DE2012922A1

DE2012922A1 - Phasenmodulator

Info

Publication number: DE2012922A1
Application number: DE19702012922
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Rausch Hermann 8000 München Ulmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-03-18
Filing date: 1970-03-18
Publication date: 1971-10-14
Also published as: DE2012922C3; BE764452A; NL7103579A; YU58171A; FR2083370A1; GB1331344A; JPS5125301B1; DE2012922B2; FR2083370B1; NL151586B; AT309531B; YU36247B; SE362557B

Description

Phasenmodulator

-Die Erfindung bezieht sich auf einen PhasenmoduXator für hohe Frequenzen, vorzugsweise zur Einspeisung zusätzlicher Modulationssignale in einen hierfür freigehaltenen Modulationsfrequenzbereich im Radiofrequenzband eines Richtfunksystems, dem von einem Oszillator die zu modulierenden Hochfrequenzschwingungen zugeleitet sind, die ihrerseits gegebenenfalls nach Frequenzvervielfachung und Überlagerung mit einer bereits modulierten Schwingung (ZF-Band) zur Aussendung gelangen.

Bei FM-Riehtfunksystemen mit ZF-Duranschaltung werden häufig zusätzlich zu dem Multiplexsignal, welches von Endstelle zu Endstelle- ohne Demodulation übertragen wird, ein oder mehrere Dienstkanäle und/oder mehrere TF-Kanäle übertragen. Diese Zusatzkanäle sollen auf ,"jeder Relaisstation eingespeist und demoduliert werden konnen* wobei die Einspeisung beispielsweise durch Frequenz-* oder Phasenmodulation des Sendeoszillators erfolgt,

Überlegungen im Rahmen der Erfindung haben gezeigt, daß es bei einer Erzeugung derRF-Schwingung des Sendeoszillators durch Frequenzvervielfachung der Schwingung eines Quarzoszillators zweckmäßig ist, hinter dem Quarzoszillator eine Phasenmodulation vorzunehmen, da eine Frequenzmodulation des Quarzoszillators nicht mit ausreichender Linearität möglich ist. ;

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Klu/Sth

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hierfür geeigneten Phasenmodulator zu schaffen, mit dem nan bei möglichst linearer Abhängigkeit des Phasenwinkels von der Modulationsspannung einen möglichst großen Phasenhub erreicht. Die Dämpfung des Phasenmodulators soll hierbei unabhängig von der Modulationsspannung sein, d.h. es soll keine Amplitudenmodulation erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß die Grundschaltung des Modulators eine eingangs- und ausgangsseitig angepaßte Brücken-T-Schaltung ist, deren Längszweig als Übertrager mit einer Wicklung ausgebildet ist, parallel zu dessen durchgehender Wicklung die Serienschaltung zweier Kapazitäten liegt, von denen wenigstens eine durch einen Sperrschichtvaraktor realisiert ist und an deren Verbindungspunkt die Modulationsspannung und eine Varaktorvorspannung gefünrt sind, während von der Mittelanzapfung des Übertragers der einen ohmschen Widerstand enthaltende Querzweig gegen den Schaltungsnullpunkt liegt, und zwei symmetrisch zur Mittelanzapfung liegende Anzapfungen den Ein- und Ausgang des Modulators bilden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Grundschaltung so abgestimmt wird, daß die Steilheitskurve des Modulators auf ihr Maximum eingestellt ist.

Das Verhältnis des Wirkwiderstandes im Querzweig zum transformierten Blindwiderstand bei der Mittenfrequenz wird für eine T-Ersatζschaltung (vgl. Fig.2) vortailhafterweise größer als -ffö, insbesondere zwischen 0,5 und 0,75 gewählt, was für eine Kreuzschaltung einem Verhältnis des Wirkwiderstandes im Diagonalzweig.zum Blindwiderstand des Längszweiges von größer als ~fj> bzw. zwischen 2 und 3 entspricht. In diesem Bereich er-

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reicht man einen Phasenhut mit einem Minimum an Steilheitaverzerrungen und quadratischen Klirrprodukten.

