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Einseitenband-Modulator nach der Phasenverschiebungsmethode Die Erfindung
bezieht sich auf einen Einseitenband-Modulator nach der Phasenverschiebungsmethode,
bei dem zwei aus einem gemeinsamen Trägeroszillator phasenunterschiedlich gespeiste
Modulatoren vorgesehen sind, die auf eine ausgangsseitige Kombinationsschaltung
arbeiten und jedem der Modulatoren die Signalschwingung zugeführt wird, jedoch mit
90° Phasenunterschied.
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Modulatoren dieser Art sind beispielsweise in der Zeitschrift »Proceedings
of the IRE«, Dezember 1956, S. 1718 bis 1735, behandelt. Das Grundprinzip
derartiger Modulatoren ist in der F i g. 1 schematisch angedeutet. Von einer Signalquelle
mit der Frequenz f, werden die Signalschwingungen, beispielsweise das Basisband
einer Trägerfrequenzverbindung, zwei Modulatoren M1 und M2 zugeführt. Beiden Modulatoren
wird von einem Trägeroszillator 0T die Trägerschwingung mit der Frequenz fT zugeführt.
Die Ausgangsleitungen beider Modulatoren arbeiten auf eine sogenannte Kombinationsschaltung
K. Diese besteht beispielsweise für den Bereich niedriger Frequenzen aus einem üblichen
Gabelübertrager. Für höhere Frequenzen kommen die entsprechenden Schaltungen in
Höchstfrequenzbauweise in Frage. Beispielsweise ist bei Trägerfrequenzen im Bereich
der Zentimeterwellen eine sogenannte Ringhybrid oder auch ein Magic-T verwendbar.
Hierbei sollen keine Verluste im gegen die Ausgänge der beiden Modulatoren entkoppelten
vierten Arm der Gabelschaltung bzw. der Hybrid entstehen. Dem Ausgang der Kombinationsschaltung
wird das gewünschte Überlagerungsprodukt entnommen. Damit sich das gewünschte Seitenband
bildet, ist in die Zuführung von der Signalquelle mit der Frequenz f, zu einem der
Modulatoren beim Schaltbeispiel der F i g. 1 in die Zuleitung zum Modulator M2 ein
Phasendrehglied eingeschaltet. Ein weiteres Phasendrehglied ist in die Trägerzuleitung
desselben Modulators eingefügt. Nimmt man an, daß die beiden Phasendrehglieder je
90° Phasenverschiebung für die jeweiligen Frequenzen verursachen, so ergeben sich
die in der F i g. 1 eingezeichneten Beziehungen, woraus man sieht, daß in der Kombinationsschaltung
bei rein additiver Zusammensetzung der Ausgangsprodukte der beiden Modulatoren die
den Differenzfrequenzen zugeordneten Seitenbänder beider Modulatoren sich aufheben
und nur die den Summenprodukten entsprechenden Seitenbänder, also die oberen Seitenbänder,
im Ausgang der Kombinationsschaltung als Signal erscheinen. Würde man ein 90°-Phasendrehglied
in der Signalzuleitung zum Modulator M2 zulassen, und das 90°-Phasendrehglied in
der Trägerzuleitung durch ein 270°-Phasendrehglied ersetzen, so würden im Ausgang
der Kombinationsschaltung die unteren Seitenbänder als Ausgangsschwingungen erscheinen.
Nachteilig an dieser relativ einfachen Erzeugung von Seitenbandfrequenzen ist es,
daß das in der Signalzuführungsleitung zum Modulator M2 liegende Phasendrehglied
über ein relativ breites Frequenzband wenigstens nahezu um den gleichen Phasenwinkel
die Phase der Signalschwingung verschieben muß. Es läßt sich das in der Regel nur
für sehr schmale Signalfrequenzbänder hinreichend gut sicherstellen. Bei breiteren
Signalfrequenzbändern ist es physikalisch praktisch unmöglich.
