DE1259409B - Amplitudenmodulator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03c

Deutsche Kl.: 21 a4-14/01

Nummer: 1 259 409

Aktenzeichen: J 19411IX d/21 a4

Anmeldetag: 10. Februar 1961

Auslegetag: 25. Januar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen Amplituden* modulator.

Es ist bei Amplitudenmodulatoren bekannt, Brükkenschaltungen mit vier Endpunkten zu verwenden.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung in erster Linie darin, einen Amplitudenmodulator mit hoher Empfindlichkeit und mit Unempfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen zu schaffen. Weiterhin soll in Verbindung mit einem solchen Amplitudenmodulator durch Anschluß eines Transistor-Hochfrequenzverstärkers ein großer Verstärkungsbereich verfügbar gemacht werden.

Bei einer direkten Verstärkung sehr schwacher Signale mit sehr niedrigen Frequenzen in Transistorverstärkern wegen der übermäßigen Geräusche der Transistoren in diesem Frequenzbereich und der Schwierigkeit, die Grenzfrequenz des Verstärkers zu verringern, kann kein erhöhter Verstärkungsgewinn erzielt werden.

Solche Signale mit sehr niedriger Frequenz konnten bisher infolge der Schwierigkeit, die Trägerfrequenz zu löschen, auch nicht nach der Modulation unter guten Bedingungen verstärkt werden. Diese Schwierigkeit ist hauptsächlich auf die Unbeständigkeit der Halbleiter des Modulationsstromkreises gegenüber Temperatureinflüssen zurückzuführen. Es ist ebenfalls nicht möglich, in dem Niederfrequenzbereich von 1 bis 500 Hertz pro Verstärkung nach einer mechanischen Modulation gute Ergebnisse zu erhalten, denn die mechanische Modulationsfrequenz kann in der Praxis 400 Hertz nicht übersteigen, was, wenn die Modulatioüsfrequenz das Vierfache der Frequenz des zu modulierenden Signals beträgt, nicht genügt, um niederfrequente Signale, die über 100 Hertz hinausgehen, zu modulieren. Wenn andererseits auch eine mechanische Modulation bei Signalen mit einer Frequenz unter 100 Hertz möglich ist, so läßt die nachfolgende Verstärkung durch Transistorstromkreise viel zu wünschen übrig, denn die Trägerfrequenz entspricht dann dem Frequenzbereich, in dem ein übermäßiges Geräusch der Transistoren festzustellen ist (Frequenzbereich unter ungefähr 1000 Hertz).

Schließlich läßt sich durch die Verwendung eines Hochfrequenzmodulators mit Dioden keine zufriedenstellende Löschung der Trägerfrequenz erreichen, wenn die Temperatur z. B. zwischen —20 und + 60° C schwankt. Dadurch entsteht eine Einschränkung der Verstärkungsmöglichkeiten ohne Verzerrung der modulierten Frequenz.

Bei einem Amplitudenmodulator mit hoher Empfindlichkeit und Unempfindlichkeit gegen Temperatur-Amplitudenmodulator

Anmelder:

Institut Francais du Petrole des Carburants

et Lubrifiants, Rueil-Malmaison, Seine-et-Oise

(Frankreich)

Vertreter:

Dr. E. Wiegand und Dipl.-Ing. W. Niemann,

Patentanwälte, 2000 Hamburg, Königstr. 28

Als Erfinder benannt:

Jean-Pierre Barret, Marly-le-Roi, Seine-et-Oise

(Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 11. Februar 1960 (818 401)

