DE2304692C2

DE2304692C2 - Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines frequenzmodulierten Eingangssignals in ein amplitudenmoduliertes Ausgangssignal

Info

Publication number: DE2304692C2
Application number: DE2304692A
Authority: DE
Inventors: Pierre Courbevoie Blancheville; Guy Rennes Brun; Pham Bagneux Tat Dat
Original assignee: Office de Radiodiffusion-Television Francaise
Current assignee: Office de Radiodiffusion-Television Francaise
Priority date: 1972-02-28
Filing date: 1973-01-31
Publication date: 1984-05-03
Also published as: GB1349640A; JPS5740681B2; NL7301087A; BE795892A; DE2304692A1; IT979307B; NL174604B; JPS48101864A; SE394062B; US3813617A; NL174604C; FR2173688B1; FR2173688A1; CA1000372A; CH570073A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines frequenzmodulierten Eingangssignals der Trägerfrequenz /", in ein amplitudenmoduliertes Ausgangssignal der Trägerfrequenz /Ό, bei der ein erster und ein zweiter Schaltungszweig an einen gemeinsamen Eingang angeschlossen sind, dem das Eingangssignal zugeführt ist, und bei der im ersten Schaltungszweig ein erster Amplitudenmodulator mit zwei Eingängen und einem Ausgang liegt, von denen der erste Eingang mit dem gemeinsamen Eingang über eine erste Eingangsstufe verbunden ist, der zweite Eingang mit einem Oszillator der Trägerfrequenz f_a verbunden ist und der Ausgang mit dem ersten Eingang eines zweiten Amplitudenmodulators mit zwei Eingängen und einem Ausgang verbunden ist und bei der im zweiten Schaltungszweig eine zweite Eingangsstufe liegt, die den gemeinsamen Eingang mit dem zweiten Eingang des zweiten Modulators verbindet, dessen Ausgang über ein Tiefpaßfilter mit dem Ausgang der Schaltungsanordnung verbunden ist.

Rundfunk-oder Fernsehsignale, die gegenwärtig in Amplitudenmodulation durch erdgebundene Netzwerke ausgesandt werden, werden in naher Zukunft zweifellos in Frequenzmodulation von künstlichen Erdsatelliten abgestrahlt werden, und zwar wegen der Verbesserung des Signal-Rauschverhähnisses und wegen der besonderen Wirtschaftlichkeit, welche die Frequenzmodulation hinsichtlich der Leistung bietet. Dann ist es wünschenswert, daß die gegenwärtig verwendeten Empfänger weiter benutzt werden können, indem einfach zwischen der Empfangsantenne und dem Eingang eines solchen Empfängers ein Modulationswandler angeordnet wird ohne die Notwendigkeit, den inneren Aufbau des Empfängers abzuändern.

Es sind bereits Schaltungen bekannt, beispielsweise aus der BE-PS 6 56 365, durch die eine frequenzmodulierte Welle in eine amplitudenmodulierte Welle gewandelt werden kann. Bei diesen Schaltungen wird aber die amplitudenmodulierte Welle bei fehlender Frequenzmodulation mit einer Trägerwelle der Amplitude Null erhalten. Um eine amplitudenmodulierte Welle zu erhalten, deren Trägerwelle bei fehlender Frequenzmodulation eine von Null verschiedene Amplitude hat und die mit den Seitenbändern geeignete Phasenrelationen aufweist, ist es notwendig, diesen bekannten Schaltungen ergänzende Schaltungsmittel hinzuzufügen, deren Einstellung schwierig ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art in der Weise gelöst, daß erfindungsgemäß die erste oder zweite Eingangsstufe im ersten Schaltungszweig aus einem Filter besteht, das einen Übertragungskoeffizienten aufweist, der sich im Bereich der FM-Trägerfrequenz f\ linear mit der Frequenz ändert und für eine vorgegebene Frequenz Λ. die um den Frequenzhub von /Ί kleiner ist als /",. gleich Null ist. und daß entsprechend dazu die zweite oder erste Eingangsstufe im zweiten Schaltungszweig aus einem Verzögerungsnetzwerk mit konstantem Verzögerungsund Übertragungskoeffizienten zum Ausgleich der Laufzeit in dem ersten Schaltungszweig besteht.

Die erfindungsgemäßc Schaltungsanordnung liefert

ein amplitudeninoduliertes Signal, dessen Trägerfrequenz durch die Wahl der Differenz (f?— f\) einstellbar ist.

