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Sendevorrichtung zur Übertragung amplitudenmodulierter Schwingungen
Die Erfindung betrifft eine Sendevorrichtung zur Übertragung amplitudenmodulierter Schwingungen, bei der der. Informationsinhalt im wesentlichen in nur einem Seitenband konzentriert ist, und die einen von den zu übertragenden Signalen gespeisten Amplitudenmodulator mit einem zugeordneten Träger- frequenzoszillator und Ausgangsfilter besitzt, wobei dem Amplitudenmodulator die Trägerfrequenz- schwingung sowie eines der Seitenbänder zur weiteren Übertragung entnommen werden.
Gegenstand des Patentes Nr. 233057 ist eine Sendevorrichtung, bei der auf den ersten Amplitudenmodulator ein zweiter Amplitudenmodulator folgt, in dem das dem zuerstgenannten Amplitudenmodulator entnommene Signal als Trägerfrequenzschwingung von demselben Signal als Modulationssignal in der Amplitude moduliert wird, und die weiterhin ein Ausgangsfilter enthält, das nur die im Signalband der doppelten Trägerfrequenz liegenden Signale durchlässt. Vorzugsweise werden dabei die vom zweiten
Amplitudenmodulator herrührenden Signale einem Amplitudenbegrenzer zugeführt, dessen Ausgangssignale konstanter Amplitude als Trägerfrequenzschwingungen einer Modulatorstufe zugeführt werden, und die zu übertragenden Niederfrequenzsignale als Modulation an diese Modulatorstufe gelegt.
Wie im Stammpatent ausführlich erklärt wurde, ist eine solche Sendevorrichtung vorteilhaft für Rundfunkzwecke verwendbar, denn einerseits lassen die von der Sendevorrichtung übertragenen Signale sich in einem normalen Amplitudenmodulator mit ausgezeichneter Wiedergabequalität demodulieren und anderseits wird bei gleichbleibender Senderleistung die übertragene Leistungder Informationssignale gegenüber der Trägerleistung beträchlich gesteigert und auch eine wesentliche Bandbreiteersparnis erzielt, da der Informationsinhalt der übertragenen Signale im wesentlichen in nur einem Seitenband konzentriert ist. Es ergibt sich, dass ausserhalb des betreffenden Seitenbandes noch auftretende Signalkomponenten dann nur mit einem beträchtlichen Abschwächungsgrad auftreten.
Die Erfindung bezweckt, diese ausserhalb des betreffenden Seitenbandes liegenden Frequenzkomponenten in besonders einfacher Weise noch weiter abzuschwächen, wodurch zusammen mit einer Herabsetzung der gegenseitigen Beeinflussung benachbarter Sender auch die Wiedergabequalitätverbessert wird.
Die Sendevorrichtung nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass an den Eingang desAmpli- tudenbegrenzers eine zusätzliche Korrekturvorrichtung angeschlossen ist, welche die bei Amplitudenmodulation des Ausgangssignals des zweiten Amplitudenmodulators auftretenden Verzerrungsprodukte, auf das Doppelte der Trägerfrequenz moduliert, gegenphasig dem Eingang des Begrenzers zuführt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, die sich durch einfachen Aufbau und einfache Einstellung auszeichnet, weist das Merkmal auf, dass die Korrekturvorrichtung einen Amplitudenmodulator enthält, der ein ihm zugeführtes Einseitenbandsignal der Informationssignale mit unterdrückter oder her- abgesetzter Trägerfrequenzamplitude mit sich selbst moduliert, gefolgt von einem Tiefpassfilter und einem Gegentaktmodulator, dem auch die Trägerfrequenz des der ersten Modulatorstufe zugehörigen Trägerfrequenzoszillators über einen Frequenzverdoppler zugeführt wird, wobei der Ausgangskreis des * l. Zusatzpatent Nr. 245 620.
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Umhüllungssignals veranschaulicht.
