DE1516742C - Angle demodulation - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Winkeldemodulationssystem mit einem Regelkreis, bestehend aus einem Oszillator veränderlicher Frequenz, aus einem ein Fehlersignal abgebenden Phasendiskriminator, an dessen einem Eingang winkelmodulierte Eingangssignale und an dessen anderem Eingang von dem Oszillator kommende Schwingungen veränderlichen Winkels liegen, und aus einer Korrekturschaltung, über die das Fehlersignal des Diskriminators an einein Eingang des Oszillators liegt, wobei der Regelkreis Frequenz und Phase der vom Oszillator abgegebenen Schwingungen in bezug auf Frequenz und Phase der Eingangssignale festhält oder verriegelt.The invention relates to an angle demodulation system with a control loop consisting of a variable frequency oscillator, from a one Error signal emitting phase discriminator, at one input of which angle-modulated input signals and at the other input of the Oscillator coming oscillations of variable angle, and from a correction circuit, via which the error signal of the discriminator is applied to an input of the oscillator, the control loop Frequency and phase of the oscillations emitted by the oscillator in relation to frequency and The phase of the input signals is locked or locked.
Derartige Winkeldemodulationssystcme mit Frequenz- oder Phasenriickkopplung oder -synchronisierung sind bekannt und besitzen bedeutende Vorteile gegenüber den bei früheren Arten von Winkeldemodulalionsempfängern verwendeten Demodulatoren. Sie weisen eine niedrigere Rauschschwelle auf und eignen sich daher gut für Verbindungen über weite Entfernungen, wie z. B. Fernmeldeverbindungen mit Satelliten und Raumfahrzeugen. Es treten bei diesen Schaltungen jedoch Probleme eigener Art auf, wie z. B. das der Stabilität der in ihnen vorgesehenen Rückkopplung. Sollte beispielsweise ein Signalanteil um mehr als 90° phasenverschoben und mit einer bestimmten Verstärkung durch die Rückkopplungssclileife übertragen werden, dann wird sie zum Diskriminator mit eher einer positiven Rückkopplung als einer negativen zurückgeführt werden. Unerwünschte Anteile des Eingangssignals (z. B. Rauschen) werden daher verstärkt anstatt gedämpft. In extremen Fällen können Schwingungen in der Rückkopplungsschlcife auftreten.Such angle demodulation systems with frequency or phase feedback or synchronization are known and have significant advantages over those of previous types of angle demodulation receivers used demodulators. They have a lower noise threshold and are therefore well suited for connections over long distances Distances, such as B. Communication links with satellites and spacecraft. It occurs at these Circuits, however, have problems of their own kind, such as B. that of the stability of the provided in them Feedback. For example, should a signal component be out of phase by more than 90 ° and with a certain gain by the feedback loop then it becomes the discriminator with more of a positive feedback can be traced back as a negative. Unwanted components of the input signal (e.g. noise) are therefore reinforced instead of attenuated. In extreme cases, vibrations can occur in the feedback loop appear.
In einem Winkeldemodulationsempfänger dieser Art besteht die Möglichkeit, daß die Riickkopplimgsschleil'e sich auf eine zufällige Rauschkomponente verhältnismäßig großer Intensität, wie sie gelegentlich von atmosphärischen oder anderen Quellen herrühren kann, synchronisiert, d. h. fest eingestellt wird. Das System »verwechselt« das Rauschsignal mit derNutzinfonnatioii, und die Winkelfesteinstellung bewirk: das Einrasten auf das ungewünschte Rauschsignal, was zum Verlust von erheblichen Informationsmengen führt.In an angle demodulation receiver of this type, there is the possibility that the feedback loop relate to a random noise component of relatively great intensity, such as those occasionally may come from atmospheric or other sources, synchronized, d. H. is set permanently. The System "confuses" the noise signal with the useful information, and the fixed angle setting cause: locking onto the undesired noise signal, which leads to the loss of considerable amounts of information.
Es ist daher allgemein in Empfängern mit Winkelfesteinstelhmg üblich, Bandfilternetzwerke als Korrek-Hirschaltungen vorzusehen, die eine starke Dämpfung der Eingangssignale außerhalb des' Nutzfrequenzbancles bewirken und dadurch die Wahrscheinlichkeit eines Einrastuns oder Synchronisierens auf Zufallssignale oder eines Verlustes von Informationen zu verringern. Übliche Filternetze, die eine Induktivität, eine Kapazität und einen Widerstand in Serie haben, führen zu beträchtlichen Phasenverschiebungen und neigen dazu, die Instabilität der Rückkopplungsschleil'e zu erhöhen. Es werden daher häufig nur aus Widerständen und Kapazitäten bestehende Korrektiirschaltungen vorgesehen, die Phasenverschiebungen verursachen, die nicht über 90 hinausgehen und eine Dämpfung bewirken, die die Verstärkung ausgleicht, um die Vcrstärkcrphasenversehiebung zu hindern, sich 180° zu nähern. Ihr Wirkungsgrad ist jedoch beschränkt. Ein Winkeldemodulationssystem mit einer solchen Korrekturschaltung ist beispielsweise aus »Proc. IRE«, 50 (1962) S. 18 bis 20, bekannt. Sie liegt zwischen dem Ausgang des Frequenzdiskrimmators und dem Eingang des frequenzsteuerbaren Oszillators und wird durch ein Tiefpaßfilter gebildet. Da dieser Tiefpaß entweder aus Induktivitäten, Kapazitäten und Widerständen oder nur aus Kapazitäten und Widerständen besteht, weist er hinsichtlich der auftretenden Phasenverschiebungen die vorstehend erwähnten Nachteile auf. Nachteilig ist daran weiter, daß der Frequenzgang der Verstärkung und des Phasenwinkels (d. h. der Amplituden- und Phasengang) solcher Schaltungen eindeutig mit derIt is therefore common practice in receivers with fixed angle settings to use band filter networks as Korrek-Hirsch circuits to provide a strong attenuation of the input signals outside of the 'Nutzfrequenzbancles cause and thereby the likelihood of locking or synchronization to random signals or a loss of information to decrease. Usual filter networks that have an inductance, a capacitance and a resistance in series, lead to considerable phase shifts and tend to the instability of the feedback loop to increase. Correction circuits are therefore often only made up of resistors and capacitances provided that cause phase shifts that do not go beyond 90 and cause attenuation that compensates for the gain to increase the gain phase shift prevent them from approaching 180 °. However, their efficiency is limited. An angle demodulation system with such a correction circuit, for example, from »Proc. IRE ", 50 (1962) pp. 18 to 20, known. It lies between the output of the frequency discriminator and the input of the frequency controllable Oscillator and is formed by a low-pass filter. Since this low-pass filter is either made up of inductances, Capacities and resistances or only consists of capacities and resistances, he points out with regard to the occurring phase shifts on the disadvantages mentioned above. Is disadvantageous further that the frequency response of the gain and the phase angle (i.e. the amplitude and Phase response) of such circuits clearly with the
ίο Übertragungsfunktion der Schaltung verknüpft ist. Dieser Zusammenhang fordert, daß die frequenzabhängige Dämpfung oder der Abfall des Amplitudenganges einer solchen Schaltung auf ein Maximum von 6 Dezibel je Oktave beschränkt ist, d. h., die Dämpfung kann nicht mehr als verdoppelt sein, wenn die Frequenz verdoppelt wird.ίο The transfer function of the circuit is linked. This connection requires that the frequency-dependent damping or the decrease in the amplitude response such a circuit is limited to a maximum of 6 decibels per octave, d. h., the Attenuation cannot be more than doubled when the frequency is doubled.