Einen noch größeren Phasenhub bei guter Linearität erzielt man durch eine Kettenschaltung von wenigstens zwei Grund schaltungen, die durch je einen zwischengesclialteten Trennverstärker miteinander verbunden sind. Bei einer solchen Kettenschaltung ist es besonders vorteilhaft, die Maxima der beiden Steilheitskurven so gegeneinander zu versetzen, daß sich über einen möglichst weiten Bereich der Modulationswechselspannung eine flache Steilheitskurve ergibt. Dies wird durch die unterschiedliche Abstimmung der Übertragerinduktivitäten und Sperrschichtvaraktoren der Teilmodulatoren erreicht, die derart gewählt sind, daß der Arbeitspunkt beim einen Teilmodulator auf der Vorderflanke der Steilheitskurve liegt und beim anderen Teilmodulator auf der Rückflanke. Hierbei kann auch ein Verhältnis der Wirk- und Blindwiderstände von >3 bzw. 0,75 von Vorteil sein.

I \

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen . ■ "~ ■

Fig. 1 die Grunds (haltung eines Phasenmodulators,

Fig.2 und 3 je ein Ersatzschaltbild des'Phasenmodulators,

Fig.4 den Steilheitsverlauf eines Phasenmodulators aus einer Grundschaltung,

Fig.5 in einer graphischen Darstellung den Steilheitsverlauf eines Phasenmodulators aus zwei Grundschaltungen und ■

Fig.6 das Schaltbild eines Phasenmodulators aus

zwei Grundschaltungen mit zwischengeschalteten Trennverstärkern.

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T098kl/06Λ6 bad

In Fig.1 ist die Grundschaltung des Phasenmodulators dargestellt. Es ist eine Brücken-T-Schaltung, die aus einem reellen Innenwiderstand R gespeist wird und auf einen reellen Lastwiderstand R arbeitet. Der. Läng-szweig der Brücken-T-Schaltung·wird von einem Sparübertrager mit einer abstimmbaren Hauptinduktivität gebildet, parallel zu dessen durchgehender Wicklung zwei Sperrschichtvaraktoren V^ und Vp mit gegensinniger Polung in Serie liegen, deren Verbindungspunkt über eine Drossel Dr die Modulations spannung und eine Varaktorvorspannung zugeführt werden. Der Kondensator C, dient als Siebkondensator für die HP-Spannung. Von der Mittelanzapfung des Jbertragers liegt der einen ohmschen Widerstand R, von der

R ^

Große η enthaltende Querzweig gegen den Schaltung3nullpunkt. Zwei symmetrisch zur Mittelanzapfung liegende Anzapfungen bilden den Ein- und Ausgang des Modulators.

Die Varaktorkapazität wird dann um den Faktor ü übersetzt. Es gilt hierfür

^G1^+G9
V²

9 1 ^ü = 2 ^G'

wobei C. und C~ die Kapazitäten der Sperrschichtvaraktoren V und V sind. Das hat den Vorteil, daß man mit kleinen Varaktorkapazitäten auskommt, so daß am Modulationseingang nur eine kleine Kapazität wirksam ist und man trotzdem mit einem kleinen ohmschen Widerstand R, z.B. 75Λ , arbeiten kann. Parallel zum Widerstand R, des Querzweiges liegt der Kondensator C_, der zur Kompensation der Streuinduktivität des Übertragers und des Widerstandes R dient. Die Kapazität des Kondensators C, wird dabei so eingestellt, daß die entstehende Amplitudenmodulation mögliche": klein ist.

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Pig.2 und 3 zeigen das Ersatzschaltbild des Phasenmodulators in der Brücken-T-Schaltung und in der Kreuzschaltung. Beim Ersatzschaltbild in der Brücken-T-Schaitung ■ liegen im Längs zweig jeweils in Parallelschaltung zur Hauptinduktivität eine Induktivität der Größe 2L und eine spannung^ abhängige- Kapazität tjC^:(Ü) . Im Querzweig liegt der ohmsche Widerstand R., von der Größe *. Beim Ersatzschaltbild in der Kreuzschaltung sind in den Längszweigen jeweils ein Parallelresonanzkreis mit den Elementen L-und C(U) und in den Diagonalzweigen je ein '-ohmscher Widerstand R angeordnet. Die Kapazität C(U) ist eine Punktion der angelegten Spannung U, für die die Beziehung gilt

- C Λ ⁺ _T

- °o Λυ+

Hierbei ist η eine für den jeweiligen Varaktörtyp . "" spezifische Größe, beispielsweise 2, Uy. die Diodenspan nung und C die transformierte Kapazität· bei der Spannung U . --■...;

Pur den Phasenwinkel zwischen Ausgangsspannung Up und Quellspannung U_Q er|
gestellte Beziehung

Quellspannung U_Q ergibt sich die in Gleichung (.3) dar-

(3) α = Jt- 2 arc tg c^C^-L, - 1), wobei

1 v^{U + U}D /

_ω _ und ν = ('■). ist.