Auf diese Weise wird beim Hören der übertragenen Signale in einem normalen Amplitudenmodulations-Empfänger bereits eine wesentliche Verbesserung der Wiedergabequalität verwirklicht, aber dennoch treten, obwohl in hohem Masse herabgesetzt, noch Signalverzerrungen auf, die auf Intermodulationsprodukte zurückzuführen sind, wenn mehrere Frequenzkomponenten gleichzeitig in den übertragenen
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Signalen vorhanden sind. Werden z. B. zwei Komponenten mit der Amplitude a bzw. b und der Frequenz p bzw. q gleichzeitig übertragen, so zeigt Fig. 2d das Frequenzspektrum des Ausgangssignals des Amplitudenmodulators 9 und Fig. 2e das Frequenzspektrum des Umhüllungssignals.
Es ergibt sich, dass neben den gewünschten Komponenten 2a bzw. 2b mit den Frequenzen p bzw. q, wie aus Fig. 2e ersichtlich, beim Hören der vom Amplitudenmodulator 9 übertragenen Signale in einem nor- malen Amplitudenmodulations-Empfänger ein Verzerrungsglied 2ab zweiter Ordnung mit der Fre- quenz q-p auftritt, welches im ungünstigsten Falle-25 db beträgt.
Nach weiteren Massnahmen im Stammpatent werden diese noch verbleibenden Verzerrungsprodukte dadurch weiter herabgesetzt, dass das Ausgangssignal des Amplitudenmodulators 9 in einem Amplitudenbegrenzer 28 auf einen konstanten Wert begrenzt und dieses begrenzte Signal konstanter Amplitude, nach erfolgter Verstärkung in einem Verstärker 29, als Trägerwelle einem Ausgangsmodulator 30 zugeführt wird, dessen Modulationssignal vom zu übertragenden Tonfrequenzsignal gebildet wird, das einem mit der Modulatorstufe 4 verbundenen synchronen Demodulator 19 entnommen wird.
Zwecks synchroner Demodulation ist an den Demodulator 19 der Trägerfrequenzoszillator 5 angeschlossen, wobei das durch synchronie Demodulation erzielte Tonfrequenzsignal über ein Tiefpassfilter 20, einen einstellbaren Amplitudenregler 31 und ein einstellbares Phasendrehungsnetzwerk 32 nach erfolgter Verstärkung in einem Verstärker 33 als Modulationssignal dem Ausgangsmodulator 30 zugeführt wird. Das dem Ausgangsmodulator 30 entnommene, amplitudenmodulierte Signal wird über ein Ausgangsnetzwerk 34 von der Sendeantenne 8 ausgestrahlt.
Im Ausgangsmodulator 30 wird das im Amplitudenbegrenzer 28 begrenzte Signal vom ursprünglichen Tonfrequenzsignal moduliert, d. h. das Umhüllungssignal des vom Modulator 9 übertragenen Signals wird im Ausgangsmodulator 30 durch das ursprüngliche Niederfrequenzsignal ersetzt, wodurch die Umhüllende der im Ausgangsmodulator 30 modulierten Schwingungen die für einen verzerrungsfreien Empfang in einem normalen Amplitudenmodulations-Empfänger gewünschte Form bekommen hat. Im übertragenen Frequenzspektrum hat der hier angegebene Modulationsvorgang, z. B. bei gleichzeitiger Übertragung der Komponenten a und b, zur Folge, dass dem Frequenzspektrum nach Fig. 2d die beiden Glieder zweiter Ordnung (s.
Fig. 2f) mit der Amplitude a, b und der Frequenz 2w- (q-p) und 2w+ (q-p), sowie in Fig. 2f nicht dargestellte Glieder höherer Ordnung zugefügt werden, die teilweise ausserhalb des gewünschten Frequenzbandes fallen. Abgesehen davon, dass diese ausserhalb des gewünschten Frequenzbandes liegenden Glieder höherer Ordnung eine Beeinflussung benachbarter Sender verursachen, ist es für eine optimale Wiedergabequalität in einem normalen Amplitudenmodulations-Empfänger von besonderer Wichtigkeit, diese Glieder höherer Ordnung in ihrem Pegel herabzusetzen. Die Spektrumkomponenten innerhalb des Durchlassbandes des normalen Amplitudenmo- dulations-Empfängers bedingen nämlich das rückgewonnene Umhüllungssignal, das erst bei Empfang sämtlicher Spektrumkomponenten genau dem ursprünglichen Niederfrequenzsignal entspricht.