Schwankungen, der eine Brückenschaltung mit vier Endpunkten enthält, befindet sich gemäß der Erfindung der erste Punkt auf dem Bezugspotential, wobei ein erster und ein zweiter Zweig je eine lineare Impedanz enthalten, ferner jeder der dritten und vierten Zweige eine lineare Impedanz und eine nichtlineare Impedanz enthalten, wobei die nichtlinearen Impedanzen unter sich gleichsinnig gepolt sind und bei dem ferner die hochfrequente Trägerwelle zwischen die Verbindungspunkte des ersten und des dritten Zweiges einerseits und des zweiten und des vierten Zweiges andererseits angelegt ist und die modulierende Schwingung zwischen dem Bezugspotentialpunkt und dem Verbindungspunkt der beiden nichtlinearen Impedanzen angelegt ist, daß zwei modulierte Signale an zwei Diagonalen erhalten werden, welche den ersten Punkt mit weiteren Punkten verbinden, die in den dritten und vierten Zweigen jeweils zwi-

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sehen der linearen Impedanz und der nichtlinearen Polarität angelegt wird, die derjenigen eines Hoch-Impedanz liegen, und daß der Modulator eine Vor- frequenzträgers gleichkommt.

richtung enthält, durch welche für die Summenbil- Werden z. B. die Impedanzen D₁ und D₂ durch die

dung der modulierten Signale ausgewählte Anteile positiven Stromveränderungen der Trägerfrequenz der beiden Komponenten eingestellt werden können. 5 leitend, so sind bei jeder dieser Veränderungen die

Die Erfindung bezieht sich des weiteren auf prak- Potentiale an den Punkten B und C und an entspretische Ausführungsformen. chenden Wicklungen L₄ und L₅ von Hochfrequenz-

Der erfindungsgemäße Amplitudenmodulator hat transformatoren T₁ und T₂ im wesentlichen gleich den Vorteil, Temperaturschwankungen gegenüber dem Potential der Sekundärwicklung L₂. Ebenso praktisch unempfindlich zu sein und eine zufrieden- io haben bei jeder negativen Stromänderung der Trägerstellende Löschung der Trägerfrequenz sowie des frequenz die Wicklungen L₄ und L₅ im wesentlichen Geräusches zu erreichen, das durch die Verwendung ein Potential gleich dem der Wicklung L₃. von nichtlinearen Impedanzen, wie z. B. von Dioden, Um eine Potentialgleichheit zwischen den Primärhervorgerufen werden kann. Dabei ist die Fre- wicklungen der Hochfrequenztransformatoren und quenz des zu modulierenden Signals nicht von Be- 15 den Potentialen der Sekundärwicklungen des Niederdeutung, frequenztransformators T₀ anzustreben, ist es erfor-

Daher kann mit dem erfindungsgemäßen Ampli- derlich, daß die Impedanz der nichtlinearen Impetudenmodulator eine nachfolgende Verstärkung der danzelemente in leitfähigem Zustand am kleinsten ist. modulierten Signale, selbst solche mit sehr niedriger Unter diesen Bedingungen sind die niederfrequen-

Frequenz, mit einem zufriedenstellenden Verstär- 20 ten Spannungsveränderungen durch die an den kungsgewinn ohne Verzerrung erzielt werden. Primärwicklungen L₄ und L₅ der Hochfrequenztrans-

Eine erste Anordnung des erfindungsgemäßen formatoren erhaltenen Modulationen genau wiederModulators ist in Fig. 1 beispielsweise schematisch gegeben. Diese modulierten Signale werden auf die dargestellt. Sie besitzt einen Erregerkreis AED, der Sekundärwicklungen L₆ und L₇ dieser Transformadurch eine Sekundärwicklung E mit einem Hoch- 25 toren übertragen, und durch eine geeignete Vorrichfrequenzwechselstrom HF gespeist wird. A und D ■ tung wird ihre Ausgleichssumme ermittelt, um die sind einerseits durch KC-Glieder R₁, C₁ und R₂, C₂ Tatsache zu berücksichtigen, daß die Wicklungen der mit den Impedanzwerten Z₁ und Z₂ und durch nicht- Transformatoren T₁ und T₂ (im Fall der F i g. 1) und lineare Impedanzen D₁ und D₂ oder D₃ und D₄ und die Impedanzwerte Z₁ und Z₂ der Widerstands-Kapaandererseits durch die Kopplung von Widerstän- 30 zitäts-Kopplungen A₁, C₁ und R₂, C₂ in der Praxis den R₃ und R_i mit Kapazitäten C₃ und C₄ und durch selten untereinander genau gleich sein und sogar ein regelbares Potentiometer P₁ miteinander verbun- willkürlich sehr verschieden voneinander gewählt sein den. Durch die Regelung des Potentiometers P₁ wird können.