Infolge dieser Beschränkung des Abfalls des Amplitudenganges in üblichen Korrekturschaltungen oder Filtern kann eine sichere und eindeutige Ausscheidung unerwünschter Rauschkomponenten außerhalb des Nutzfrequenzbandes nicht erreicht werden. Es ist zwar aus der USA.-Patentschrift 2 018 258 bereits bekannt, zur Verbesserung des Durchlaßverhaltens zu einem normalen passiven Filter ein oder mehrere schmalbandige Filter, nämlich magnetostriktive Schwinger, parallel zu schalten. Mit dieser für allgemeine Anwendungen gedachten vorbekannten Parallelschaltung von Filtern gelingt es jedoch nur. die Flankensteilheit am unteren Ende des Durchlaßbereiches zu verbessern. Als Korrekturschaltung im Rückkopplungszwcig eines Winkeldemodulationsempfängers läßt sich diese Parallelschaltung jedoch auch bei Inkaufnahme der nur teilweisen Verbesserung des Durchlaßverhaltens nicht einsetzen, da auch hier wiederum die für ein stabiles Arbeiten der Rückkopplungsschleife erforderlichen, vorstehend erwähnten Phasenrandbedingungen nicht eingehalten weiden.As a result of this limitation of the drop in the amplitude response in conventional correction circuits or filtering can safely and unambiguously eliminate unwanted noise components outside of the usable frequency band cannot be reached. It is already from US Pat. No. 2,018,258 known to improve the transmission behavior of a normal passive filter or to connect several narrow-band filters, namely magnetostrictive oscillators, in parallel. With this However, the previously known parallel connection of filters intended for general applications only succeeds. to improve the slope at the lower end of the pass band. As a correction circuit in Feedback of an angle demodulation receiver However, this parallel connection can also be accepted if the only partial improvement is accepted of the passage behavior do not use, as here again the for stable operation of the The aforementioned phase boundary conditions required for the feedback loop are not complied with graze.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Winkeldemodulationssystem der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, das ohne Gefährdung für das stabile Arbeiten der Rückkopplungsschleife durch genaue Anpassung des Durchlaßverhaltens an den für die Übertragung des Nutzsignals benötigten Frequenzbereich Eingangsgrößen mit einem ungünstigen Signal/Rauschen-Verhältnis zu arbeiten vermag. Diese Aufgabe ist bei dem hier vorgeschlagenen System erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in dem Regelkreis zwischen dem Ausgang desPhasendiskriminators und dem Eingang des Oszillators liegende Korrekturschaltung zwischen ihrem Eingang und ihrem Ausgang eine Anzahl parallelgeschalteter, schnialbandiger, in Frequenz- und Amplitudengang einstellbarer Filterschaltungen aufweist, welche als optimale Suchfilter ausgebildet und in ihrer Resonanzfrequenz einzeln derart einstellbar sind, daß der Korrekturschaltung ein dem Frequenzband des im Eingangssignal enthaltenen Modulationssignals entsprechender Gesamtfrcquenzgang gegeben wird, derart, daß am Ausgang der Gesamtanordnung ein mit den Eingangssignalen phasenstarr verbundenes Signal mit größtmöglichem Rauschabstand, also größtmöglicher Dämpfung aller außerhalb des Nutzfrequenzbandes liegenden Frequenzen zur Verfügung steht.The invention is based on the object of an angle demodulation system of the type indicated in the introduction Generate to create that without endangering the stable operation of the feedback loop precise adaptation of the transmission behavior to that required for the transmission of the useful signal Frequency domain input variables are able to work with an unfavorable signal / noise ratio. In the system proposed here, this object is achieved according to the invention in that the in the control loop between the output of the phase discriminator and the input of the oscillator lying correction circuit between its input and its output a number of parallel-connected, Fast-band, in frequency and amplitude response has adjustable filter circuits, which are designed as optimal search filters and in their resonance frequency are individually adjustable in such a way that the correction circuit is in the frequency band of the im Input signal contained modulation signal corresponding overall frequency response is given, such, that at the output of the overall arrangement a phase-locked signal connected to the input signals with the greatest possible signal-to-noise ratio, i.e. the greatest possible attenuation of all outside the useful frequency band lying frequencies is available.
Dieses System hat den Vorteil, daß die Korrekturschaltung aus einer Parallelschaltung aktiver Filter mit einer einzigen Polstelle besteht, welch letztere Eigenschaft für die Einhaltung der für ein stabilesThis system has the advantage that the correction circuit consists of a parallel connection of active filters with a single pole, the latter property for compliance with for a stable
Arbeiten der Rückkopplungssclileife maximal zulässigen Phasendrehungen wichtig ist. Wie erläutert, beträgt diese zwischen Eingang und Ausgang der Korrekturschaltung maximal zulässige Phasendrehung maximal 90°. Weiterhin gelingt es durch diese Ausbildung des Winkeldemodulationssystems, die Filterverstärkung der Korrekturschaltung unter Überschreitung der für passive Filternetzwerke gültigen Flankensteilheit von 6 Dezibel je Oktave so einzustellen, daß sich für jeden Anwendungsfall, wie etwa Frequenzmodulation, Phasenmodulation oder Mehrkanulphasenmodulation, ein optimal angepaßter Gesamtfrequenzgang bzw. ein optimal angepaßtes Durchlaßverhaltcn ergibt, was eine Verbesserung des Signal/Rausehen-Verhältnisses zur Folge hat. Die Parallelschaltung dieser Art von Filtern gestattet also in vorteilhafter Weise ein frequenzabhängiges Durclilaßverhalten gewissermaßen zu synthetisieren, das durch strikte Beschränkung auf die für den Empfang unbedingt notwendigen Frequenzen und durch hohe Flankensteilheit an den entsprechenden Frequenzgrenzen erst die Voraussetzung für ein optimales Jf Signal. Rauschen-Verhältnis schallt, das ersichtlich durch Ausblendung aller nicht benötigten Frequenzen besser ist, als es sich bei Verwendung irgendeines passiven Filters erreichen läßt.Working of the feedback loop is the maximum permissible Phase rotations is important. As explained, this is between input and output of the Correction circuit maximum permissible phase rotation maximum 90 °. Furthermore, it succeeds through this training of the angle demodulation system, the filter gain of the correction circuit is exceeded to set the slope of 6 decibels per octave valid for passive filter networks so that that for every application, such as frequency modulation, phase modulation or multi-channel phase modulation, an optimally adapted overall frequency response or an optimally adapted Passage behavior results, which results in an improvement in the signal-to-noise ratio. the The parallel connection of this type of filter thus advantageously allows a frequency-dependent Durclilaßbehavior in a way to synthesize this by strictly restricting it to the reception absolutely necessary frequencies and due to the high slope at the corresponding frequency limits only the prerequisite for an optimal Jf signal. Noise ratio can be seen by suppressing all frequencies that are not required is better than using any passive filter can be achieved.
Um eine langsame Drift der Mittenfrequenz des Eingangssignals oder der Mittenfrequenz des Oszillators ausgleichen zu können, ist es nach einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zweckmäßig, daß die Korrekturschaltung weiterhin ein parallel zu den Filterschaltungen geschaltetes Integrierglied aufweist, das gleich- oder sehr niederfrequente Komponenten des Fehlersignals übertragen und darin enthaltene langsame Frequenzänderungen komponieren läßt. Auf diese Weise kann das Nutzfrequenzband einen ersten Bereich von Null bis beispielsweise 20 Hertz umfassen, der den Ausgleich der Oszillatordrift ermöglicht, sowie einen zweiten Bereich von 300 bis beispielsweise 3000 Hertz, der dem Modulationsnutzsignal entspricht. Jedes zwischen diesen beiden Bereichen liegende Signal und damit auch der spektrale Rauschanteil in diesem Gebiet wird unterdrückt, wodurch das Signal/ Rauschen-Verhältnis nochmals verbessert wird.A slow drift in the center frequency of the input signal or the center frequency of the oscillator To be able to compensate, it is according to an advantageous embodiment of the invention System expedient that the correction circuit continues to be connected in parallel to the filter circuits Has integrator, the equal or very low frequency components of the error signal can be transmitted and composed of slow frequency changes contained therein. That way you can the useful frequency band include a first range from zero to, for example, 20 Hertz, the compensation the oscillator drift allows, as well as a second range from 300 to 3000 Hertz, for example, which corresponds to the useful modulation signal. Any signal between these two ranges and thus the spectral noise component in this area is suppressed, whereby the signal / Noise ratio is further improved.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß es aktive Elemente, wie z. B. Transistoren, aufweist, die zwischen jeweils die Ausgänge der Filterschaltungen und den gemeinsamen Ausgang der Korrekturschaltung geschaltet sind und eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz aufweisen, die zur Entkopplung der einzelnen Resonanzkreise voneinander dient.Another advantageous embodiment of the system according to the invention is that it active elements, such as B. transistors, which between each of the outputs of the filter circuits and the common output of the correction circuit are connected and have a high input impedance and have a low output impedance, which is used to decouple the individual resonance circuits from one another serves.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform lies erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß die als aktive Übertragerelemente verwendeten Transistoren mit ihren Basen an die Ausgänge der Filterschaltungen, mit ihren Emittern an den gemeinsamen Ausgang der Korrekturschaltung und ihren Kollektoren an eine Gleichspannungsquelle geschaltet sind.A further advantageous embodiment read the system according to the invention is that the transistors used as active transmitter elements with their bases connected to the outputs of the filter circuits, with their emitters to the common output of the correction circuit and their collectors are connected to a DC voltage source.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß der Oszillator ein symmetrischer Oszillator ist, der zwei Steuereingänge besitzt und eine Ausgangsschwingung auf einer bestimmten Mittenfrcquenz abgibt, wenn die Spannungen an seinen beiden Steuereingängen gleich sind und eine Ausgangsschwingung auf einer von der Mittenfrequenz in% der einen oder der anderen Richtung abweichenden Frequenz im Fall einer Ungleichheit der Eingangsspannungeii abgibt, und daß weiterhin der Ausgang der Korrekturschaltung Γ) mit einem der Oszillatoreingänge verbunden ist und schließlich, daß in der Korrekturschaltung eine Kompensationsschaltung vorgesehen ist, deren einer Ausgang am anderen Oszillatoreingang liegt.Another advantageous embodiment of the system according to the invention is that the oscillator is a symmetrical oscillator which has two control inputs and emits an output oscillation at a certain center frequency when the voltages at its two control inputs are the same and an output oscillation is at one of the center frequency in % emits frequency deviating in one or the other direction in the event of an inequality of the input voltage, and that the output of the correction circuit Γ) is also connected to one of the oscillator inputs and, finally, that a compensation circuit is provided in the correction circuit, one output of which is connected to the other oscillator input .
