DE1207455B - Modulationsschaltungsanordnung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03c

Deutsche KL: 21 a4-14/01

Nummer: 1207455

Aktenzeichen: A 38911IX d/21 a4

Anmeldetag: 1. Dezember 1961

Auslegetag: 23. Dezember 1965

Die Erfindung bezieht auf sich Modulationsanordnungen zur Frequenzumsetzung von Wechselstromsignalen und betrifft insbesondere solche Anordnungen, welche das sogenannte Phasenverschiebungsverfahren bei der Einseitenbanderzeugung verwenden.

Bei Betrachtung von Modulationsanordnungen im allgemeinen ergibt sich, daß ein Signal, welches frequenzumgesetzt werden soll, üblicherweise ein solches mit relativ großer Bandbreite ist und als Summe einer Vielzahl von unterschiedlichen Frequenzkomponenten dargestellt werden kann (z. B. Hörfrequenzkomponenten der Sprache), die jeweils ihre eigenen Amplituden, Frequenzen und Phasenwinkel besitzen. Es ist daher, genau genommen, unrichtig, von der Amplitude, der Frequenz oder der Phasenlage des Signals als einem Ganzen zu sprechen. Bei den Anordnungen, auf die sich die Erfindung bezieht, sind die Phasen- und Amplitudenverhältnisse der einzelnen Frequenzkomponenten jedoch von Bedeutung, so daß es bei Verwendung einer strikt genauen Ausdrucksweise notwendig sein würde, jedesmal die Phasenlage und die Amplitude jeder einzelnen Frequenzkomponente in Betracht zu ziehen. Um die nachfolgende Beschreibung zu vereinfachen, sind die Phase, die Frequenz und die Amplitude des Wechselstromsignals in bestimmten Fällen so in Betracht zu ziehen bzw. zu werden, als ob das Signal nur eine einzige Frequenzkomponente enthalten würde. Es ist aber offensichtlich, daß das wirkliche Signal irgendeine beliebige Anzahl solcher einzelnen Frequenzkomponenten innerhalb eines bestimmten Bandes enthalten kann. Diese Vereinfachung ist deswegen gerechtfertigt, weil bei einem Modulationsvorgang, welcher ein Wechselstromsignal und eine Trägerschwingung betrifft, jede Frequenzkomponente des Wechselstromsignals der Wirkung nach die Trägerschwingung individuell moduliert. Darüber hinaus wird in der nachfolgenden Beschreibung eine Trägerschwingung so behandelt, als sei sie die Schwingung einer einzelnen Frequenz. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Trägerschwingung in Wirklichkeit sehr wohl andere Frequenzkomponenten enthalten kann, z. B. harmonische Komponenten der Trägergrundfrequenz, und der Ausdruck »Trägerschwingung« ist daher dementsprechend auszulegen oder zu werten.

Grundsätzlich betrachtet, waren zur Erzeugung eines Einseitenbandsignals nach der »Phasenmethode« oder entsprechend dem Verfahren der Phasenverschiebung bisher zwei getrennte, gleichzeitige Modulationsvorgänge mit nachfolgender additiver oder subtraktiver Kombination der Modulationsprodukte oder -ergebnisse notwendig, um ein resultierendes Signal Modulationsschaltungsanordnung

Anmelder:

Associated Electrical Industries Limited,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:

Wolja Saraga, Orpington, Kent (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:
an Großbritannien vom 2. Dezember 1960 (41 574)

entsprechend der erwünschten Summe oder Differenz zu erzeugen. Kombinations- oder Überlagerungsschaltungen zur Durchführung einer derartigen additiven oder subtraktiven Kombination sind allgemein bekannt und können beispielsweise Reihen- oder Parallelanordnungen sein, je nachdem, wie die Modulationsprodukte auf der Grundlage von Strom oder Spannung überlagert sein sollen, oder auch Gabelübertrager sowie auch Summierverstärker wie bei Analogrechnern sein.

Zum Beispiel sei das Verfahren der Phasenverschiebung zur Einseitenbanderzeugung betrachtet, wie es bei einer bekannten Phasenmodulationsanordnung benutzt wird, die beispielsweise bei Trägerfrequenz-Nachrichtensystemen Verwendung finden kann: Bei dieser Modulationsanordnung wird ein in seiner Frequenz umzusetzendes Wechselstromsignal in zwei verschiedenen Phasenlagen nach entsprechend angepaßten bzw. abgestimmten Modulatoren übermittelt und in ihnen mit einer Trägerschwingung moduliert, die den beiden Modulatoren ebenfalls in unterschiedlichen Phasenlagen zugeführt wird. Das Modulationsprodukt bzw. der Modulationsausgang aus jedem Modulator enthält sowohl obere als auch untere Seitenbandsignale mit Frequenzkomponenten, die mit symmetrischem Abstand um die Frequenz der Trägerschwingungen gelegen sind, und im Idealfall besitzen die von dem einen Modulator erzeugten

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oberen und unteren Seitenbandsignale Komponenten verschiebungsmethode erzeugt werden kann und in mit Frequenzen, welche mit den von dem anderen der Ausgangsgröße der Vervielfacherschaltung entModulator erzeugten Frequenzen übereinstimmen. halten ist.

