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Schaltungskombination für Trägerfrequenz-Endeinrichtungen mit verstärkenden
Modulatoren Die Erfindung betrifft eine Schaltungskombination für Trägerfrequenz-Endeinlichtungen
der Nachrichteintechnik nach dem Frequenz-Multiplexverfahren mit Amplitudenmodulation
und unterdrücktem Trägerstrom unter Verwendung von verstärkenden Modulatoren.
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In der Trägerfrequenztechnik ist es bekannt, zur Frequenzumsetzung
(Modulation bzw. Demodulation) mit vier Halbleiterdioden bestückte Gegentaktmodulatoren,
die z. B. in der bekannten Ringmodulatoranärdnung geschaltet sind, zu verwenden.
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Als Nachteil dieser Anordnung ist anzuführen, daß die Umsetzerdämpfung
je nach Linearisierungsgrad mit 4 ... 10 db verhältnismäßig hoch ist,
daß eine Rückwirkung des Ausgangsabschlusses auf den Eingang erfolgt und daß deshalb
bei Filterankopplung Pufferdämpfungen erforderlich sind, die die Umsetzungsdämpfung
um weitere 3 ... 5 db erhöhen.
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Weitere Nachteile sind ein großer Trägerleistungsbedarf und ein hoher
Trägerrest;'das Aussuchen der Dioden mit möglichst gleichen Kenndaten ist zeitraubend,
und schließlich sind Klirrdämpfung und Aussteuergrenze gering.
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Um diesen Nachteilen, insbesondere der großen Umsetzungsdämpfung und
dem großen Trägerleistungsbedarf, zu begegnen, werden in den Trägerfrequenz-Endgeräten
viele Verstärker notwendig, die einen wesentlichen Teil des Gesamtaufwandes ausmachen,
die Anlagen komplizieren, ihre Zuverlässigkeit beeinträchtigen sowie Gewicht und
Volumen vergrößern.
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Bekannt ist auch die Möglichkeit, zur Frequenzumsetzung mit zwei oder
vier Elektronenröhren bestückte Einfach- bzw. Doppelgegentaktmodulatoren zu verwenden,
die zwar die angeführten Mängel nicht aufweisen, deren Nachteile hingegen in dem
notwendigen Bedarf an Hilfsenergie - - Heiz- und Anodenleistung
- und der damit verbundenen Wärmeentwicklung bestehen und die deshalb und
wegen ihres großen Volumens, vor allem aber wegen ihrer Störanfälligkeit in der
Praxis nicht angewendet werden können.
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Die Transistortechnik eröffnet nun die Möglichkeit, den Röhrenschaltungen
analoge transistorbestückte Einfach- und Doppelgegentaktmodulatoren aufzubauen,
welche die bisher genannten Nachteile nicht aufweisen, dafür aber ein starkes Halbleiterrauschen
zeigen, das ihre Verwendung in Trägerfrequenzeinrichtungen, die nach den bisher
üblichen Grundsätzen entworfen sind, kaum zuläßt.
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Die Schaltungskombination gemäß der Erfindung erlaubt die Verwendung
solcher verstärkenden, stark rauschenden Einfach- oder Doppelgegentaktmodulatoren,
vorzugsweise Transistorimodulatoren. Sie zeichnet sich gegenüber der bisher üblichen
Trägerfrequenz-Endgerätetechnik durch eine Reihe vorteilhafter Eigenschaften aus,
die gegeben sind durch 1 . einen stark verminderten Trägerleistungsbedarf,
kleinen Trägerrest, vereinfachte Trägerfrequenzerzeugung und Trägerverteilung, 2.
geringe Verstärkerzahl, 3. einfacherer Aufbau der Verstärker, 4. weniger
Verstärkertypen, 5. einfachere Pegeleinstellung und -regelung,
6. zusätzliche - Entkopplung zwischen zusammen-
zuschaltenden
Modulationsfiltern, vereinfachten Filterabgleich, freizügige Filterkombination,
7. geringere Anforderungen an die Entkoppleranordnungen, 8. verbesserte
übertragungseigenschaften (weniger Grund-, Klirr- und Fremdgeräusche),
9. weniger Bauelemente, erhöhte Zuverlässigkeit, geringes Gewicht und Volumen,
10. vereinfachte Fertigung, Prüfung, Lagerhaltung, Wartung und Reparatur.
