DE1259409B - Amplitudenmodulator - Google Patents
AmplitudenmodulatorInfo
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03C—MODULATION
- H03C1/00—Amplitude modulation
- H03C1/52—Modulators in which carrier or one sideband is wholly or partially suppressed
- H03C1/54—Balanced modulators, e.g. bridge type, ring type or double balanced type
- H03C1/56—Balanced modulators, e.g. bridge type, ring type or double balanced type comprising variable two-pole elements only
- H03C1/58—Balanced modulators, e.g. bridge type, ring type or double balanced type comprising variable two-pole elements only comprising diodes
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- Amplitude Modulation (AREA)
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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3 4
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 Ri 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 Rz, 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)
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
7 - S
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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