DE1914421C - Amplitudenmoduherbarer Transistor sendeverstarker mit verminderter Phasenmo dulation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verringern der bei einem in der Amplitude modulierbaren, im C-Betrieb arbeitenden transistorisierten Sendeverstärker entstehenden unerwünschten zusätzlichen Phasenmodulation, insbesondere bei Sendeverstärkern für kurze und ultrakurze Wellen und Schallungsanordnungen zur Durchführung dieses. Verfahrens.

Die bei jedem Transistor vorhandenen Sperrschichikapazitäten verändern in bekannter Weise ihren Wert, wenn der Arbeitspunkt des Transistors verändert wird. Dieser Effekt ist bereits ausgenutzt worden, um mittels eines durch eine Modulationswechselspannung mitgesteuerten Transistors eine Frequenzmodulation zu erzielen. Schaltungsanordnungen hierfür sind Gegenstand zahlreicher in- und ausländischer Patentanmeldungen bzw. Patente sowie von Veröffentlichungen in Zeitschriften. Wird nun eine Transistorverstärkerstufe für hochfrequente Trägerschwingungen durch eine Modulationswechselspannung in der Amplitude moduliert, so erfolgt dadurch eine Verlagerung des momentanen Arbeitspunktes des Transistors und damit eine Änderung seiner Sperrschichtkapazitäten, gleich an welcher Elektrode des Transistors die Modulation, also z. B. Kollektor-(Anoden-) oder Basis-(Gitter-)Modulation erfolgt. Dieses hat eine Veränderung der Phasenlage des hochfrequenten Trägers in Abhängigkeit von der Amplitude des Modulationssignals zur Folge, es tritt also eine zusätzliche Phasenmodulation auf, die an sich unerwünscht ist. Um diese Phasenmodulationsanteiie im Ausgangssignal herabzusetzen, schlägt die deutsche Patentschrift 1 122 109 vor, bei einem fremdgesteuerten Sender die Amplitudenmodulation in einer in Brückenschaltung aufgebauten Frequenzverdopplerstufe, bei der der frequenzbestimmende Ausgangsschwingkreis im Ausgangsdiagonalzweig

ίο einer abgeglichenen Brücke liegt, durch modulationsamplitudenabhängige Bedämpfung dieses Schwingkreises mittels eines gesteuerten Widerstandes, z. B. einer gesteuerten Halbleiterstrecke, vorzunehmen. Bei Sendern größerer' Ausgangsleistung müßte bei großem Modulationsgrad dieser gesteuerte Widerstand praktisch die ganze Hochfrequenzleistung aufnehmen können, so daß diese Anordnung nur für Sender geringer Leistung, wie z. B. für Handfunksprechgeräte, verwendbar ist. Außerdem kann mit

ao der hier beschriebenen Schaltung eine Phasenmodulation des Ausgangsträgers schon deshalb nicht vermieden werden, weil die als steuerbarer Widerstand eingesetzte Diode selbst auch eine von der angelegten Modulationsamplitude abhängige Kapazität darstellt, die zu einer modulationsgesteuerten Verstimmung des Aiisgangskreises und damit zu einer Phasenmodal ation führt ' «! Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, diese Nachteile zu überwinden und ein Verfahren zum Verringern der bei einem in der Amplitude modulierbaren, im C-Betrieb arbeitenden transistorisierten Sendeverstärker entstehenden unerwünschten zusätzlichen Phasenmodulation insbesondere bei Sendeverstärkern für kurze und ultrakurze Wellen anzugeben.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch die Modulationssignale die Amplitude der am Eingang des Sendeverstärkers angelegten Trägerwelle so mitgesteuert wird, daß der Gang der hierdurch hervoigerufenen Phasenmodu-

lation gegenläufig zu dem durch die Kollektormodu-Iatiop. der Sendeverstärkerstufen selbst bewirkten verläuft.

Zur Durchführung dieses Verfahrens wird erfindungsgemäß dem Trägereingang des Sendeverstärkers ein in seiner Ausgangsamplitude durch die Modulationssignale steuerbarer Vierpol vorgeschaltet. Hierbei wird als steuerbarer Vierpol ein Dämpfungsglied mit einer PIN-Diode im Längszweig oder eine steuerbare Transistorstufe eingesetzt.

In der deutschen Patentschrift 1 007 822 wird nun zwar der Einsatz eines steuerbaren Vierpols mit mindestens einem Halbleiter zur Linearisierung der Modulationskennlinie bei hohen Frequenzen beschrieben. Dem gleichen Zwecke dient die in der deutschen Patentschrift 1 221 310 beschriebene Maßnahme bei einer kollektormodulierten, im A-Betrieb arbeitenden Sendeverstärkerstufe die Basis des Stufentransistors durch die Modulationsfrequenz mitzusteuern. Letzlere Maßnahme erlaubt dann die Anwendung hoher Modulationsfaktoren. Eine eventuell auftretende Phasenmodulation wird durch keine der beiden Maßnahmen verringert oder beseitigt.