ο D

Der DifferentialquQtient des Phäsenwinkels naoh. der Spannung ψβ ist die Phasensteilheit des Phasenmodulators. Pur d
die Beziehung

lators. Pur die normierte Steilheit -r-p ergibt sich

(4)

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Hierbei ist b = ω C R das Verhältnis von Wirkwiderstand R ο oo

zu Blindwiderstand 1/^ω G bei der Resonanzfrequenz ω .

oo ο

Pig.4 zeigt den Steilheitsverlauf eines Phasenmodulators aus einer Grundschaltung, wobei die normierte Steilheit S¹ - -r- über ν bei unterschiedlichem b als Parame-ter aufgetragen ist. Man erkennt, daß die Kurve bei größerem b eine größere Steilheit aufweist, aber wesentlich schmalbandiger ist als bei kleinerem b .

Pig.5 zeigt den prinzipiellen Steilheitsverlauf eines Phasenmodulators mit zwei Grundschaltungen, wie er in Pig.6 dargestellt ist. Mit einem solchen Phasenmodulator aus zwei oder auch mehr in Kette geschalteten Grundschaltungen ist ein wesentlich höherer Phasenhub erreichbar als mit einer Grundschaltung. Die Maxima der beiden Steilheitskurven werden dabei so gegeneinander versetzt, daß sich ein möglichst großer Phasenhub bei guter Linearität ergibt. Dies wird durch eine unterschiedliche Abstimmung der Übertragerinduktivitäten und Varaktorkapazitäten der beiden Grundschaltungen erreicht, wobei die Abstimmung der Varaktorkapazitäten durch die Wahl der Vorspannung erfolgen kann. Der Arbeitspunkt beim einen Teilmodulator befindet sich dann auf der Vorderflanke der Steilheitskurve und beim anderen Teilmodulator auf der Rückflanke. In der graphischen Darstellung der Steilheitskurven in Pig.5,bei der die Steilheit S als Punktion der Vorspannung U. bzw. U2 aufgetragen ist, sind die Steilheitskurven der Teilmodulatoren 1 und 2 strichliert bzw. strichpunktiert eingezeichnet und die Steilheitskurve des Gesamtmodulators, bei der Up - U₁ = U^₁ = const, ist, in einem ausgezogenen Linienzug. Die Steilheitskurve des Gesamtmodulators weist einen größeren Bereich konstanter Steilheit auf.

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Pig.6 zeigt das Schaltbild eines Phasenmodülators aus zwei Grundschaltungen G.. und G₂ gemäß Pig.1, die über einen Trennverstärker TrV₁ in Kette geschaltet sind. Ein weiterer Trennverstärker TrVp ist am Ausgang der zweiten Grundschaltung angeschaltet. Die beiden Grundschaltungen G. und Gp sind jeweils strichliert umrandet.

Die beiden Grundschaltungen G₁.und G„ enthalten in ihrem Längs zweig jeweils einen Übertrager U₁ bzw. Up mit einstellbarer Hauptinduktivität, parallel zu deren durchgehender Wicklung die beiden Sperrschichtvaraktoren V₁ und Vp bzw.- V, und V. mit gegensinniger Polung in Serie liegen. Von der Mittelanzapfung der Übertrager IL bzw. Up liegt der aus der Parallelschaltung VOn₁C₁, R₁ und Rv, bzw. C-J₀, Rg und R₀. bestehende Querzweig gegen den Schaltungsnullpunkt. Zwei symmetrisch zur Mittelanzapfung liegende Anzapfungen bilden den Ein- und Ausgang der Grundschaltungen, wobei am Eingang der ersten Grundschaltung G₁ der Oszillator angeschaltet ist, während sein Ausgang an den Transistorverstärker TrV₁ angeschaltet ist, über den die beiden Grundschaltungen G₁ und Gp des Phasenmodulators miteinander verbunden sind. Über die Drosseln Dr? bzw. Dr8, die jeweils an den Yerbindungspunkt der Sperrschichtvaraktoren V₁ und V_ bzw. V- und V. angeschaltet sind, werden dem Phasenmodulator die Modulationsspannung und die"Vorspannungen ü bzw. Up für die Sperrschichtvaraktoren zugeführt.