Die Erfindung bezweckt, diese ausserhalb des Signalbandes liegenden Komponenten höherer Ordnung auf ein Minimum herabzusetzen, und dieses Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass an den Eingang der Begrenzerstufe 28 eine zusätzliche Korrekturvorrichtung 35 angeschlossen ist, welche die bei Amplitudendemodulation des Ausgangssignals des zweiten Amplitudenmodulators 9 auftretenden Verzerrungsprodukte, moduliert auf das Doppelte der Trägerfrequenz des an den ersten Amplitudenmodulator 4 angeschlossenen Trägerfrequenzoszillators 5, gegenphasig dem Eingang des Begrenzers 28 zuführt.
Eine in der Praxis besonders interessante Korrekturvorrichtung besteht aus einem von dem zu übertragenden Signal gespeisten Amplitudenmodulator 36 mit einem darauffolgenden Einseitenbandfilter 37 zur Erzeugung eines Einseitenbandsignals mit unterdrückter Trägerwelle, gefolgt von einem zweiten Amplitudenmodulator 38, der das dem vorhergehenden Amplitudenmodulator 36 entnommene Einseitenbandsignal mit sich selbst moduliert und mit einem Ausgangsfilter in Form eines Tiefpassfilters 39 versehen ist, welches die Signale im Tonfrequenzsignalband zur weiteren Verarbeitung durchlässt.
Dabei wird das Ausgangssignal des Amplitudenmodulators, nach erfolgter Modulation in einem Gegentaktmodulator 40 mit einem Ausgangsfilter 41, auf einer dem Ausgangssignal der Modulatorstufe entsprechenden Trägerfrequenz 2w über einen einstellbaren Amplitudenregler 42 und ein einstellbares Phasendrehungsnetzwerk 43 mit der richtigen Phase und Grösse in einer Vorrichtung 44 dem Ausgangssignal des Amplitudenmodulators 9 zugefügt. In der angegebenen Ausführungsform beträgt die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 39 z. B. 9 kHz, und der Tragerfrequenzoszillator 5 ist unmittelbar mit dem Amplitudenmodulator 36 und über eine Frequenzverdoppelungsvorrichtung 45 mit dem Amplitudenmodulator 40 verbunden.
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Bei Übertragung eines einzigen sinusförmigen Tonfrequenzsignals mit der Frequenz p und Ampli- tude a treten, wie im Vorhergehenden bereits erklärt wurde, bei Empfang des Ausgangssignals des
Modulators 9 in einem normalen Amplitudenmodulations-Empfänger keine Verzerrungsprodukte auf.
In diesem Falle wird diese einzige Tonfrequenz p im Amplitudenmodulator 36 über ein Einseiten- bandfilter 37 in der Frequenz transportiert und im Amplitudenmodulator 38 mit sich selbst modu- liert, woraus sich am Ausgang des Tiefpassfilters 39 eine dem Quadrat der Amplitude a des Tonfre- quenzsignals proportionale Gleichspannung ergibt,
die im Amplitudenmodulator 40 in ein entspre- chendes Trägerfrequenzsignal mit der Frequenz 2w umgesetzt und über den Amplitudenregler 42 und das Phasendrehungsnetzwerk 43 in der Addiervorrichtung 44 dem Ausgangssignal des Ampli- tudenmodulators 9 zugefügt wird. Das Frequenzspektrum am Ausgang der Addiervorrichtung 44 entspricht dann der Fig. 3a und das zugehörige Frequenzspektrum dem des Umhüllungssignals der Fig. 3b.
Bei gleichzeitiger Übertragung mehrer Tonfrequenzsignale, z. B. neben der Tonfrequenz p mit der Amplitude a noch einer zweiten Tonfrequenz q mit der Amplitude b, entsteht, wie in Fig. 3c dargestellt, durch Modulation des erzeugten Einseitenbandsignals mit unterdrückter Trägerwelle mit sich selbst im Amplitudenmodulator 38 ein Ausgangssignal, das aus einer der Summe der Quadrate der Amplituden a und b proportionalen Gleichspannung sowie einem Intermodulationsprodukt zweiter Ordnung besteht, das in seiner Frequenz q-p und in seiner Amplitude 2ab genau gleich dem Verzerrungsprodukt bei Empfang der Ausgangssignale des Amplitudenmodulators 9 in einem normalen Amplitudenmodulations-Empfänger (s. Fig. 2e) ist.
