DE2033418C - Frequenzmodulationsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Frequenzmodulationsschaltung mit einem Serrasoidmodulator, in dem ein Säg^yahnsignal vorbestimmter Frequenz einem Sägezahnphasenmodulator zugeführt wird, welcher unter S durch ein Modulationssignal eine Folge

von impulsen mit entsprechend dem Modulationssignal veränderlichem Abstand hefen.

Hs besteht ein großes Bedürfnis nach einem einfachen Frequenzmodulationssystem, bei welchem keine Steuerzweige für eine automatische Frequenzsteuerung erforderlich sind und welches nicht so viele Abstimmeinsiellungen erfordert, wie sie heutzutagc in derartiger. Systemen zu finden sind. Am besten eignet sich für diese Anwendungsfälle ein Phasenmodulator, bei dem die Frequenzmodulation durch Veränderung der Phase einer in ihrer Frequenz stabilisieiicn Schwingung erreicht wird. Die Frequenz weicht von ihrem Sollwert nur während derjenigen Zeiten ab, in welchen sich die Phase ändert, und die Frequenzabweichung ist proportional der Geschwindigkeit der Phasenänderung. Ein besonders geeigneter Phasenmodulaior für solche Anwendungen ist das sogenannte Serrasoid wegen seiner Stabilität, der relativ großen möglichen Phasenverschiebung und seines einfachen Aufbaus. Der Nachteil eines solchen Phasenmodulationssystems liegt jedoch in der langer: Vervielfacherkette, welche zur Erhöhung der Phasenverschiebung auch dci jenigen Wert benötigt, welcher zur Erzeugung der gewünschten Frequenzabweichung erforderlich isi.

Durch Hintereinnnderschalien vieler Stufen läßt sich zwar der gewünschte Grad der Frequenzverschiebung erreichen, jedoch ist dieser Weg kostspielig und bedingt einen hohen Leistungsverbrauch. Üblicherweise erreicht man diese Multiplikation durch auf die doppelte, dreifache oder manchmal sogar vierfache Frequenz abgestimmte Kreise. Die große Zahl von Kreisen und die Schwierigkeiten ihrer Abstimmung macht jedoch praktisch die V01 teile der Verwendung eines Phasenmodulators, insbesondre eines Serrasoid-Sysiems, zunichte.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Vereinfachung dieser bekannten Modulationsanordnungen und der Verringerung der Schwierigkeiten bei ihrer Einstellung. Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Frequenzmodulationsschaltung mit einem Serrasoidmodulator, in dem ein Sägezahnsignal vorbestimmter Frequenz einem Sägezahnphasenmodulator zugeführt wird, welcher unter Steuerung durch ein Modulationssignal eine Folge von Impulsen mit entsprechend dem Modulationssignal veränderlichem Abstand liefert erfindungsgemäß durch einen mit den Impulsen phasensynchronisierten Rechteckwellengenerator mit einem nachgeschalteten Integrator, der eine symmetrische Dreieckwellc einer ersten, von dem Modulationssignal abhängigen Frequenz liefert, und durch mindestens einen Vollweggleichrichter, der aus der Dreieckwelle eine weitere Dreieckwelle mit gegenüber der ersten Frequenz vervielfachten Frequenz erzeugt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem in den Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 ein bei dem in F i g. 1 dargestellten System verwendetes Korrekturglied,

F i g. 3 verschiedene Kurvenformen zur Erläuterung des Betriebs des in F i g. 1 dargestellten Modulators und

F i g. 4 verschiedene Kurvenformen zur Erläuterung des Betriebs der Vervielfacherkeite des in F i g. 1 dargestellten Systems.

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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Frequenzmodulalionssystem wird ein Signal einer festen Frequenz «lurch einen kristallgesteuerten Oszillator 11 einer Reihe von Modulatoren 15. 17. 19 und 21 zugeführt. Ferner wird jedem der hintereinandergeschalteien Modulatoren 15 bis 21 über ein korreluurglied 23 fin an den Ansel IuIi 13 angelegter I onfreque.izsignal zugeführt. Das Korrekturgued 23 erfüllt eine doppelte Funktion, nämlich einmal eine Pre-Fjnphasis und /um anderen eine Korrektur des Frequenzgang*, indem es an seinem Ausgang für Signale nur im Frequenzbereich von 13.5 11/ bis 2,1 kl I/ einen Signaldampfungsverlauf mit eineir Ablall \on 6 bß Oktave bewirkt. Diese bestimmten Werte ergeben nach dem FCC-Standard eine l're-Fmphasis von 75 iisec. Für andere Normen können andere Frequenzbereiche maßgebend sein. Diese Korrektur wird durch ein einfaches /iC'-Glied bewirkt, welches in F i g. 2 dargestellt ist.