Die zur Lösung verwendeten Filter und Verzögerungsnetzwerke sind bekannte Bauteile. Ein Filter ist in dem Buch »La Modulation de Frequence« von Jacques Fagot und Philippe Magne, Paris 1959, Seiten 427 bis 430, beschrieben. Derartige Filter werden häufig in klassischen Demodulatoren für frequenzmodulierte Signale verwende? wo sie einem Amplitudendetektor vorgeschaltet sind.

Die Amplitudenmodulatoren können symmetrierte Modulatoren oder Gegentaktmodulatoren beliebiger, bekannter Art oder auch analoge Multiplikatoren sein, und die Frequenz /j ist derart gewählt, daß sie von der Frequenz /Ί einen vorgegebenen Abstand aufweist, derart, daß ohne Modulation der Eingangswelle die Ausgangswelle eine vorgegebene Amplitude aufweist, weiche als Ruheamplitude der Ausgangsweiie bezeichnet wird.

In bestimmten Übertragungsfällen wird das frequenzmodulierte Eingangssignal sendeseitig amplitudenmoduliert. Diese Maßnahme wird im allgemeinen als Hochfrequenz-Vorverzerrung oder Hochfrequenz-Voranhebung bezeichnet. Es ist dann erforderlich, daß sie empfangsseitig einer komplementären Maßnahme unterzogen wird, derart, daß die Schaltungsanordnung die frequenzmodulierte Welle mit konstanter Amplitude empfängt. Hierzu wird in Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vor den gemeinsamen Eingang der beiden Schaltungszweige ein auf die FM-Trägerfrequenz /Ί zentriertes Entzerrungsfilter geschaltet.

Es kann auch vorkommen, daß das Basissignal im Basisband vor der Aussendung vorverzerrt ist. Das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung ist dann durch das vorverzerrte Basissignal amplitudenmoduliert. Um dieses Signal auf die üblichen Normen zurückzuführen, ist es erforderlich, daß es ein Entzerrungsnetzwerk durchläuft. Hierzu wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung hinler den Ausgang des Tiefpaßfilters ein auf die AM-Trägerfrequenz /» zentriertes Nachentzerrungsfilter geschaltet, welches die Amplitude des Ausgangssignals entzerrt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 3 das Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung, welche zur Ausbildung eines Frequenzdemodulators verwendet wird für den FaM, daß für die AM-Trägerfrequenz f₀ des Ausgangssignals der Wert Null gewählt ist und die angeschlossene Verbraucherschaltung somit Signale derselben Form empfängt, wie sie den Modulationssignalen im Basisband entsprechen, welche das Eingangssignal modulieren.

Gemäß Fig. I wird an die Fingangsklemme 1 der Schaltungsanordnung ein frequenzmoduliertes Ein- t>o gangssignal mit konstanter Amplitude und der Augenblicksfrequenz /"geführt, die sich proportional zur momentanen Amplitude des Modulationssignais ändert, dessen Trägerfrequenz (ohne Modulation) den Wert /Ί hat. Zwischen der Eingangsklemme 1 und der Eingangsklemme 2 der eigentlichen Schaltungsanordnung 3, welche zur Umwandlung der Frequenzmodulation in eine Amplitudenmodulation dient, kann ein Deemphasis-Filter 4 vorgesehen sein. Die Verwendung dieses Filters ist nur für den Fall vorgesehen, daß in dem bei 1 angelegten Eingangssignal beim Aussenden die von der Trägerfrequenz /j am weitester entfernten Frequenzen angehoben worden sind. Dies kann bekanntlich unter bestimmten Bedingungen im Hinblick auf das Übertragungsmedium erwünscht sein. Dieses Filter 4 kann daher in der Mehrzahl der Fälle durch eine direkte Verbindung 5 zwischen den Klemmen 1 und 2 ersetzt werden.

Die Eingangsklemme 2 der Schaltungsanordnung 3 ist einerseits mit dem Eingang 6 eines Verzögerungsnetzwerks 7 verbunden, dessen Verwendungszweck unter erläutert wird, und andererseits mit dem Eingänge eines Filters 9. Dieses Filter weist im Bereich der Frequenz /Ί einen Übertragungskoeffizienten | A,/A | auf (Verhältnis der Ausgangsspannung A] zur Eingangsspannung A), welcher im Absolutwert durch eine lineare Funktion der Frequenz / dargestellt werden kann, die für eine bestimmte ausgewählte Frequenz /j verschwindet, und zwar mit einem Gesetz der Veränderung der Phasendifferenz als Funktion der Frequenz, welche einer im wesentlichen konstanten Gruppenlaufzeit Tentspricht. Ein Beispiel für ein solches Gesetz ist in F i g. 5 dargestellt und läßt sich in der Form

\Αψ)/Λ(,-Τ)\ ₌-.k\f(i-T-f₂\ anschreiben, worin

λ eine die Steilheit des Übertragungskoeffizienten

beschreibende Konstante und ί die Zeit ist.