das Potential im Punkt F im Verhältnis zu den Punk- Diese. Ausgleichssumme der auf den Diagonalen

ten A und D unter Berücksichtigung der bekannten 35 erhaltenen Signale entsprechend dem in Fig. 2 dar-Impedanzwerte Z₃ und Z₄ bzw. der Widerstands- ; gestellten Diagramm, in dem die Punkte B und C das Kapazitäts-Kopplungen R_z, C₃ und R₄, C₄ bestimmt. gleiche Potential im Verhältnis zu dem Erdpotential

Die niederfrequenten Signale werden gleichzeitig in haben, kann ebenfalls mittels eines Potentiometers P₃ den Diagonalen BF und CF auf folgende Weise mo- ermittelt werden, welches zwischen die beiden Widerduliert: Das zu modulierende Signal wird auf den 40 stände R₆ und R₇ enthaltenden Diagonalen einge-Primärstromkreis L₁ eines niederfrequenten Trans- . schaltet wird. Dieses Potentiometer P₃ ist mit Punkt F formators T₀ geleitet, der zwei SekundärwicklungenL₂ (dem Erdpotential) mittels eines Stromkreises ver- und L₃ enthält, die so angeordnet sind, daß jeder bunden, der auf die Trägerfrequenz abgestimmt ist, gegebenen Polarität der Primärwicklung L₁ eine welche die Primärwicklung eines Transformators G Polarität entgegengesetzten Zeichens der Sekundär- 45 und eine veränderliche Abstimmkapazität C₅ enthält, wicklung L₂ und eine Polarität des gleichen Zeichens wodurch der Impedanzwert der Diagonale GF erhöht der Sekundärwicklung L₃ entspricht. Die Wicklung L₂ werden kann. Auf diese Weise wird an den Ausgangsist mit dem Stromkreis nichtlinearer Impedanzen zwi- klemmen S₁ und S₂ der Sekundärwicklung des Transschen D₁ und D₂ bei H verbunden, und die Wick- formators G das gesuchte Ausgleichungssignal erlung L₈ ist ebenfalls zwischen D₃ und D₄ am Punkt K 50 halten, wobei der Gleichgewichtskoeffizient mittels mit diesem Stromkreis nichtlinearer Impedanzen ver- des Potentiometers P₃ eingestellt wird, bunden. Schließlich kann es vorteilhaft sein, besonders

Die beiden durch D₃ und D₄ gebildeten nicht- wenn die Unterbrechung der Niederfrequenz mittels linearen Impedanzen sind in entgegengesetzter Rieh- eines Rechtecksignals erfolgt, eine Schaltung zu vertung der durch D₁ und D₂ gebildeten Impedanzen so 55 wenden, die der in dem Diagramm der Fig. 3 dargeschaltet, daß bei jeder positiven Änderung der gestellten entspricht, die an Stelle des Transforma-Hochfrequenz nur die Elemente eines Paares (z.B. D₁ tors G einen Widerstand R₈ enthält. Eine solche An- und D₂) in einen leitenden Zustand versetzt werden Ordnung verleiht dem erfindüngsgemäßen Modulator (was einem Zustand geringer Impedanz entspricht), einen größeren Wellenbereich.

während die Elemente des anderen Paares nur durch 60 Die Ausgleichssumme der erfindungsgemäß auf die negativen Veränderungen der Hochfrequenz lei- den beiden Diagonalen BF und CF modulierten tend gemacht werden können. Die nichtlinearen Signale hat den Vorteil, die Rest-Amplitude des Impedanzen, wie nichtlineare Widerstände (Dioden), Hochfrequenzträgers unter Bedingungen aufzuheben, nichtlineare Kapazitäten (»Varicap«) oder nicht- die unabhängig von Temperaturveränderungen sind, lineare induktive Widerstände, z. B. sättigungsfähige 65 welche die nichtlinearen Impedanzen beeinträchtigen. Magnetkerne, werden so gewählt, daß sie eine gute Tn der Praxis kann die Stellung gefunden werden,

