Zusatzpatent zum Hauptpatent Nr. 414 772 Einseitenband-Sendevorrichlung zum Überragen ampfitudenmodulierter Schwingungen Das Hauptpatent betrifft eine Sendevorrichtung zum Übertragen amplitudenmodulierter Schwingungen, wo bei der Informationsinhalt praktisch nur in einem Seiten band konzentriert ist,
welche Vorrichtung mit einem durch die zu übertragenden Signale gespeisten ersten Amplitudenmodulator mit einem zugehörenden Träger- welle@noiszillator und einem Ausgangsfilter versehen ist.
Dem Amplitudenmodulator werden die Trägerfrequenz und eines der Seitenbänder zum weiteren Übertragen entnommen. In einem zweiten Amplitudenmo.dulator wird das dem ersten Amplitudenmodulator entnommene Signal mit sich selber moduliert und die Sendevorrich- tung ist weiter mit einem Ausgangsfilter versehen,
das lediglich die .doppelte Trägerfrequenz mit einem dieser zugeordneten Seitenband durrch#lä.,sst, wobei gemäss einem Ausführungsbeispiel die von dem zweiten Ampli- tudenmodulator stammenden Signale einem Amplituden- biegrenzer zugeführt werden, dessen Ausgangsisigna#le mit konstanter Amplitude als Trägerwellenschwinlgung einer Ausgangsmodulatorstufe zugeführt werden,
während die zu übertragenden Signale als Modulationsspannung die sem Ausgangsmodulator zugeführt werden.
Wie dies im Hauptpatent ausfiihrlich erläutert wird, kann eine solche Sendevorrichtung vorteilhaft für Rund funkzwecke benutzt werden, da einerseits die durch die Sendevorrichtung ausgesandten Signale in einem üblichen Amplitudenmodulator mit vorzüglicher Wiedergabe qualität detektie,rt werden können, während anderseits bei gleichbleibender Send;erledstun:
g die ausgesandte Lei stung der Informationssignale gegenüber der Trägerwel- lenleistun:g gesteigert wird und auissemdem eine erhebliche Bandbreitencrsparung erzielt wird, da der In formationsinhalt der übertragenen Signale im wesent lichen in :einem Seitenband konzentriert ist. Ausserhalb des betreffenden Seitenbandes noch ,auftretende Signal komponenten trotten dabei mit einem erheblichen Schwächungsgrad auf.
Die Erfindung bezweckt, auf besonders einfache Weise diese ausserhalb des betreffenden Seltenbandes liegenden Frequenzkomponenten noch weiter zu schwä- eben, so dass ausser einer erheblichen Verringerung des gegenseitigen Einflusses benachbarter Sender auch die Wiedergabequalität verbessert wird.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch ge- kennzeichnet, dass mindestens in einem der Kreise,
die den zur Begnenzerstufe führenden übertragungsabschnütt bilden oder in der die Modulationsspannung zum End- modulatorr führenden Leitung eine DynamikregeIvorrich- tung vorgesehen ist,
welche bei zunehmender Amplitude des zu übertragenden Signals das Verhältnis zwischen dem Modulationsgrad des dem Begrenzer zugeführten Signals und der Modulationsspannun:g des Endmodula- tors vergrössert.
Um eine optimiale Unterdrückung d er ausserhalb des betraffenden Signalbandes liegenden Frequenzkompo- nenten zu bewerkstelligen, hat die Dynamikreigelvorrich- tung vorzugsweise eine Dynamikregelkenulinie,
die bei der Amplitude a .der zu übertragenden Informiations- signale das Verhältnis zwischen dem Modulationsgrad des dem Begrenzer zugeführten Signals und der dem End- modulgor zugeführten Modulationsspannung mit dem Faktor
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oder annähernd mit dem Faktor (1-1-a2) vergrössert.
Be kanntlich soll unter dem Modulationsgrad das Verhält nis zwischen der Amplitude der Umhüllenden des der Begrenzerstufe zugeführten Signals und der Amplitude der Trägerschwingung verstanden werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform wird dadurch (gekennzeichnet, dass die Dynamikregelvor rich- tung in dem Kreisdes erstem Amplitudenmodulators an- geordnet ist.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachtstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung. Die Fig. 2 und 3 zeigen einige Diagramme zur Er- läuterung der Vorrichtung nach der Erfindung und Fig. 4 zeigt ein Detailschaltbild der Dynamikregel- vorrichtung.
