DE1951829A1 - Phasenmodulator - Google Patents
PhasenmodulatorInfo
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03C—MODULATION
- H03C3/00—Angle modulation
- H03C3/10—Angle modulation by means of variable impedance
- H03C3/24—Angle modulation by means of variable impedance by means of a variable resistive element, e.g. tube
- H03C3/245—Angle modulation by means of variable impedance by means of a variable resistive element, e.g. tube by using semiconductor elements
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- Amplitude Modulation (AREA)
Description
Dipi.-Phys. Leo Thul Λ Q C Λ Q O Q
Patentanwalt l3plO£w
Stuttgart-Feuerbach .
Kurze Strasse 8
H.G. King - G.J. Walker 7-1
INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, 520 Park Avenue,
NEW YORK 22, N.Y., USA
Phasenmodulator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Phasenmodulator, dessen Netzwerk
zwei Zweige aufweist, denen der Träger gegenphasig zugeführt wird, und von denen der eine einen Blindwiderstand und der andere
eine veränderbare Impedanz enthält, die bei der Trägerfrequenz ohmisch ist.
Um Frequenzvervielfachungen zu vermeiden, die allein dazu dienen, den Hub eines phasenmodulierten Signals auf den erforderlichen Wert
zu bringen, ist es erwünscht, gleich in der Modulationsstufe einen großen Phasenhub bei guter Linearität zu erhalten. Ferner ist es
erwünscht, im Ausgangssignal den Anteil an Amplitudenmodulation so gering wie möglich zu halten.
Durch das Buch von H.F. Schwenkhagen, "Allgemeine Wechselstromschaltungen",
1. Band, Springer-Verlag, Berlin 1951* lst ein als
Brückenschaltung ausgebildeter Phasenschieber bekannt, der eine Ausgangsspannung konstanter Amplitude abgibt, in einem Längszweig
zwei gleichgroße Widerstände aufweist und im anderen Längszweig einen veränderbaren Widerstand und einen Blindwiderstand enthält,
und bei dem das Ausgangssignal dem Brückenquerzweig entnommen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Phasenmodulator zu
schaffen, der bei großem Phasenhub wenig Modulationsverzerrungen verursacht und dessen Ausgangssignal nur einen sehr geringen Anteil
an Amplitudenmodulation aufweist.
7. Oktober 1969
ple/krä.
ple/krä.
009119/1380 «W.NAL ««
H.G. King 7-1
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung vorgesehen ist, welche die veränderbare Impedanz durch das
Modulationssignal steuert, so daß am Ausgang, der an den Verbindungspunk't
des Blindwiderstandes mit der veränderbaren Impedanz angeschlossen ist, ein in Abhängigkeit von dem
Modulationssignal phasenmoduliertes trägerfrequenz s Signal erscheint.
009819/13 80
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Modulators werden nachstehend
anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen: .
Pig.l das Prinzipschaltbild eines Phasenmodulators, Fig.2 ein Vektordiagramm und
Fig.3 das Schaltbild eines transistorisierten Phasenmodulators.
Fig.l zeigt eine Anordnung mit einem Hochfrequenztransformator 10,
mit einer in der Mitte angezapften Sekundärwicklung. Das eine äußere Ende der Sekundärwicklung ist mit dem Kondensator 12 und das andere
äußere Ende mit dem veränderbaren Widerstand 11 verbunden. Die Mittenanzapfung
der Sekundärwicklung liegt an Masse und die Enden des
Widerstandes und des Kondensators, die nicht mit der Sekundärwicklung
des Transformators verbunden sind, führen zum Anschluß IJ. Der Hochfrequenzträger,
der moduliert werden soll, wird der Primärwicklung des Transformators 10 zugeführt. Die Amplitude der Modulationsspannung
ist so bemessen, daß der Wert des veränderbaren Widerstandes ausgesteuert wird. Zwischen dem Ausgang 15 und Masse erhält man ein
phasenmoduliertes Signal.