In diesem /i£-Glied haben die Wider^ände 41 bzw. 42 die Werte von 3,0 kOlim bzw. 25,0 Ohm. der Kondensator 43 hat einen Wert von 3 uF. Mit diesen Werten ergibt sich eine obere Fcklrequenz von 2HH)IIz und eine untere Ecklrequenz. von 13,5Hz, wobei die Dämpfung zwischen 13,5 und 2100 Hz mit (i bH Oktave verläuft. Die Modulatoren 15. 17, 19 und 21 werden manchmal als serrasoid-Modulatoren bezeichnet und entsprechen dem im USA.-Patent 2 566 826 beschriebenen Modulatoren. Hierbei wird das Oszillatoreingangssignai in eine Sägezahnschwingung umgesetzt, wobei die Spitze jedes Sägezahns abgeschnitten ist, wie es Fig. 3a zeigt. Im Modulator wird die Sägezahnsehwingung in eine Rechteckwel'e gemäß Fig. 3b umgewandelt. Die Amplitude des Modulaiionssignals (in diesem Falle eines Toni'requenz.signais), welches von de it.- Korrekturglied 23 kommt, bewirkt eine Veränderim;.' der Breite des oberen Teils der Welle. Fine DilTereiiziersüialtung im Modulator verarbeitet die Rechteckwelle mit veränderlicher Breite gemäß Fig. 3b und liefert an ihrem Ausging für jeden Modulator eine Reihe von hinsichtlich ihrer lademodulierten Impulsen, wobei die jeweilige Lage von der Lade der Rückllanke der Rechteckwclle abhängt, wie aus einem Vergleich der F i g. 3 b und 3 c hervorgeht.

Die Frequenzabweichung ist proportional der Geschwindigkeit der Phasenänderung. Für eine Sinusmodulation kann dies se ausgedrückt werden, daß die Spitzen-Frequenzabweichung gleich dem Produkt der Spitzen-Phasenverschiebung und der Modulationsfrequenz ist. Die hier beschriebene Schaltung liefert mit ausreichender Sicherheit etwa ± einen Radiant oder ± 60° auf der Grundlage einer :OO^o/oigen Modulation mit 50 Hz. Für evva einen Radiant und 50 Hz beträgt die Spitzenabweichung daher etwa ± 52 Perioden.

Für Verwendung im Tonteil von Fernsehsystemen liefert der hier beschriebene Modulator letztlich ein Signal mit einer vollen Abweichung von etwa 50 MHz, und zwar unabhängig von dem Kanal, auf . welchem er arbeitet. C.s 50 MHz-Signal wird dann mittels Überlagerung in die gewünschte endgültige Betriebsfrequenz umgesetzt. So ist es erforderlich, bei 50 MHz eine 100°/oige Modulation hervorzurufen.

Da es erwünscht ist, eine 100%>ige Modulation im Rundfunk-Fernseh-Tonkanal in einem Bereich von beispielsweise 50 MHz zu verwenden, ist üblicherweise eine lange Vervielfacherkette erforderlich, mit Hufe deren die Phasenverschiebung auf denjenigen Wert erhöht wird, der zur Erreichung des gewünschten Abweichungsbetrages benötigt wird. Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung sind vier Modulatoren 15. 17, 19 und 21 hintereinandergeschaltet, u;;i die Frequenz auf 400 kHz zu erhöhen. Die Modulatoren 15 bis 21 sind die gleichen wie oben beschrieben, wobei jeder Modulator für eine l()()⁰/oigc Modulation etwa 52 Hz Abweichung bewirkt. Durch eine

ίο Kaskadenschaltung von vier solchen Modulatoren läi.U sieh eine Abweichung von 200 Hz erreichen, die im Produkt mit dem Faktor 120 in der nachfolgenden Vervielfacherkette eine Abweichung von 25 kHz hei

■ der Frequenz, von 50 MHz liefert. Bei der Kaskadenschaltung der Modulatoren wird das dem jeweiligen vorherigen Modulationszustand entsprechende Ausgangssignal (Ausgangsimpulse mi? enger Impulslage) zur Erzeugung einer weiteren ..agezahnschwingmiü verwendet, die dann bis zum Ausmaß des Modulationssignals phasenmoduliert ist, wie es oben und in dem erwähnten USA.-Patent beschrieben ist. Zur Ableitunp der zusätzlich erforderlichen Frequenz bewirk: man die erforderliche Multiplikation in üblicherweise mit auf die doppelte, dreifache und in manchen FaI-len vierfache frequenzabgestimmte Kreise, damit sieh auf diese Weise eine genügend große Frequenzabweichung ergibt. Eine derartige Anordnung führ; jedoch zu Schwierigkeiten hinsichtlich der Abstim-. mung wegen der großen Zahl der vorgesehenen nbgestimmten Kreise, so daß dadurch die grundsätzlichen Vorteile dieser Art von Modulationssv stern weitgehend aufgewogen werden.