Bai der in Fig. 1 dargestellten Sendevorrichtung zum Übertragen von Musik- oder Gesprächssignalen indem Band von 30 -bis 9000 Hz werden einem Mikrophon 1 entstammende Signale über ein Tiefbandfilter 2 und einen Niederfrequenzverstärker 3 einer Modulatorstufe 4 mit einem Trägerwelleno.szillator 5 von z.
B. 400 kHz zugeführt. Dem Ausgangskreis der Ampl!itud:enmodula- tionsstufe 4 wird unter Anwendung eines Filters gemen- sam mit der Trägerfrequenz das obere Seitenband zwi- sehen 400,030 und 4009 kHz entnommen.
Die dargestellte Einseitenbandübertragung mit der mitgesandten Trägerwellenschwingung weist im Ver gleich zu der üblichen Amplitudenmodulation die Vor teile .auf, dass bei gleichbleibender Senderleistung die Leistung der Informationssignale erheblich gesteigert werden kann und dass dabei an Bandbreite gespart wer den kann.
Demgegenüber treten beim Empfang der von der Sendevorrichtung ausgesandten Schwingungen :in einem üblichen Amplitudenmodulationsempfänger er hebliche Signalverzerrungen :auf, z.
B. bei einem Modu- lationsgrad von 0,7 -15 dB. Gemäss dem Hauptpatent werden diese Signalverzerrungen beim Empfang in einem üblichen Amplitudzmnodulatio.nsempfänger durch die angegebenen Massnahmen weitgehend verringert,
so dass die vorerwähnten Vorteile sich mit der vorzüglichen Wiedergabequalität beim Empfang in einem üblichen Amplitudenmodulationsempfänger vereinigen.
Zu diesem Zweck wird im durch eine erste Massnahme ein zweiter Amplitudenmodulator 9 nach dem ersten vorgesehen, wobei im Amplituden- modulator 9 das dem ersten Amplitudenmodulator 4 entnommene Signal als Trägerschw :
ingung durch dieses Signal als Modulattionssignal in der Amplitude modu- liert wird, während die Sendevorrichtung Weiter ein Aus gangsfilter 10 enthält,
das lediglich die im Signalband bei der doppelten Trägerfrequenz liegenden Signale durchlässt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird zu diesem Zweck das dem Amplitudenmodulator 4 entnommene Signal einerseits über die Leitung 11 als Trägerschwingung und anderseits über ,
die Leitung 12 als Modulationssignal dem Amplitudenmodulator 9 zu- geführt.
Besteht z. B. das Ausgangssignal des Amplituden- modulators 4 aus der Trägerwelle T der Amplitude 1 und der Frequenz o) und einem Signalseiitenband mit der Amplitude a und der Frequenz (w+p), so wird dieses durch die Formel cos o)
t+a cos (w+p)t angegebene Signal in dem Amphtudenmo!dulator 9 mit sich selber moduliert, so dass bei oder doppelten Trägerfrequenz ein Signal
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entsteht,
das von dem Ausgangsfilter 10 durchgelassen wird. Zur Veranschaulichung ist in Fig.2a das Fre- quenzspektrum des Ausgangssignals des Amplituden- modulators 4 dargestellt und Fig. 2b zeigt das Frequenz diagramm des Ausgangssignals des Amplitudenmodula- tors 9, wobei wieder die Amplitude der Trägerfrequenz 2w auf den Wert 1 herabgesetzt ist.
Im Hauptpatent wurde .bereits erläuterst, dass durch die angegebene, besonders einfache Massnahme beim Empfang der vom Amplitudenmodulator 9 :ausgesandten Signale in einem üblichen Amplitudenmodulationsemp- fänger die Wiedergabequalität erheblich verbessert wird.