Die Amplituden der — und die Phasendifferenz Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie zwischen den — beiden phasenverschobenen Wechsel- 5 beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen erläutert,

stromsignale(n) auf der einen Seite und die Amplituden und zwar zeigt

und die Phasenverschiebung zwischen den beiden F i g. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten Modu-

phasenverschobenen Trägerschwingungen auf der lationsanordnung für das Verfahren der Phasenver-

anderen Seite werden in geeigneter Weise aufeinander Schiebung,

abgestimmt, so daß die entsprechenden Seitenband- io F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Modulationssignale in den beiden Modulationsprodukten wechsel- anordnung nach der Erfindung,
seitig derartige Phasenlagen besitzen, daß sich bei F i g. 3 ein Schaltbild eines sogenannten symmeadditiver oder subtraktiver Kombination der beiden trischen Vervielfachers, der sich zur Anwendung in Modulationsgrößen in einer Kombinationsschaltung der erfindungsgemäßen Anordnung nach F i g. 2 die Auslöschung des einen Seitenbandsignals ergibt, 15 eignet, während

das somit unterdrückt wird, sowie die Verstärkung F i g. 4 ein Schaltbild einer möglichen weiteren

des anderen Seitenbandsignals. Die Faktoren oder Ausführungsform eines symmetrischen Vervielfachers

Einflußgrößen zur Bestimmung der genauen Be- darstellt.

Ziehung zwischen Amplitude und den Phasen der Die in F i g. 1 dargestellte Modulationsanordnung Wechselstromsignale und der Trägerschwingungen 20 enthält drei Phasenschiebernetzwerke PSl, PSl und sind allgemein bekannt. In der Praxis ist es üblicher- PC, zwei Modulatoren MX und Ml und eine Komweise wünschenswert, daß die beiden Wechselstrom- binationsschaltung SPM. Ein Wechselstromsignal S signale und in gleicher Weise die beiden Träger- mit den Frequenzkomponenten /_x... f_n wird gleichschwingungen eine Phasenverschiebung von 90° auf- zeitig den beiden Phasenschiebern PSl und PSl zuweisen, jedoch kann bei bestimmten Ausnahme- 25 geführt, die in Abhängigkeit davon jeweils entfallen eine Abweichung von dieser 90°-Phasenbe- sprechende phasenverschobene Ausgangssignale 51 Ziehung zwischen den beiden Wechselstromsignalen und Sl erzeugen. Es sei angenommen, daß die Schaldadurch kompensiert werden, daß die Amplitude der tungen PSl und PSl so ausgelegt sind, daß alle beiden Trägerschwingungen sowie die Phasendifferenz Frequenzkomponenten der Signale Sl und 52 anzwischen ihnen, oder umgekehrt, in geeigneter Weise 30 nähernd um 90° phasenverschoben sind, so daß sich verändert werden. Ein Beispiel für diesen Vorgang das Signal 5 in üblicher Weise durch die folgende wird im Laufe der Beschreibung gegeben. Beziehung oder Gleichung darstellen läßt:

Aus dem Vorstehenden läßt sich erkennen, daß bei

den bekannten Modulationsanordnungen nach dem k=n

Phasenverschiebungsverfahren der Wirkungsgrad der 35 5 = ^ au cos (pk t + ßk),

Unterdrückung des unerwünschten Seitenbandsignals "=i

von der Genauigkeit der Amplituden- und der Phasen- _k=n

beziehungen der Frequenzkomponenten in den Modula- si = 'S) at cos (cokt + ßk + Yk),

tionsgrößen der beiden Modulatoren abhängt: Daher λ=ι

sind sowohl bei den beiden angepaßten oder abge- 40 und

stimmten Modulatoren als auch bei den beiden &=_n / _π\

Phasenschiebern eine präzise Abstimmungs- sowie 52 = ^Tafccosjeüjji + ßk + 7* )>

Verstellmöglichkeit und schließlich eine lang an- ^=¹ V 2 /

dauernde Stabilität erforderlich. _fc=n

Die Erfindung schafft eine neuartige Modulations- 45 = ^ an sin (cok t + ßk + y»),
anordnung nach dem Verfahren der Phasenverschie- *=i
bung und umgeht die Notwendigkeit von zwei angepaßten bzw. abgestimmten Modulatoren. ,. ,/ Jt\,.j , ,. ,, . ,
^P Eine nach dem Verfahren der Phasenverschiebung ^Wobei Y* ^und (» ~T) ^{die durch die Netzwerke}
arbeitende Modulationsanordnung enthält gemäß der 50 bzw. P52 am Signal erzeugten Phasenverschiebungen Erfindung zwei Kombinationsschaltungen, die jeweils sind.

