DE1951829A1

DE1951829A1 - Phasenmodulator

Info

Publication number: DE1951829A1
Application number: DE19691951829
Authority: DE
Inventors: King Howard Gurnos; Walker Graham Joseph
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1968-10-17
Filing date: 1969-10-15
Publication date: 1970-05-06
Also published as: GB1231237A; US3593203A; FR2020913A1; ES372650A1; NL6915654A

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.

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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.

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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.

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. V_A ist die resultierende Spannung zwischen dem Ausgang 13 und Masse. Masse ist der Mittelpunkt des Kreises. Die Spannungen V_p 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 V_r ändert sich die Phase der Span-

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nung V_fl in bezug auf die Spannung V . Wenn demnach der Wert des Wi-

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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

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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-

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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

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Claims

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Patentansprüche

Phasenmodulator, 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.

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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.
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