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform desAnother advantageous embodiment of the
ίο erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß die Kompensationsschaltung einen Transistor aufweist. dessen Kollektor mit der Gleichspannungsquelle. dessen Emitter mit dem zweiten Oszjllatoreingang und dessen Basis mit einer VorspannungsqueUe fester Spannung, z. B. Masse, verbunden sind, und dall weiterhin ein Lastwiderstand mit dem Ausgang der Kompensationsschaltung verbunden ist.ίο inventive system is that the Compensation circuit has a transistor. its collector with the DC voltage source. whose Emitter with the second oscillator input and its base with a bias source tighter Voltage, e.g. B. ground, are connected, and then continue a load resistor to the output of the Compensation circuit is connected.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems besteh! darin, daß die Resonanzkurven von mindestens zwei Filterschaltungen so eingestellt sind, daß sie sich überlappen und dabei der Korrekturschaltung einen Gesamtfrequenzgang geben, der einen Durchlaßbereich vorbestimmter, dem Frequenzband der Fehler- und oder Modulationssignale entsprechender Breite aufweist.Another advantageous embodiment of the invention Systems exist! in that the resonance curves of at least two filter circuits are set so that they overlap while giving the correction circuit an overall frequency response give a pass band predetermined, the frequency band of the error and or Having modulation signals of appropriate width.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß die Resonanzkurven von mindestens zwei Filterschaltungen so eingestellt sind, daß sie sich nicht oder wenig überlappen und so tier Korrekturschaltung einen Gesamtfrequenzgang geben, der voneinander getrennte Resonanzspitzen aufweist, die voneinander getrennten schmalen Frequenzbändern, z. B. von modulierten Hilfsträgerfrequenzen der Modulationssignale, entsprechen.Another advantageous embodiment of the system according to the invention is that the Resonance curves of at least two filter circuits are set so that they do not or little overlap and so tier correction circuitry give an overall frequency response that differs from each other having separate resonance peaks, the narrow frequency bands separated from one another, e.g. B. from modulated subcarrier frequencies of the modulation signals correspond.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß die Resonanzkurven von mindestens zwei Filterschaltungen so eingestellt sind, daß sie Resonanzspitzen gleicher Höhe aufweisen und so der Korrekturschaltung einen im Durchlaßbereich etwa ebenen Gesamtfrequcnzgang und damit dem Regelkreis einen fallenden Frequenzgang geben.Another advantageous embodiment of the system according to the invention is that the Resonance curves of at least two filter circuits are set so that they have resonance peaks have the same height and so the correction circuit has an approximately flat overall frequency response in the pass band and thus give the control loop a falling frequency response.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß die Resonanzkurven von mindestens zwei Filterschaltungen so eingestellt sind, daß sie Resonanzspitzen mit mit der Frequenz.wachsender Höhe aufweisen und dabei der Korrekturschaltung einen im Durch-, laßbereich ansteigenden Gesamtfrequenzgang und damit dem Regelkreis einen im Durchlaßbereich etwa ebenen Frequenzgang geben.Another advantageous embodiment of the system according to the invention is that the Resonance curves of at least two filter circuits are set so that they have resonance peaks with increasing height with the frequency and thereby the correction circuit a through-, Overall frequency response increasing in the range and thus the control loop in the pass range give an approximately flat frequency response.
In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße System in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform und die Erfindung erläuternden Diagrammen veranschaulicht. Es zeigtIn the drawing, the system according to the invention is in an exemplary embodiment selected and illustrates diagrams explaining the invention. It shows
F i g. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Winkeldemodulationssystems. das die Korrekturschaltung enthält,F i g. 1 is a block diagram of an angle demodulation system according to the invention. that the Contains correction circuit,
Go Fig. 2 ein Schaltbild der■ Rückkopplungsschleife des Systems nach Fig. 1, einschließlich der Korrekturschaltung, Go Fig. 2 is a circuit diagram of the feedback loop the system of Fig. 1, including the correction circuit,
F i g. 3, 4 und 5 typische Formen von verschiedenen Frequenzgängen, die mit Hilfe der Korrektur-F i g. 3, 4 and 5 typical forms of different frequency responses, which with the help of the correction
schaltung zusammengesetzt werden können, wobei in jeder dieser Figuren die untere graphische Darstellung (I) den Frequenzgang der Korrekturschaltung an sich und die obere graphische Darstellung (II) ilencircuit can be composed, in each of these figures the lower graph (I) the frequency response of the correction circuit itself and the graph above (II) ilen
Gesamtfreqiienzgang der offenen Rückkopplungsschleil'e darstellt.Total frequency response of the open feedback loop represents.
Das in Fig. I dargestellte System weist einen HF-Verstärker 2 auf. dem phasen- oder frequenzmodulierte Signale irgendeiner geeigneten HF-Verbindung, z. B. einer Radioverbindung, wie sie hierin durch das gezeigte Antennensymbol angegeben ist, zugeführt werden. Die verstärkten HF-Signale werden dann einer üblichen Mischstufe und Zwisehenfrequenzversiärkerstiife 4 zugeführt, und die verstärkten Zwisclienfrequcnzsignale werden einem Eingang eines Phascndiskriminators 6 zugeführt, dessen anderer Hingang durch eine Rückkopplungsvcrbindung 13 mit dem Ausgang eines Ortsoszillators 12 veränderlicher Frequenz verbunden ist. Der Diskriminator 6 .erzeugt an seinem Ausgang eine Differenzgleichspanlumg mit negativem oder positivem Vorzeichen, die im Polarität und Grölte der Richtung und Größe der Phasendifferenz zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal des Ortsoszillators entspricht. Diese Spannung wird einem üblichen Verstärkers zugeführt. Die der Phasendifferenz proportionale verstärkte Spannung wird über eine Korrekturschaltung 10 den Frequenzregeleingängen des Ortsoszillators 12 zugeführt. Durch Wirkung der Rückkopplung 13 liefert der Oszillator 12 ein Ausgangssignal, das in . Frequenz und Phase mit der Frequenz und Phase des liingangssignals übereinstimmt (Winkelfesteinstellung). Der Oszillatorausgang ist außerdem zu einemThe system shown in Fig. I includes an RF amplifier 2 on. the phase or frequency modulated signals of any suitable RF link, z. B. a radio link, as indicated herein by the antenna symbol shown, fed will. The amplified RF signals are then passed through a conventional mixer and dual frequency amplifiers 4 and the amplified intermediate frequency signals are input a phase discriminator 6, the other input of which through a feedback connection 13 is connected to the output of a local oscillator 12 of variable frequency. The discriminator 6 .generates a differential voltage at its output with a negative or positive sign, the polarity and magnitude of the direction and size of the Phase difference between the input signal and the output signal of the local oscillator corresponds. This voltage is fed to a conventional amplifier. The amplified proportional to the phase difference Voltage is fed to the frequency control inputs of the local oscillator 12 via a correction circuit 10 fed. By the action of the feedback 13, the oscillator 12 provides an output signal that is shown in . Frequency and phase match the frequency and phase of the input signal (fixed angle setting). The oscillator output is also to one
• üblichen Phasen- oder Frequenzdetektor oder Demodulator.,f4 gefühlt, der zur Wiedergabe der in dem Eingangssignal enthaltenen Information (Modulationssignal) dient.• usual phase or frequency detector or demodulator., F4 felt to reproduce the information contained in the input signal (modulation signal) serves.
