Einseitenband-Sende-Einrichtung zur Übertragung amplitudenmodulierter Schwingungen Das Hauptpatent betrifft eine Sende-Einrichtung zur übertragung amplitudenmodulierter Schwingungen, bei der der Informationsinhalt praktisch nur in einem Sei tenband konzentriert ist.
Diese Sende-Einrichtung be sitzt einen von den zu übertragenden Signalen gespeisten ersten Amplitudenmodulator mit einem zugeordneten Trägerwellenoszillator und einem Ausgangsfilter, wobei dem ersten Amplitudenmodulator die Trägerfrequenz sowie eines der Seitenbänder für die weitere übertra- gung entnommen werden. In einem zweiten Amplituden- modulator wird das dem ersten Amplitudenmodulator entnommene Signal mit sich selbst moduliert.
Die Sende- Einrichtung besitzt weiterhin ein Ausgangsfilter, das nur das Frequenzband bei der doppelten Trägerwellenfre- quenz durchlässt, wobei gemäss einem Ausführungsbei spiel, die vom zweiten Amplitudenmodulator herrühren den Signale einem Amplitudenbegrenzer zugeführt wer den, und die vom Amplitudenbegrenzer herrührenden Signale konstanter Amplitude als Trägerwelle einer Aus- gangsmodulatorstufe zugeführt werden,
und die zu über tragenden Signale als Modulationsspannung an diesem Ausgangsmodulator angelegt sind.
Wie im Hauptpatent ausführlich erklärt wurde, ist eine solche Sende-Einrichtung vorteilhaft für Rundfunk zwecke verwendbar, denn einerseits lassen die von der Sende-Einrichtung übeetragenen Signale sich in einem normalen Amplitudenmodulator mit ausgezeichneter Wiedergabequalität demodulieren und anderseits wird bei gleichbleibender Senderleistung die übertragene Lei stung der Informationssignale gegenüber der Träger wellenleistung beträchtlich gesteigert und auch eine we sentliche Bandbreite-Ersparung erzielt, da der Informa tionsinhalt der übertragenen Signale im wesentlichen in nur einem Seitenband konzentriert ist.
Es ergibt sich, dass ausserhalb des betreffenden Seitenbandes noch auf tretende Signalkomponenten dann nur mit einem be trächtlichen Abschwächungsgrad auftreten.
Die Erfindung bezweckt, diese ausserhalb des be treffenden Seitenbandes liegenden Frequenzkomponen- ten in besonders einfacher Weise noch weiter abzu- schwächen, wodurch zusammen mit einer Herabsetzung der gegenseitigen Beeinflussung benachbarter Sender auch die Wiedergabequalität verbessert wird.
Die Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch ge kennzeichnet, dass an den Eingang der Begrenzerstufe eine Korrekturvorrichtung angeschlossen ist, welche die bei Amphtudendetektion des Ausgangssignals des zwei ten Amplitudenmodulators auftretenden Verzerrungs produkte erzeugt und auf eine Trägerwelle der doppel ten Frequenz der Trägerwelle des ersten Amplituden- modulators aufmoduliert und danach diese aufmodulier- ten Verzerrungsprodukte gegenphasig mit dem Aus gangssignal des zweiten Amplitudenmodulators dem Ein gang des Begrenzers zuführt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, die sich durch einfachen Aufbau und einfache Einstellung unterscheidet, weist das Kennzeichen auf, dass die Kor rekturvorrichtung ebenfalls einen Amplitudenmodulator enthält, der ein ihm zugeführtes Einseitenbandsignal der Informationssignale mit unterdrückter oder herabgesetz ter Trägerwelle mit sich selbst moduliert, gefolgt von einem Tiefpassfilter und einem Gegentaktmodulator,
dem auch die Trägerwelle des der ersten Modulatorstufe zugehörigen Trägerwellenoszillators über einen Fre- quenzverdoppler zugeführt wird, wobei der Ausgangs kreis des Gegentaktmodulators an den Eingang des Be grenzers angeschlossen ist.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in Blockschema eine Einrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 und Fig. 3 einige Diagramme zur Erläuterung der Einrichtung nach der Erfindung, und Fig.4 eine Vereinfachung der Einrichtung nach Fig. 1.
