DE19934608C1

DE19934608C1 - Modulator und Verfahren zur Erzeugung eines Modulierten HF-Signals

Info

Publication number: DE19934608C1
Application number: DE19934608A
Authority: DE
Inventors: Markus Neumann
Original assignee: Grundig AG
Current assignee: Grundig Multimedia BV
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2019-07-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Modulator und ein Verfahren zur Erzeugung eines modulierten HF-Signals. DOLLAR A Bekannte Modulatoren und Verfahren zur Erzeugung eines modulierten HF-Signals, z. B. eines frequenzmodulierten HF-Signals, weisen in der Regel einen Oszillator zur Erzeugung einer HF-Trägerfrequenz auf, der über eine Modulationseinrichtung, z. B. Kapazitätsdioden, verfügt. Zur Stabilisierung der HF-Trägerfrequenz wird üblicherweise eine Regelschleife verwendet. DOLLAR A Die bekannten Modulatoren weisen den Nachteil auf, daß sich durch die Einspeisung eines Modulationssignals innerhalb der Regelschleife Beschränkungen ergeben, insbesondere im Modulationssignal enthaltene Gleichspannungsanteile betreffend. DOLLAR A Bei dem erfindungsgemäßen Modulator bzw. Verfahren zur Erzeugung eines modulierten HF-Signals wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß zwei Oszillatoren verwendet werden, wobei ein erster Oszillator ein nichtstabilisiertes erstes Signal erzeugt, welches mit dem Modulationssignal moduliert wird. Der zweite Oszillator erzeugt ein stabilisiertes zweites Signal, dessen Frequenz im Vergleich zur Frequenz des ersten Signals wesentlich größer ist. Das eigentliche modulierte HF-Signal wird mittels Mischung des zweiten Signals mit dem modulierten ersten Signal erzeugt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Modulator und ein Verfahren zur Erzeugung eines modulierten HF-Signals.

Bekannte Modulatoren und Verfahren zur Erzeugung eines modulierten HF- Signals, z. B. eines frequenzmodulierten HF-Signals, weisen in der Regel einen Oszillator zur Erzeugung einer HF-Trägerfrequenz auf, der über eine Modulationseinrichtung, z. B. Kapazitätsdioden, verfügt. Zur Stabilisierung der HF- Trägerfrequenz wird üblicherweise eine Regelschleife verwendet.

Fig. 2 zeigt einen derartigen, bekannten Frequenzmodulator, mit einem Oszillator 23 mit einer nicht dargestellten Modulationseinrichtung, dem über einen Addierer 28 ein Modulationssignal f_MOD zugeführt werden kann. Das Modulationssignal f_MOD kann ein analoges oder ein digitales Signal sein. Für die weitere Betrachtung wird vorläufig angenommen, daß kein Modulationssignal f_MOD an dem Addierer 28 anliegt. Zur Stabilisierung des vom Oszillator 23 erzeugten HF-Trägersignals ist eine Regelschleife 24 bis 28, üblicherweise eine PLL-Regelschleife, vorhanden.

Das vom Oszillator 23 erzeugte Signal wird auf einen Teiler 24 gegeben, der die Frequenz des HF-Signals für die weitere Verarbeitung in der Regelschleife herabsetzt. Das Ausgangssignal des Teilers 24 wird auf einen Phasenkomparator 25 gegeben, der es mit dem Ausgangssignal eines Vergleichsnormals 26 vergleicht. Das Ausgangssignal des Phasenkomparators 25 wird auf ein Schleifenfilter 27 gegeben. Über das Ausgangssignal des Schleifenfilters 27, das über den Addierer 28 am Oszillator 23 anliegt, wird nunmehr die Frequenz des Modulators 23 solange verändert, bis durch den Phasenkomparator 25 die Gleichheit des Ausgangssignals des Teilers 24, also des heruntergeteilten HF- Signals, mit dem Vergleichsnormal festgestellt wird. Das Schleifenfilter 27 ist derart dimensioniert, daß seine Ausgangsspannung und somit die Regelspannung, eine Gleichspannung ist, wenn die Regelschleife eingeschwungen ist.

Wird ein Modulationssignal f_MOD an den Addierer 28 angelegt, wird das vom Oszillator 23 erzeugte HF-Trägersignal entsprechend moduliert und steht als frequenzmoduliertes HF-Signal f_HF zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung.

Die bekannten Frequenzmodulatoren weisen den Nachteil auf, daß sich bei der Einspeisung des Modulationssignals f_MOD innerhalb der Phasenregelschleife die Anwesenheit des Schleifenfilters auf das Modulationssignal f_MOF bemerkbar macht. Es stellt oberhalb seiner Durchschnittsfrequenz ein Hochpaßfilter dar. Dadurch wird beispielsweise ein Gleichspannungsanteil des Modulationssignals f_MOD, wie er beispielsweise bei einem digitalen Modulationssignal auftreten kann, von der Phasenregelschleife bzw. dem Schleifenfilter ausgeregelt.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es aus dem Stand der Technik auch bekannt, die Regelschleife während einer Modulation zu öffnen. Diese Vorgehensweise ist aber nur für die Modulation des HF-Trägersignals während kurzer Zeitschlitze geeignet, da sich ansonsten die streng einzuhaltende Frequenz des HF-Trägersignals verändert.