. Die vorstehend beschriebene Schaltung ist ein Empfangssystem mit Winkelfesteinstellung, das mit Ausnahme der Hauweise der Korrekturschaltung 10 im allgemeinen \on üblicher Art ist. Die Aufgabe der Korrekturschaltung, die im folgenden noch näher beschrieben werden wird, liegt darin, die Gesamtübertragungskcnnlinie (oder Frequenzgang) der Rückkopplungsschleife (oder Regelkreises) einschließlich des Phascndiskriminators 6. Verstärkers 8, Korrekturschaltung 10. örtlichem Oszillator 12 und Rückkopplungsverbindung 13 derart zu modifizieren, daß eine scharfe Dämpfung aller, mit Ausnahme der erwünschten Modulationssignalkomponenten, sichergestellt wird, ohne dabei eine Instabilität der Rückkopplung in Kauf nehmen zu müssen.. The circuit described above is a receiving system with fixed angle adjustment, which with The exception to the construction of the correction circuit 10 is generally of the usual type. The task of Correction circuit, which will be described in more detail below, lies in the overall transmission line (or frequency response) of the feedback loop (or control loop) including the phase discriminator 6. amplifier 8, correction circuit 10. local oscillator 12 and Modify feedback connection 13 so that a sharp attenuation of all except the desired modulation signal components, is ensured without causing an instability of the feedback to have to accept.
Fig. 2 zeigt, daß der Phasendiskriminator 6 eine übliche Vorrichtung ist. die als Ringdemodulator bekannt ist. Die Vorrichtung umfaßt einen Eingangsiransformator. bei dem das Eingangssignal von der Zwisehenfrequcnzstufe 4 an ein Ende seiner Primärwicklung geführt wird, deren anderes Ende geerdet ist. Die Sekundärwicklung des Transformators 16 ist an ihrem Mittelpunkt ,mit dem Rückkopplungsleiter 13. vom Ausgang des Oszillators 12 kommend, verbunden und mit den Enden mit den Eingangsklcmmen einer Brückensehaltung 18, die aus vier Gleichrichterdioden besteht, die in einer »Ring«-Gruppe mit entsprechenden Polungen verbunden sind. Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist allgemein bekannt und wird daher nur kurz beschrieben. Wenn die Oszillatorausgangsspanining, die dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Transformators 16 zugeführt wird, gleichphasig oder gegenphasig mit der lÜiigaiigssignalspaiiiiuiig ist, die der Sekundärwicklung von der Primärwicklung des Transformators zugeführt wird, vereinigen sich die beiden Wechselspannungen an den Ausgangsklemmen des Diodenringes 18 zu einer Signalwellenform, die aus Sinushalbwellen mit gleichen positiven und negativen Amplituden besteht. Wenn jedoch das Rückkopplungssignal, das über die Leitung 13 zugeführt wird, nicht phasengleich mit dem Eingangssignal ist, das an die Wicklungsenden der Sekundärwicklung des Transformators 16 kommt, wird die Wellenform, die an denFig. 2 shows that the phase discriminator 6 a usual device is. which is known as a ring demodulator. The device includes an input transformer. in which the input signal from the Zwisehenfrequcnzstufe 4 to one end of its primary winding the other end of which is grounded. The secondary winding of transformer 16 is at its midpoint, with the feedback conductor 13 coming from the output of the oscillator 12, connected and with the ends with the input terminals of a bridge connection 18, which consists of four rectifier diodes exists, which are connected in a "ring" group with corresponding polarities. the The method of operation of the device is generally known and is therefore only briefly described. If the Oscillator output spanining which is fed to the center point of the secondary winding of the transformer 16 is, in phase or out of phase with the lÜiigaiigssignalspaiiiiuiig that of the secondary winding is fed from the primary winding of the transformer, the two alternating voltages combine at the output terminals of the diode ring 18 to a signal waveform consisting of half sine waves with the same positive and negative amplitudes. However, if the feedback signal that is supplied via line 13, is not in phase with the input signal that is sent to the winding ends the secondary winding of transformer 16 comes up, the waveform that is sent to the
ίο Ausgängen des Diodenringes 18 erscheint, verzerrt, so daß die Amplitude an einem der Ausgänge sich erhöht und ein anderer Ausgang sich verringert. Wenn beispielsweise das Rückkopplungssignal dem Eingangssignal vorcilt, erhöht sich die Amplitude amίο the outputs of the diode ring 18 appears, distorted, so that the amplitude at one of the outputs increases and another output decreases. When For example, the feedback signal precedes the input signal, the amplitude increases am
t5 oberen Ausgang und verringert sich am unteren Ausgang, während das umgekehrte zutrifft, wenn das Rückkopplungssignal nacheilt. Eine wellenförmige Gleichspannung der einen oder der anderen PoIaH-. tat wird dann erzeugt. Diese wird der Siebschaltung 20 zugeführt, die das Paar Kondensatoren 22, die mit den Diodcnringausgangsklemmen verbunden sind und deren gemeinsame Verbindung geerdet ist, sowie den parallelen Widerstand 24 umfaßt. Diese Siebschaltung 20 beseitigt die Hochfrequenzkomponenten.t5 upper output and decreases at the lower output, while the reverse is true when the feedback signal is lagging. A wavy one DC voltage of one or the other PoIaH-. tat is then generated. This becomes the filter circuit 20 which are the pair of capacitors 22 connected to the diode ring output terminals and their common connection is grounded, and the parallel resistor 24 comprises. This filter circuit 20 eliminates the high frequency components.
So erscheint an den beiden Eingängen des abgeglichenen aperiodischen Verstärkers 8 eine Gleichspannung (undoder ein niederfrequentes Signal), die in Vorzeichen und Größe der Richtung und dem Winkel der Phasenverschiebung entspricht, die zwischen dem Rückkopplungssignal und dem Eingangssignal besteht. Diese Spannung wird im Verstärker 8, der eine niedrige Ausgangsimpedanz in Form eines geerdeten Widerstandes 26 hat, verstärkt. Das verstärkte Signal wird der Korrekturschaltung zugeführt.Thus, a DC voltage appears at the two inputs of the balanced aperiodic amplifier 8 (andor a low-frequency signal), the sign and magnitude of the direction and angle of the Corresponds to the phase shift that exists between the feedback signal and the input signal. This voltage is grounded in amplifier 8, which has a low output impedance in the form of a Resistance 26 has reinforced. The amplified signal is fed to the correction circuit.
Die Korrekturschaltung 10, die den Kern der Erfindung darstellt, besteht aus einer Anzahl paralleler Schaltungsabschnitte 28, 30/1, 30 B und 3OC und einer gogenannten Kompensationsschaltung 32, die im weiteren näher beschrieben wird.The correction circuit 10, which represents the core of the invention, consists of a number of parallel circuit sections 28, 30/1, 30 B and 3OC and a so-called compensation circuit 32, which is described in more detail below.
Der Schaltungsabschnitt 28 ist ein Gleichstromfilter, d. h. ein Tiefpaßfilter, der den Gleichstrom und die sehr niedrigen Frequenzen durchläßt; die Schaltungsabschnitte 30/1, 30 B und 30C sind auf verschiedene Frequenzen abgestimmte Filterschaltungen.The circuit section 28 is a direct current filter, ie a low-pass filter which passes the direct current and the very low frequencies; the circuit portions 30/1, 30 B and 30C are tuned to different frequencies filter circuits.
Wie im folgenden ausgeführt, ist der örtliche Oszillator 12, der in dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet wird, ein symmetrischer Oszillator mit zwei Steuereingängen 38 und 40 zur Frequenzregelung, wobei die Frequenzabweichung des Ausgangssignals, das am Ausgang 42 des Oszillators 12 erscheint, um einen Mittelwert herum, in Übereinstimmung mit Richtung und Größe des Gleichspannungsunterschiedes gesteuert wird, der zwischen den beiden Oszillatoreingängen 38 und 40 besteht. Demgemäß sind der Gleichstromfilterabschnitt 28 und die Gesamtheit der Wechselstromfilterabschnitte 30/1. 30 B und 3OC mit ihren Ausgangsklemmen gemeinsam mit einem Ausgang 44 der Korrekturschaltung verbunden, der mit einem ersten Oszillatoreingang 38 verbunden ist. Die Kompensationsschaltung 32 ist mit ihrer Ausgangsklemme mit dem anderen Oszillatorcingang 40 verbunden. Der gemeinsame Ausgang 44 ist durch einen Lastwiderstand 46 geerdet. Der Ausgang der Kompensationsschaltung 32 ist durchAs explained below, the local oscillator 12 used in this embodiment of the invention is a symmetrical oscillator with two control inputs 38 and 40 for frequency regulation, the frequency deviation of the output signal appearing at the output 42 of the oscillator 12 around a mean value , is controlled in accordance with the direction and size of the DC voltage difference that exists between the two oscillator inputs 38 and 40. Accordingly, the DC filter section 28 and the entirety of the AC filter sections are 30/1. 30 B and 3OC are connected with their output terminals together to an output 44 of the correction circuit, which is connected to a first oscillator input 38. The output terminal of the compensation circuit 32 is connected to the other oscillator input 40. The common output 44 is grounded through a load resistor 46. The output of the compensation circuit 32 is through
einen Testwiderstand 48 geerdet.a test resistor 48 grounded.
