CS269977B2 - Modulator with one sideband - Google Patents

Description

Vynález se týká modulátoru s jedním postranním pásmem s fázovým děličem, který rozštěpuje modulující vstupní signál ve více složkových signálů, které mají navzájem pevný fázový vztah 360°/m, kde m & 2 celočíselné· * z knihy Příručka vysokofrekvenční techniky/ autor H· Meinke a F.W.Gundl^ch, vydalo nakladatelství Springer-Verla Berlin/Heidelberg/New York 1968 str. 1323 až 1325 je znám modulátor s jedním postranním pásmem pro velký kmitočtový rozsah nosného kmitočtu a 11roké nízkofrekvenční pásmo, u kterého jsou pro oba kmitočtové* rozsahy uspořádány fázové děliče, které vytvářejí o 90° fázově posunuté složkové signály·. Tyto složkové signály jsou přiváděny dvěma kruhovým modulátorům, které řídí tři koncové zesilující elektronky. Nevýhodné přitom je to, že jsou potřebné tři elektronky, které se musí provozovat v jejich lineárním rozsahu, to znamená v A nebo В provozu.

Z evropského pat. spisu č. 112 410 je dále znám takový modulátor s jedním postranním pásmem, který vytváří signál postranního pásma malého výkonu a tento signál potom rozkládá v modulátorový amplitudový signál a v modulátorový fázový signál.

Amplitudový signál se potom výkonově zesílí, například pomocí číslicového spínacího zesilovače a fázový signál se převede do požadovaného kmitočtového rozsahu. Takto zpracované signály se nakonec přivedou к jediné vysokovýkonové vysílací elektronce, kde se opět spojí v jeden signál postranního pásma.

Nevýhodou přitom jsou vysoké náklady, které je třeba vynaložit nejprve na generování úplného signálu jednostranného pásma a potom opět na jeho rozložení.

Okolem vynálezu tudíž je, vytvořit modulátor s jedním postranním pásmem, který dodává přímo amplitudové a fázové signály bez toho, že by se musel nejdříve vytvořit oklikou signál jednostranného pásma a nato by se musel rozložit.

Tento úkol se u modulátoru s jedním postranním pásmem shora uvedeného druhu řeší * podle vynálezu tím, že sestává z Hilbertova transformátoru s jedním vstupem a dvěma výstupy, z amplitudového šumátoru se dvěma vstupy a jedním výstupem, z cyklického spínače se čtyřmi vstupy a jedním výstupem, z děličky se dvěma vstupy a jedním výstupem a z pásmové propusti s jedním vstupem a jedním výstupem, přičemž vstup Hilbertova transformátoru je spojen se vstupem modulátoru s jedním postranním pásmem, první výstup Hilbertova transformátoru· jé spojen s prvním vstupem amplitudového sumátoru a dvěma vstupy cyklického spínače, druhý výstup Hilbertova transformátoru je spojen s druhým vstupem amplitudového sumátoru a s druhými dvěma vstupy cyklického spínače, výstup amplitudového sumátoru je spojen s prvním výstupem modulátoru s jedním, postranním pásmem a s prvním vstupem děličky, výstup cyklického spínače je spojen s druhým vstupem děličky, výstup děličky je spojen se vstupem pásmové propusti, a výstup pásmové propusti je spojen s druhým výstupem * modulátoru 8 jedním postranním pásmem.

Dalším význakem vynálezu je, že přídavně na výstup Hilbertova transformátoru je připojen součtový člen.

Rozvinutí vynálezu spočívá rovněž v tom, že přídavně na vstup Hilbertova transformátoru je připojen součtový člen. .

Posledním význakem vynálezu pak je, že je vytvořen jako číslicový a na jeho vstup je připojen analogo-číslicový převodník.

Výhodnost řešení podle vynálezu spočívá v tom, že v rozsahu malých signálů odpadají nákladné a často chybně pracující stupně pro tvoření a rozkládání signálu postranního pásma. Další výhodou je, že stávající rozhlasové vysílače je možno s modulátorem s jedním postranním pásmem podle vynálezu velmi lehce přestavět a nastavit na.provoz s jedním postranním pásmem a že modulátor s jedním postranním pásmem podle vynálezu se může jednoduchým způsobem vyrobit v číslicové verzi.