Bei der Sende-Einrichtung nach Fig. 1 zur über- tragung von Tonsignalen, z. B. Musik- oder Gesprächs signalen im Band von 30-9000 Hz, werden von einem Mikrophon 1 herrührende Signale über ein Tiefpassfilter 2 und einen Niederfrequenzverstärker 3 einer Modulator- stufe 4 mit einem Trägerwellenoszillator 5 von z. B.
400 kHz zugeführt. Dem Ausgangskreis der Amplituden- modulatorstufe 4 wird unter Anwendung eines Filters 6, zusammen mit derTrägerwelle des im Band von 400,030 bis 4009 kHz liegende obere Seitenband entnommen.
Die hier angegebene Einseitenbandübertragung mit mitübertragener Trägerwelle bietet gegenüber der nor malen Amplitudenmodulation die Vorteile, dass bei gleichbleibender Senderleistung die Leistung der Infor mationssignale beträchtlich gesteigert werden kann, wo durch eine Frequenzersparung verwirklichbar ist, aber demgegenüber steht, dass bei Empfang der von der Sende-Einrichtung übertragenen Schwingungen in einem normalen Amplitudenmodulations-Empfänger beträcht liche Signalverzerrungen auftreten, z. B. etwa -15 dB bei einem Modulationsgrad von 0,7.
Im Hauptpatent werden diese Signalverzerrungen bei Empfang in einem normalen Amplitudenmodulations-Empfänger durch die dort angegebenen Massnahmen weitgehend herabgesetzt, so dass hier mit den obenerwähnten Vorteilen gleichzei tig eine ausgezeichnete Wiedergabequalität bei Empfang in einem normalen Amplitudenmodulations-Empfänger erzielt ist.
Zu diesem Zweck wird im Hauptpatent als erste Massnahme der Amplitudenmodulator 4 vor einem zweiten Amplitudenmodulator 9 vorgesehen, wobei das dem zuerstgenannten Amplitudenmodulator 4 entnom mene Signal als Trägerschwingung im Amplitudenmodu- lator 9 von demselben Signal als Modulationssignal amplitudenmoduliert wird, und weiterhin besitzt die Sende-Einrichtung ein Ausgangsfilter 10, das nur die im Signalband liegenden Signale beim Doppelten der Trä gerfrequenz durchlässt.
Im angegebenen Ausführungs beispiel wird dazu das dem Amplitudenmodulator 4 ent nommene Signal einerseits über die Leitung 11 als Trä gerwelle und anderseits über die Leitung 12 als Modu- lationssignal dem Amplitudenmodulator 9 zugeführt.
Besteht z. B. das Ausgangssignal des Amplituden- modulators 4 aus der Trägerwelle T mit der Amplitude 1 und der Frequenz co sowie einem Signalseitenband mit der Amplitude a und der Frequenz (c) + p), so wird dieses durch die Formel cos cot+a cos (oo+p)
t gegebene Signal im Amplitudenmodulator 9 mit sich selbst modu liert und es entsteht dadurch beim Doppelten der Trä- gerwellenfrequenz ein Signal 1/2 cos <I>2</I> cot <I>+</I> a cos (2 co + p)t + 1/2 a3 cos <I>(2</I> co + 2 p)t das vom Ausgangsfilter 10 durchgelassen wird.
Zur Illustrierung ist in Fig. 2a das Frequenzspektrum des Ausgangssignals des Amplitudenmodulators 4 und in Fig. 2b das Frequenzdiagramm des Ausgangssignals des Amplitudenmodulators 9 dargestellt, wobei wieder die Amplitude der Trägerwelle, deren Frequenz 2 co beträgt, auf den Wert 1 herabgesetzt ist.
Im Hauptpatent wurde bereits auseinandergesetzt, dass durch die angegebene, besonders einfache Mass- nahme bei Empfang von durch den Amplitudenmodula- tor 9 übertragenen Signalen in einem normalen Ampli- tudenmodulations-Empfänger die Wiedergabequalität in beträchtlichem Masse verbessert ist.