verschiedene Phasenlagen eines bezüglich seiner Fre- Das Signal 51 wird dem Modulator Ml zusammen quenz umzusetzenden Wechselstromsignals zur addi- mit einer Trägerschwingung C einer einzigen Fretiven oder subtraktiven, wie jeweils erforderlich, quenz/₀ übermittelt, während das Signal 52 dem Überlagerung mit einer Trägerschwingung zugeführt 55 anderen Modulator Ml zusammen mit einer Trägererhalten können, die ebenfalls den beiden Kombina- schwingung Cl zugeführt wird, wie sie von dem tionsschaltungen in entsprechenden unterschiedlichen Phasenschieber PC erzeugt wird, wobei
Phasenlagen übermittelt wird, ferner eine Multipli- r — r\ — r ein _m *,,^ r*> r nn*,t t
kationsschaltung, um die resultierenden Kombina-

tionssignale aus den Kombinationsschaltungen ge- 60 ist, d. h., die Trägerschwingung Cl besitzt die gleiche

meinsam zu vervielfachen, wobei die Amplituden der Frequenz und Amplitude wie die Trägerschwingung Cl,

beiden phasenverschobenen Wechselstromsignale und ist jedoch um 90° phasenverschoben,

die Phasendifferenz zwischen ihnen auf der einen Wenn man annimmt, daß die Modulatoren Ml und

Seite und die Amplituden der phasenverschobenen Ml einfache Vervielfacher sind, dann ist die jeweilige

Trägerschwingungen und die Phasendifferenz zwischen 65 Ausgangsgröße proportional dem Produkt des zuge-

diesen Schwingungen auf der anderen Seite eine führten Signals (51 oder 52) und der Trägerschwin-

solche Beziehung aufweisen, daß ein einzelnes oberes gung (Cl oder C2). (In der Praxis werden Produkte

oder unteres Seitenbandsignal mittels der Phasen- oder Ausgänge höherer Ordnung erzeugt.)

Unter Vernachlässigung der Proportionalitätskonstanten nimmt das Ausgangssignal (Tl) aus dem Modulator Ml folgende Form an:

Tl = 51 Cl = C₀ JT — a_k{sin [(co₀ + ω*) t + ß_k + y_k\ + sin [K -co_k)t - ß_k- _yic]},

k=l 2

und das Ausgangssignal (Tl) aus dem Modulator Ml liegt folgendermaßen vor:

Tl = Sl Cl = C₀ JT — flfcjsin [K + ω*) ί + /9* + y*] - sin [(o»₀ - ω*) / - jff* - y*]}.

*=1 2

Es ergibt sich aus den beiden Gleichungen, daß »Multiplikator« (im nachfolgenden »Multiplikator« beide der Ausgangssignale Tl und Tl beide Seiten- genannt) bezeichnet werden und ist in Fig. 3, wie bänder enthalten oder aufweisen. Die oberen Seiten- auch in F i g. 4, dargestellt und soll im nachfolgenden bänder erscheinen in Tl und Tl jedoch in Phase, erläutert werden.

während die unteren Seitenbänder in entgegenge- ao Das erforderliche Ausgangssignal aus der Schal· setzter Phase auftreten. Somit enthält die Summe der tungAf ist SlCl + SlCl (oberes Seitenband) oder Ausgangssignale Tl und Tl nur das obere Seitenband 51Cl — S2C2 (unteres Seitenband) und entsteht auf mit den Frequenzkomponenten (Z₀ + Z₁)... (Z₀ +/n), folgende Weise. Zunächst werden die Signale und die Differenz enthält nur das untere Seitenband χ = (51 + Cl) und y = (Sl + Cl) durch einfache mit den Frequenzkomponenten (J₀ — /_x)... (J₀ — f_n), 35 Addition von 51 und Cl und von 52 und Cl, wie so daß als resultierendes Ausgangssignal ein einzelnes bereits erklärt, gebildet, worauf diese beiden Signale Seitenband bzw. ein resultierendes Einzelband-Aus- der Schaltung M zugeführt werden. Wenn man der gangssignal erzielt werden kann, wenn man die Einfachheit halber annimmt, daß die Vervielfacher-Ausgangssignale Tl und Tl in der Kombinations- konstante k — l ist, entsteht aus der Schaltung M schaltung SPM additiv oder subtraktiv kombiniert. 30 ein Ausgangssignal, das sich folgendermaßen dar-

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß das untere stellen läßt:
Seitenband durch (51Cl — 52C2) und das obere