Wird .auf diese Weise des Hauptpatentes die Umhüllende des in Fig. 2b angedeuteten Signals berechnet, so kann diese mathematisch durch die Formel:
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ausgedrückt werden, die nach Reduktion liefert: 1+a=+2a cos pt, d. h. beim Empfang in einem üblichen Amplituden- modaulationsempfänger wird das .ausgesandte Signal ver- zerrungsfrei zurückgewonnen. Vollständigkeitshalber :ist in Fig. 2c das Frequenzspektrum des Umhüllungssignals dargestellt.
Auf diese Weise wird bei der Wiedergabe der ausge sandten Signale durch einen üblichen Amplitudenmodu- lationsempfänger bereits :eine erhebliche Verbesserung der Wiedergabequalität erzielt, aber es ergibt sich, dass trotz erheblich verringerter Signalverzerrungen Störun gen auftreten können, die auf Intermodu;
lationsprodukte zurückzuführen .sind, wenn mehrere Frequenzkomponen- ten gleichzeitig in :den übertragenen Signalen vorhanden sind. Der Verzerrurigspegelbeiträgt z.
B. im ungünstig sten Falle -25 dB. Selbstverständlich ist der mittlere Verzerrungspegel erheblich geringer als dieses theore tische Maximum, das nur unter besonderen Verhältnis- sen auftritt.
Entsprechend einer weiteren Massnahme nach dem Hauptpatent werden diese verbleibenden Verzerrungs produkte weiter herabgemindert, indem das Ausgangs signal des Amplitudenmoidulators 9 in einem Ampli- tudenbegrenzer 28 auf einen konstanten Wert begrenzt wird,
RTI ID="0002.0234" WI="12" HE="4" LX="1239" LY="1480"> welches begrenzte Signal konstanter Amplitude nach Verstärkung in einem Versstärker 29 als Träger schwingung einem Endmodulator 30 zugeführt wird, des sen Modulationssignal durch :
das zu übertragende Nie- derfrequenzsignal gebildet wird, das einem an die Modu- latorstufe 4 .angeschlossenen Synchrondemodulator 19 entnommen wird.
Für die Synchrondemo,dulation ist an ,den Demedulator 19 der Trägerwellenoszillato:r 5 an geschlossen, wobei das durch Synchrondemodula;tion er haltene Niederfrequenzsignal über ein Tiefpas;
sfilter 20, einen einstellbaren Amplitudenregler 31 und ein einstell bares Phasendrehungsnetzwerk 32 nach Verstärkung in einem Verstärker 33 als Moduliationssignal dem End- mo,dulator 30 zugeführt wird.
Das dem Endmodulator 30 entnommene, amplitudenmodulierte Signal wird über ein Aw gangsnetzwerk 34 durch die Sendeantenne 8 ausgesandt. Zur Veranschaulichung ist in Fig. 2d das durch die Begrenzung des in Fig. 2b :
dargestellten Signals erhaltene Frequenzspektntmangedeutet, das sich mathematisch auf verhältnismässig einfache Weise errechnen lässt. Bei Modulation dieses Signals durch das zugehörende um- hüllende Signal muss wieder das für den Amplituden modulator 9 in Fg. 2b serhaltene Frequenzspektrurn er zielt werden.
Wird das im Amplitudenbegrenzer 28 begrenzte Signal durch das ursprüngliche Niederfrequenzsignal im Endmodulato:
r 30 moduliert, d. h. dass umhüllende Signal des durch den Modulator 9 ausgesandten Signals durch das ursprüngliche Signal ersetzt, so wird durch Demodu- lation der durch die Antenne 8 ausgesandten Signale in einem üblichen Amplitudenmodulationsempfänger, der auch das umhüllende Signal wiedergibt, praktisch das ursprüngliche Niederfrequenzsignal zurückgewonnen.