Weiterhin ist die Verwendung von I-Q-Phasenmodulatoren aus dem Stand der Technik bekannt, bei denen die zu verarbeitenden Signale in einen Inphasen- und einen Quadraturphasenanteil aufgeteilt werden. Die I-Q-Phasenmodulatoren weisen aber allgemein den Nachteil auf, daß ihre Realisierung mit hohem Aufwand verbunden ist.

So ist aus der DE 27 03 566 B2 ein Frequenzmodulationssystem zum Frequenzmodulieren einer Ausgangsfrequenz eines frequenzvariablen Oszillators bekannt. Das Frequenzmodulationssystem weist eine erste Vorrichtung mit einem ersten frequenzstabilen Oszillator auf, sowie einen Oszillator fester Frequenz. Im weiteren ist eine Mischeinrichtung zum Mischen der Ausgangsfrequenzen vom ersten frequenzvariablen Oszillator und vom Oszillator fester Frequenz vorgesehen. Am Ausgang der Mischeinrichtung ist eine Differenzfrequenz zwischen diesen beiden Frequenzen verfügbar. Im weiteren ist eine Rückkopplungsschaltung vorgesehen, in welcher die Differenzfrequenz ihrer Phase mit der Ausgangsfrequenz eines Bezugsgenerators verglichen und das Ergebnis des Phasenvergleichs über ein erstes Filter zum ersten frequenzvariablen Oszillator rückgekoppelt wird, um dessen Ausgangsfrequenz zu steuern. Der Bezugsfrequenzgenerator weist einen zweiten frequenzvariablen Oszillator sowie einen Frequenzteiler zur Frequenzteilung der Frequenz des Ausgangssignals des zweiten frequenzvariablen Oszillators auf. Im weiteren ist eine zweite Rückkopplungsschaltung vorgesehen, in welcher die Ausgangsfrequenz des Bezugsfrequenzoszillators in ihrer Phase mit derjenigen des Frequenzteilers verglichen und das Ergebnis des Phasenvergleichs über ein zweites Filter zum zweiten frequenzvariablen Oszillator rückgekoppelt wird, um dessen Ausgangsfrequenz zu steuern. Die Frequenzmodulationseinrichtung ist dem Oszillator fester Frequenz zugeordnet, so daß am Ausgang des ersten frequenzvariablen Oszillators ein frequenzmoduliertes Signal verfügbar ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Modulator und ein Verfahren zur Erzeugung eines modulierten HF-Signals anzugeben, die hinsichtlich der Frequenzstabilität des erzeugten HF-Trägersignals hohe Ansprüche bei geringem Realisierungsaufwand erfüllen.

Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Modulator bzw. Verfahren zur Erzeugung eines modulierten HF-Signals wird dabei von der Überlegung ausgegangen, daß zwei Oszillatoren verwendet werden, wobei ein erster Oszillator ein nichtstabilisiertes erstes Signal erzeugt, welches mit dem Modulationssignal moduliert wird. Der zweite Oszillator erzeugt ein stabilisiertes zweites Signal, dessen Frequenz im Vergleich zur Frequenz des ersten Signals wesentlich größer ist. Das eigentliche modulierte HF-Signal wird mittels Mischung des zweiten Signals mit dem modulierten ersten Signal erzeugt.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Modulators bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines modulierten HF-Signals ergibt sich aus der Tatsache, daß die Mischung von erstem und zweiten Signal einer Addition der Frequenzen der beiden Signale entspricht. Da die Frequenz des zweiten, stabilisierten Signals wesentlich höher als die Frequenz des ersten, modulierten und nicht stabilisierten Signals ist, weist das modulierte HF-Signal nur geringfügige Frequenzschwankungen auf, die für nahezu alle Verwendungszwecke akzeptiert werden können. Somit ist eine nur einen geringen Aufwand erfordernde Realisierung eines Modulators möglich, die zudem stromsparend arbeitet und die Modulation mit einem Gleichspannungsanteil erlaubt.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines modulierten HF-Signals anhand eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Modulators mittels Figuren.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Modulators,

Fig. 2 einen aus dem Stand der Technik bekannten Frequenzmodulator.

Zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung sind in den Figuren nur die Bestandteile dargestellt, die im Zusammenhang mit der Erfindung von Bedeutung sind.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Modulators, beispielsweise eines Frequenzmodulators, mit einem ersten Oszillator 2, dem ein Modulationssignal f_MOD zugeführt wird, einem zweiten Oszillator 3, der ein HF- Trägersignal f_T erzeugt, dessen Frequenz mittels einer Regelschleife 4 bis 7, beispielsweise einer Phasenregelschleife (PLL), stabilisiert wird.