Berechnet man nämlich auf die im Hauptpatent erklärte Weise die Um hüllende des Signals nach Fig. 2b, so kann diese Um hüllende mathematisch durch die Formel 1/(1 +2a cos pt + a2 cos 2pt)2 + (2a sin pt + a2 sin 2 pt)2 dargestellt werden,
die nach Reduktion 1 + a2 + 2 a cos pt ergibt, d. h. dass bei Empfang in einem normalen Am- plitudenmodulations-Empfänger das übertragene Signal verzerrungsfrei rückgewonnen wird. Vollständigkeits halber ist in Fig. 2c das Frequenzspektrum des Umhül lungssignals veranschaulicht.
Auf diese Weise wird beim Hören der übertragenen Signale in einem normalen Amplitudenmodulations- Empfänger bereits eine wesentliche Verbesserung der Wiedergabequalität verwirklicht, aber demnach treten, obwohl in hohem Masse herabgesetzt, noch Signalver zerrungen auf, die auf Intermodulationsprodukte zurück zuführen sind, wenn mehrere Frequenzkomponenten gleichzeitig in den übertragenen Signalen vorhanden sind. Werden z.
B. zwei Komponenten mit der Ampli tude a bzw. b und der Frequenz b 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 Amphtuden- modulator 9 übertragenen Signale in einem normalen Amplitudenmodulations-Empfänger ein Verzerrungs glied lab zweiter Ordnung mit der Frequenz q-p auf tritt, welches im ungünstigsten Falle -25 dB beträgt.
Nach weiteren Massnahmen im Hauptpatent werden diese noch verbleibenden Verzerrungsprodukte dadurch weiter herabgesetzt, dass das Ausgangssignal des Am- plitudenmodulators 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 Aus- gangsmodulator 30 zugeführt wird, dessen Modulations- signal 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 Trägerwellenoszillator 5 angeschlossen, wobei das durch synchrone Demodulation erzielte Tonfrequenz signal ein Tiefpassfilter 20, einen einstellbaren Ampli- itundenregler 31 und sein einstellhares Phasendrehungs- netzwerk 32, nach erfolgter Verstärkung in einem Ver stärker 33,
als Modulationssignal dem Ausgangsmodu- lator 30 zugeführt wird. Das dem Ausgangsmodulator 30 entnommene, amplitudenmodulierte Signal wird über ein Ausgangsnetzwerk 34 von der Senderantenne 8 über tragen.
Im Ausgangsmodulator 30 wird das im Amplituden begrenzer 28 begrenzte Signal vom ursprünglichen Ton frequenzsignal moduliert, d. h. das Umhüllungssignal des vom Modulator 9 übertragenen Signals wird im Aus- gangsmodulator 30 durch das ursprüngliche Niederfre- quenzsignal 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 (siehe Fig. 2f) mit der Amplitude ab und der Frequenz 2 co - (q - p) und 2 < o + (q-p), sowie in Fig. 2f nicht dargestellte Glieder höherer Ordnung zugefügt werden, die teilweise ausser- halb des gewünschten Frequenzbandes fallen.
Abgesehen davon, dass diese ausserhalb des gewünschten Frequenz bandes liegenden Glieder höherer Ordnung eine Beein flussung benachbarter Sender verursachen, ist es für eine optimale Wiedergabequalität in einem normalen Ampli- tudenmodulations-Empfänger von besonderer Wichtig keit, diese Glieder höherer Ordnung in ihrem Pegel her abzusetzen.
Die Spektrumkomponenten innerhalb des Durchlassbandes des normalen Amplitudenmodulations- Empfängers bedingen nämlich das rückgewonnene Um hüllungssignal, das erst bei Empfang sämtlicher Spek- trumkomponenten genau dem ursprünglichen Nieder frequenzsignal entspricht.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese ausser halb des Signalbandes liegenden Komponenten höheren Ordnung auf ein Minimum herabzusetzen, und dieses Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass an den Eingang der Begrenzerstufe 28 eine zusätzliche Kor rekturvorrichtung 35 angeschlossen ist, welche die bei Amplitudenmodulation des Ausgangssignals des zweiten Amplitudenmodulators 9 auftretenden Verzerrungspro dukte, moduliert auf das Doppelte der Trägerfrequenz des an den ersten Amplitudenmodulator 4 angeschlos senen Trägerwellenoszillators 5, gegenphasig dem Ein gang des Begrenzers 28 zuführt.