Seitenband durch (51 Cl + 52C2) dargestellt werden __ _ „

kann. Dementsprechend werden weitere, in dieser z = xy = (Sl + Cl) (Sl + Cl) - (Cl C2 + 5152) Beschreibung zu betrachtende Gleichungen, in denen 35 + (51C2 + 52 C2) .

die Signale und Trägerschwingungen Cl, 51, C2
und 52 enthalten sind, in ähnlicher Weise wiedergegeben, und zwar in den Fällen, in denen es über- Die letzten beiden Ausdrücke (51Cl + 52 C2) der flüssig ist, ihre Cosinus- und Sinusfunktionen zu Gleichung stellen das obere Seitenbandsignal dar, wiederholen. 4° aber falls das Vorzeichen von nur einem der Signale

In der in F i g. 2 dargestellten erfindungsgemäßen oder Trägerschwingungen 51, 52, Cl oder C2 um-Modulationsanordnung wird das Signal 5 gleich- gekehrt wird (beispielsweise durch Umkehrung der zeitig, wie zuvor, den beiden Phasenschiebern P51 Polarität bei der Übermittlung nach den Eingangsund P52 zugeführt. In diesem Fall wird jedoch das klemmen der entsprechenden Kombinationsschaltung von der Schaltung P51 erzeugte Ausgangssignal 51 45 oder wenn in der Schaltung eine Phasenumkehrung einer Kombinationsschaltung 5Pl zugeführt, in der vorgenommen wird), dann nimmt ζ folgende Form an: es mit der Trägerschwingung C2 additiv überlagert

wird, wobei die Schaltung 5Pl ein resultierendes ζ — ± (Cl C2 — 5152) ± (51Cl — 52C2),

Kombinationssignal proportional zu (51 + C2) liefert. In gleicher Weise wird das von der Schaltung P52 5° wobei die Vorzeichen vor den Klammern nicht noterzeugte Signal 52 einer Kombinationsschaltung 5P2 wendigerweise übereinstimmen müssen und die beiden zugeführt, in der es mit der Träger spannung Cl letzten Ausdrücke (51Cl — 52 C2) jetzt das untere additiv überlagert wird, wobei die Schaltung 5P2 ein Seitenbandsignal darstellen.

resultierendes Kombinationssignal proportional zu Die ersten beiden Ausdrücke in den beiden oben

(52 + Cl) liefert. Die beiden resultierenden Signale 55 aufgeführten Gleichungen für ζ entsprechen uner-(51 + C2) und (52 + Cl) werden einer Signal- wünschten Signalen, die unterdrückt werden sollen, vervielfacher- oder Multiplikatorschaltung M züge- Die Unterdrückung kann durch verhältnismäßig führt, die, damit die Erfindung zur Wirkung kommt, einfache Filter geschehen (die in F i g. 2 bei F darim wesentlichen ein reiner Vervielfacher sein muß, gestellt sind), da die höchste Frequenz des mit 5152 d. h., die Schaltung M muß so arbeiten, daß in Ab- 60 bezeichneten Signals If_n ist und da Cl C2 eine Einzelhängigkeit von den zugeführten Eingangssignalen frequenzkomponente der Frequenz 2/₀ darstellt. Der χ und y ein Ausgangssignal ζ = kxy erzeugt wird oder die erforderlichen Filter müssen sämtliche (wobei k eine Vervielfacherkonstante der Schaltung Frequenzen unterhalb If_n wie auch die Einzelist), wobei dieses Ausgangssignal unverändert bleibt, frequenz 2/₀ unterdrücken, während ein Bandpaß von falls die Eingangssignale χ und y bezüglich ihrer Zu- 65 (J₀ + Z₁) bis (/₀ + /») oder von (J₀ — f_t) bis (J₀ — f_n) führungspunkte in der Schaltung vertauscht werden. entsprechend dem als Ausgangssignal erforderlichen Eine Vervielfacherschaltung, die diesen Bedingungen Seitenband geschaffen wird. Die Unterdrückung genügt, kann als »symmetrischer Vervielfacher« oder der Einzelfrequenz 2/„ kann durch eine einfache

Kristall- bzw. Quarzsiebschaltung herbeigeführt dem Modulator Ml anstatt dem Modulator Ml und

werden. das Signal 52 dem Modulator Ml anstatt dem Modu-

Bei Umkehrung der bekannten, mit einer Phasen- lator Ml zugeführt wird, die Ausgangsgröße (Tl)

verschiebung von 90° arbeitenden Modulations- aus dem Modulator Ml folgender Gleichung ent-

anordnung nach Fig. 1 wird, wenn das Signal Sl 5 sprechen:

n = S2Cl = C₀§ —e*{-cos[(e»_e + a)*)i + /8jt + y*] + cos[(e)₀-a)t)i-/9*-y*]},
*=i 2

und die Ausgangsgröße (Tl) aus dem Modulator Ml entspricht folgender Gleichung:

