der Nachstellmotor 23 der Frequenznachregelvorrichtung.
Eine andere Möglichkeit für die Parallelschaltung, zumindest die ersatzschaltbildmässige Parallel- schaltung der Varactordioden zum frequenzbestimmenden Resonanzkreis des einzelnen Oszillators, besteht darin, dass die beiden Reihenschaltungen 14,15 und 14', 15'in ihrer Polung gleichartig gewählt sind, und dass die Modulationsspannung den beiden Reihenschaltungen gegenphasig zugeführt wird. In diesem Fall ist die Modulationsspannung über einen Symmetrieübertrager einzuspeisen oder eine hiezu äquivalente Schaltung, die zwei gegensinnig gepolte Ausgangsspannungen abgibt.
Es lässt sich zeigen, dass der Zusammenhang zwischen Signalspannung und Frequenzabweichung des Einzeloszillators nicht linear ist. Dieser Zusammenhang wird vielmehr durch eine gekrümmte, im Arbeitsbereich jedoch monotone Kurve beschrieben und lässt sich in Form eines Reihenansatzes erfassen.
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Bei der erfindungsgemässen Schaltung ist trotzdem eine erhöhte Linearität gegeben. Dies beruht unter an- derem darauf, dass sich die durch die Krümmung bedingten Verzerrungen geradzahliger Ordnung im Aus- gang der Überlagerungsstufe gegenseitig aufheben.
Der quadratische Anteil der Krümmung bedingt beim Einzeloszillator eine Verschiebung der Mitten- frequenz, wenn ein Modulationssignal, z. B. das Basisbandsignal, vorhanden ist. Dieser unerwünschte Ef- fekt lässt sich ebenfalls in der Zwischenfrequenzlage kompensieren, indem auf optimale Linearität ein- gestellt wird ; die absoluten Mittenfrequenzabweichungen sind dann für beide Generatoren gleich gross und erfolgen in gleicher Richtung.
Für die Varactordioden der beiden Varactorpaare empfiehlt es sich, diese so zu wählen, dass die Paa- re in ihrem Kennlinienverlauf möglichst gleichartig sind. Trotzdem ist dann noch nicht das Optimum an
Linearität vorhanden. Werden nämlich die beiden Varactorvorspannungen z. B. über die Spannungstei- ler 16, 16'auf den gleichen Wert eingestellt, so könnten sich die Verzerrungen nicht kompensieren, weil wegen der verschiedenen Grundfrequenzen die einzelnen Verzerrungsanteile einen verschiedenen Absolut- hub haben. Die Koeffizienten der Krümmungsanteile hängen von der Varactorvorspannung ab, so dass durch verschiedene Wahl der Vorspannung eine Kompensation der Verzerrungen (und damit auch der Mit- tenabweichungen) erreicht werden kann.
Es ist also für optimale Linearität erforderlich, die Vorspannun- gen der beiden Reihenschaltungen entsprechend unterschiedlich zu wählen. Die weitere Bedingung, dass sich die Mittenfrequenzen der beiden Oszillatoren um die Zwischenfrequenz unterscheiden müssen, kann durch entsprechende Wahl der Schwingkreisinduktivitäten erfüllt werden.
Die Frequenzkonstanz freischwingender Oszillatoren dürfte zwar bei nicht zu hohen Forderungen in der Regel ausreichend sein, doch kann für höhere Ansprüche auch eine Frequenznachstellung vorgesehen werden. Zur Frequenznachstellung kann z. B., so wie in Fig. 2 gezeigt, ein kleiner. Teil der Zwischen- frequenzausgangsleistung für einen auf der Zwischenfrequenz arbeitenden Diskriminator abgezweigt werden. Das gelieferte Nachstellkriterium kann z. B. über eine Motorsteuerung die Induktivität einer der beiden Oszillatorkreise im Sinne einer Frequenznachregelung beeinflussen. Es ist auch eine Nachstellung beider Oszillatoren ebenso wie eine elektrische Regelung z. B. durch eine gesteuerte Vormagnetisierung denkbar ; dies dürfte sich jedoch nur bei sehr hohen Anforderungen als nötig erweisen.
Wird die. erfindungsgemässe Frequenzmodulationsschaltung in der Sendestelle einer im Bereich der Mikrowellen arbeitenden Richtfunk- oder Wellenleiterübertragungsanlage verwendet, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Modulationsschaltung noch weitere Schaltungsgruppen zugeordnet werden. die es ermöglichen, die Gesamtgeräusche, bezogen auf den gesamten Übertragungsweg, besonders niedrig zu halten. Eine Ausführungsform, die sich hiefür als besonders vorteilhaft erwiesen hat, ist in Fig. 3 im Blockschaltbild wiedergegeben. Über den Anschluss 24 werden die Signalschwingungen (Basisband) zugeführt, die beispielsweise einen Frequenzbereich von etwa lOHz bis zu etwa 8 MHz oder auch mehr umfassen.