Die USA.-Patentschrift 2 644 925 beschreibt eine Transistonnodulatorstufe in Basischaltung mit KoI- lektormodulation. Hier soll eine durch die Transistor eigenschaften entstehende Phasenmodulation durch eine Gegenkopplung der 2. Harmonischen der modulierten Hochfrequenz vom Kollektor auf den Emitter

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der Modulatorstufe beseitigt werden können. Dieser aus den Anfangszeiten der Transistortechnik stammende Lösungsvorschlag hat sieh als ungeeignet erwiesen. Nun ist auch aus der USA.-Paientschrift 2 114 036 eine Anordnung bekannt, mit der die Mittenfrequenz eines mittels eines durch die Mikrophonströme getriebenen Sciiwingkondensators modulierten Senders konstant gehalten werden soll. Die Abweichung von der Mittenfrequenz wird dabei ermittelt und abhängig davon der modulierende Schwingkondensator gegenbeeinflußt.

Entsprechend soll eine unerwünschte Frequenzmodulation bei einer Amplitudenmodulation durch gegenläufige Frequenzmodulation mittels eines solchen Schwingkondensators beseitigt werden. Mittels der hier eingesetzten Mittel läßt sich eine unerwünschte Frequenzmodulation verringern, aber nicht eine Phasenmodulation beseitigen. Ferner ist auch der benötigte Aufwand unverhältnismäßig huch.

Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren ein- ao «ehend beschrieben werden. Πλ zeigt uabei

Fig. 1 einen dreistufigen Sendeversiärker mit den αiindungsgema'ßen Maßnahmen zur Verringerung der Phasenmodulation,

F i g. 2 bis 5 graphische Darstellungen der verschie- »5 Jenen eine unerwünschte Phasenmodulation verursachende Parameter bei dem Sendeverstärker nach i" i g· Ii

F i g. 6 einen zweistufigen Sendeverstärker, bei w:m die Verringerung der Phasenmodulation mit Hilfe einer zusätzlichen Vorstufe erfolgt,

Fig.7 bis 10 die entsprechenden graphischen Darstellungen für diesen Sendeverstärker.

F i g. 1 zeigt einen dreistufigen in der Amplitude durch Kollektormodulation modulierbaren Sende- \erstärker, der im C-Betrieb arbeitet. Dieser Sendeverstär^er ist für eine Sendeleistung von 25 Watt im Frequenzbereich von 112 bis 118 MHz ausgelegt. Seme Ausgangsstufe weist deshalb zwei parallel arbeitende Transistoren 7>s31 und Trs 32 auf, während die Vorstufen mit den Transistoren Trs I und Trs 2 bestückt sind. Den Kollektoren wird von Anschluß 2 über die HochfrequenzdrOiiselspulen D 4, D 6, D 9 und D10 die Versorgungsspannung V_s zugeleitet, der das Modulationssignal überlagert ist. Der Basis des Vorstufentransistors Trsl wird von der Klemme 1 ha die Trägerfrequenz zugeleitet, während das modulierte Signal i), Ω t u> von dor Ausgangsklemme 3 zur Antenne geleitet wird. Ein solcher Sendeverstärker würde bei Modulation eine zusätzliche Phasenmodu- ;;n lation aufweisen. In Fig. 2 kann man an der ausgezogenen Kurve die Werte dieser Phasenmodulation in Abhängigkeit von der Momentanamplitude des Modulationssignals V_moJp erkennen, während die gestrichelte Kurve die Hochfrequenzspannung am Ausgang in Abhängigkeit von der Momentanamplitude des Modulationssignals, also die Modulationskennlinie des Sendeverstärkers, zeigt.

Untersuchungen haben nun ergeben, daß sich Änderungen der Phasenlage des hochfrequenten Ausgangssignals nicht nur durch die Modulation ergeben, sondern auch, wenn die Amplitude V₁ der Trägerfrequenz am Sendeverstärkereingang variiert wird. Dieses ist in F i g. 3 dargestellt. Der Verlauf dieser Phasenänderung ist gegenläufig zu dem in Fig.2. Wenn man also die Amplitude der Trägerschwingung am Verstärkereingang in Abhängigkeit von der Amrjlitude des Modulatioossignals mitsteuert, müßte eine Kompensation der Phasenmodulation sich ermöglichen lassen, wenn die hierfür notwendige Kennlinie realisiert werden kann. Diese ist nun in F i g. 4 aufgetragen. Realisiert wird diese Kennlinie nun durch eine PIN-Diode, die für Frequenzen oberhalb von 10 MHz einen stromabhängigen, nahezu reellen Widerstand darstellt, während sie für die Modulationssignale das Verhalten einer Siliziumdiode auiweist. In der F i g. 1 ist nun im Basiskreis des 'transistors 7YsI der Einsatz dieser PIN-Diode dargestellt, mit deren Hilfe die Kennlinie der Fi g. 4 realisiert wurde. F i g. 5 zeigt nun das" Ergebnis dieser Maßnahme. Die unerwünschte Phasenmodulation wurde auf einen unter 2 liegenden Phasenhub herabgedrückt, einen Wert, der weit unterhalb der für kommerzielle Sender gestellten Forderungen liegt.