Erster und zweiter Oszillator 2 und 3 können von spannungsgesteuerten Oszillatoren gebildet werden. Die Phasenregelschleife des zweiten Oszillators 3 weist einen Teiler 4, einen Phasenkomparator 5, ein Vergleichsnormal 6 und ein Schleifenfilter 7 auf. Die Phasenregelschleife ist aufgebaut und funktioniert, wie oben im Zusammenhang mit der Beschreibung des Standes der Technik anhand von Fig. 2 erläutert. Das Ausgangssignal f_T, welches das HF-Trägersignal bildet, wird nicht moduliert. Dadurch werden die negativen Einflüsse der Regelschleife 4 bis 7, insbesondere des Schleifenfilters 7, wie die Nichtmodulierbarkeit eines Gleichspannungsanteils, vermieden und die Sollfrequenz des HF-Trägersignals f_T kann sehr genau, auch über einen längeren Zeitraum, stabilisiert werden. Der erste Oszillator 2 schwingt dagegen frei, eine Stabilisierung seiner Sollfrequenz findet nicht statt.

Die Signale des ersten Oszillators 2 und des zweiten Oszillators 3, also das mit dem Modulationssignal f_MOD modulierte Signal und das HF-Trägersignal f_T, werden einem Mischer 1 zugeführt, der daraus ein frequenzmoduliertes HF-Signal f_HF bildet.

Die Sollfrequenz des zweiten Oszillators 3 ist so gewählt, daß sie wesentlich höher als die Sollfrequenz des ersten Oszillators 2 ist. Gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Sollfrequenz des ersten Oszillators 2 etwa 0,01% bis 1% der Sollfrequenz des zweiten Oszillators 3 beträgt. Da sich bei der Mischung von Signalen die Frequenz des Gesamtsignals aus der Summe der Frequenzen der Einzelsignale ergibt, kann beispielsweise für ein frequenzmoduliertes HF-Signal f_HF mit 1000 MHz die Sollfrequenz des ersten Oszillators 2 auf 500 kHz festgelegt werden, wodurch sich eine Sollfrequenz für den zweiten Oszillator 3 von 999,5 MHz ergibt. Die Sollfrequenz des ersten Oszillators 2 ist dabei derart festgelegt, daß sie ein geeignetes Verhältnis zur Frequenz des Modulationssignals f_MOD aufweist.

Durch den großen Frequenzunterschied der Sollfrequenzen macht sich eine Frequenzablage des ersten, nicht stabilisierten Oszillators 2 nur in geringem Umfang bemerkbar. Beispielsweise durch Temperaturschwankungen verursachte Frequenzschwankungen der Sollfrequenz des ersten, nicht stabilisierten Oszillators 2 von typischerweise 1000 ppm bewirken für das oben angegebene Beispiel eine Schwankung des frequenzmodulierten HF-Signals f_HF von weniger als 1 ppm:

Abweichende Realisierungen, insbesondere die Verwendung anderer geeigneter Modulationsverfahren, ergeben sich ohne weiteres aus dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung eines modulierten HF-Signals, mit folgenden Verfahrensschritten:
Erzeugen eines frequenzstabilisierten Signals,
Erzeugen eines nichtstabilisierten Signals,
Modulieren des nichtstabilisierten Signals, und
Mischen des frequenzstabilisierten Signals mit dem modulierten, nichtstabilisierten Signal, wobei die Frequenz des frequenzstabilisierten Signals wesentlich größer als die Frequenz des modulierten, nichtstabilisierten Signals ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtstabilisierte Signal frequenzmoduliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des nichtstabilisierten Signals 0,01% bis 1% der Frequenz des stabilisierten Signals beträgt.

4. Modulator zur Erzeugung eines modulierten HF-Signals, mit einem ersten Oszillator (2) mit einer Modulationseinrichtung, zur Erzeugung eines ersten, mit einem Modulationssignal (f_MOD) modulierten Signals und einem zweiten Oszillator (3), zur Erzeugung eines zweiten Signals (f_T), dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung (4 bis 7), zur Stabilisierung der Sollfrequenz des zweiten Oszillators (3), und ein Mischer (1), zur Mischung des ersten Signals mit dem zweiten Signal (f_T) vorgesehen ist, wobei die Sollfrequenz des zweiten Oszillators (3) wesentlich größer als die Sollfrequenz des ersten Oszillators (2) ist.

5. Modulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung des ersten Oszillators (2) ein Frequenzmodulator ist.

6. Modulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsseinrichtung des ersten Oszillators (2) von mindestens einer Kapazitätsdiode gebildet wird.

7. Modulator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß erster und zweiter Oszillator spannungsgesteuerte Oszillatoren sind.

8. Modulator nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollfrequenz des ersten Oszillators (2) 0,01% bis 1% der Sollfrequenz des zweiten Oszillators (3) beträgt.

9. Modulator nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (4 bis 7) von einer Regelschleife gebildet wird.

10. Modulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschleife eine Phasenregelschleife ist.