CS 269 977 B2

Další výhoda u řešení podle vynálezu spočívá v tom, že s použitím modulačního spínacího zesilovače s pulzní stupňovou modulací může se u rozhlasového vysílače dosáhnout vysoký stupeň účinnost u modulátoru a také zlepšené celkové účinnosti u modulace s jedním postranním pásmem. Protože modulační spínací zesilovač vykazuje daleko menší ztráty nežli srovnatelná modulační elektronka, dostává se vysoká celková účinnost vysílače. Zvýšené náklady na obvodovou techniku pro modulační spínací zesilovač se rychle vrátí v důsledku nepatrné spotřeby proudu. Modulační spínací zesilovač je prostorově nenáročný a má nepatrné provozní náklady, neboť odpadají náklady na výměrnu elektronek.

Vynález bude v dalším textu blíže vysvětlen na příkladech provedení, znázorněných na připojených výkresech. '

Na obr. 1 je znázorněn modulátor* s jedním postranním pásmem.

Na obr. 2 je znázorněno zjednodušené principielní schéma rozhlasového vysílače s jedním modulátorem s jedním postranním pásmem podle obr. 1 v číslicové verzi.

Na obr. 3 je znázorněno zjednodušené principielní schéma rozhlasového vysílače s modulátorem s jedním postranním pásmem podle obr. 1 v analogovém provedení.

Na obr. 1 má modulátor^ s jedním postranním pásmem první vstup 2 pro modulující nízkofrekvenční signál, resp. vstupní signál _N_, který je závislý na čase t a součtový člen _4, kterému je přes druhý vstup 3 přiváděn zbytkový nosný signál _R^.

Výstup součtového členu j4 je spojen se vstupem fázového oddělovače resp. Hilbertova transformátoru _5, který rozštěpuje vstupní signál ve více složkových signálů, které mají navzájem pevný fázový vztah. Ve znázorněném příkladu se vstupní signál N, z důvodu přehlednosti bez zbytkového nosného signálu_R^, štěpí ve dva o 90° fázově posunuté složkové signály, x(t) - n(t) . sin γ (t) a y(t) - n(t) . cos φ (t) , jejichž součet odpovídá původnímu signálu N (t). Přitom je n(t) vrcholová hodnota a C (t) fázový úhel x(t), Hilbertovy transformátory jsou známy z: Electronic Design 19/ září 13, 1976, str. 90 - 94 a z AEU - Archiv fúr Elektronik und Uebertragungstechnik 36 (1982) sešit 7/8 str. 304 až 310.

Složkový signál x se přivádí součtovému vstupu součtového členu 6 a složkový signál у součtovému vstupu dalšího součtového členu _7. Druhému součtovému vstupu součtového členu 6 se přivádí zbytkový nosný signál _R₂ a druhému součtovému vstupu součtového členu 7 se přivádí zbytkový nosný signál . ·

Zbytkové nosné signály,_R₂, jsou konstantní. Jestliže se zbytkový nosný signál JR| přivede prostřednictvím součtového členu 4 nízkofrekvenčnímu vstupnímu signálu N(t), pak součtové členy 6 a 7 odpadají. Na druhé straně postačí, jestliže se zbytkový nosný signál_R₂ přivede jen jednomu složkovému signálu, například x, prostřednictvím součtového Členu 6,potom může součtový Člen 4 a případně také součtový Člen_7 odpadnout.

Součtový člen 6 dodává na svém výstupu součtový signál X(t) = x(t) + R₂, který se přivede prvnímu vstupu amplitudového sumátoru 8. Součtový.člen 7 dodává na výstupu součtový signál Y(t) = y(t) + R^, který se přivede třetímu vstupu amplitudového sunátoru 8. V amplitudovém sumátoru 8 se vstupní signály X(t) a Y(t) umocňují na druhou, tyto mocniny se sčítají a ze součtu mocnin se zjišťují kořeny, resp. zjištuje odmocnina, takže na výstupu amplitudového sumátoru 8 a současně na prvním výstupu 9 modulátoru 1 s jed-

7,^ 2 ním postranním pásmem je к dispozici modulátorový amplitudový signál Z(t) =/X (T)+Y (tl, který nevykazuje fázový podíl.