Bei Übertragung eines Dienstgespräches in Originallage und mehreren TP-Kanälen kann es von Vorteil sein, zwei Phasenmodulatoren in Serie zu schalten, wobei dann der Dienstgesprächskanal und die TP-K.anäle getrennt auf je einen Phasenmodulator gegeben werden.

6 Figuren - .

9 Patentansprüche ' - 8 - ·

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Claims

' Pat entansprüche

( 1.J Phasenmodulator für hohe Frequenzen, vorzugsweise zur Einspeisung zusätzlicher Modulationssignale in einen hierfür freigehaltenen Modulationsfrequenzbereich im Radiofrequenzband eines Richtfunksystema, dem von einem Oszillator die zu modulierenden Hochfrequenzschwingungen zugeleitet sind, die ihrerseits gegebenenfalls nach Prequenzvervielfachung und Überlagerung mit einer bereits modulierten Schwingung (ZF-Band) zur Aussendung gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschaltung des Modulators eine eingangs- und ausgangsseitig angepaßte Brücken-T-Schaltung ist, deren Längszweig als Übertrager mit einer Wicklung ausgebildet ist, parallel zu dessen durchgehender Wicklung die Serienschaltung zweier Kapazitäten liegt, von denen wenigstens eine durch einen Sperrschichtvaraktor realisiert is^, an deren Verbindungspunkt die Modulationsspannung und eine Varaktorvorspannung geführt sind, während von der Mittelanzapfung des Übertragers der einen ohmschen Widerstand enthaltende Querzweig gegen den Schaltungsnullpunkt liegt, und zwei symmetrisch zur Mittelanzapfung liegende Anzapfungen den Ein- und Ausgang des Modulators bilden.
2. Phasenmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur durchgehenden Wicklung des Übertragers die Serienschaltung zweier gegensinnig gepolter Sperrschichtvaraktoren liegt.
3. Phasenmodulator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine solche Abstimmung der Grundschaltung, daß

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die Steilheitskurve des Modulators auf ihr Maximum eingestellt ist. .■ ■
4. Phasenmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, .- dadurch gekennzeichnet» daß das "Verhältnis des Wirkwiderstandes im Querzweig zum transformierten Blindwiderstand des Längszweiges bei der Mittenfrequenz größer als χΥ? gewählt ist (T-rErs atzschal tung; vgl, Fig.2).
5. Phasenmodulator nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Wirkwiderstandes im Querzweig zum transformierten Blindwiderstand des LangSEweiges bei der Mittenfrequenz zwischen 0,5 und 0,75 gewählt ist. ■■■■.■"■■ -
6. Phasenmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis "des Wirk-Widerstandes im Diagonalzweig zum Blindwiderstand des Längszweiges bei der Mittenfrequenz größer als ~]p> gewählt ist (Kreuz-Ersatzschaltung; vgl. Fig.3).
7. Phasenmodulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Wirkwiderstandes im Diagonalzweig zum Blindwiderstand des Längszweiges bei der Mittenfrequenz zwischen 2 und 3 gewählt ist. .
8. Phasenmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Kettenschaltung von wenigstens zwei Grundschaltungen, die über je einen zwischengeschalteten Trennverstärker miteinander verbunden sind und die vom gleichen Modulationssignal angesteuert werden. -

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Q. Phasenmodulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmung der Übertragerinduktivitäten und Sperrschichtvaraktoren der Teilmodulatoren unterschiedlich sind, derart, daß der Arbeitspunkt beim einen Teilmodulator auf der Vorderflanke der Steilheitskurve liegt und beim anderen Teilmodulator auf der Rückflanke, und daß die Summensteilheitskurve über einen möglichst großen Bereich des Phasenhubs einen weitestgehend konstanten Verlauf hat.

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