Wenn weiterhin mit

f die momentane Frequenz des bei 8 angelegten Signals bezeichnet wird und mit
A(t) dessen momentane Amplitude,

so läßt sich schreiben:

A(I)= /A₁, cos (2.τ/Ί t + g)

An ist eine Konstante und φ ein variabler Phasenwinkel, welcher von der momentanen Amplitude m(t) des Modulationssignals abhängt, die der Ableitung g>(t) von p' nach der Zeit proportional ist. Somit läßt sich schreiben:

(1)

Wenn andererseits die obigen Gesetze in bezug auf den Ubertragungskoeffizienten hinsichtlich Amplitude und Phase gelten, und zwar für das Filter 9, läßt sich die momentane Amplitude A\(t) des am Ausgang 10 des Filters 9 erhaltenen Signals im Zeitpunkt t durch folgende Gleichung darstellen:

ο ■-= u

cos [2 ,τ/, U-T) + φ(ι-T)].

(2)

Der Ausgang 10 des Filters 9 ist mit dem einen der^Eingänge des Modulators 11 verbunden, dessen anderer

Eingang 12 durch einen Überlagerungsoszillator 13 der Frequenz fa gespeist wird, so daß bei 12 eine dem Ausdruck cos (2.τίοΐ) proportionale Spannung geliefert wird. Am Ausgang 14 des Modulators 11 wird ein Signal empfangen, welches dem Produkt der Ausgänge

A₂ U) = γ- A> Γ/ι -Si + JJ φ' U -

cos{2.rfut) und A\(t) proportional ist. Die momentane Amplitude Arftjdcs bei 14 empfangenen Signals ist dem Produkt aus den Größen /\i(6) und cos(2,t/o^ proportional; sie läßt sich somit durch folgenden Ausdruck darstellen:

|cos[2,7(/i+/_(l)r-2/r/, T+<pU-T)]+cos [2/r(/, -/„) /-2 π/, Τ + φ U - T)]\

Das bei 14 vom Modulator 11 abgegebene Signal Ai(t) wird dem einen der Eingänge eines zweiten Modulators 15 zugeführt, dessen anderer Eingang 16 das Signal A(t) empfängt, welches bei 2 an das Verzögerungsnetzwerk 7 angelegt ist, dessen Verzögerungszeit= T is«. Der Ausgang 17 des Modulators 15 liefert somit ein Signal, dessen momentane Amplitude dem Produkt

A(I- T) ■ A₂(I)

proportional ist, welches nach Durchführung der entsprechenden Rechnungen bis auf einen konstanten Faktor gleich der Summe des Ausdrucks

BU) = B₀ [y, -/, +J-<p'(,- TU ■ cos 2 ff/,, f

(4)

(wobei S₀ eine Konstante ist) und von Frequenztermen wie (2/"i +Λ») und (2/Ί— /< >) ist. Wenn f_n wesentlich kleiner als f gewählt wird, wie es in der Praxis meistens geschieht, lassen sich diese Terme leicht durch das Tiefpaßfilter 18 eliminieren, dessen Eingang mit dem Ausgang 17 des Modulators 15 verbunden ist und dessen Ausgang 19 mit dem Eingang des Entzerrungsfilters 20 verbunden ist, dessen Ausgang mit der Verbraucherklemme 21 verbunden ist.

Wie erkennbar, muß f:<f\ sein, und zwar um den Spitzenwert von <p'(t)/2.T.

(Wie bereits im Hinblick auf das Filter 4 erläutert wurde, ist die Verwendung des Entzerrungsfilters 20 nur dann erforderlich, wenn eine bestimmte Verzerrung vorhanden ist, nämlich eine Modulationsfrequenz-Precmphasis, welche den Modulationssignalcn beim Aussenden im Basisband vor der Frequenzmodulation aufgedrückt wurde: wenn eine derartige Verzerrung nicht vorgesehen ist, kann das Filter 20 durch eine direkte Verbindung 22 ersetzt werden.)