Dieses Basisband wird in einem ersten Breitbandverstärker 27 verstärkt, wobei vorher dem Basisband noch eine Pilotschwingung aus einem Generator 26 hinzugegeben wird, die frequenzmässig oberhalb des Basisbandes oder auch in einer Frequenzlücke innerhalb des Basisbandes liegt. Das Basisband kann beispielsweise eine grosse Anzahl vonTelephoniekanälen, gedacht ist iabei entsprechend den heutigen Forderungen an etwa 1800 Telephoniekanäle oder auch einen Fernsehkanal. enthalten. Damit die Geräuschbilanz auch bei einem sehr langen Übertragungsweg über die Richtfunk- oder Hohlleiterstrecke sich gün- stig gestaltet, ist dem Breitbandverstärker 27 ein Vierpol 28 mit frequenzabhängiger Dämpfung (Preemphase) nachgeschaltet.
Auf diesen Vierpol folgt ein in der Übertragungsdämpfung regelbares Dämpfungglied 29, mit Hilfe dessen die Basisbandamplitude eingestellt werden kann, Von diesem Dämpfungsglied 29 aus erhält die eigentliche Modulationsschaltung die Modulationsspannung in Form des Basisbandes über einen weiteren Breitbandverstärker 30. Durch das Dämpfungsglied 29 ist somit die Möglichkeitgege- ben, den Frequenzhub im Ausgang der Modulationsschaltung auf den erforderlichen Wert einzustellen.
Die Modulationsschaltung besteht wieder aus den beiden gegensinnig durch Varactordioden gesteuerten Oszillatoren 1, 2 und entspricht im wesentlichen der an Hand der Fig. 2 erläuterten Schaltung. Gleichartig zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 folgen auf die Überlagerungsstufe 4 ein selektiver Verstärker 5,6 und ein Laufzeitausgleichsglied 20. Zur weiteren Anhebung des Pegels der Zwischenfrequenzschwingungen ist zusätzlich ein Breitbandverstärker 31 noch nachgeschaltet. der mit dem Ausgang 7 des Modulationsgerätes verbunden ist.
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sätzlich ist in den Ausgang des Diskriminator 21 ein Filter 32, beispielsweise in Forrr. einer Weichenschaltung, eingefügt, welches die Pilotfrequenz des Generators 4 aussiebt und über einen Pilotempfänger 33 einer Anzeigevorrichtung 34 zuführt.
Es ist auf diese Weise möglich, Störungen im Modulations-
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gerät zu erkennen ; denn bei Ausfall der Pilotanzeige im Instrument 34 muss der Fehler zwingend zwischen den Schaltungspunkten 24 und 7 liegen. Weiterhin tritt diese Pilotschwingung in den Endstationen und bei Basisbanddurchschaltung auch in den Zwischenstationen auf, die auf die Sendestelle in mehr oder weniger grossem Abstand folgen, so dass mit dieser Pilotschwingung praktisch der gesamte Übertragungsweg überwacht werden kann. Zur Umsetzung in den Mikrowellenbereich wird der Ausgang 7 des Modulationsgerätes mit einer Frequenzumsetzungseinrichtung verbunden, die unmittelbar die Zwischenfrequenzschwingungen in die hohe Radiofrequenzlage bringt.
Es hat dies gerade bei der beschriebenen Modulationsschaltung gegenüber dem teilweise üblichen Verfahren der Frequenzvervielfachung der Zwischenfre quenz auf den geforderten Ausgangsfrequenzwert den Vorteil, dass der auf thermischen Phasenschwankun- gen zurückgehende Geräuschfrequenzhub gering bleibt. Es lässt sich dann der niedrige Geräuschpegel der hochlinearen erfindungsgemässen Modulationsschaltung besonders gut erhalten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Modulationsschaltung zur Erzeugung hochlinear in der Frequenz modulierter elektromagnetischer Wellen mit zwei Oszillatoren, die in ihrer Frequenz im Takte einer Modulation gegensinnig veränderbar sind und deren Frequenz bei fehlender Modulation derart verschieden gewählt ist, dass die daraus sich ergebende Frequenzdifferenz einem vorgegebenen Zwischenfrequenzwert im Bereich niedrigerer Frequenzen entspricht, und deren Ausgang mit einer Überlagerungsstufe verbunden ist, an die eine Siebschaltung zur Entnahme der Schwingungen mit Differenzfrequenz angeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum frequenzbestimmenden Resonanzkreis jedes der beiden Oszillatoren wenigstens eine Kapa- 0zitätsdiode (14, 15 bzw.
14', 15') parallelgeschaltet ist, und dass durch eine unterschiedliche Vorspannung der Kapazitätsdioden (14,15 bzw. 14'15') der beiden Oszillatoren (1 bzw. 2) und/oder durch unterschiedliche Bemessung des Verhältnisses von Induktivität zu Kapazität der beiden frequenzhestimmen-
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gestellt ist, dass sich im Ausgang der Überlagerungsstufe (4) die Verzerrungen geradzahliger Ordnung kompensieren (Fig. 2).