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Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht,
daß in den verschiedenen Umsetzerstufen im Prinzip bekannte, durch einen ün Gegenkopplungskreis
veränderbaren Widerstand in ihrer Umsetzungsverstärkung einstellbar gemachte, vorzugsweise
in Einfachgegentaktanordnung ausgeführte Transistormodulatoren sowohl zur Frequenzumsetzung
und Verstärkung als auch zur manuellen oder/ und automatischen Pegelregelung benutzt
werden und daß diese Modulatoranordnungen so bemessen sind, daß sie die vorgesehenen
übergabepegel ohne unzulässig große Klirrgeräuschbeiträge abgeben, und daß sie bei
derart hohen Signalpegeln betrieben werden,
daß ihre Grund- und
Fremdgeräuschbeiträge nicht störend in Erscheinung treten, und daß die in den Umsetzerstufen
noch erforderliche Verstärkung von auf den hochfrequenten Seiten der Modulatoren
jeweils für mehrere Modulatoren gemeinsam angebrachte Breitbandverstärker beigetragen
wird, in der Weise, daß weitere Verstärker auf den tieffrequenten Seiten der Modulatoren-
entbehrlich sind bzw. im Kanalumsetzer durch einfachere bevorzugt zweistufig ausgeführte
Kanalverstärker ersetzt sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß a) die Modulatoren
ohne Zwischenschaltung von - Pufferdämpfungen direkt mit den zugehörigen
Filtern verbunden sind und daß die zur Bildung einer größeren Kanalgruppe beitragenden
Modulationsbandpässe auf den von den Modulatoren abgewandten Seiten über Entkopplungsdämpfungen
zusammengeführt sind, b) die Breitbandverstärker vorzugsweise als zweistufige
Transistorverstärker mit einem nutzbar -übertragenen Frequenzbereich von
60 ... 4028 (6200) kHz ausgeführt sind und in allen Umsetzerstufert
verwendet werden, c) bei Einfachgegentaktmodulatoren gegenüber dem Nutzband verstärkt
auftretende, nicht umgesetzte sogenannte durchsprechende and bei unzureichender
Dämpfung der Modulatorbandfilter durch-ein im Stiel der die Bandfilter entkoppeP
ten Gabelschaltung angeordnetes Hochpaßfilter zusätzlich in der Weise gedämpft wird,
daß mehrere Modulationsbandpässe einem gemeinsamen Hochpaßfilter zugeordnet sind.
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An Hand der Zeichnungen wird im folgenden -die Wirkungsweise der Erfindung
näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen regelbaren Einfachgegentakt-Transistormodulator,
F i g. 2 einen regelbaren Doppelgegentakt-Trartsistormodulator, F i
g. 3 a die Zusammeriführung der Modulatorfilter über als L-Glieder ausgeführte
Eiitkopplungsdämpfungen, F ig. 3b die Zusammexiführung der ModulationsbandflIter
über als verschachtelte ,4-Glieder ausgeführte Entkopplungsdämpfungen, F i
g. 4 die zusätzliche Dämpfung des durchsprechenden Bandes mit Hilfe eines
allen Modulationsbandpässen gemeinsamen Hochbandpasses B, Fig. 5 einen Kanalumsetzer
mit Transistormodulatoren, F i g. 6 einen Primär- und Sekundärgruppenuinsetzer
mit Transistormodulatoren.
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In F i g. 1 werden die Transistoren in Emitterschaltung betrieben.
Die Umsetzungsverstärkung wird durch Variieren des Widerstandes R 4 infolge Beeiiiflussung
der für das Signal f wirksam werdenden, durch die beiden Emitterwiderstände R
3 bewirkteii StrQmgegenkopplung auf einfache Weise verändert bzw. eingestellt.
Durch diese Art der Gegenkopplung werden bekanntlich die Eingangs- und Innenwiderstände
der Modulatoranordnung sehr groß. Die Ballastwiderstände Ri und R2 sind klein gegen
diese Widerstände und halten die nach außen wirksam werdenden Eingangs- und Innenwiderstände
auch bei Änderung des Gegenkopplungsgrades hinreichend konstant. Diese besonders
einfache Modulatora nordnung ist im Grundprinzip an sich bekannt. Sie ermöglicht
bei ausreichender Konstanz eine Umsetzungsverstärkung bis maximal 10 db und
hat bei Einstellung der Umsetzungsverstärkung auf 5 db Rauschzahlwerte um
etwa 20 db.
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Erwähnt sei, daß sich auch mit vier Transistoren bestückte Doppelgegentakt-Modulatoranordnungen
nach Fig, 2 verwenden lassen. Die damit erreichbaren Umsetzungsverstärkungen reichen
bis über 20 db. Außerdem ermöglichen sie größere Klirrdämpfungen und höhere Aussteuergrenzen.