Der Gleichstromfilterabschniu 28 hat die Form eines üblichen Integriergliedes mit einem Eingangsserienwidersland 50. dessen eines Ende mit demThe DC filter section 28 has the shape a common integrator with an input series contradiction 50. whose one end with that
gemeinsamen Eingang 34 der Korrekturschaltung verbunden ist, während das andere Ende im Nebenschluß über einen Widerstand 52 und einen Kondensator 54 in Serie geerdet ist. Der Ausgang dieses Integriergliedes an dem den Widerständen 50 und 52 gemeinsamen Schaltungspunkt ist über einen Eingangsscrienwiderstand 56 mit der Basis eines als Emitterfolger geschalteten Transistors 58 verbunden, der als Trennstufe verwendet ist. Der Transistor ist mit seinem Kollektor mit einer Zuführungsleitung 60 verbunden, die mit einer positiven Gleichspannungsquclle + V verbunden ist, während der Emitter mit dem gemeinsamen Ausgang 44 der Korrekturschaltung verbunden ist.common input 34 of the correction circuit is connected, while the other end is shunted is grounded in series through a resistor 52 and a capacitor 54. The outcome of this The integrator at the circuit point common to resistors 50 and 52 is via an input resistor 56 is connected to the base of a transistor 58 which is connected as an emitter follower and is used as an isolating stage. The transistor is connected to its collector with a supply line 60, which is connected to a positive DC voltage source + V is connected, while the emitter is connected to the common output 44 of the correction circuit connected is.
Die Filterschaltungen 3OA, 3OB und 3OC sind alle gleich gebaut, und ihre Elemente sind entsprechend numeriert und durch die Zusatzzeichen A, B, C unterschieden. In der Zeichnung sind drei parallele Filter gezeigt. Es kann jedoch je nach Bedarf jede beliebige Anzahl in der erfindungsgemäßen Korrekturschaltung vorgesehen werden. Die Filter sind Resonanzkreise, die auch als »Lerner-Filtcr« bekannt sind. Jedes Filter weist einen Kondensator 62 auf, dessen eine Elektrode mit der gemeinsamen Filtereingangsleitung 34 verbunden ist, während die andere Elektrode über eine Induktivität 64, der die Parallelschaltung eines weiteren Kondensators 66 und eines Widerstandes 68 nachgeschaltet ist, geerdet ist. Der der Induktivität 64 und der parallelen fiC-Schaltung gemeinsame Schaltungspunkt liegt über einen Widerstand 70 an der positiven Versorgungsleitung 60. Der Ausgang der Filterschaltungen, der durch den dem Eingangskondensator 62 und der Induktivität 64 gemeinsamen Schaltungsknoten gebildet wird, ist mit der Basis eines als Emitterfolger geschalteten und als Trennstufe verwendeten Transistors 72 verbunden, dessen Kollektor mit der Versorgungsleitung 60 positiver Spannung verbunden ist, während sein Emitter mit der gemeinsamen Filterausgangsleitung 44 verbunden ist.The filter circuits 30A, 30B and 30C are all built identically, and their elements are numbered accordingly and distinguished by the additional characters A, B, C. Three parallel filters are shown in the drawing. However, any number can be provided in the correction circuit according to the invention as required. The filters are resonance circuits, which are also known as "learner filters". Each filter has a capacitor 62, one electrode of which is connected to the common filter input line 34, while the other electrode is grounded via an inductance 64, which is followed by the parallel connection of a further capacitor 66 and a resistor 68. The circuit point common to the inductance 64 and the parallel fiC circuit is connected to the positive supply line 60 via a resistor 70. The output of the filter circuits, which is formed by the circuit node common to the input capacitor 62 and the inductor 64, is connected to the base of an emitter follower connected transistor 72 used as an isolating stage, the collector of which is connected to the supply line 60 of positive voltage, while its emitter is connected to the common filter output line 44.
In jeder abgestimmten Filterschaltung stellen die Kapazität 62 und die Induktivität 64 frequenzselektive Mittel dar, die so gewählt werden können, daß die dazugehörige Abstimmschaltung eine scharfe Resonanzspitze besitzt. Wie im einzelnen später beschrieben wird, sind die frequenzselektiven Mittel in den entsprechenden abgestimmten Stromkreisen 3OA, 3OB, 30C so gewählt, daß die Resonanzspitzen der Stromkreise verschieden sind.In each tuned filter circuit, capacitance 62 and inductance 64 represent frequency selective means which can be chosen so that the associated tuning circuit has a sharp resonance peak. As will be described in detail later, the frequency selective means in the respective tuned circuits 30A, 30B, 30C are selected so that the resonance peaks of the circuits are different.
Die Widerstände 68 und 70 bilden einen Spannungsteiler zum Vorspannen der Basis jeden Transistors zwischen der Versorgungsleitung 60 und Erde. Kondensatoren 66 dienen dazu, die Hochfrequenzwechselstromkomponenten zu entkoppeln.Resistors 68 and 70 form a voltage divider for biasing the base of each transistor between the supply line 60 and ground. Capacitors 66 serve to hold the high frequency alternating current components to decouple.
Die Kompensationsschaltung 32 umfaßt einen Transistor 74, dessen Basis über einen Widerstand 76 geerdet ist, während sein Kollektor mit der Versorgungsleitung 60 verbunden ist und der Emitter den Ausgang der Kompensationsschaltung bildet, der an der Leitung 40 zum für die Frequenzregelung des Oszillators vorgesehenen Eingang liegt.The compensation circuit 32 comprises a transistor 74, the base of which via a resistor 76 is grounded, while its collector is connected to supply line 60 and the emitter forms the output of the compensation circuit, which is on line 40 for the frequency control of the Oscillator provided input.
Der Ortsoszillator 12 veränderlicher Frequenz ist, wie bereits ausgeführt, als symmetrischer Oszillator bezeichnet. Er weist zwei symmetrische Kanäle auf, in denen jeweils ein Verstärker 78 und 80 mit veränderlicher Verstärkung liegt. Die Oszillatoreingangslcitungen 38 und 40 sind mit den entsprechenden Steücreingängen zur Verstärkungsregelung des Vcrstärkers verbunden. Die Signaleingängc der Verstärker 78 und 80 liegen an dem Oszillatorausgang 42. Die Ausgänge der Verstärker 78 und 80 werden über parallele LC-Schaltungen 82 und 84 an Masse geführt und liegen außerdem an den Eingängen von Trennverstärkerstufen 86 und 88. Die Ausgangssignale der Trennverstärker werden in einer Addierschaltung 90 kombiniert. Das kombinierte Signal wird durch einen die Rückkopplung stabilisierendenThe local oscillator 12 of variable frequency is, as already stated, a symmetrical oscillator designated. It has two symmetrical channels, in each of which an amplifier 78 and 80 with variable Reinforcement lies. The oscillator input lines 38 and 40 are connected to the corresponding ones Control inputs for gain control of the amplifier connected. The signal inputs of the amplifiers 78 and 80 are at the oscillator output 42. The outputs of the amplifiers 78 and 80 are via parallel LC circuits 82 and 84 to ground and are also at the inputs of isolation amplifier stages 86 and 88. The output signals the isolating amplifiers are combined in an adder circuit 90. The combined signal is stabilized by a feedback
ίο Amplitudenbegrenzer 92 dem Oszillatorausgang 42 zugeleitet. Im Betrieb eines solchen abgeglichenen Oszillators kann gezeigt werden, daß, wenn die Spannungen, die von den Leitungen 38 und 40 den zur Verstärkungsregelung dienenden Sleucreingängen der abgestimmten Verstärker 78 und 80 zugeführt werden, gleich sind, so daß die Verstärker eine gleiche Verstärkung aufweisen, der Oszillator am Ausgang 42 ein Oszillatorsignal bei einer Mittelfrequenz von /j abgibt, so daß /0 — \'fj., ist, wobei /,ίο the amplitude limiter 92 fed to the oscillator output 42. In operation of such a balanced oscillator it can be shown that when the voltages supplied by lines 38 and 40 to the gain control sleucre inputs of the tuned amplifiers 78 and 80 are equal so that the amplifiers have the same gain The oscillator at output 42 emits an oscillator signal at a center frequency of / j, so that / 0 - \ 'fj. , Where /,
und /2 die verschiedenen Frequenzwerte sind, auf die die Verstärker 78 und 80 wahlweise abgestimmt werden. Im Falle eines Unterschiedes in den Spannungen, die von den Leitungen 38 und 40 zugeführt werden, nimmt die Verstärkung eines der Verstärker 78, 80 zu oder nimmt im Verhältnis zur Verstärkung des anderen ab, und die Ausgangsfrequenz weicht dann von dem Mittelwert /0 in einer Richtung ab, die sie näher an die abgestimmte Frequenz /, oder f., des Verstärkerkanals bringt, bei dem die Verstärkung größer ist. Dieser symmetrische Oszillator veränderlicher Frequenz ist wegen seiner ausgezeichneten Linearität interessant.and / 2 are the various frequency values to which amplifiers 78 and 80 are selectively tuned. In the event of a difference in the voltages supplied by lines 38 and 40, the gain of one of the amplifiers 78, 80 will increase or decrease in proportion to the gain of the other and the output frequency will then deviate from the mean value / 0 in one Direction that brings them closer to the tuned frequency /, or f., Of the amplifier channel where the gain is greater. This symmetrical variable frequency oscillator is interesting because of its excellent linearity.
Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß sowohl an Stelle des Phasendiskriminators 6 als auch an Stelle des Oszillators 12 andere geeignete Formen eines Phasendiskriminators und eines regelbaren Oszillators in dem erfindungsgemäßen System verwendet werden können.It should be noted, however, that both in place of the phase discriminator 6 and in place of the oscillator 12 other suitable forms of a phase discriminator and a controllable oscillator can be used in the system according to the invention.
Die Arbeitsweise des beschriebenen Systems kann wie folgt zusammengefaßt werden. Im eingeschwungenen Zustand, wenn das Oszillatorausgangssignal, das auf der Leitung 42 abgegeben und durch die Leitung 13 zu der Sekundärwicklung des Eingangstransformators 16 im Phasendiskriminator 6 zuge- führt wird, in Frequenz und Phase mit der Frequenz und Phase eines Eingangssignal übereinstimmt, das der Primärwicklung des Transformators 16 zugeführt wird, führt der Diodenring 18 gleiche Spannungen durcii die Siebschaltung 20 zum Verstärker 8, der eine Fehlerspannung von Null zur Eingangsleitung der Korrekturschaltung 10 bringt. In diesem Zustand ohne Phasenfehler wird ein Abgleich derart vorgenommen, daß die Spannung, die der einen Os/illatoreingangslcitung 38 von der Versorgungsleitung 60 über die parallelen Transistoren 58 und 72/1 bis 72 C und über die gemeinsame Filterausgangsleitung 44 zugeführt wird, ein vorbestimmtes Verhältnis gegenüber der Spannung erhält, die der anderen Oszillatoreingangslcitung 40 von der Versorgungsleitung 60 über den Transistor der Kompensationsschaltung 32 zugeführt wird. Der Oszillator 12 bleibt dann abgeglichcn^ und seine Ausgangsfrequenz behält den Wert des eingeschwungenen Zustands bei. Sollte ein Unterschied zwischen der Phase und oder Frequenz des Eingangssignals und dem rückgekoppelten Oszillatorausgangssignal auftreten, liefert der Verstärker 8 ein Gleichstioniausgnngssignal. das in Vorzeichen und Größe der Richtung und dem Wert desThe operation of the system described can be summarized as follows. In the settled State when the oscillator output signal that is output on line 42 and through the Line 13 to the secondary winding of the input transformer 16 in the phase discriminator 6 corresponds in frequency and phase to the frequency and phase of an input signal that the primary winding of the transformer 16 is fed, the diode ring 18 carries the same voltages durcii the filter circuit 20 to the amplifier 8, which has a zero error voltage to the input line the correction circuit 10 brings. In this state without phase errors, an adjustment is carried out in such a way that that the voltage applied to the one os / illator input line 38 from the supply line 60 via the parallel transistors 58 and 72/1 to 72 C. and is supplied via the common filter output line 44, a predetermined ratio to the voltage that the other oscillator input line 40 receives from the supply line 60 is fed to the compensation circuit 32 via the transistor. The oscillator 12 then remains balanced and its output frequency maintains the steady-state value. Should be Difference between the phase and or frequency of the input signal and the feedback signal Oscillator output signal occur, the amplifier 8 delivers a Gleichstioniausgnngssignal. that in sign and magnitude of the direction and value of the
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Phasenfehlers entspricht. Dieses Ausgangssignal des Verstärkers 8 wird durch die parallelen Filter 28 und 3OA, 3OB und 3OC der Korrekturschaltung 10 übertragen und bewirkt eine entsprechende Veränderung in der Spannung, die von der gemeinsamen Ausgangsleitung 44 der Korrekturschaltung zu der einen Eingangsleitung 38. des Oszillators 12 geführt wird. Die Verstärkung des Verstärkers 78 wird dadurch gegenüber der Verstärkung des anderen Verstärkers 80 erhöht oder verringert, je nach der Richtung des festgestellten Phasenunterschiedes. Die Oszillatorausgangsfrequenz wird dadurch in der im vorhergehenden beschriebenen Art derart verändert, daß die Phasen- und Frequenzgleichlieit zwischen dem Oszillatorausgangssignal und dem Eingangssignal des Systems wiederhergestellt ist.Phase error corresponds. This output signal of the amplifier 8 is transmitted through the parallel filters 28 and 30A, 30B and 30C of the correction circuit 10 and causes a corresponding change in the voltage which is fed from the common output line 44 of the correction circuit to one input line 38 of the oscillator 12 . The gain of amplifier 78 is thereby increased or decreased relative to the gain of the other amplifier 80, depending on the direction of the phase difference detected. The oscillator output frequency is thereby changed in the manner described above in such a way that the phase and frequency equality between the oscillator output signal and the input signal of the system is restored.
Die Wirkung der erfindungsgemäßen Korrekturschaltung IO wird nunmehr genauer beschrieben. Die Gesamtiibertragungsfunktion (oder Frequenzgang) der Schaltung ist die Resultierende der elementaren Übertragimgsfunktionen jedes einzelnen der zusammengesetzten Filterabschnitte, einschließlich des Gleichstronifilterabschnittes 28 und der Weehselstromfilterabschnitte, wie etwa 30^1, 30 B, 3OC. So gibt die Auswahl der Schaltungskonstanten, einschließlich der Induktivitäts-, Kapazitäts- und Widerstandsparameter in jedem der Filterabschnitte, wie etwa 28, 30A, 3OD, 3OC, die in der Korrekturschaltung vorgesehen sind, ein Mittel, um die Übertragungsfunktion der Schaltung und daher auch des Rückkopplungskreises so festzulegen oder zusammenzusetzen, daß jegliche spezifische Anforderung bezüglich der Frequenzbänder der Signale, die empfangen werden, erfüllt werden kann.The effect of the correction circuit IO according to the invention will now be described in more detail. The overall transfer function (or frequency response) of the circuit is the resultant of the elementary transfer functions of each of the composite filter sections including the DC filter section 28 and AC filter sections such as 30 ^ 1, 30 B, 3OC. Thus, the selection of the circuit constants, including the inductance, capacitance and resistance parameters in each of the filter sections, such as 28, 30 A, 3OD, 3OC, which are provided in the correction circuit, gives a means to adjust the transfer function of the circuit and therefore also of the feedback loop so that any specific requirement relating to the frequency bands of the signals that are received can be met.