im kritischen Multiplikationsbereich, im be-.chriebenen Beispiel zwischen 400 kHz und 10 MHz. sieht man eine Multiplikatorkette vor, welche nach den. Prinzipien der Digitaltechnik und Kurvenformtechnik arbeitet und nur eine Einstellung zur Optimierung ihres Verhaltens erfordert. Bei dieser Anordnung triggern die in Fi g. 3 c dargestellten Ausgangsimpulse

4» der Modulatoren 15. 17, 19 und 21 einen üblichen monostabilen Multivibrator 24. welcher daraufhin eine Rechteckwelle gemäß Fig. 3d und 4a erzeug: welche ihrerseits mit Hilfe eines Integrators 25 in eine Dreieckwelle gemäß Fig. 4b umgeformt wird Der jeweilige Rechteckgenerator kann durch irgendeine bekannte Schaltung, einschließlich bistabilen Schaltungen, realisiert werden. Zur Lieferung einer symmetrischen Drcieckwelle ist es wichtig, daß der jeweilige Rechteckwellcngenerator stabil arbeitet. Der

Integrator 25 is' entweder mit Hilfe eines nachgeschalteten Hochpaßiilters oder durch einen einsprechenden Aufbau seiner Schaltung selbst so ausgebildet, daß er praktisch nur diejenigen Signale integriert, welche oberhalb der normalen Tonfrequenz

liegen, also im beschriebenen Beispiel oberhalb 400 kHz. Das ist notwendig, weil andernfalls der als Tiefpaß ausgebildete Integrator als rrequenzmodulator für die durch das Frequenzmodulationssignal gesteuerten Impuls konstanten Bereich wirken würde.

Diese Tonfrequenzkomponentc würde in den nachfolgenden Doppelweggleichrichter gelangen und diesen aus seinem Abgleichzustand bringen, so daß starke Störungen entstehen würden. Eine einzige Abstimmeinstellung läßt sich an dem monostabilen Multivibrator zur Aufrechterhaltung der gewünschten symmetrischen Dreieckwelle vornehmen durch Einstellung der Impulsbreite am Ausgang. Die symmetrische Dreieckschvvingung wird dann drei hinter-

cinandergcschalteten Doppclweggleichrichtern 27. 29 und 31 zugeführt, die je einen Verstärker zur Verdoppelung der Amplitude der Dreiecksclnvingung enthalten. Der erste Doppelweggleichrichter 27 erzeugt aus der symmetrischen Dreieckwclle eine Ausgangsdreicckwclle, welche in der Zeiteinheit die doppelte Anzahl von Dreieckschwingungen aufweist, was auf die typische Funktionsweise eines Doppelwcggleichrichters zurückzuführen ist. Diese Ausgangsschwingung ist in F i g. 4^-c dargestellt. Auf diese Weise arbeitet jeder Gleichrichter als Frequenzverdopplcr. Der zweite Doppelwcggleichrichter 27 ist außerdem gleichzeitig als Verstärker ausgebildet und liefert ein Ausgangssignal mit wiederum einer verdoppelten Anzahl von Dreieckschwingungen pro Zeiteinheit im Vergleich zu seiner Eingangsschwingung. Diese Ausgangsschwingung ist in Fi g. 4d dargestellt. Durch Nachschaltung eines dritten Doppelweggleichrichters 31, der ebenfalls gleichzeitig als Verstärker ausgebildet ist. wird die Ausgangsfrequenz wiederum verdoppelt, so daß sein Ausgangssignal 4 e nochmals die doppelte Anzahl von Dreieckschwingiingen pro Zeiteinheit aufweist. Auf diese Weise wird die Frequenz von beispielsweise etwa 400 kHz auf etwa 3 MHz heraufgesetzt. Das Ausgangssignal des Doppelweggleichrichters 31 wird in dem hier beschriebenen Beispiel dann einer Kristaliniterschaitung 33 zugeführt, deren Mittenfrequenz bei 10 MHz liegt und das, mit Ausnahme der dritten Oberwelle, die Grundfrequenz und alle anderen harmonischen unterdrückt, so daß außer der Frequenzsclcktion nochmals ein Multiplikationsfaktor von 3 auftritt. Das Kristallfilter dient auch zur Unterdrückung von Störfrequenzen, welche bei der vorhergegangenen Frequenznuiltiplikatian entstanden sind.