Tl = SlCl = C₀ J - a_k{cos [(a»₀ + ω*) t + ßu + γ*] + cos [(ω₀ - (o_k) t - ß_k - y*])}.
*=i 2

Wie zuvor, enthalten die Ausgangssignale Π und Tl kehrt könnte ein einzelner Phasenschieber verwendet beide Seitenbänder, in diesem Fall jedoch enthält werden, beispielsweise, wie er in der USA.-Patentdie Summe nur das untere Seitenband, das durch 20 schrift 2 726 368 oder in »A Quadrature Network for (SlCl+ SlCl) wiedergegeben werden kann, und Generating Vestigial-Sideband Signals«, Proc. I.E.E., ihre Differenzgröße enthält nur das obere Seitenband, Vol. 107 (Mai I960), Part B, auf den Seiten 253 bis 260 das durch den Ausdruck (52Cl — SlCl) wieder- beschrieben wird, um die in einer Phasenverschiebung gegeben werden kann. von 90° zueinander liegenden Breitbandsignale 51 und

Um entsprechende Seitenbandausgangssignale mit 25 52 zu erzeugen. Wo zwei Phasenschieber entsprechend der in F i g. 2 dargestellten Anordnung nach der P51 und PSl vorgesehen sind, können sie den Aufbau Erfindung zu erzielen, wird das Signal 51 mit der annehmen, wie er z. B. in »The Design of Wideband Trägerschwingung Cl in einer der Kombinations- Phase Splitting Networks«, Proc. I. R. E., Juli 1950, schaltungen 5Pl oder 5P2 additiv überlagert, um S. 754 bis 770 (W. S a r a g a), oder in »Realization of ein Signal χ = (51 + Cl) zu erzeugen, während das 30 a Constant Phase Difference« (S. D a r 1 i η g t ο η), Signal 52 mit der Trägerschwingung C2 in der »Bell System Technical Journal«, 29,1950, beschrieben anderen Kombinationsschaltung additiv überlagert ist.

wird, um ein Signal y = (Sl + C2) zu bilden. In Obwohl in der vorangehenden Beschreibung um 90°

diesem Fall ist das aus der Schaltung M erzielte phasenverschobene Signale (51 und 52) und um 90° Ausgangssignal ζ in folgender Form vorhanden: ₃₅ phasenverschobene Trägerschwingungen (Cl und C2)

vorausgesetzt worden sind, ist es bekannt, daß bei

ζ = xy = (Sl + Cl) (52 + C2) = (Cl C2 + 5152) Phasenschieber-Modulationsanordnungen eine Abweichung von der Phasendifferenz von 90° zwischen den

+ (52C1 + 51C2), beiden Trägerschwingungen dadurch kompensiert 40 werden kann, daß eine entsprechende Abweichung

wobei der Ausdruck (52C1 + 51C2) das untere von der Phasendifferenz von 90° zwischen den beiden Seitenband darstellt. Eine Umkehrung des Vor- Signalen erzeugt wird, oder umgekehrt. Eine solche zeichens von nur einem der Signale oder der Träger- Abweichung oder Verschiebung ist in gleicher Weise schwingungen 51, 52, Cl und C2 ergibt wie zuvor im Fall der vorliegenden Erfindung anwendbar, was den Ausdruck ±(52 Cl — 51C2), der das obere 45 ^im nachfolgenden behandelt werden soll.
Seitenband darstellt. Es läßt sich erkennen, daß die Es seien wiederum die unteren und oberen Seitenden unerwünschten Signalen entsprechenden Aus- bandsignale (51Cl — 52C2) und (51Cl — 52C2) drücke oder Größen, die unterdrückt werden sollen, betrachtet, von denen das eine oder das andere durch die gleichen sind wie die in dem Ausgangssignal_z, die Anordnung nach Fig. 2 erzeugt werden soll; welches in dem ersten Beispiel erzielt worden ist. 50 im Idealfall liegen die Signale 51, 52 und die Träger-

Für sowohl die bekannte Modulationsanordnung schwingungen Cl und C2 zueinander in einer Phasennach Fig. 1 als auch die Modulationsanordnung verschiebung von 90°:
nach der Erfindung entsprechend F i g. 2 ist ausgeführt oder dargelegt worden, daß die Trägerschwin- 51 = cos oi_kt, Cl = sin co₀t,
gung C2 mit einer Phasenverschiebung von 90° be- 55 .

züglich der Trägerschwingung C von dem einzelnen ^^{2 = sm mkt}> ^{C2 = cos ω}°⁽·