Der beschriebene Sendeverstä^rker kann auch mit nullnunktsYinmeinschen Modulationssignalen, wie z. B. Sprache oder Sinusschwingungen in der Amplitude mit hohem Modulationsgrad, der bei 70 "0 liegen kann, moduliert werden. Ist das Modulationssignal nun unipolar, wie bei der Modulation ini: Impulsen oder anderen unipolaren Wellenformen, :.:. B. mit Fernsehsignalen usw., so kann die Modulation selbst als Versorgungsspannung für die Verstärkeistufen verwendet werden. In dor Fig.6 ist nun ein solcher zweistufiger Sendeverstärker dargestellt. Da für den vorliegenden AnwendungsfaU nur eine Dauerstrichausgangsleistung von 6 Watt gefordert war, ist die Endstufe nur mit einem einzelnen Transistor 7'rs 2 bestütckt, die von der Vorstufe mit dem Transistor Trs 1 angesteuert wird Ohne Maßnahmen zur Verringerung der unerwünschten Phasenmodulation würde das Mndulationssignal den beiden Stufen über den Anschluß 3 unter Fortfall der Zenerdiode ZD zugeführt. Bei den verwendeten N-P-N-Transistoren müßte das unipolare Modulationssignal von Null nach positiven Amplituden gehend gerichtet sein. Man erhält so eine positive Modulation. Ebenso könnte aber auch ein negativ gerichtetes unipolares Modulationssignal einer entsprechend hohen positiven Vorspannung überlagert werden, um eine negative Modulation zu erhalten. In Fig. 7 ist für den ersten Fall die Phasenänderung des modulierten Trägers am Sendeverstärkerajv gang3 in Abhängigkeit von der Modulationsamplitude als ausgezogene Kurve eingezeichnet, während die gestrichelte Kurve die Modulationskennlinie zeigt.

Als Maßnahme zur Verringerung der i-nerwünschten Phasenmodulation wird dem Trägereingang dieses Sendeverstärkers wiederum ein steuerbarer Vierpol vorgeschshet, durch den die Trägeramplitude in Abhängigkeit von der Modulationsamplitude verundei. wird. Als Vierpol wird hier eine Transistorstufe mit dem Transistor Trs4 eingesetzt. Diese Stufe erhall nun eine Grundversorgungsspannung V_h, die für die Sendeverstärkertransistoren Trs 1 und Tn 2 durch den Einsatz der Zenerdiode ZD mit einer werlgleichen Zenerspannung unwirksam gemacht ist, so daß an diesen das reine unipolare Modulationssignal anliegt. Ir F i g. 8 ist der Einfluß der Grundversorgungsspannung V_b und der Eingangsträgeramplitude auf die Phase am Verstärkerausgang dargestellt. F i g. 9 zeigt, welchen Verlauf die Modulationsspannung mit überlagerter Grundversorgungsspannung am Punkte aufweisen müßte, damit eine Verringerung der Phasenmodulation am Ausgang erfolgt. Die gestrichelte Kurve ist dabei die theoretische Sollkurve

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und die ausgezogene die durch die dargestellte Schal- Bei den beiden Beispielen wurden als steuerbar!

tung praktisch realisierte. In Fig. 10 ist wiederum Elemente zum Verändern der Eingangsträgerampli

ausgezogen die Phasenünderung am Ausgang3 in tudc in Abhängigkeit von der Modulationsampitt¹:.!!

Abhängigkeit von der Modulationsamplitude ohne nun eine PIN-Diode und ein Transistor beschrieben

tue erfindungsgemäße Maßnahme dargestellt, with- f> Eingesetzt können hierfür alle in ihrem Widerstand·;

vend die punkt-gestrichcllc Kurve die erzielte Ver- werte steuerbaren Elemente werden, bei denen de

ringerung der Phasenmodulation zeigt. Wie hieraus eingestellte Widerstandswert trägheitsfrci der Modu

r.ii ersehen ist. bleibt der Phasenhub bis zu Modu- lationsumplitude folgt und der hierbei für die Träger

btionsgradcn von über SO".'« unter dem Wert von 2 . frequenz hinreichend als reell zu betrachten ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verringern der bei einem in der Amplitude modulierbaren, im C-Betrieb arbeitenden transistorisierten Sendeverstärker entstehenden unerwünschten zusätzlichen Phasenmodulation, insbesondere bei Sendeverstärkern für kurze und ultrakurze Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Modulationssignale die Amplitude der an dem Eingang des Sendeverstärkers angelegten Trägerwe'le so mitgesteuort wird, daß der Gang der hierdurch hervorgerufenen Phasenmodulation gegenläufig zu dem der durch die Kollektormodulation der Senderverstärkerstufen selbst bewirkten verläuft.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Trägereingang des Sendeverstärkers ein in seiner Ausgangsamplitude durch die Modulationssignale steuerbarer Vierpol vorgeschaltet wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Vierpol ein passiver Vierpol in Form eines steuerbaren Dämpfungsgliedes ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem Dämpfungsglied als sti- lerbarer Längswiderstand eine PIN-Diode verwendet wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurcii gekennzeichnet, daß dieser Vierpol ein aktiver Vierpol in Form einer steuerbaren Transistorstufe ist.