Wird daher das im Amplitudenmodulator 38 erzeugte Ausgangssignal im Amplitudenmodulator 40 auf die Trägerfrequenz 2w aufmoduliert und über den Amplitudenregler 42 und das Phasendrehungsnetzwerk 43 gegenphasig und mit richtiger Amplitude in der Addiervorrichtung 44 dem Ausgangssignal des Amplitudenmodulators 9 zugefügt, so ist damit erreicht, dass Verzerrungen bei Empfang in einem normalen Amplitudenmodulations-Emp- fänger herabgesetzt sind. Fig. 3d zeigt das Frequenzspektrum am Ausgang der Addiervorrichtung 44, wobei neben dem vom Amplitudenmodulator 9 übertragenen Frequenzspektrum (s. Fig. 2d) noch zwei beiderseits der Trägerschwingung liegende Seitenbandfrequenzen 2w- (q7p) und 2w+ (q-p) mit der Am- plitude a. b übertragen werden.
In Qer Addiervorrichtung 44 ist auf diese Weise ein Signal entstanden, welches nach erfolgter Begrenzung im Begrenzer 28 zum Erzeugen der Trägerschwingung für den Amplitudenmodulator 30 dient und bei Abwesenheit von Komponenten dritter und höherer Ordnung im Frequenzspektrum ein Umhüllungssignal hat, das bereits eine Annäherung zweiter Ordnung der zu übertragenden Tonfrequenzsignale ergibt. Wie im Vorhergehenden beschrieben, wird dem Umhüllungssignal im Amplitudenmodulator 30 genau die richtige Form gegeben,. jedoch tritt dabei eine übermässige Herabsetzungdes Pegels der Frequenzkomponenten der dritten und höheren Ordnung und demnach der ausserhalb des betreffenden Seitenbandes liegenden Komponenten auf.
Der Pegel dieser Komponenten höherer Ordnung erniedrigt sich nämlich infolge der nichtlinearen Vorgänge in dem Begrenzer 28 und dem Amplitudenmodulator 30 in progressiver Weise mit dem Unterschied in der Form zwischen der Umhüllenden der dem Begrenzer 38 zugeführten Signale und den ursprünglichen Tonfrequenzsignalen, welcher Formunterschied durch Anwendung der Massnahmen nach der Erfindung gerade auf ein Minimum herabgesetzt ist.
Es wurde z. B. der Pegel der ausserhalb des betreffenden Seitenbandes liegenden Frequenzkomponenten bei 80% Modulationsgrad um einen Faktor entsprechend -50 db gegenüber der Trägerwelle verringert.
Bei minimaler Beeinflussung benachbarter Sender zeichnet sich die Sendevorrichtung nach der Erfindung dadurch aus, dass bei Empfang mit einem normalen Amplitudenmodulations-Empfänger eine optimale Wiedergabequalität erreicht wird und die dabei verwendete Apparatur sowohl in ihrem Aufbau als auch in ihrer Einstellung sich als besonders einfach erweist. Ausserdem bietet die angegebene Sendevorrichtung noch die Möglichkeit, dass einerseits die Apparatur noch weiter vereinfacht werden kann, wie es an Hand der Fig. 4 noch erläutert wird, und anderseits dem übertragenen Signal ein praktisch reiner Einseitenbandcharakter gegeben werden kann.
Zu diesem Zweck wird von den beiden im Amplitudenmodulator 40 erzeugten Seitenbändern 2w- (q-p) und 2w+ (q-p) das Seitenband 2w- (q-p) mittels eines Filters unterdrückt und das andere Seitenband 2w+ (q-p) in der Amplitude verdoppelt. Auch in diesem Falle ergibt nämlich die Umhüllende der an der Addiervorrichtung 44 auftretenden Signale eine Annäherung zweiter Ordnung der ursprünglichen Tonfrequenzsignale.
Fig. 4 zeigt eine Vereinfachung der Vorrichtung nach Fig. 1. In diesem Beispiel ist der Amplitudenmodulator 4 als Gegentaktmodulator ausgebildet und das Ausgangsfilter 46 wird von einem Einseitenbandfilter gebildet, dessen Einseitenbandsignal mit unterdrückter Trägerwelle dem Amplituden-
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