Zur Abstimmung der beschriebenen Vcrvielfacherketlc ist lediglich eine Justierung der Impulsbreite des monostabilen Multivibrators 24 erforderlich. Man kann das Ausgangssignal des Integrators betrachten

ίο und den monostabilen Multivibrator so einstellen, daß sowohl eine genau symmetrische Dreieckwelle entsteht als auch die hochfrequenten Tonfrequenzverzerrungen des Frequcnzmodulationssignals minimal werden. Der Ausgang des Kristallfilters 33 ist

«5 gemäß Fig. 1 an einen einzigen Obcrwellenvervielfacher 35 angeschlossen, welcher eine Frequenzvervielfachung mit dem Faktor 5 ergibt und damit die Frequenz von H) MHz auf 50 MHz am Ausgang erhöht. Die Teilbandbreite im Bereich zwischen 10 und 50 MHz ermöglicht die Verwendung einzelner abgestimmter Schaltungen, so daß sich ein brauchbares Übertragungsverhalten ergibt. Durch eine Kombiaierung von Scrrasoid-Modulaloren mit nicht abgestimmten Brcitbandfrcquenzvervielfachcrn

as in der vorbeschriebenen Weise ergibt sich auf diese Weise ein wesentlich vereinfachtes Modulationssystem, dessen Betriebseigenschaften demjenigen vor hochqualitativen Direktmodulationssystemcn gleichwertig sind, ohne daß deren hohe Kosten und Korn plizierthcit in Kauf genommen Averden müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Frequenzmodulationsschakung mit einem Serrasoidmodulator, in dem ein Säp-jzahnsignal vorbcstiinmtcr Frequenz einem Säg'./.ahnphasenmodulator zugeführt wird, welcher unter Steuerung durch ein Modulationssignal eine Folge son Impulsen mit entsprechend dem Modulationssignal veränderlichem Abstand liefert, ge kennzeichnet durch einen mit den Impulsen pluisensynchronisierteu Rechteckwellengcnerator (24) mit einem nachgeschalteten Integrator (25). der eine symmetrische Dreieckwelle einer eisten, von dem Modulaticnssignal abhängigen Frequenz liefert, und du; ei mindestens einen Vollweggleichrichter (27). der aus der Dreieckwelle eine weitere Dreieckwelle mit gegenüber der ersten Frequenz \ervielfachten Frequenz erzeugt.

2. Frequenzmodulationsschaltung nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch eine Sägezahnsignalquelle (11). welche eine Sägc.zahnv,eile praktisch konstanter Frequenz liefert, durch cine Modülationssignalquelle (13). durch mindestens eine Impuisfonnerschalturig (24, 25), welche auf das Modulationssigna¹ anspricht und die Sägezahnschsvingung in eine Rechteckschwingung umwandelt, deren Impulsbreite direkt proportional der Augenblicksgiößc des Modulationssignales ist, durch eine zweite Impulsformersciijltung, welche die Reehteckwelle in eine Folge von Impulsen umwandelt, deren zeitlicher Abstand sich entsprechend der Breite aufeinanderfolgender Rechteckschwingungen ändert, durch einen Rechteckgenerator (24). der in Abhängigkeit von den zeitmodulierten Impulsen ein Rechteckausgnngssignal liefert, durch einen Integrator (25), welcher die Rechteckschwingung in eine Dreieckschwingung einer ersten Frequenz umwandelt, ferner durch eine Doppelweggleichrichteranordnung (27 bis 31), welche aus einer Dreieckwelle eine weitere Dreieckschwingung erzeugt, deren Frequenz ein Vielfaches der ersten Frequenz ist.

3. Frequenzmodulationsschaltung nach Anspruch 2. dadurch gJ-ennzeichnet, daß zwischen die Modulationssignalquelle (13) und die Impulsformerschaltung (15 bis 24) ein Korrekturglied (23) eingefügt ist, welches die Frequenzanteile des Modulationssignales im Frequenzbereich zwischen l3,5 Hz und 2,1 kHz dämpft.

4. Frequenzmodulationsschaltung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein Kristallfilter (33). welchem das Ausgangssignal der Doppelweggleichrichter (17 bis 31) zugeführt wird und welches die Grundfrequenz und sämtliche Oberwellen, außer der dritten Oberwelle, unterdrückt und eine Frequenzverdreifachung des Gleichrichterausgangssignn!s sowie eine Filterung bewirkt.

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