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Es ist bekannt (deutsches Patent 616 269), diese Schwierigkeit zu
umgehen. Hierbei wird die gegenüber der Signalschwingung am Eingang des einen Modulators
um 90° gedrehte Signalschwingung am Eingang des anderen Madulators dadurch gewonnen,
daß die ursprüngliche Signalschwingung nacheinander einem Aufwärts- und einem Rückwärtsmischer
zugeführt wird, die beide mit der gleichen Trägerschwingung, jedoch mit 90° Phasenunterschied
ausgesteuert werden. Bei diesem Verfahren braucht nur die Phase einer einzigen Schwingung,
nämlich der eine einzige Frequenz aufweisenden Trägerschwingung für den Aufwärts-
oder den Rückmischer, gedreht zu werden, um am Ausgang des Rückmischers das über
die ganze Bandbreite um 90° gedrehte ursprüngliche Signal zu erhalten. Der Aufwand,
den die Durchführung dieses Verfahrens erfordert, ist relativ groß, da hier zusätzlich
wenigstens zwei weitere Modulatoren benötigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Einseitenband-Modulator
der einleitend beschriebenen Art, bei dem zur Drehung der Phase die Signalschwingung
um 90° von dem oben geschilderten Verfahren der Aufwärts- und Rückmischung Gebrauch
gemacht
wird, eine weitere Lösung anzugeben, die sich durch einen besonders einfachen schaltungstechnischen
Aufbau auszeichnet.
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Ausgehend von einem Einseitenband-Modulator nach der Phasenverschiebungsmethode,
bei dem zwei aus einem gemeinsamen Trägeroszillator phasenunterschiedlich gespeiste
Modulatoren vorgesehen sind, die auf eine ausgangsseitige Kombinationsschaltung
arbeiten und jedem der Modulatoren die Signalschwingung zugeführt wird, jedoch mit
90° Phasenunterschied, und bei dem die um 90° zu drehende Signalschwingung über
die Reihenschaltung eines Aufwärts- und Rückmischers gewonnen ist, die von einer
Trägerschwingung gleicher Frequenz, jedoch unterschiedlicher Phase von 90° ausgesteuert
sind, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Signaleingang
der entsprechende Eingang nur eines der beiden Modulatoren vorgesehen ist und daß
der Signaleingang des anderen Modulators an einen Rückmischer angeschaltet ist,
dessen Eingang mit dem Ausgang der Kombinationsschaltung und dessen Ausgang über
ein Phasendrehglied, vorzugsweise in Reihe mit einem Dämpfungsglied, mit dem für
beide Modulatoren gemeinsamen Trägeroszillator verbunden ist.
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Durch die erfindungsgemäße Anschließung des Rückmischers mit seinem
Eingang an den Ausgang der Kombinationsschaltung wird in außerordentlich vorteilhafter
Weise erreicht, daß der eine Modulator gleichzeitig für die Aufwärtsmischung der
um 90° zu drehenden Signalschwingungen mit ausgenutzt wird und somit der ansonsten
erforderliche Aufwärtsmischer hier entfallen kann.
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Zweckmäßig wird der Signaleingang des anderen Modulators über einen
Verstärker an den Rückmischer angeschaltet.
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Auch empfiehlt es sich, das Phasendrehglied im Phasenmaß einstellbar
auszuführen, da auf diese Weise durch die Schaltung bedingte geringe zusätzliche
Phasendrehungen leicht berücksichtigt werden können.
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Vorteilhaft ist es, wenn der unmittelbar mit der Signalquelle verbundene
Modulator derart ausgebildet ist, daß er amplitudenmäßig eines der beiden Seitenbänder
bevorzugt. Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung dieser Art besteht darin, daß der
einzelne Modulator als Diodenmodulator ausgebildet ist und in seinem Ausgang Selektionsmittel,
wie einen Resonanzkreis, zur Bevorzugung eines der beiden Seitenbänder hat. Eine
weitere vorteilhafte Ausführung hierfür besteht darin, daß der einzelne Modulator
als verstärkender parametrischer Modulator ausgebildet ist. Bei dieser Ausführung
ist ein Verstärker im Rückkopplungsweg entbehrlich.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
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Die F i g. 2 zeigt als Beispiel eine erfindungsgemäß ausgebildete
Modulationsschaltung zur Gewinnung eines Einseitenbandsignals. Der gestrichelt umrahmte
Teil der Gesamtschaltung entspricht praktisch der Grundschaltung nach der F i g.
1. Unterschiedlich gegenüber der Schaltung nach der F i g. 1 ist, daß erfindungsgemäß
die Signalschwingung mit der Frequenz f, nur einem der beiden Modulatoren, nämlich
dem Modulator M1, zugeführt wird. Die ModulatorenM1 und M2 sind verstärkende parametrische
Modulatoren und ebenso wie bei der bekannten Schaltung nach der F i g. 1 solche
mit Trägerunterdrückung. Im Ausgang des Modulators M1 sind daher nur die beiden
Seitenbänder mit den Frequenzen fT+ f, und fT- f, vorhanden. Von der Ausgangsleitung
der Kombinationsschaltung K wird ein kleiner Anteil dieser Seitenbänder entnommen.