Leitfähigkeit gewährleisten (d. h. eine kleine Impe- die den Potentiometern P₁ und P₂ (F i g. 1) oder P₁ danz haben), wenn an sie eine Spannung geeigneter und P₃ (F i g. 2) gegeben werden muß, um das Auf-

treten von Rest-Amplituden der Trägerfrequenz an den Klemmen S₁ und S₂ des modulierten Signals zu vermeiden.

Um die minimale Empfindlichkeit des Modulators gegen Temperaturschwankungen zu erzielen, müssen die Impedanzen Z₁ und Z₂ den gleichen, vorzugsweise sehr niedrigen Temperaturkoeffizienten haben.

Jedoch ist die Verwendung von Potentiometern in der Darstellung der F i g. 2 und 3 nicht erforderlich, wenn veränderliche Impedanzen gewählt werden. Diese können aus Kondensatoren, Induktoren oder Blindwiderständen bestehen.

Die Verwendung von Kapazitäts- und Induktionswiderständen hat außerdem den Vorteil, daß Geräusche vermindert werden und der Signalstrom nicht untergeht, wodurch das Verhältnis des Signals zu dem Geräusch verbessert wird.

Um außerdem eine Abschwächung des auf den beiden Diagonalen modulierten Signals infolge eines zu starken Spannungsabfalls über die nichtlinearen Impedanzen zu vermeiden, muß der Wert der Widerstände Z₁, Z₂, Z₃ und Z₄ im Vergleich zu dem Impedanzwert der nichtlinearen Impedanzen möglichst hoch gewählt werden, wenn sich diese in leitendem Zustand befinden.

Unter diesen Umständen ist der zwischen den Ausgangsklemmen S₁ und S₂ des Modulators erhaltene Rest der Trägerfrequenz gleich Null, ohne Rücksicht auf die Impedanzwerte der nichtlinearen Impedanzen und ihre Veränderungen einerseits und die Höhe sowie die Veränderungen der Spannung des Hochfrequenzträgers andererseits.

Außerdem gestattet die erfindungsgemäße Addition der niederfrequenten modulierten Signale, von denen jedes auf einer der Diagonalen erhalten wird, den Einfluß des Geräusches der nichtlinearen Impedanzen beträchtlich zu verringern. Tatsächlich führt das Geräusch solcher Impedanzen bei dem Durchgang eines Streustromes durch den Stromkreis der Diagonalen,, dadurch, daß dieser die Diagonalen in umgekehrter Richtung durchquert, dazu, im wesentlichen gleiche Ströme entgegengesetzter Richtung zu erhalten, die sich beim Zusammenfügen der auf diesen Diagonalen erhaltenen Signale gegenseitig ausgleichen.

Wenn auch die Diagramme der F i g. 1 bis 3 verschiedene Anordnungen des erfindungsgemäßen Modulators darstellen, die zwei Paar nichtlinearer Impedanzen enthalten, so kann ebensogut ein Modulator vorgesehen werden, der den gleichen Bedingungen entspricht, jedoch nur ein einziges Paar nichtlinearer so Impedanzen enthält, in dem das Signal dann durch die Veränderungen der Hochfrequenz des gleichen Zeichens moduliert wird. In diesem Fall wird das zu modulierende niederfrequente Signal direkt zwischen die beiden Elemente dieses Paares geleitet, ohne daß es erforderlich ist, einen Transformator einzuschalten.