Ein wichtiges Beispiel ihr Möglichkeiten der Erfindung bezüglich der Zusammensetzung eines Frequenzganges, angewendet auf ein System mit Frequenzmodulation, ist in Fig. 3 dargestellt. Die untere graphische Darstellung (I) stellt den zusammengesetzten Frequenzgang 92 der Korrekturschaltung 10 dar. Die Kurve 92 hat einen Abschnitt 94 hoher Verstärkung bei sehr niedrigen Frequenzen (etwa weniger als 20 Hz), der den Durchlaßbereich des Gleichstrom/ilterabschnittes 28 darstellt, und einen anderen Abschnitt 96 bei höheren Frequenzen (etwa von 300 bis 3400 Hz wie im Falle eines einzelnen Telefonkanals oder von 60000 bis 300 000 Hz im Falle eines Sechzig-Kanal-Multiplex-Systems), der die Unihüllende der kombinierten Resonanzkurven der einzelnen Wechselslromfilterabschnitte, wie etwa 30A, 30B, 3OC darstellt, die als die gestrichelten Resonanzkurven 96Λ, 96B, 96C gezeigt sind. In der oberen graphischen Darstellung (II) stellt die abwärts verlaufende Linie 98, die die mit der Frequenz zunehmende Dämpfung anzeigt, den Frequenzgang des Phasendiskriminators 6, Verstärkers 8 und Oszillators mit veränderlicher Frequenz 12 dar. Diese steigende Dämpfung ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Frequenzabweichung des Oszillators 12 proportional dem Phasenfehler ist. Die Kurve 100 stellt den kombinierten Frequenzgang der offenen Rückkopplungsschleife, die den Diskriminator 6, den Verstärker 8 und den Oszillator 12 einschließt, addiert zum Frequenzgang (96, graphische Darstellung Ii) der Korrekturschaltung 10, dar.An important example of their possibilities of the invention with respect to the composition of a frequency response, applied to a system with frequency modulation is shown in Fig. 3. The lower graph (I) depicts the composite frequency response 92 of the correction circuit 10. Curve 92 has a high gain portion 94 at very low frequencies (about less than 20 Hz) representing the passband of the DC / filter portion 28 and a other section 96 at higher frequencies (approximately from 300 to 3400 Hz as in the case of a single telephone channel or from 60,000 to 300,000 Hz in the case of a sixty-channel multiplex system), which is the envelope of the combined resonance curves of the individual AC filter sections, such as 30 A, 30 B, 3oC is shown as the dashed resonance curves 96Λ, 96B, 96C. In the upper graph (II), the downward sloping line 98, which shows the attenuation increasing with frequency, represents the frequency response of the phase discriminator 6, amplifier 8 and variable frequency oscillator 12. This increasing attenuation is due to the fact that the frequency deviation of the oscillator 12 is proportional to the phase error. The curve 100 represents the combined frequency response of the open feedback loop, which includes the discriminator 6, the amplifier 8 and the oscillator 12 , added to the frequency response (96, graph Ii) of the correction circuit 10.
Die sich ergebende Übertragungsfunktion hat scharfe und klar begrenzte Durchlaßbereiche und Sperrbereiche hoher Dämpfung. Der Durchlaßbereich, der der Erhöhung 96 entspricht, stellt den Bereich nützlicher Nachrichtcnsignale dar. Der Durchlaßbereich, der dem Abschnitt 94 entspricht und den Beitrag des Gleichstromfilterabschnittes 28 darstellt, dient dazu, die langsamen Frequenzveränderungen auszugleichen, wie sie etwa auf ein Abweichen im Ortsoszillator 12 und einem dazugehörigen (nicht gezeigten) Senderoszillator zurückzuführen sind.The resulting transfer function has sharp and clearly delimited passbands and Blocked areas with high attenuation. The pass band corresponding to the ridge 96 represents the The range of useful message signals. The pass band corresponding to section 94 and represents the contribution of the DC filter section 28, serves to reduce the slow frequency changes to compensate, such as a deviation in the local oscillator 12 and an associated one transmitter oscillator (not shown).
Weiterhin hat die Übertragungsfunktion 100, die auf den Beitrag des Oszillators 12 (Kurve 98) zurückzuführen ist, den folgenden wichtigen Vorteil im Falle eines Frequenz- (im Unterschied zum Phasen-) Modulationssystems. Wie bereits früher bemerkt, erfordert das richtige Arbeiten eines phasenstarren Systems, daß die tatsächliche Phasenverschiebung zwischen dem Eingangssignal und dem örtlichen Oszillatorausgangssignul zu allen Zeiten geringer sein soll als 90° und besser weniger als 45 ', da wenn dies nicht der Fall ist, die Phasenrastung oder -festeinstellung nicht stattfindet. Um diese Bedingung zu erfüllen, ist es im Falle eines großen Modulationsindexes wünschenswert, daß die Bandverstärkung im wesentlichen proportional dem Modulationsindex sein soll. In einem Frequenzmodulationssystem ist der Phasenmodulationsindex oder der Phasenhub im allgemeinen eine mit der Modulationsfrequenz abnehmende Funktion (wie durch die Gleichung AfIF = A Φ gezeigt, worin I <!> der Phasenhub ist. Af der Frequenzhub — üblicherweise eine Konstante — und F die Modulationsfrequenz). Das allgemeine Absinken der Übertragungsfunktion 100 in Fig. 3 gleicht die Erhöhung des Modulationsindex mit abnehmenden Frequenzen aus und sichert so eine richtige Phasenrastung bei allen Frequenzen und allen Modulationsindizes.Furthermore, the transfer function 100, which can be attributed to the contribution of the oscillator 12 (curve 98), has the following important advantage in the case of a frequency (in contrast to the phase) modulation system. As noted earlier, the correct operation of a phase-locked system requires that the actual phase shift between the input signal and the local oscillator output signal should at all times be less than 90 ° and better than 45 ', since if this is not the case, the phase lock should be or fixed setting does not take place. To meet this condition, in the case of a large modulation index, it is desirable that the band gain be substantially proportional to the modulation index. In a frequency modulation system, the phase modulation index or phase deviation is generally a function that decreases with the modulation frequency (as shown by the equation AfIF = A Φ , where I <!> Is the phase deviation. Af is the frequency deviation - usually a constant - and F is the modulation frequency) . The general decrease in the transfer function 100 in FIG. 3 compensates for the increase in the modulation index with decreasing frequencies and thus ensures correct phase locking at all frequencies and all modulation indices.
Fig. 4 zeigt eine andere Übertragungsfunktion eines Phasenmodulationssystems. Der Frequenzgang der Korrekturschaltung, wie in diesem Falle verwendet, ist in der unteren graphischen Darstellung I dargestellt. Er ist im allgemeinen ähnlich dem Frequenzgang 92 (Fig. 3-1), wie er im Frequenzmodulationssystem vorliegt, mit der Ausnahme, daß der Abschnitt hoher Verstärkung, der den nützlichen Wechselstromsignalen entspricht und den Beitrag der Wcchselstromfilterabschnitte 30/1, 30B, 3OC darstellt, wie unter Hinweis auf Fig. 3 erläutert, hier so gebildet ist, daß ein Ansteigen, wie bei 102 gezeigt, auftritt. Dieses Ansteigen ist in einem Maß gewählt, das im wesentlichen umgekehrt gegenüber dem Abfall der Linie 98 (Fig. 4, graphische Darstellung II) ist, was, wie in Fig. 3, die Frequenzgänge des Oszillators 12 und anderer Schaltungsteile darstellt. Als Folge hat der gesamte Frequenzgang der offenen Rückkopplungsschleife, wie in der oberen graphischen Darstellung II der Fig. 4 dargestellt, einen flachen Abschnitt 104 in dem Informationssignalband, was eine konstante Verstärkung darstellt. Dies ist bei einem Phasenmodulationssignal wünschenswert, weil, im Gegensatz zur Frequenzmodulation, der Modulationsindcx bei der Phasenmodulation im wesentlichen konstant und unabhängig von der Frequenz ist (die entsprechende Verstärkung ist als m angegeben).Fig. 4 shows another transfer function of a phase modulation system. The frequency response of the correction circuit, as used in this case, is shown in graph I below. It is generally similar to the frequency response 92 (Fig. 3-1) found in the frequency modulation system, except that the high gain section corresponding to the useful AC signals and the contribution of the AC filter sections 30/1, 30 B, 3OC As explained with reference to FIG. 3, is formed here so that a rise, as shown at 102 , occurs. This increase is chosen to an extent which is essentially the reverse of the decrease in line 98 (FIG. 4, graph II), which, as in FIG. 3, shows the frequency responses of the oscillator 12 and other circuit components. As a result, as shown in the upper graph II of FIG. 4, the entire frequency response of the open feedback loop has a flat portion 104 in the information signal band, which represents a constant gain. This is desirable for a phase modulation signal because, in contrast to frequency modulation, the modulation index in phase modulation is essentially constant and independent of frequency (the corresponding gain is indicated as m ).
Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem die Korrckturschaltungen nach Fig. 2 verwendet werden können, um die Gesamtübertragungsfunktionen einesFig. 5 shows another example in which the correction circuits of Fig. 2 are used can use the overall transfer capabilities of a
Systems mit Phasenrastung zu formen. Das Beispiel bezieht sich auf ein Mehrkanalphasenmodulationssystem, das drei phasenmodulierte Träger verwendet, wie sie häufig für Telemetrieverbindungen verwendet werden. Der Modulationsindex jedes Unterträgers ist der gleiche. Der Frequenzgang der Korrekturschaltung, wie in der unteren graphischen Darstellung I gezeigt, hat drei scharfe Spitzen, die den verwendeten Hilfsträgerfrequenzen entsprechen, z. B. 560, 960 und 1300Hz. Jede Spitze kann der Resonanzspitze eines dazugehörigen der drei Wechselstromfilterabschnitte 30Λ, 30ß und 3OC entsprechen, wobei die Schaltungskonstanten nun so gewählt werden, daß die Resonanzspitzen bei den gewünschten Werten in einem Abstand voneinander liegen, anstatt sich zu überlappen, wie in den Beispielen in Fi g. 3 und 4 gezeigt. Da weiterhin auch eine Phasenmodulation angenommen ist, besitzen die drei Spitzen, wie gezeigt, zunehmende Höhe, wobei die Scheitelpunkte auf einer Linie 106 mit gegenüber der Linie 98 umgekehrter Neigung ausgerichtet sind, die den Frequenzgang des veränderlichen Oszillators darstellt. Die sich ergebende Kurve der offenen Rückkopplungsschleife, wie in der oberen graphischen Darstellung II der Fi g. 5 gezeigt, besitzt daher drei Spitzen gleicher Amplitude bei den entsprechenden Trägerfrequenzen, wobei die gemeinsame Amplitude (m) dem entsprechenden gewünschten konstanten Wert des Phasenmodulationsindexes entspricht.System to form with phase locking. The example relates to a multichannel phase modulation system using three phase modulated carriers such as those commonly used for telemetry links. The modulation index of each subcarrier is the same. The frequency response of the correction circuit, as shown in the lower graph I, has three sharp peaks corresponding to the subcarrier frequencies used, e.g. B. 560, 960 and 1300Hz. Each peak can correspond to the resonance peak of an associated one of the three AC filter sections 30 , 30 ß and 3OC, the circuit constants now being chosen so that the resonance peaks at the desired values are at a distance from one another instead of overlapping, as in the examples in Fi g. 3 and 4 shown. Further, since phase modulation is also assumed, the three peaks are of increasing height as shown, with the vertices aligned on a line 106 of inverse slope from line 98 which represents the frequency response of the variable oscillator. The resulting open feedback loop curve, as shown in the upper graph II of FIG. 5, therefore, has three peaks of equal amplitude at the corresponding carrier frequencies, the common amplitude (m) corresponding to the corresponding desired constant value of the phase modulation index.
Sowohl in F i g. 5 als auch in F i g. 4 umfassen die gezeigten Frequenzgänge einen ansteigenden niederfrequenten Teil, der den Beitrag des Gleichstromfilterabschnittes 28 darstellt, wie im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert und dazu dient, langsame Frequenzveräriderungen (Frequenzdrift) zu erfassen.Both in FIG. 5 as well as in FIG. 4, the frequency responses shown include an increasing one low frequency part which represents the contribution of the DC filter section 28, as in the context explained with Fig. 3 and is used to slow frequency distortions (frequency drift) capture.
In allen Übertragungskurven, die in F i g. 3 bis 5 dargestellt sind, können klar voneinander getrennte Durchlaßbereiche mit steilen Flanken und gedämpfte Bereiche erzielt werden, wodurch es möglich wird. 4" jegliche störenden zufälligen Signal- und Rauschkomponenten auszuscheiden und den .Empfang lediglich auf Nutzsignale zu beschränken. Der Ausgangsrauschabstand und die Eingangsempfindlichkeit werden dadurch erhöht, ohne daß eine Instabilität eintritt, und zwar in einem Grad, der bisher in keinem üblichen System mit Phasenrastung vergleichbarer Art erreicht worden ist.In all transmission curves shown in FIG. 3 to 5 shown can be clearly separated from one another Passbands with steep slopes and attenuated ranges can be achieved, which makes it possible. 4 " Eliminate any disturbing random signal and noise components and only receive to restrict to useful signals. The output signal to noise ratio and the input sensitivity will be thereby increased without instability occurring, and to a degree that has hitherto never been achieved in any usual system with phase locking of a comparable type has been achieved.
Die Möglichkeit, die Übertragungsfunktion der Korrekturschaltung nach Wunsch zu bilden, ergibt sich im wesentlichen aus dem Typ von Filterabschnitten, die darin verwendet werden. Diese sind, wie hierin dargestellt, Abstimmschaltungen, die ein schmales Resonanzband haben. Derartige Schaltungen sind beispielsweise in »Reference Data for Radio Engineers«, dritte Auflage, S. 237, Fig. 1, Diagramm A, dargestellt. Sie besitzen eine Übertragungsfunktion der Form -The possibility of forming the transfer function of the correction circuit as desired results essentially the type of filter sections used therein. These are how illustrated herein, tuning circuits that have a narrow resonance band. Such circuits are for example in "Reference Data for Radio Engineers", third edition, p. 237, Fig. 1, diagram A, shown. They have a transfer function the form -
1 K„1 K "
Fn F n
worin Q der Gütefaktor, F0 die Abstimmfrequenz der Schaltung und / der imaginäre Einheitsvektor ist. .where Q is the quality factor, F 0 is the tuning frequency of the circuit and / is the imaginary unit vector. .
Eine Schaltung dieser Art bewirkt, wenn sie mit einem sinusförmigen Eingangssignal gespeist wird, eine Phasenverschiebung, die in keinem Falle übci ± 90° hinausgeht. Weiterhin stehen, weil die Schaltungen dieser Art mit Verlust behaftet sind, die Frequenzgänge der Verstärkung und des Phasenwinkels nicht unbedingt im Zusammenhang miteinander,- wie das der Fall bei verlustlosen Netzwerken ist, und sie können daher getrennt voneinander, vorherbestimmt werden. Das bedeutet wiederum, daß die Gesamtfrequenzgänge der Schaltung so ausgebildet werden können, daß sie sehr stabile Flanken haben, die wesentlich steiler als die 6 Dezibel je Oktave sind, die der höchsten Dämpfung entsprechen, die mit einem WC-Netz erreicht werden kann. Die hohen Steigungen der Amplituden/Frequenzkiirven der Einzellilter machen es möglich, die klar begrenzten Durchlaßbereiche und Sperrbeieiche zu erzielen, die die Gesamtfrequenzgäiige in Fig. 3, 4, 5 zeigen. Die erfindungsgemäße Korrekturschaltung kann in ihrer Bauweise von der in Fig. 2 gezeigten abweichen, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die hier gezeigten, als Trennstufe verwendeten Transistoren stellen ein vorteilhaftes Mittel dar, um den Ausgang der einzeln abgestimmten Schaltungen an der gemeinsamen Ausgangsklemme zu entkoppeln und werden daher in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verwendet. Sie können jedoch in gewissen Fällen weggelassen und durch passive Widerstände ersetzt werden. Wenn diese Transistoren in den bevorzugten Ausführiingsformen verwendet werden, ist die Kompensationsschaltung 32 ein vorteilhaftes Mttel zum Ausschalten der Wirkung von Schwankungen der Versorgiingsspannung, die durch diese Transistoren verursacht werden können, und hält das Spaniningsgleichgewicht am Eingang des Oszillators veränderlicher Frequenz aufrecht.A circuit of this type, when fed with a sinusoidal input signal, a phase shift which in no case goes beyond ± 90 °. Furthermore, because the circuits of this type are subject to loss, the Frequency responses of the amplification and the phase angle not necessarily in connection with each other, as is the case with lossless networks, and they can therefore be separated from one another, be predetermined. This in turn means that the overall frequency responses of the circuit are designed in this way can be that they have very stable slopes that are much steeper than the 6 decibels ever Are octaves, which correspond to the highest attenuation that can be achieved with a toilet network. the high slopes of the amplitudes / frequency curves the individual filters make it possible to use the clearly delimited To achieve passbands and blocking ranges which show the total frequency range in Figs. The design of the correction circuit according to the invention can differ from that shown in FIG. without thereby departing from the scope of the invention. The ones shown here, used as a separation stage Transistors provide an advantageous means of controlling the output of the individually tuned Circuits at the common output terminal and are therefore preferred Embodiments of the invention used. However, in certain cases they can be omitted and be replaced by passive resistors. If these transistors are in the preferred embodiments are used, the compensation circuit 32 is an advantageous means of turning off the effect of fluctuations in the supply voltage, which can be caused by these transistors, and keeps the spinning equilibrium at the input of the variable frequency oscillator.
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