Die Phasenmodulation wird, wie folgt, hervorgerufen. Zwischen den
Spannungen an den äußeren Enden der Sekundärwicklung des Transformators 10 besteht eine Phasendifferenz von l80°. Die Spannung, die
dem kapazitiven Zweig zwischen dem Transformator und Masse .zugeführt
wird, ist immer um,90° gegenüber der
änderbaren Widerstand 11 verschoben.
änderbaren Widerstand 11 verschoben.
wird, ist immer um,90° gegenüber der Spannung am Zweig mit dem ver-
Fig.2 zeigt die Phasenbeziehungen der Spannungen in der Schaltung
nach Fig.l. Der Durchmesser des Kreises in Fig.2 stellt die Spannung
über der Sekundärwicklung des Transformators 10 dar. V und
V_ sind jeweils die Spannungen über dem Widerstand und dem Kondensator.
VA ist die resultierende Spannung zwischen dem Ausgang 13 und
Masse. Masse ist der Mittelpunkt des Kreises. Die Spannungen Vp und *
.V haben, wie oben erwähnt, eine Phasenverschiebung von 90°. Der geometrische
Ort des Vektors1von V* muß deshalb auf dem Halbkreis liegen.
Mit der Änderung der Spannung Vr ändert sich die Phase der Span-
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nung Vfl in bezug auf die Spannung V . Wenn demnach der Wert des Wi-
XT. O , "
derstandes 11 durch ein Modulationssignal verändert wird, verändert
sich die Phase der Aus gangs spannung V» in Übereinstimmung mit dem
Betrag des zugeführten Modulationssignales.. Somit ist das Signal am
Ausgang 13 eine Trägerschwingung, deren Phase in Übereinstimmung mit
dem Betrag des Modulationssignales verändert wird, wobei die Ge schwindigkeit
der Phasenänderung die Frequenz des Modulationssignales darstellt.
Fig.3 zeigt eine Schaltung gemäß der Erfindung, die einen Phasenmodulator
darstellt, der geeignet ist, eine Trägerfrequenz von 25 MHz mit einer Tonfrequenz zu modulieren. Dieser Modulator ist
besonders geeignet, wenn die Trägerleistung begrenzt ist, wie es
bei Fahrzeuggeräten der Fall ist. Der Transistor J51 arbeitet als Phasenspalter und entspricht dem Transformator 10 in.Fig.1. Die
Spannungen, die anden Lastwiderständen 32 und 33 erzeugt werden,
"sind gegenphasig. Der Kondensator 12 entspricht dem ebenso bezeichneten Bauelement in Fig.1. Der veränderbare Widerstand 11 in Fig.l
wurde durch die Primärwicklung des Transformators 36 ersetzt. Der
Kondensator 37 dient zur Fernhaltung der Gleichspannung vom Ausgang
13· Der Phasenmodulator nach Fig.l hat einen reinen Wirkwiderstand
als veränderbares Element, um sicherzustellen, daß bei der Phasenmodulation
keine Amplitudenmodulation eintritt. Die Primärwicklung des Transformators 36 muß bei der Trägerfrequenz als reiner Wirkwiderstand
erscheinen, damit die modulierte Trägerfrequenz am Ausgang 13 in Fig.3 rein phasenmoduliert ist. Dieser reine Hochfrequenzwiderstand wird durch Transformation eines Widerstandes auf der Sekundärseite
des Transformators, dessen Wert in Abhängigkeit von der Modulationsspannung veränderbar ist, auf die Primärseite des Transformators 36 erhalten. Jedes Ende der Sekundärwicklung des Transformators
36 ist mit einer Diode verbunden. Die erste Diode 4l ist derart
angeschlossen, daß sie das betreffende Ende der Sekundärwicklung des Transformators mit einer positiven Spannung gegenüber Masse vorspannt. Diese positive Spannung wird über den Widerstand 34 von der
Speisespannung abgeleitet und dient zur Vorspannung der Di'ode 44.