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Wegen der unkompliziert& Schaltung und des kleineren Transistoraufwandes
wird jedoch im folgenden den Einfachgegentakt-Transistormodulatoren trotz
ihrer geringen Verstärkung der Vorzug gegeben.
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Nun ist bekannt, daß der Signalpegel, am Eingang eines mit einer Rauschzabl
von F ;- 20 db behafteten verstärkenden Vierpols (Modulators) '.>
- 41,5 db bleiben muß, wenn sein psophometrisih- bewerteter Grundgeräuschbeitrag
in einem 3,1 kElz breiten Ferne sprechkanal 10 pW an einem Punkt des
relativen Pegels Null nicht übersteigen soll. Dies erfordert daß die am Modulator
auftretenden Signalpegel aus" reichend hoch gewählt werden, In der Anordnung gemäß
der Erfindung wird deshalb der von den verstärkenden Modulatoren nicht aufgebrachte
Anteil der in einer Umsetzerstufe benötigten Gesamtverstärkung mit Hilfe breitbandiger
Verstärker A erreicht, die in $ende- und Empfangsrichtung auf der hochfrequenten
Seite der Modulatoren angeordnet und denen jeweils mehrere Modulatoren bzw. Demodulatoren
zugeordnet sind.
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Damit werden in Empfaugsrichtung nicht nur die Sigiialpegel in den
Modulatoren auf die erforderliche Höhe gebracht, sondern es entfallen auch die üblicher"
weise den einzelnen Demodulatoren nachgeschalteten schmalbandigen Verstärker. Diese
Verstärker können erfindungsgemäß eingespart, werden, weil Transistormodulatoren
so dimensioniert und betrieben werden können, daß sie die, vom CCITT empfohlenen
Übergabepegel, die bei allen höheren Umsetzerstuten in Empfangsrichtung um ##
-30 db liegen, bei ausreichend geringen Klirrverzerrungen auch ohne nachfolgende
Verstärkung abgeben, Es zeigt sich, daß in allen nach den Grundsätzen der Erfmdung
aufgebauten Umsetzerstufen nach F i g. 5, 6 über die von de- # u verstärkenden
Modulatoranordnungen beigetragene Verstärkung hinaus noch Verstärkungen von etwa
20 db im Frequenzbereich 60... 4028 (... 6200) kRz aufzubringen sind
und daß eine Aussteuergrenze von etwa + 15 db (32 mW) in allen Fällen
ausreichend ist. Aus diesem Grunde genügt es, in Trägerftequenz-Endstellen, die
im übertragungsfrequenzbereich bis etwa 4 (6) MHz arbeiten und die mit verstärkenden
Modulatoren ausgerüstet sind, nur noch zwei Verstärkertypen, nämlich Kanalverst4rker
0,3 ... 3,4 kRz und Hochfrequenz-Breitbandverstärker 60 ... 4028
(... 6200) kHz zu verwenden. Derartige Verstärker lassen sich mit handelsüblichen
Transistoren leicht als zweistufige Transistorverstärker ausführen. Somit ermöglicht
infolge der erreichbaren Typenbeschränkung die Anordnung gemäß der Erfindung erhebliche
Einsparungen.
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Die leichte Regelbarkeit der Umsetzungsverstär# kung durch R4 vereinfacht
die Pegelregelung beträchtlich gegenüber den bekannten Diodenmodulatoranordnungen,
bei
denen die Pegeleinstellung entweder mit Hilfe von Z-richtigen, veränderbaren Dämpfungsgliedern
oder regelbaren Verstärkern erfolgt, Wird der veränderbare WiderstandR4 in Fig.
1
bzw. 2 z. B. als fremdbeheizter Thermistor ausgeführt, so ist der Transistordemodulator
als Stellglied einer automatischen oder ferngesteuerten Pegelregelung (Pilotregelung)
verwendbar. Der Regelbereich der Umsetzungsverstärkung läßt sich ohne Schwierigkeiten
auf ± 5 db um den Nennwert ausdehnen. Auf diese Weise werden besondere Regelverstärker
zur Durchführung einer automatischen Pegelregelung überflüssig.