Phasenschieber PC erzeugt wird, im Vergleich zu den

beiden Phasenschiebern P51 und P52, welche die Falls einer vereinfachten Darstellung halber ange-

um 90° phasenverschobenen Signale 51 und 52 durch nommen wird, daß das Signal 5 ein Einzelfrequenz-Phasenspaltung des Wechselstrombreitbandsignals 5 60 signal ist und seine Amplitude und die Amplitude der erzeugen. Dies wäre eine üblichere Anordnung, da, Trägerschwingung C Eins betragen und die Phasenwie allgemein bekannt ist, zur Erzeugung einer winkel ß_k und yje vernachlässigt werden (oder als Null Phasendifferenz für eine einzelne Frequenz nur ein betrachtet werden), dann wird
relativ einfacher Phasenschieber notwendig ist, aber es
ist auch in Erwägung zu ziehen, daß zwei Phasen- 65 ^_{1 ηΛ} , ?.,•-.<, -!„r,*

1 · 1 iij 1 « 1· ·, ' OlOlTuiLi — bin (COn

schieber verwendet werden konnten, um die mit einer

Phasenverschiebung von 90° zueinander liegenden ^uni*

Trägerschwingungen Cl und C2 zu erzeugen; umge- 51Cl — 52C2 = sin (ω₀ —

Falls nur Trägerschwingungen der Form sind die oberen Seitenbandsignale doch dadurch

erzielbar, daß

und

_ _ ^ai — ^az

cos σ
Cl = C₂ cos ((O₀1 + ö) 5

gemacht wird und Sl und S2 durch
verfügbar sind, wobei _{sr = cos (ω& t ψ ό) und S2}> _{= sin} ^ _t

ί 4= -(- ^ηπ ersetzt wird, wobei das negative Vorzeichen (—) in

2 ίο der Gleichung für Sl' auftritt, falls das obere Seitenband gewünscht wird, und das positive Zeichen (+) (wobei η jede ganze Zahl einschließlich Null sein kann), auftritt, falls das untere Seitenband gewünscht wird.

In diesem Fall besteht folgende Beziehung:

Sl'Cl' ± S2'C2' = [smtu₀rcos(<yjfci T S) ± cos(co₀i + <

[sin (O₀1 (cos (oje t cos δ ± sin cot t sin δ)

cos (5
+ cos O)₀ 1 cos δ sin ωκ t ^f- sin ω₀1 sin δ sin a>ic t].

Es ergibt sich wie gewünscht: 25 impedanz wesentlich höher ist und darüber hinaus mit

ansteigender Frequenz zunimmt, so daß bei Übermitt-

Sl'cr ± S2'C2 = sin ω_οί cos m^t ± cos co₀1 sin ω^ t lung konstanter Spannung nach dem Wicklungseingang

= sin (ω t ± £0fc) t. das ^von dem Wicklungskreis erzeugte magnetische

Feld bei ansteigender Frequenz ebenfalls abnimmt.

Die vorangehende Ausführung gilt auch für be- 3o Dieser Schwierigkeit am Wicklungseingang könnte

kannte Phasenschiebermodulationsanordnungen. jedoch in bekannter Weise durch Zwischenschalten

In F ig. 3 ist eine symmetrische Multiplikations- geeigneter Verlängerungsleitungen oder mittels Verschaltung angegeben, die sich zur Verwendung als Stärkereinrichtungen abgeholfen werden, um eine Schaltung M in F i g. 2 eignet; sie ist im wesentlichen konstante Eingangsimpedanz zu erzielen, oder durch ein Dioden-Ringmodulator mit vier Dioden dl bis d4 35 Speisung des Wicklungseingangs von einer Strom- und ist, um seine Symmetrie zum Ausdruck zu bringen, konstanthaltevorrichtung, beispielsweise von einer in Ringschaltung dargestellt. Im Idealfall sollten die Pentode oder einem Transistor mit geerdeter Basis. Dioden dl bis d4 einander völlig gleich sein, und diese Die Schwierigkeit könnte ferner dadurch überwunden Bedingung läßt sich durch sorgsame Auswahl der werden, daß entweder am Wicklungs- oder Blatt-Dioden angenähert erreichen. Beim Betrieb der Schal- 40 eingang oder an allen beiden Eingängen Schaltungen tung werden Eingangssignale χ und y dem Diodenring zur Amplituden- und Phasenabgleichung vorgesehen durch die Eingangstransformatoren Tl bzw. Tl zu- werden, die den Multiplikator, mit oder ohne Pufferung geführt und resultieren in einem Signal ζ = kxy, das oder konstanter Stromzuführung am Wicklungsanden Mittelanzapfungen der Transformatorsekundär- eingang, symmetrisch machen,
wicklungen abnehmbar ist. Eine vollständige Beschrei- 45 Eine symmetrische Multiplikationsschaltung mit bung einer derartigen Diodenringschaltung, die als zwei Hallmultiplikatoren ist in F i g. 4 gezeigt. Bei »Vier-Quadranten-Multiplikator« verwendet wird, ist dieser Darstellung sind zwei im wesentlichen gleiche in »Review of Scientific Instruments«, November 1959, Hallmultiplikatoren MxI und MxI mit ihren Wickauf den Seiten 1009 bis 1011 gegeben. Zur Ausführung lungs- und Blatteingangskreisen kreuzweise in Reihe der Erfindung kann auch jede andere Art von symme- 50 geschaltet, um zwei resultierende Eingangskreise zu irischen Vervielfacherschaltungen Anwendung finden, bilden, die gleiche Eingangsimpedanzen und Frequenzwobeiais weiteres Ausführungsbeispiel eine Elektronen- eigenschaften aufweisen. In Abhängigkeit von den strahlröhre zur Vier-Quadranten-Multiplikation ver- Eingangssignalen χ und y in Form von Strömen, die wendet werden kann. Eine Beschreibung einer in dieser den beiden resultierenden Eingangskreisen zugeführt Weise verwendeten Elektronenstrahlröhre wird in 55 werden, erzeugt die Multiplikatorschaltung ein Signal- »Review of Scientific Instruments«, März 1954, auf produkt ζ in einem Ausgangskreis, der durch die den Seiten 280 bis 294 gegeben. Kombination der Plattenausgangskreise der beiden