Dabei wird der Einseitenbandcharakter der ausgesandten Signale im wesentlichen beibehalten, da die Umhüllende des Ausgangssign:als :des Amplitudenmodulators 9 an sich :bereits eine sehr gute Annäherung des ursprüng lichen Niederfrequenzsignal.s bildet. Ausserhalb des ge wünschten Frequenzbandes, insbesondere auf der Seite des unterdrücktem Signalseitenbandes, d. h. in diesem Beispiel auf de:r linken Seite :
der Trägerschwingung T, treten, o@bglench erheblich geschwächt, noch uner wünschte Frequenzkomponenten auf. Der Gesarntpe:gel dieser unerwMschten Frequenzko@mponenten beträgt z. B. -25 dB.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese ausser- halb des Signalbandes liegenden Frequenzkomponenten weiter herabzusetzen, was dadurch bewerkstelligt wird, dass in dem Krens des Amplitudenmodu.lators 4 eine Dynamikregelvorrichtuin!g 35 vorgesehen wird,
die bei zunehmender Signalamplitude a eine Vergrösserung des Modulationsgrades .des demAmplitudenmodulator 4 ent nommenen Einseitenbandsignals mit der mitgesandten Trägerwelle bewerkstelligt.
Um auf einfache Weise d lese Vergrösserung des Mo- dulations:grades bei zunehmender Signalamplitude a zu bewerkstelligen, enthält der Amplitudemno:dulator 4 für die Erzeugung des Einseitenbands!ignales mit mitgesand- ter Trägerwelle einen mit Trägerwellenuiterdrückung arbeitenden Gegentaktmodulato:
r 36 mit darin unschlies- sendem Einseitenbandfilter 6 und eine Addierstufe 37, welcher die Trägerwellenschwinguig über :die Leitung 3 8 und das -Signalseitsnband vorn Filter 6 über die Dyna- m:ikregelvorrichtung 35 zugeführt wird.
Die. Dynamik- regelvorrichtung 35 enthält .einen als veränderliches Dämpfungsneitzwerk ausgebildeten Dyna:m:ikregler 39 und einen Dynamikspannun!gsigleichrichter 40 und ein zugehöriges Glättunigsfilter 41 zum Erzeugen seiner Dy- namikregelspannung zur Steuerung des Dynammkre@glers 39 in Abhängigkeit von de!r Signalamplitude :a.
Es wird insbesondere eine optimale Unterdrückung der ausser halb des Signalbandes liegenden Frequenzkomponenten erzielt, wenn :die Dynamikregelkenilini'e in Abhängigkeit von der Signalamplitude .a :gemäss der Funktion (1 +a2) verläuft.
Wenn dieser Vorrichtung ein Eingangssignal mit der Frequenz p und der Amplitude a zugeführt wird, so ent steht durch Einseitenbaidmodulation in dem Eins:eiten- bandmo!duilator 36,6 ein Signalseitenband mit der Form a cos(co+p):t, :
das dem Dynamikregler 39 zugeführt wird, wo es gemäss der Dynamikreigelkennlinie (1 +a2) in der Amplitude vergrössert wird. Es entsteht somit am Aus gangskreis der Dynamikregelvonrichtung 35 ein Siignal- seitenband a (1 +-a2)
cos pt. In der Addierstufe 37 wird zur weiteren Verarbeitung in !der Sendevorrichtung das so erhaltene Signalseitemband mit der Trägerwelle cos asst mit der Amplitude 1 zusammengefügt, wobei das Fre- quenzdiagram:
m des der Addierstufe 37 entnommenen Signals in Fig. 3 a :dargestellt ist.
Im Vergleich zu. dementsprechenden Signal in Fig. 2a der Sendevorrichtung nach Odem Hauptpatent unterschei det sieh die vorliegende Vorrichtung dadurch, dass der Amplitudenwert a in Fig. 2a durch den Amplitudenw ert a(1 +a1) in Mg.
3a ersetzt ist. Auf Grund der Fig. 2'b und 2c kann man somit ,direkt die entsprechenden Fre- quenzdiagramme :ableiten, indem jeweils die Grösse a in den Fig. 2b und 2c :durch die Grösse a(1 +a2) ersetzt wird. Fig. 3<B>b</B> zeigt insbesondere :
das Aus@gangs!sign.al des Amplitudenmodulators 9 und Fig. 3c :das Ausgangssignal des Begrenzers 28 und :die in Fig. 3c angedeuteten Am- plitudenwerte hl, b2, b3, b4, . . . mit der Amplitude a des Ausgangssignals gemäss den Funktionen:
bl=-a+3a5+3a7+a9 b2 = a2 + a4 - 3a9 - Gas - 4a19 - a12 b3 = -a3 - 2a5 + 2a7 + 9a9 + 10a11 + 5a13 + a15 b4=a4+3a9-11al9-19a12-15a14-ba1e-als zusammenhängen.