Součtový signál X je dále přiváděn jednak přímo spínacímu kontaktu 13 cyklického spínače 16 a jednak prostřednictvím invertoru 10 spínacímu kontaktu 15 cyklického spínače 16,

CS 269 977 B2 •3 přičemž spínací kontakt 15 je vůči spínacímu kontaktu 13 přesazen o 180°.

Součtový signál Y je dále jednak přímo spojen se spínacím kontaktem 12 cyklického spínače 16 a jednak přes invertor 11 se spínacím kontaktem 14 cyklického spínače 16, přičemž spínací kontakt 14 je vůči spínacímu kontaktu 12 přesazen o 180° a spínací kontakt 12 je oproti spínacímu kontaktu 13 přesazen o 90°.

Šipkou P naznačené spojení spínacího kontaktu 13 s výstupem 161 cyklického spínače 16 rotuje při použití dolního postranního pásma ve smyslu hodinových ruček, to znamená, že výstup 161 se postupně spojuje se spínacími kontakty 12, 15, 14, 13, 12 atd. Při použití horního postranního pásma rotuje spínací spojení proti smyslu hodinových ruček navzájem za sebou přes spínací kontakty 14, 15, 12 atd. Rotační frekvence je rovna taktovací frekvenci f_T « 100 kHz, odpovídající 4-násobku kruhového kmitočtu nosného signálu s nosným kmitočtem« 25 kHz. Cyklický spínač 16 je elektronický spínač bez rotačních částí. Touto rotační frekvencí se dostane na výstupu 161, za předpokladu, žé nebyl přiřazen žádný zbytkový nosný signál_R^, nebo nebo_R^, vzorkovací signál n(t^) . cos (wt.+ y(tp H přičemž znaménko > platí pro horní postranní pásmo a znaménko - pro dolní.

Za předpokladu: Rj » O, t O, = O platí pro horní postranní pásmo a spínací kontakty 12 až 14;

12; n(t^) . cos Y (t_x) + 0 = n(tp . cos (tp + R₂ . sin (0) tj> , 13; n(t₂) . sin^ítp + R₂ = n(t₂) . sin γ (t₂) + R₂ . sin (Wt₂), 14; -n(t₃) . cos γ (t^) + 0 = -nít^) . cos ψ (t^) + Rj · ^s^ⁿ (tot3). 15; -n(t4) . sint^(t4) - R2 ^s ~n(t4) . sinY<t₄) + R₂ . sin (Ц) t₄> = n(t^) . cos (6U t^ + (t^) ) + R₂ . sin (Wt.),

Právě uvedené rovnice jsou lehce srozumitelné, jestliže se za t^ postupně dosazují hodnoty 0, i/ / 2, Ή a 3 /2.

Vzorkovací signál na výstupu cyklického spínače 16 se přivede obvodu pro tvoření podílu, resp. děličce 17 jako dělenec a modulátorový amplitudový signál Z(t) z výstupu amplitudového sumátoru_8_ jako dělitel. Na výstupu děličky 17 dostane se podílový signál, který je fázově a nikoliv amplitudově závislý = cos ((Vtjiyttp.

časově diskrétní výstupní signál děličky 17 se přivádí pásmové propusti 18, na jejímž výstupu a tím i na druhém výstupu 19 modulátoru 1 s jedním postranním pásmem je nepřerušovaný modulátorový fázový signál, přičemž nežádoucí vedlejší kmitočty se odfiltrují pásmovou propustí 18. Pásmová propusť 18 je dimenzovaná pro 75 kHz, to znamená obrazová vzhledem к 50 kHz (Nyquistův kmitočet ke kmitočtu nosného signálu 25 kHz).

Důležité je, aby modulátor s jedním postranním pásmem vytvářel z nízkofrekvenčního signálu okamžitý vysokofrekvenční fázový signál a okamžitou amplitudovou hodnotu tak, že součin obou těchto signálů vytváří s jedním postranním pásmem modulovaný signál. Součin se vytváří ve vysokofrekvenčním koncovém stupni, přičemž všechny z amplitudové modulace známé způsoby jsou použitelné,jako anodová modulace, mřížková modulace, a pod. Modulátor se může vytvořit na analogovém nebo číslicovém principu. Také jsou možná směšovací řešení se současným použitím analogové nebo číslicové techniky.