Beim Ausführungsbeispiel geschieht das über einen einseitig mittels eines Abschlußwiderstandes
Z reflexionsfrei abgeschlossenen Richtungskopplers. An Stelle dieses Richtungskopplers
kann im Bereich niedriger Frequenzen auch ein Gabelübertrager mit entsprechendem
Abschluß verwendet werden. Dieser Ausgangsenergieanteil wird einem Rückumsetzer
R Ü zugeführt, der als Umsetzschwingung ebenfalls die Trägerschwingung mit der Frequenz
fT, jedoch über einen Abschwächer A und ein im Phasenmaß einstellbares Phasendrehglied
P, erhält.
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Der Ausgang des Rückumsetzers Rü ist mit dem Signalfrequenzeingang
des Modulators M2 verbunden. Beläßt man in der Trägerzuleitung zum Modulator M2
das 90°-Phasendrehglied und stellt das Phasendrehglied P so ein, daß unter Berücksichtigung
der elektrischen Leitungslänge für die über den Richtungskoppler RK zum Rückumsetzer
Rü zugeführten Seitenbandanteile sich im Ausgang des Rückumsetzers R Ü' die Signalfrequenz
fs bildet, mit einem Phasenwinkel von 90° gegenüber dem entsprechenden Einspeisungspunkt
Modulator M 1, so erhält man wirkungsmäßig die gleichen Beziehungen wie bei der
Schaltung nach der F i g. 1. Unterschiedlich zur bekannten Schaltung nach der F
i g. 1 muß jedoch das Phasendrehglied P nur mehr für eine einzige Frequenz, nämlich
die der Trägerschwingung fT, den erforderlichen Phasenwinkel sicherstellen.
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Die Wirkungsweise der Schaltung kann man sich unter Zugrundelegung
der Verwendung parametrischer Modulatoren für M 1 und M 2 wie folgt vorstellen.
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Sobald ein Signal f, dem Modulator 1 zugeführt wird, erscheinen sehr
kurzfristig beide Seitenbänder am Ausgang. Durch die Auskopplung im Ausgang wird
ein Teil der Leistung beider Seitenbänder dem Rückmodulator zugeführt. Wenn beide
Seitenbänder gleiche Größe haben (wie z. B. bei konventionellen Modulatoren mit
Widerstandsdioden), dann liefert der Rückmodulator wegen der 90°-Verschiebung des
Trägers kein Ausgangssignal f,. Da jedoch bei parametrischen Modulatoren gemäß den
Manley-Roweschen Gleichungen die Seitenbandleistungen im Verhältnis der zugehörigen
Frequenzen stehen, das obere Seitenband also mit größerer Leistung vertreten ist,
entsteht trotz der 90°-Verschiebung des Trägers am Rückmodulator ein geringes Ausgangssignal
der Frequenz fs, das nun dem Modulator 2 zufließt. Dieser erzeugt nun seinerseits
zwei Seitenbänder solcher Phasenlage, daß das untere Seitenband im Ausgang geschwächt,
das obere jedoch verstärkt wird. Dadurch wird auch das Ausgangssignal des Rückmodulators
größer, und die Unsymmetrie der Seitenbänder im Ausgang nimmt weiter zu, bis das
untere Seitenband im Ausgang praktisch unterdrückt ist.
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Da die prarametrischen Modulatoren verstärken, genügt eine bloße Teilauskopplung
aus der Ausgangsleistung ohne Zwischenschaltung eines Verstärkers im Rückkopplungsweg.
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Die Phasendrehung der Seitenbänder zwischen Ausgang des ersten Modulators
und Eingang des Rückmodulators sollte frequenzunabhängig sein und kann durch eine
Änderung in der Phasendrehung
des Trägers für den Rückmodulator
berücksichtigt werden.
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Wie bereits einleitend erwähnt, läßt sich die Bevorzugung eines der
beiden in den Modulatoren M 1 und M 2 bestehenden Seitenbänder bei einem parametrischen
Modulator besonders leicht erreichen, weil sie bei einem solchen Modulator aus im
parametrischen Modulator begründeten Verhältnissen sowieso fast immer betragsverschieden
ausfallen. Man kann diese Verhältnisse aber auch künstlich herbeiführen, sogar bei
Verwendung eines üblichen Modulators, indem man in den Ausgang des Modulators ein
Filter einführt, welches eines der beiden Seitenbänder amplitudenmäßig bevorzugt.
Im Fall der Verwendung eines üblichen, nicht verstärkenden Modulators, z. B. mit
im Durchlaßgebiet betriebenen Dioden, muß jedoch im Rückkopplungsweg ein Verstärker
vorgesehen werden.