Die Diode 44 richtet die Spannung des Hochfrequenzträgers, die in der Sekundärwicklung des Transformators 36 induziert wird, gleich
und erzeugt eine einseitig gerichtete Spannung an dem Kondensator 45
. - 4 0 09819/1380 BADORiGiNAL
fit K(
und dem Widerstand 46. Dem Kondensator 45 und dem Widerstand 46 wird
über den Kondensator 47 auch die Modulationsspannung zugeführt. Die
Kombination des gleichgerichteten Hochfrequenzstromes und des Ton ^-
frequenzströmes durch den Widerstand 46 und den Kondensator 45 bildet
für die Diode 44 einen Lastwiderstand mit veränderlichem Wert.
Diese veränderliche Impedanz wird durch den Transformator 36 transformiert
und erscheint an den Enden der Primärwicklung dieses Transformators in der Phasenspalterschaltung mit einem Wert, der dem Übersetzungsverhältnis
des Transformators und dem Wirkungsgrad des Gleichrichters proportional ist. Die Kondensatoren 42 und 43 bilden zur
Überbrückung der Diode 41 jeweils einen Weg für die Hochfrequenz und die Tonfrequenz. Die Änderung der Lastimpedanz für den Gleichrichter
44 hängt von der Größe des Tonfrequenzstromes ab und die Änderungsgeschwindigkeit
dieser Impedanz von der Frequenz dieses Stromes. Somit wird in dem Phasenspalternetzwerk ein reiner Höchfrequenz-•
widerstand mit einem Wert gebildet, der von dem Betrag und der Frequenz
des Modulationssignales abhängig ist. Die Bauweise des Transformators 36 ist nicht kritisch, aber bestimmte Typen ermöglichen
bessere Ergebnisse als andere. Das Windungszahlverhältnis ist derart
gewählt, daß die der Gleichrichterdiode 44 zugeführte Spannung für die Gleichrichtung eine ausreichende Höhe hat. Beispielsweise
ermöglicht ein Breitbandtransformator, bei dem die induktiven und kapazitiven Blindwiderstände gleich sind, sehr zufriedenstellende
Resultate. Jedoch zeigt auch ein Schmalbandübertrager, der primärseitig eine Parallekapazität aufweist, die zur Kompensation der Blindwiderstände
als Trimmer ausgebildet ist, zufriedenstellende Ergebnisse.
Die Diode 44 muß für die Gleichrichtung von Hochfrequenzspannungen
geeignet sein und die Diode 41 ist in der zugehörigen Schaltung derart angeordnet, daß sich bei niedrigen Pegeln des Hochfrequenzträgers
eine ausreichende Vorspannung ergibt. Wenn ein genügend hohes Trägersignal zur Verfügung steht, kann die Schaltung zur Erzeugung
der Vorspannung fortgelassen werden. Eine Schaltung, in der die oben genannten Schaltmittel vorgesehen sind, wurde für Frequenzen
von 25 bis 31 MHz aufgebaut und es wurden Phasenhübe um + 850 er reicht.
Es können auch andere Arten von veränderbaren Widerstandselementen im
■Widerstandszweig dee Phasenspalternetzwerkes geeignet sein. Beispiels-
0 0 9 819/1380 " 5 "
H.G. King 7-1 - V" " 195182S
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weise kann eine PIN-Diode verwendet werden. Eine derartige Diode"
verhält sich aufgrund des löcherspeicheraffektes bei Hochfrequenz
wie ein reiner Widerstand. Indem gleichzeitig Tonfrequenz- und
Hochfrequenzstrom durch die Diode geschickt werden, ändert sich der Widerstand mit der Tonfrequenz und verändert, wie in Fig.2
dargestellt, die Phase des Hochfrequenzstromes. Die Anordnung mit
einer PIN-Diode benötigt weniger Bauelemente als die Schaltung nach FigO* aber die Diode selbst ist teurer und ist bei niedrigeren
Hochfrequenzpegeln früher übersteuert als die Schaltung nach Fig.3.
Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines Feldeffekttransistors als veränderbares Widerstandselement. Bei diesem Transistor
wird die Vorspannung von dem Tonfrequenzsignal gesteuert, sodaß
dieser wieder in der durch Fig.2 dargestellten Weise arbeitet. Um
die Streukapazität zu neutralisieren ist es zweckmäßig, den Feldeffekttransistor
mit einer Induktivität zu überbrücken.
Die verschiedenen, oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind besonders
für Modulatoren für Frequenzen bei 25 bis j50 MHz geeignet,
wobei Hübe bis zur theoretischen Grenze erreicht werden. Da das niodulierende
Element bei Hochfrequenz ein reiner Widerstand ist, ist in dem phasenmodulierten Signal keine Amplitudenmodulation enthalten.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Phasenmodulatoren für diese Frequenzen, sondern ist für einen großen Bereich von Trägerfrequenzen
geeignet, wobei die erwähnten kritischen Punkte una die üblichen Schaltungsänderungen zur Umstellung auf andere Frequenzen
in Betracht zu ziehen sind.
6 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnung mit j5 Figuren
:i
009819/1380
Claims (7)
- H.G. King 7-1PatentansprüchePhasenmodulator, dessen Netzwerk zwei Zweige aufweist, denen der Träger gegenphasig zugeführt wird und von denen der eine einen Blindwiderstand und der andere veränderbare Impedanz enthält, die bei der Trägerfrequenz ohmisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (36, 41 .... 47, Pig. 3) vorgesehen ist, welche die veränderbare Impedanz durch das Modulationssignal steuert, so daß am Ausgang (13), der an den Verbindungspunkt des Blindwiderstandes (12) mit der veränderbaren Impedanz (11) angeschlossen 1st, ein in Abhängigkeit von dem Modulationssignal phasenmoduliertes trägerfrequentes Signal erscheint.
- 2. Phasenmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenphasigen^ Trägersignale von einem Phasenspalternetzwerk (31, 32, 33) mit einem Transistor (3I) geliefert werden, daß der Blindwidorstand des einen Zweiges ein Kondensator (12) und die Impedanz des anderen Zweiges ein durch Windungen eines Transformators (36) transformierter ohmscher Widerstand ist und daß der Blindwiderstand des Transformators (36) bei der Trägerfrequenz neutralisiert wird.
- 3. Phasenmodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Transformators (36) in den ohmschen Zweig dos IJetzwerkos und die Sekundärvricklüng in eine Eingangsschaltung für dan I-lodulationssignal eingeschaltet ist, die eiiiü Gleichrichtoranordiung (4'I) mit einem Lastwiderstand (45., 46) enthält, welche die an der Sekundärwicklung liegende Hochfrequenziip.^nnung gleichrichtet, und daß das Modulations-• signal an die Lapti-mpedanz' angeschlossen ist, so daß der Wert der am Gleichrichter (44) erscheinenden Lastimpedanz durch dan Modulationssignal verändert wird.- 7 -00 98 1J9/ 13 80BAD ORIGINAL-*- 1951828h:g. King 7-1' / · "■■■'.■■' : - . ."_: ■■■'■'■ : f "." '
- 4. Phasenmodulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (H) durch eine Diode (hl) in Flußrichtung vorgespannt ist, die an eine äußere Spannungsquelle ange*· schlossen ist.
- 5. Phasenmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbare Impedanz (11) eine PIN-Diode 1st, deren eigenleitende Sperrschicht durch das die Diode durchlaufende Modulationssignal gesteuert wird.
- 6. Phasenmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbare Impedanz,(11) ein Feldeffekttransistor ist, dessen Vorspannung durch das Modulationssignal gesteuert wird.
- 7. Oktober 1969
ple/krä.00 98 19/ 13 80
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- 1969-10-17 ES ES372650A patent/ES372650A1/es not_active Expired
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