Es ist ferner in Betracht gezogen worden, daß eine Hallmultiplikatoren in Reihe (wie dargestellt) oder symmetrische Multiplikationsschaltung zur Ausfüh- auf beliebige andere Art gebildet wird. Dieses Prinzip rung der Erfindung einen oder zwei Hallmultiplika- 60 der Über-Kreuz-Verbindung der Eingangskreise der toren enthalten kann. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen beiden Hallmultiplikatoren, um für den symmetrischen und vom Gesichtspunkt der Stabilität her würde ein Multiplikator als Ganzes resultierende Eingangskreise einziger Hallmultiplikator vorzuziehen sein, jedoch mit gleichen Impedanzen und Frequenzeigenschaften würde dieser nicht den an einen symmetrischen Multi- für Eingangssignale zu errichten, kann auch bei plikator zu stellenden Anforderungen genügen, da 65 anderen Arten von asymmetrischen Multiplikatoren auf der einen Seite seine Blatteingangsimpedanz angewendet werden, wobei diese paarweise als eine relativ niedrig und frequenzunabhängig ist, während einzige Einheit für erfindungsgemäße Anwendungsauf der anderen Seite seine Wicklungseingangs- fälle dienen können. Es sei darauf hingewiesen, daß

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die einzelnen Eingangskreise der asymmetrischen Multiplikatorschaltung in gleicher Weise parallel oder auf andere Art miteinander verbunden werden können, vorausgesetzt, daß die beiden resultierenden Eingangskreise im wesentlichen gleich sind.

Obwohl in der vorangehenden Beschreibung nur die Erzeugung eines einzelnen Seitenbandes betrachtet worden ist, ist es möglich, das Verfahren der Phasenverschiebung für gleichzeitige Erzeugung eines Zweikanalsignals mit oberen und unteren Seitenbändern zu verwenden, welche unterschiedliche Nachrichten übertragen. Ein solcher Zweikanalbetrieb bietet in der Praxis viele Vorteile, da er die Erzeugung zweier unabhängiger Seitenbänder durch eine einzige Phasenschieber- und Modulationsanordnung ermöglicht; wie dies bezüglich der bekannten Phasenschiebermodulationsanordnung nach F i g. 1 erreicht wird, geht im einzelnen aus »The phase-shift method of single sideband signal generation«, Proc. I. R. E., Vol. 44, Nr. 12, Dezember 1956, S. 1718, hervor.

Der Zweikanalbetrieb läßt sich entsprechend mit einer Phasenschiebermodulationsanordnung nach der Erfindung erzielen. Im Fall einer Einzelseitenbanderzeugung erhält man das obere oder das untere Seitenband, wie schon beschrieben, in Abhängigkeit von der Polarität der Signale und der Trägerschwingungen Sl, S2, Cl und Cl. Bei Zuführung von +Sl und — Sl oder —SI und +Sl (anstatt von +Sl und +Sl) in die Kombinationsschaltungen SPl und SPl würde ein Wechsel zwischen oberen und unteren Seitenbändern auftreten. Wenn daher zusätzlich zu den Signalen Sl und Sl ein zweites unabhängiges Signal S' ebenfalls den Kombinationsschaltungen SPl und SP2 als Signale +S'l und — S'l oder —SI und +S'l zugeführt wird, ergibt sich somit am Ausgang der Modulationsanordnung eine Art eines Seitenbandes (das obere oder das untere) für das Signal S und das gegenüberliegende Seitenband für das Signal S'. Zweckmäßigerweise können diese Signale +S'l und — S'l oder —S'l und +S'l dadurch erzeugt werden, daß das Signal S' direkt einem der Phasenschieber PSl oder PS2 und in Gegenphase, d. h. mit 180°-Phasenverschiebung, dem anderen Phasenschieber zugeführt wird, während das ursprüngliche Signal S in gleicher Phasenlage an beide Schaltungen gelangt. Damit werden die Netzwerke PSl und PS2 für beide Signale verwendet, alternativ könnten jedoch, falls erforderlich, besondere Phasenschieber für das Signal S' vorgesehen werden.