Aus der Untersuchung des Ausdrucks B(t), wie er oben bei (4) angegeben ist, ergibt sich, daß das am Ausgang 19 des Tiefpaßfilters 18, d. h. am Ausgang der Schaltungsanordnung 3. empfangene Signal nichts anderes darstellt als eine Trägerwelle der Frequenz /*o, welche in der Amplitude durch die Summe aus zwei Größen moduliert ist, nämlich einer konstanten Größe, die zu (f\— /2) proportional ist, und einer weiteren Größe, die zu

2 π

proportional ist, d. h, zur momentanen Amplitude m(t) des ursprünglichen Modulationssignals, welches aus dem Basisband stammt. Somit ist die gewünschte Umwandlung des frequenzmodulierten Eingangssignals in ein amplitudenmoduliertes Signal mit der konstanten Trägerfrequenz /ö erreicht, und zwar ausgehend von der FM-Trägerfrequenz /Ί, wobei die Modulation des amplitudenmodulierten Signals eine leichte Verzögerung 7"in bezug auf das ursprüngliche Modulatorsignal aufweist.

Dies bedeutet, daß, wie auch aus Gleichung (3) hervorgeht, dann, wenn das Verzögerungsnetzwerk 7 durch eine direkte Verbindung ersetzt wird, das bei 19 am Ausgang von 18 auftretende Signal eine leichte Phasenmodulation aufweist, welche zu dem Ausdruck

-TJ\

proportional ist. Da diese Phasenmodulation im allgemeinen von geringer Bedeutung ist, ist es möglich, das Netzwerk 7 in einer großen Anzahl von praktischen Ausführungsformen wegzulassen.

Lediglich als Beispiel läßt sich insbesondere vorsehen, und zwar in Anwendung auf eine Fernsehübertragung, bei welcher ein Teil der Information frequenzmoduliert übertragen wird, daß der Wert der entsprechenden FM-Trägerfrequenz/, in der Größenordnung von 115MHz liegt, mit einem Frequenzhub gf(t)l2.r von Spitze zu Spitze in der Größenordnung von 4 MHz. Die Frequenz /2, bei der der Übertragungskoeffizient des Filters 9 zu Null wird,, wird dann kleiner als 113 MHz, z. B. gleich 110 MHz, gewählt. Wenn beispielsweise f₀ im Bereich von 32 MHz gewählt wird, haben die am Ausgang des Modulators 17 zu eliminierenden Komponenten Frequenzen

>2x 115-32=198 MHz.

so daß es leicht möglich ist. diese Komponenten durch das Tiefpaßfilter 18auszufiltern.

Die Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Am Eingang und am Ausgang der Schaltungsanordnung 31 (welche dieselbe Rolle wie die Schaltungsanordnung 3 der Fig. 1 spielt) sind die Entzerrungsfilter 4 und 20 der F i g. 1 absichtlich weggelassen, da sie nicht undbedingt erforderlich sind und nicht zum eigentlichen FM/AM-Wandler gehören.

In F i g. 2 ist der Ausgang des Verzögerungsnetzwerkes 7 mit einem der beiden Eingänge 32 eines Modulators ii verbunden, dessen anderer Eingang 34 durch einen Oszillator 35 der Frequenz f₀ gespeist wird. Der Ausgang des Modulators 33 ist mit dem einen der beiden Eingänge 36 eines weiteren Modulators 37 verbunden, dessen anderer Eingang 38 mit dem Ausgang 10 des Filters 9 verbunden ist. Der Ausgang des Modulators 37 ist bei 39 mit dem Eingang des Tiefpaßfilters 40 verbunden, dessen Ausgang mit der Verbraucherklemme 41 verbunden ist, wobei dieses Filter 40 und seine Eingangs- und Ausgangsklemme 39 und 41 den Elementen 17,18 und 19 der F i g. 1 entsprechen.
Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 läßt sich in exakt der gleichen Weise erläutern wie für die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1, wobei die Rollen der Modulatoren 33 und 37 gemäß F i g. 2 einfach in bezug auf diejenigen der Modulatoren 11 und

15 der F i g. 1 vertauscht und die Rollen des Verzögerungsnetzwerkes 7 und des Filters 9 in korrelativer Weise umgekehrt sind.

Die nachfolgend erläuterte F i g. 3 zeigt das vereinfachte Schema eines Frequenzmodulators, in welchem die oben erläuterten Prinzipien der Wandler gemäß F i g. 1 und 2 angewandt sind.