Eine in der Praxis besonders interessante Korrektur vorrichtung besteht aus einem von dem zu übertragen den Signalen gespeisten Amplitudenmodulator 36 mit einem darauffolgenden Einseitenbandfilter 37 zur Er zeugung eines Einseitenbandsignals mit unterdrückter Trägerwelle, gefolgt von einem zweiten Amplituden- modulator 38, der das dem vorhergehenden Amplituden- modulator 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 Ampli- tudenmodulators, nach erfolgter Modulation in einem Gegentaktmodulator 40 mit einem Ausgangsfilter 41, auf einer dem Ausgangssignal der Modulatorstufe ent sprechenden Trägerfrequenz 2 c)
über einen einstellbaren Amplitudenregler 42 und ein einstellbares Phasen drehungsnetzwerk 43 mit der richtigen Phase und Grösse in einer Vorrichtung 44 dem Ausgangssignal des Ampli- tudenmodulators 9 zugefügt. In der angegebenen Aus führungsform beträgt die Grenzfrequenz des Tiefpass- filters 39 z.
B. 9 kHz, und der Trägerwellenoszillator 5 ist unmittelbar mit dem Amplitudenmodulator 36 und über eine Frequenzverdoppelungsvorrichtung 45 mit dem Amplitudenmodulator 40 verbunden.
Bei übertragung einer einzigen Tonfrequenz p und Amplitude a treten, wie im Vorgehenden bereits erklärt wurde, bei Empfang des Ausgangssignals des Modula- tors 9 in einem normalen Amplitudenmodulations-Emp- fänger keine Verzerrungsprodukte auf.
In diesem Falle wird diese einzige Tonfrequenz p im Amplitudenmodu- lator 36 über ein Einseitenbandfilter 37 in der Frequenz transponiert und im Amplitudenmodulator 38 mit sich selbst moduliert, woraus sich am Ausgang des Tiefpass- filters 39 eine dem Quadrat der Amplitude a des Ton frequenzsignals proportionale Gleichspannung ergibt, die im Amplitudenmodulator 40 in ein entsprechendes Trä- gerwellensignal mit der Frequenz 2 a)
umgesetzt und über den Amplitudenregler 42 und das Phasendrehungs- netzwerk 43 in der Zusammenfügungsvorrichtung 44 dem Ausgangssignal des Amplitudenmodulators 9 zuge fügt wird. Das Frequenzspektrum am Ausgang der Zu sammenfügungsvorrichtung 44 entspricht dann der Fig. 3 a und das zugehörige Frequenzspektrum des Um hüllungssignals der Fig. 3b.
Bei gleichzeitiger übertragung mehrererTonfrequen- zen, z. B. neben der Tonfrequenz p und der Amplitude a noch eine zweite Tonfrequenz q und Amplitude b, entsteht, wie in Fig. 3c dargestellt, durch Modulation mit sich selbst des erzeugten Einseitenbandsignals mit unter drückter Trägerwelle im Amplitudemnodulator 38 ein Ausgangssignal,
das aus einer der Summe der Quadrate der Amplituden a und b proportionalen Gleichspannung sowie einen Intermodulationsprodukt zweiter Ordnung besteht, das in seiner Frequenz (q - p) und in seiner Amplitude lab genau gleich dem Verzerrungsprodukt bei Empfang der Ausgangssignale des Amplitudenmodu- lators 9 in einem normalen Amplitudenmodulations- Empfänger (siehe Fig. 2e) ist.
Wird daher das im Ampli- ibudenmodulator 38 erzeugte Ausgangs;sügnal im Ampli- tudenmodulator 40 auf die Trägerfrequenz 2 co auf moduliert und über den Amplitudenregler 42 und das Phasendrehungsnetzwerk 43 gegenphasig und mit rich tiger Amplitude in der Zusammenfügungsvorrichtung 44 dem Ausgangssignal des Ampliiudenmodulators 9 zu- gefügt, so ist damit erreicht,
dass Verzerrungen bei Emp fang in einem normalen Amplitudenmodulations-Emp- fänger herabgesetzt sind. Fig.3d zeigt das Frequenz spektrum am Ausgang der Zusammenfügungsvorrich- tung 44, wobei neben dem vom Amplitudenmodulator 9 übertragenen Frequenzspektrum (siehe Fig.2d) noch zwei beiderseits der Trägerwellenschwingung liegende Seitenbandfrequenzen 2 u) - (q - p) und 2 co + (q - p) mit der Amplitude ab übertragen worden.