Auf die im Hauptpatent angegebene Weise wird das begrenzte Einseitenbands:ignal als Trägzrwellenschwnn- gung im Endmodulator 30 :durch das ursprüngliche Ni - derfrequenzsignal in der Amplitude moduliert, wobei die Amplitudenmodulation des begrenzten Einseite:iband- signals mit der in Fig. 3c :
dargestellten Frequenzkenn- line die auffällige Wirkung hat, dass in den durch die Sendeantenne 8 .ausgesandten Signalen die ausserhalb des Signalbandes liegenden unerwünschten Frequenz komponenten nicht auftreten. Infolge der Modulations- gradvergrösserung -durch die Dynamikregelvorrichtung 35 wird gerade der funktionelle Zusammenhang der Spektrumkompo:nenten :des begrenzten Eins:eiLnb:
and- signals gegenüber der Amplitude a des ursprünglichen zu übemtragenden Signals erhalten, so :dass :durch die Mo- dul:ation im Endmodulator 30 alle ausserhalb des Signal bandes liegenden, unerwünschten Spektrumkompo:nente:n unterdrückt werden, was sich durch Errechnung und experimentell nachweisen lässt.
Statt der Modulationsgradvergrösserung durch Dyna- mikvergrös;serung des Signalseitenbandes mit :dem Fak- tor (1-1-a2) kann der Dynarnikrelgler auch in die Träger wellenleitung 38 eingefügt werden, um :
die Trägerwellen- amplituden umgekehrt proportional zum Faktor (1-1-a2) zu regeln, da dann das Verhältnis zwischen dem Signal- seiteiiband und der Trägerwellenamplitude und :somit der Modulations:index,gleich bleiben. Nicht nur auf die dar gestellte Weise durch Aufnahme der Dynamikre;gelvor- richtung :in den Kreis :
des Amplitudenmodulators 4, son dern auch durch Modulationsgradvergrösserung des Ausgangssignals :des Arnpilitudenmodulators 9, z. B. durch Amplitudenregelung der Trä;gerwellenampltude oder :durch Aufnahme der Dynam:ikregelvorrichtun!g in :
die die Modulationsspannung führende Leitung nach dem End- madulator 30, kann die verlangte Wirkung erzielt wer den.
Bei :a:11 diesen Ausführungsformen ist :es ;stets kenn- zeichnend, dass mindestens in :
einem der Kreise, die durch den nach hem Begrenzer 28 führenden Kreis und die Modulationsspannung führende Leitung nach dem Endmodulator 30 @gebildet werden, eine Dynamikregel- vorrichtung vorgeisehen ist, :die bei zunehmender Signal- amplitude des zu übertragenden Signals :das Verhältnis zwischen dem Modulationsgrad :
des dem Begrenzer 28 zugeführten Signals und der Modulationsspannung -des Endmodulators 30 vergrössert. Bei all @diesen Ausfüh- rungsformen wird aus technischen Gründen bevorzugt, die Dynamikregelvorrichitung in den Kreis :des Ampli- tudemnodulators 4 einzufügen, :
da .einerseits im Ver- gleich mit einer Modulationsigradvergrösserung des Aus- gangssignals des Amplitudenmo:dulators 9 die verwen- dete Apparatur in der Ausführung und dem Aufbau er heblich einfacher :ist, während im Vergleich zu der Auf nahme der Dynamikregelvorrichtun;
g in die Modulations- spannung führende Leitung nachdem Endmodulatorr 30 die Übertragungsqualität bei der Wiedergabe in einem üblichen Amplitudenmodulationsempfänger erheblich verbessert wird, da die Umhüllende der durch die Sende- antenne 8 ausgesandten Signale, die bei Amplituden- modulation zurückgewonnen wird, keinen Einfluss hat.