Obr. 2 ukazuje použití modulátoru s jedním postranním pásmem ve vysoce výkonovém rozhlasovém vysílači, přičemž z důvodu přehlednosti jsou znázorněny pouze komponenty podstatné pro připojení modulátoru s jedním postranním pásmem.

Analogo-číslicový převodník 20 je provozován s taktovacím kmitočtem^ = 100 kílz. Prostřednictvím vstupu 2 je přiváděn analogo-číslicovému převodníku 20 nízkofrekvenční signál _N, jeho výstup je spojen se vstupem modulátoru 1 s jedním postranním pásmem,

CS 269 977 B2 vytvořený na bázi číslicové odpovídající obr. 1» kterému je přiváděn vstupní číslicový signál. Na výstupech Hilbertova transformátoru 5 je každých 10 ^s к dispozici nová hodnotová dvojice. Veškeré výpočty během jedné snímací periody IO^lls se musí provádět s přesností 12 bitů a používají se jako číslicové konstrukční prvky signálových procesorů.

U provedení vysoce výkonového rozhlasového vysílače podle obr. 3 je modulátor 1 s jedním postranním pásmem vytvořen analogovým způsobem, to je analogovou obvodovou technikou. Vstupní signál N a také výstupní signály modulátoru 1 s jedním postranním pásmem jsou analogová napětí. Převod do číslicové formy pro číslicově-analogový převodník 21 provedený jako spínací zesilovač s pulsní stupňovou modulací se provádí za modulátorem 1 s jedním postranním pásmem prostřednictvím analogově-číslicového převodníku 20.

Modulátorový amplitudový signál Z může se místo na anodu 23 vysokofrekvenční koncové elektronky přivádět také na další mřížku, například na stínící mřížku elektronek. Modulátorový fázový signál na druhém výstupu 19 modulátoru s jedním postranním pásmem může se místo se řídicí mřížkou elektronek 26 vysokofrekvenčního koncového stupně také spojit s jejich katodou. Pásmová propust může se místo v modulátoru 1 s jedním postranním pásmem také integrovat v kmitočtovém převodníku 25. Konečně v modulátoru 1 s jedním postranním pásmem může odpadnout dělička 17, přičemž vzorkovací signál použitý pro fázovou modulaci vykazuje amplitudovou složku.

Claims (4)

1. Modulátor s jedním postranním pásmem se vstupem pro modulující vstupní signál, s prvním výstupem pro modulátorový amplitudový signál a s druhým výstupem pro modulátorový fázový signál, vyznačující se tím, že sestává z Hilbertova transformátoru (5) s jedním vstupem a dvěma výstupy, z amplitudového sumátoru (8) se dvěma vstupy a jedním výstupem, z cyklického spínače (16) se čtyřmi vstupy a jedním výstupem, z děličky (17) se dvěma vstupy a jedním výstupem a z pásmové propusti (18) s jedním vstupem a jedním výstupem, přičemž vstup Hilbertova transformátoru (5) je spojen se vstupem modulátoru (1) s jedním postranním pásmem, první výstup Hilbertova transformátoru (5) je spojen s prvním vstupem amplitudového sumátoru (8) a dvěma vstupy cyklického spínače (16) , druhý výstup Hilbertova transformátoru (5) je spojen s druhým vstupem amplitudového sumátoru (8) a s druhými dvěma vstupy cyklického spínače (16), výstup amplitudového sumátoru (8) je spojen s prvním výstupem (9) modulátoru (1) s jedním postranním pásmem a s prvním vstupem děličky (17), výstup cyklického spínače (16) je spojen s druhým vstupem děličky (17), výstup děličky (17) je spojen se vstupem pásmové propusti (18), a výstup pásmové propusti (18) je spojen s druhým výstupem (19) modulátoru (1) s jedním postranním pásmem.

2. Modulátor s jedním postranním pásmem podle bodu 1, vyznačující se tím, že přídavně na výstup Hilbertova transformátoru (5) je připojen součtový člen (6, 7).

3. Modulátor s jedním postranním pásmem podle bodu 1, vyznačující se tím, že přídavně na vstup Hilbertova transformátoru (5) je připojen součtový člen (4).

4. Modulátor s jedním postranním pásmem podle bodu 1, vyznačující se tím, že je vytvořen jako číslicový a na jeho vstup je připojen analogo-číslicový převodník (20).