In der Zusammenfügungsvorrichtung 44 ist auf diese Weise ein Signal entstanden, welches nach erfolgter Be grenzung im Begrenzer 28 zum Erzeugen der Träger wellenschwingung für den Amplitudenmodulator 30 dient und bei Abwesenheit von Komponenten dritter und höherer Ordnung im Frequenzspektrum ein Umhüllungs signal hat, das bereits eine Annäherung zweiter Ordnung der zu übertragenden Tonfrequenzsignale ergibt.
Wie im Vorgehenden wird dem Umhüllungssignale im Ampli- tudenmodulator 30 genau die richtige Form gegeben, jedoch dabei tritt eine übermässige Herabsetzung des Pegels der Frequenzkomponenten der dritten und höhe ren Ordnung und demnach der ausserhalb des betref fenden 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 pro gressiver Weise mit dem Unterschied in der Form zwi schen der Umhüllenden der dem Begrenzer 38 zuge führten Signale und den ursprünglichen Tonfrequenz signalen, 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 Fre- quenzkomponenten bei 80 % Modulationsindex und einen Faktor von -50 dB gegenüber der Trägerwelle verringert.
Bei minimaler Beeinflussung benachbarter Sender unterscheidet sich die Einrichtung nach der Erfindung dadurch, dass bei Empfang in einem normalen Ampli- tudenmodulations-Empfänger eine optimale Wiedergabe qualität erreicht wird und die dabei verwendete Appara- tur sowohl in ihrem Aufbau als auch in ihrer Einstel lung sich als besonders einfach erweist.
Ausserdem bietet die angegebene Einrichtung noch die Möglichkeit, dass einerseits die Apparatur noch weiter vereinfacht werden kann, wie es anhand der Fig. 4 noch erläutert wird, und anderseits dem übertragenen Signal ein prak tisch reiner Einseitenbandcharakter gegeben werden kann.
Zu diesem Zweck wird von den beiden im Amplituden- modulator 40 erzeugten Seitenbändern 2 a-) - (q-p) und 2 + (q - p) das Seitenband 2 co - (q - p) mittels eines Filters unterdrückt und das andere Seitenband 2 (,.) + (q - p) zweimal in der Amplitude vergrössert. Auch in diesem Falle ergibt nämlich die Umhüllende der an der Zusammenfügungsvorrichtung 44 auftreten den Signale eine Annäherung zweiter Ordnung der ur sprünglichen Tonfrequenzsignale.
Fig. 4 zeigt eine Vereinfachung der Einrichtung nach Fig. 1. In diesem Beispiel ist der Amplitudenmodulator 4 als Gegentaktmodulator ausgebildet und das Ausgangs filter 46 wird von einem Einseitenbandfilter gebildet, dessen Einseitenbandsignal mit unterdrückter Träger welle dem Amplitudenmodulator 38 und unter Zwi schenschaltung einer Zusammenfügungsvorrichtung 47, an die über einen einstellbaren Amplitudenregler 48 auch der Trägerwellenoszillator 5 angeschlossen ist, dem Amplitudenmodulator 9 zugeführt wird.
So wird, genau wie bei der Einrichtung nach Fig. 1, unter Verwendung nur eines Amplitudenmodulators 4 dem Amplituden- modulator 9 ein Einseitenbandsignal mit mitübertragener Trägerwelle und dem Amplitudenmodulator 38 ein Ein seitenbandsignal mit unterdrückter Trägerwelle zuge führt, wobei die Wirkungsweise dieser Einrichtung im übrigen genau der nach Fig. 1 entspricht.
Auf diese Weise wird nicht nur der Amplituden- modulator 36 mit dem Ausgangsfilter 37 erspart, son dern auch wird erreicht, dass die den Amplitudenmodu- latoren 9, 38 zugeführten Einseitenbandsignale einander gleich sind, das für eine genaue Einstellung der Appara tur besonders wichtig ist. Schliesslich wird bemerkt, dass. es nicht unbedingt notwendig ist, dem Amplitudenmodu- lator 38 ein Einseitenbandsignal mit völlig unterdrückter Trägerwelle zuzuführen. Eine Herabsetzung der Ampli tude der durchgelassenen Trägerwelle ist bereits ge nügend.