Es ergibt sich sogar, idass bei Aufnahme der Dynamik- re:gelvorrichtung in den Kreisdes Amplitudenmodulators 4 eine Verbesserung der Wiedergabequalität erzielt wird, da alle Frequenzkomponenten, welche gemeinsam das wiedergegebene Signal kennzeichnen, :
innerhalb des Signalbandes liegen, so dass eine Unterdrückung der ausserhalb des Signalbandes liegenden, unerwünschten Frequenzkomponente sich mit einer Verbesserung der Wiedergabequalität vereinigt.
Fig. 4 zeigt vereinzelt eine in der Praxis bewährte Dynamikregelvorrichtung, die in Fig. 1 in einem Block schaltbild dargestellt ist.
In dieser Vorrichtung wird das dem Ge;gentaktmodu- lator 36 entnommene Signalseitenband über die Ein gangsklemmen 4.2, 43 einem als Verstärker geschalteten Transistor 44 zugeführt, wobei zur weiteren Verarbei tung, des Ausgangssignals des Transistors 44 das Signal sowohl einem in dem Kolle;ktorkreis liegenden Wider stand 43 als auch einem in dem Emitterkreis liegenden 'Widerstand 46 entnommen wird.
Das dem Kollektorkreis -des Transistors 44 entnom mene Signal wird über einen Kondensator 47 der Basis elektrode eines als Gleichrichter geschalteten Transistors 48 zugeführt, wobei die Grösse des dem Transistor 48 zugeführten Signals durch Einstellung des Kollektor widerstandes 45 des Transistors 44 eingestellt werden kann.
Im Kolle:ktorkreisdes Transistors 48, der aus der durch einen Kondensator 51 überbrückten Re:ihensch.a1- tung -eines Widerstandes 52, eines stromabhängigen Widerstandes 53 und eines Widerstandes 54 besteht, fliesst somit ein Gleichstrom, dessen Grösse durch die Amplitude des dem Transistor 48 zugeführten Signals bedingt wird. Der Kondensator 51 mit den Widerständen 52, 53 und 54 bildet :das Glättungsfilter des als Gleich richter geschaltetenTransistors 48.Das betreffende Netz werk hat z.
B. eine Zeitkonstante von 10 msec.
Zur Dynamikregelung wird das dem Widerstand 46 des Transistors 4.4 entnommene Signal über einen Trenn kondensator 55 dem Verbindungspunkt .des Widerstan des 52 und des stromabhängigen Widerstandes 53 zuge führt und das Ausgangssignal der Dynam:ikregelvorrich- tung wird den Ausgangsklemmen 56, 57 entnommen, von denen die Klemme 56 über einen Trennkondensator 58 mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes 57 und des stromabhängigen Widerstandes 53 verbunden :ist, während die Klemme 57 geerdet ist.
Der .stromabhängige Widerstand 53 bildet mit denn Widerstand 54 einen ein stellbaren Spannungsteiler, dessen Teilverhältnis in Ab hängigkeit von der Amplitude des Eingangssignals ge ändert wird.
Wenn z. B. das den Klemmen 42, 43 zugeführte Signalseitenhand eine grössere Amplitude annimmt, wird die Grösse des stromabhängigen Widerstandes 53 durch die Zunahme des durch den Kollektorkreis :des Transi stors 48 fliessenden Gleichstroms abnehmen, so :
dass das Teilverhältnis des Spannungsteilers 53, 54 bei zuneh mender Amplitude des Signalseitembandes zunimmt, wo durch die gewünschteAmplitudenvergrösserung desAus- gangssignaJs der Dynamikregelvorrichtung bewerkstelligt wird.
Das angegebene, besonders .einfache Netzwerk 52, 53, 54 ergab eine gute Annäherung der gewünschten Amplitudenvergrösserung mit dem Faktor (1-1-a2), und es wurde eine Unterdrückung der ausserhalb des Signal- bandes liegenden Frequenzkomponenten von 40 dB ge messen.
Es .sei schliesslich noch bemerkt, dass die Dynamik- regelvorrichtung auch anders ausgebildet sein kann. Es können z. B. Röhren mit veränderlicher Steilheit oder durch Gleichrichter gebildete veränderliche Dämpfungs- widerstände benutzt werden.