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Wegen der auch bei Regelung praktisch konstant bleibenden Eingangs-
und Innenwiderstände und wegen der weitgehenden Entkopplutig zwischen Modulatoreingang
und -ausgang können nach F i g. 5
bzw. 6 die Transistormodulatoren
ohne Zwischenschaltung von Pufferdämpfungen direkt mit den zugehörigen Filtern
C verbunden werden. Die eingesparten Dämpfungen lassen sich vorteilhaft auf
den den Modulatoren abgewandten Seiten der Modulationsbandpässe als sogenannte Entkopplungsdämpfungen
F derart einfügen, daß diese zusammen mit dem geeignet übersetzten Eingangs- bzw.
Ausgangswiderstand des nachfolgenden bzw. voranliegenden Verstärkers ein die Filter
entkoppelndes Netzwerk bilden, so daß die, Filter nicht mehr unmittelbar, sondern
über die genannten Entkopplungsdämpfungen parallel geschaltet sind. F i
g. 3 a und 3 b zeigen als Beispiel die Zusammenführung der
16 Modulationsbandpässe der Sekundärgruppenumsetzung eines V-960-Systems.
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Durch die Wirkung der Entkopplungsdämpfungen F werden die Anforderungen
an die übergangsdämpfung des entkoppelnden Gabelübertragers D verinindert
und die gegenseitige Beeinflussung der an die Gabelseiten heranzuführenden Bandpaßfiltergruppen
so gesenkt, daß die Filter C einzeln berechnet und abgeglichen und sodann
in beliebiger Kombination z. B. zum Aufbau der Leitungsgruppen der Systeme V
300, V 600, V 960 oder der Grundtertiärgruppe im Bereich
812 ... 2044 kHz ohne Ersatz der fehlenden Filter durch Ballastnetzwerke
zusammengestellt werden können. In sinngemäß gleicher Weise sind auch die Modulationsbandfilter
der übrigen Umsetzerstufen zusammengeführt (vgl. Fig. 5 und 6). Auf
diese Weise läßt sich die Filterparallelschaltung vereinfachen.
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BeiVerwendung von Einfachgegentaktmodulatoren erscheint an deren Ausgang
zusätzlich zum Nutzband und den unerwünschten Modulationsprodukten das relativ zum
Nutzband verstärkte unumg#setzte Signal als sogenanntes durchsprechendes Band. Während
das gegenüber Doppelgegentaktmodulatorenanordnungen andersartige Spektrum der höheren
Modulationsprodukte durch die bisher gebräuchlichen Modulationsfilter hinreichend
gesperrt wird, sind im Frequenzbereich des durchsprechenden Bandes in einigen Fällen
höhere Sperrdämpfungen notwendig, um Nebensprechgeräusche ausreichend unterdrücken
zu können. Um nun beim übergang auf Einfachgegentaktmodulatoren eine Neuentwicklung
von Modulationsbandpässen zu vermeiden und um Bauelemente einzusparen, wird die
im Frequenzbereich des durchsprechenden Bandes von den Modulationsbandpässen einer
Filtergruppe noch nicht aufgebrachte erforderliche Sperrdämpfung durch ein nach
der Filterzusammenführung in den Leitungsweg eingefügtes für alle Bandpaßfilter
der Filtergruppe gemeinsam wirkendes Hochpaßfilter B erreicht.
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Als Beispiel zeigt Fi-g. 4 die Zusammenführung der fünf Primärgruppenfilter
C zur Bildung der Grundsekundärgruppe 312 ... 552 kHz. Die bei der
Verwendung von Einfachgegentaktmodulatoren erforder-Eche erhöhte Sperrdämpfung im
Bereich des durchsprechenden Bandes 60 ... 108 kHz wird durch das in den
Stiel der Gabel D eingefügte Hochpaßfilter B erreicht.
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F i g# 5 und 6 zeigen an Hand von Blockschaltbildern
die Anwendung der Erlmdung bei der Kanal-und Vorgruppenumsetzung bzw, bei Primär-
und Sekundärgruppenunisetzungen. Die hier verwendeten Modulatoren E entsprechen
den Einfachgegentaktmodulatoren nach F i g. 1. Nur bei der Umsetzung der
Sekundärgruppen 1 und 3 müssen mit Rücksicht auf die Realisierbarkeit
der Modulationsbandpässe Doppelgegentaktmodulatoren z. B. nach F i g. 2 verwendet
werden.