Unter den besonderen Vorteilen des erfindungsgemäßen Modulators, die in der weitgehenden gleichzeitigen Beseitigung der Rest-Amplitude der Trägerfrequenz sowie des Geräusches der nichtlmearen Impedanzen bestehen, sowie in seiner Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen sei außerdem der große mögliche Verstärkungsbereich des modulierten Signals erwähnt, der einem sehr weiten zulässigen Verstärkungsbereich der Eingangssignale entspricht, ohne daß das entsprechende modulierte Signal merklich verzerrt wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Amplitudenmodulator mit hoher Empfindlichkeit und Unempfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen, der eine Brückenschaltung mit vier Eckpunkten (F,A,H,D) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Punkt (F) sich auf dem Bezugspotential befindet, wobei ein erster und ein zweiter Zweig (FA bzw. FD) je eine lineare Impedanz (Z₄ bzw. Z₃) enthalten, daß jeder der dritten und vierten Zweige (A H bzw. DH) eine lineare Impedanz (Z₂ bzw. Z₁) und eine nichtlineare Impedanz (D₁ bzw. D₂) enthalten, wobei (D₁ und D₂) unter sich gleichsinnig gepolt sind, daß die hochfrequente Trägerwelle zwischen die Verbindungspunkte (A bzw. D) des ersten und dritten Zweiges einerseits und des zweiten und vierten Zweiges andererseits angelegt ist und die modulierende Schwingung zwischen dem Bezugspotentialpunkt (F) und dem Verbindungspunkt (H) der beiden nichtlinearen Impedanzen (D₁, D₂) angelegt ist, daß zwei modulierte Signale an zwei Diagonalen (S₁, S₂) erhalten werden, welche den ersten Punkt (F) mit den Punkten (B bzw. C) verbinden, die in den dritten und vierten Zweigen jeweils zwischen der linearen Impedanz (Z₂ bzw. Z₁) und der nichtlinearen Impedanz (D₁ bzw. D₂) liegen, und daß der Modulator eine Vorrichtung enthält, durch welche für die Summenbildung der modulierten Signale ausgewählte Anteile der beiden Komponenten eingestellt werden können.

2. Amplitudenmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden nichtlinearen Impedanzen (D₁, D.,) zwei zusätzliche nichtlineare Impedanzen (D₄, D₃) parallel geschaltet sind, die in sich gleichsinnig, bezüglich der ersten nichtlinearen Impedanzen gegensinnig gepolt sind, und daß zwischen dem Verbindungspunkt (H) der beiden ersten nichtlinearen Impedanzen (D₁, D₂) und dem Verbindungspunkt (K) der zusätzlichen nichtlinearen Impedanzen (D₄, D₃) die modulierende Schwingung bezüglich des Bezugspotentials im Gegentakt angelegt ist.

3. Amplitudenmodulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, mit der die Summe ausgewählter Anteile der beiden modulierten Signale erzeugt wird, lineare Impedanzen enthält, die zwischen dem Punkt (F) des Bezugspotentials und dem Stellpunkt eines Potentiometers angeordnet sind.

4. Amplitudenmodulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Diagonalen (S₁, S₂) den Primärstromkreis (L₄, L₅) eines Transformators enthält und daß die Sekundärwicklungen (L₆ bzw. L₇) dieses Transformators durch einen Stromkreis miteinander verbunden sind, der Widerstände (R₆ bzw. R₁) und ein Potentiometer (P₂) enthält, zwischen dessen Anschlüssen das Signal abgegriffen wird, das der Summe ausgewählter Anteile der beiden modulierten Signale entspricht.

5. Amplitudenmodulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der linearen Impedanzen der Vorrichtung aus einem ohmschen Widerstand besteht.

6. Amplitudenmodulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der linearen

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Impedanzen der Vorrichtung aus einem abstimm- britische Patentschrift Nf. 630 954; baren Stromkreis besteht. USA.-PatentSchrifteii Nr. 2 922 959» 2 695 988; Zeitschrift »NTZ«, H. 9,1957, S. 436 bis 438.

In Betracht gezogene Druckschriften: 5 In Betracht gezogene ältere Patente:

Deutsche Patentschrift Nr. 1028 627; Deutsches Patent Nr. 1102 218.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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