Claims (12)

50 Patentansprüche:

1. Modulationsschaltungsanordnung mit zwei Kombinationsschaltungen, denen ein Wechselstromsignal, das frequenzumgesetzt werden soll, mit unterschiedlichen Phasenlagen sowie eine Trägerschwingung, ebenfalls mit verschiedenen Phasenlagen, zugeführt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kombinationsschaltung die beiden zugeführten Signale je nach Bedarf entweder additiv oder subtraktiv überlagert, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Kombinationssignale aus den Kombinationsschaltungen zusammen zu multiplizieren, und daß einerseits die Amplituden der beiden phasenverschobenen Wechselstromsignale und die Phasendifferenz zwischen ihnen und andererseits die Amplituden der und die Phasendifferenz zwischen den beiden phasenverschobenen Trägerschwingungen eine geeignete Beziehung zueinander zur Erzeugung eines einzigen (oberen oder unteren) Seitenbandsignals nach der Phasenmethode aufweisen, wobei solch ein Seitenbandsignal dem Ausgang der Multiplikationsschaltung entnommen wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die. eine Phasenverschiebung von annähernd 90° zwischen den beiden phasenverschobenen Wechselstromsignalen und den beiden phasenverschobenen Trägerschwingungen erzeugen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikationseinrichtung eine symmetrische Multiplikationsschaltung nach Art eines Diodenringmodulators ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikationseinrichtung eine Elektronenstrahlröhre zur Multiplikation in vier Quadranten ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikationseinrichtung ein einzelner Hallmultiplikator für symmetrische Multiplikation ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abgleichung der Impedanz- und Frequenzeigenschaften der Blatt- und Wieklungseingänge des Hallmultiplikators der Wicklungseingang geeignete Puffereinrichtungen aufweist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abgleichung der Impedanz- und Frequenzeigenschaften der Blatt- und Wicklungseingänge des Hallmultiplikators der Wicklungseingang von einer konstanten Stromquelle gespeist werden kann.

8. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß entweder an dem Wicklungs- oder dem Blatteingang oder auch an beiden Eingängen des Hallmultiplikators Amplituden- und Phasenausgleichsschaltungen vorgesehen sind.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikationseinrichtung zwei im wesentlichen gleiche Hallmultiplikatoren enthält, die eine einzelne symmetrische Multiplikationsschaltung bilden, und daß ihre Wicklungs- und Blatteingangskreise in Reihe über Kreuz oder parallel verbunden sind, um zwei resultierende Eingangskreise mit gleichen Eingangsimpedanzen und Frequenzeigenschaften zu bilden.

10. Modulationsschaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Phasenschieber zur Erzeugung von zwei um 90° verschobenen Signalphasen (Sl und S2) eines ersten frequenzzuübertragenden Wechselstromsignals (S) und zwei um 90° verschobenen Signalphasen (+S'l und —S'2) eines zweiten frequenzzuübertragenden Wechselstromsignals (S'), zwei Überlagerungsschaltungen, die je so eingerichtet sind, daß ihnen eine um 90° verschobene Signalphase (Cl oder Cl) einer Trägeroszillation (C) übermittelt werden kann, sowie eine der Signalphasen (Sl und S2) und eine der Signalphasen (+S'l und —S'2), wobei jede Überlagerungsschaltung

wirksam ist, um additiv und subtraktiv die ihr übermittelten Signalphasen zu überlagern, um ein sich daraus ergebendes Überlagerungssignal zu erzeugen, zusammen mit einer Vorrichtung zum Multiplizieren dieser sich ergebenden Kornbinationssignale von den beiden Überlagerungsschaltungen her zur Erzeugung eines Ausgangssignals, welches die eine Art eines Seitenbandes (des oberen oder des unteren) für das Signal (S) und das entgegengesetzte Seitenband für das Signal (S') enthält.

11. Modulationsschaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber zwei Phasenschiebernetzwerke zur

Erzeugung der Signalphasen (51 und 52) und (+5'I und — 5'2) aufweist, für welchen Zweck das erste Wechselstromsignal (5) in der gleichen Phase beiden Netzwerken und das zweite Wechselstromsignal (5') dem einen der Netzwerke in Gegenphase relativ zur Phase, in welcher es dem anderen übermittelt wird, zugeführt wird.

12. Modulationsschaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschiebervorrichtung zwei Phasenschiebernetzwerke zur Erzeugung der Signalphasen (51 und 52) und zwei Phasenschiebernetzwerke zur Erzeugung der Signalphasen (+5'I und —5'2) aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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