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Die Einsteilbarkeit ihrer Umsetzungsverstärkung ist auf der Sendeseite
auf (vorschlagsweise) ± 2 db eingeengt und dient hier zur manuellen Pegelfeineinstellung,
während die Einstellbarkeit der Umsetzungsverstärkung der Demodulatoren auf der
Empfangsseite wahlweise zur manuellen und/oder automatischen Regulierung des abgehenden
übergabepegels -in einem Bereich von etwa ± 5 db genutzt wird. Die Demodulatoren
in der Anordnung sind so ausgelegt und werden in der Weise betrieben, daß sie ohne
nachfolgende Verstärkung die bei etwa -30 dbr liegenden empfangsseitig abgehenden
übergabepegel ohne unzulässige Klirrverzerrung abgeben können. Den Demodulatoren
sind keine schmalbandigen Empfangsverstärker nachgeschaltet. Eine Ausnahme ist nur
bei Kanahunsetzern gegeben, deren übergabepegel von + 8 dbr zweckmäßig von
Kanalverstärkern 0,3 . . # 3,4 kHz aufgebracht werden. Die Modulatoren bzw.
Demodulatoren E sind entsprechend F i g. 5
und 6 ohne Zwischenschaltung
von Pufferdämpfungen mit den zugehörigen Modulationsbandpässen C verbunden
und die Modulationsbandpässe sind über Entkopplungsdämpfungen F zur Bildung bzw.
Aufspaltung von größeren Kanalgruppen zusammengeführt, wodurch die Ausführung der
entkoppelnden Gabelanordnung vereinfacht wird. Insbesondere können ähnlich F i
g. 3 die 2 - 8-Filter der V-960-Sekundärgruppenumsetzung über nur
einen Gabelübertrager enthaltende Entkoppelanordnungen zusammengeführt werden, und
es werden Teilbestükkungen des Sekundärgruppenumsetzers z. B. zur Bildung der Systeme
V 300 (Filter 1 bis 5), V 600
(Filter 1 bis
10) oder der Grundtertiärgruppe 812 ...
2044 kHz (Filter 4 bis
8) ohne Ballastnetzwerke möglich. Im Stiel der EntkopplergabelD kann entsprechend
F i g. 4 ein Hochpaßfilter B eingefügt werden, das die Sperrdämpfung der
zugehörigen Modulationsbandpässe im Frequenzbereich des durchsprechenden Bandes
gegebenenfalls auf den für den Betrieb mit Einfachgegentaktmodulatoren nötigen Wert
ergänzt. Die in Sende- und Empfangsrichtung noch erforderliche Verstärkung wird
gemäß der Erfindung durch je einen BreitbandverstärkerA aufgebracht, der
auf der hochfrequenten Seite der Modulatoren bzw. Demodulatoren im Gabelstiel der
Entkoppleranordnung D angeordnet und mehreren
Modulatoren
bzw. Demodulatoren zugeordnet ist. Die an den Ein- und Ausgängen der verschiedenen
Umsetzer vorgesehenen übergabepegel entsprechen den Empfehlungen des CCITT und ermöglichen
die Zusammenarbeit mit herkömmlichen Trägerfrequenzgeräten. Die Zwischenpegel
zwischen den Baugruppen der verschiedenen Umsetzungen sind so gewählt, daß keine
unzulässig hohen Grund- und Klirrgeräuschbeiträge entstehen und daß sowohl in Sende-
wie Empfangsrichtung als auch in den verschiedenen Umsetzerstufen der gleiche, leicht
realisierbare Breitbandverstärkertyp 60 ... 4028 (... 6200) kHz verwendet
werden kann. In Trägerfrequenz-Endstellen wird nur noch der genannte Breitbandverstärkertyp
und im Kanalumsetzer ein Verstärkertyp mit dem Frequenzbereich 0,3 ... 3,4
kHz verwendet. Wird die Kanalumsetzung mit verstärkenden Modulatoren ausgerüstet,
_so kann der bisher meist als dreistufiger Transistorverstärker ausgeführte Kanalverstärker
zweistufig_ aufgebaut werden, was bei der großen Zahl der vorkommenden Kanalverstärker
beachtliche Einsparungen ermöglicht.
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Insgesamt gesehen erbringt die Anordnung gemäß der Erfindung gegenüber
bekannten Systemen neben verbesserten übertragungseigen#schafteneinebeträchtliche
Vereinfachung und Verbilligung, die gegeben ist durch Einsparung an Verstärkerbaugruppen.
Weiter ergeben sich durch die an die verbleibenden Wrstärker zustellenden verminderten
Anforderungen zusammenmitderdurchdengeringenTrägerleistungsbedarf der Transistormodulatoren
möglichen vereinfachten Trägerversorgungseinrichtung erhebliche Einsparungen an
Bauelementen, was zur Erhöhung der Zuverlässigkeit sowie zur Verminderung des Volumens
und Gewichtes der Trägerfrequenzgeräte beiträgt.