Die Elemente 1, 2 und 6 bis 10 entsprechen den mit gleichen Bezugszeichen versehenen Elementen gemäß Fig. 1. Die Demodulation erfolgt, indem der Ausgang des Verzögerungsnetzwerks 7 mit einem der beiden Eingänge eines Modulators 51 verbunden ist, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang 10 des Filters 9 verbunden ist. Der Ausgang des Modulators 51 ist mit dem

Eingang 52 eines Tiefpaßfilters 53 verbunden, welches eine ausreichend niedrige Grenzfrequenz aufweist, um die Frequenzen der Größenordnung der FM-Trägerfrequenz /Ί des bei 1 an den Eingang der Schaltungsanordnung angelegten Signals auszufiltern und insbesondere die höherenFrequenzen. Arn Ausgang 54 des Filters 53 erhält man das Modulatorsignal der empfangenen Welle, welches auf sein Basisband zurückgeführt ist.

Das Blockschaltbild der F i g. 3 kann an seinem Eingang und/oder an seinem Ausgang durch Entzerrungsfilter ergänzt werden, wenn die Modulationseigenschaften der empfangenen Welle derartige Filter erforderlich oder wünschenswert erscheinen lassen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines frequenzmodulierten Eingangssignals der Trägerfrequenz f\ in ein amplitudenmoduliertes Ausgangssignal der Trägerfrequenz Z₀, bei der ein erster und ein zweiter Schaltungszweig an einen gemeinsamen Eingang angeschlossen sind, dem das Eingangssignal zugeführt ist und bei der im ersten Schaltungszweig ein erster Ampliiudenmodulator mit zwei Eingängen und einem Ausgang liegt, von denen der erste Eingang mit dem gemeinsamen Eingang über eine erste Eingangsstufe verbunden ist, der zweite Eingang mit einem Oszillator der Trägerfrequenz /0 verbunden ist und der Ausgang mit den. ersten Eingp ng eines zweiten Amplitudenmodulators mit zwei Eingängen und einem Ausgang verbunden ist und bei der im zweiten Schaltungszweig eine zweite Eingangsstufe liegt, die den gemeinsamen Eingang mit dem zweiten Eingang des zweiten Modulators verbindet, dessen Ausgang über ein Tiefpaßfilter mit dem Ausgang der Schaltungsanordnung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste oder zweite Eingangsstufe im ersten Schaltungszweig aus einem Filter (9) besteht, das einen Übertragungskoeffizienten aufweist, der sich im Bereich der FM-Trägerfrequenz f\ linear mit der Frequenz ändert und für eine vorgegebene Frequenz Λ, die um den Frequenzhub von f\ kleiner ist als /Ί, gleich Null ist, und daß entsprechend dazu die zweite oder erste Eingangsstufe im zweiten Schaltungszwcig aus einem Verzögerungsnetzwerk (7) mit konstantem Verzögerungsund Übertragungskoeffizienten zum Ausgleich der Laufzeit in dem ersten Schaltungszwcig bestehl.

2. Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines frequenzmodulierten Eingangssignals der Trägerfrequenz f\ in ein amplitudenmoduliertes Ausgangssignal der Trägerfrequenz f», bei der ein erster und ein zweiter Schaltungszweig an einen gemeinsamen Eingang angeschlossen sind, dem das Eingangssignal zugeführt ist und bei der beide Schaltungszwcigc den beiden Eingängen eines Amplitudenmodulators zugeführt sind, dessen erster Eingang über eine erste Eingangsstufe im ersten Zweig und dessen zweiter Eingang über eine zweite Eingangsstufe im zweiten Zweig mit dem gemeinsamen Eingang verbunden ist und dessen Ausgang über ein Tiefpaßfilter mit dem Ausgang der Schaltungsanordnung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eingangsstufe aus einem Filter (9) besteht, das einen Übertragungskoeffizienten aufweist, der sich im Bereich der FM-Trägerfrequenz /Ί linear mit der Frequenz ändert und für eine vorgegebene Frequenz /2, die um den Frequenzhub von f\ kleiner ist als f\, gleich Null ist, und daß die zweite Eingangsstufe aus einem Verzögerungsnetzwerk (7) mit konstantem Verzögerungs- und Übertrugungskoeffizienten zum Ausgleich der Laufzeit in dem ersten Schaltungszweig besteht. bo

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem gemeinsamen Eingang (2) der beiden Schaltungszweige ein auf die FM-Trägerfrequenz f\ zentriertes Entzerrungsfilter (4) geschaltet ist. es

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Ausgang (19, 41, 54) des Tiefpaßfilters (18, 40, 53) ein auf die AM-Trägerfrequenz /c zentriertes Nachentzerrungsfilter (20) geschallet ist, welches die Amplitude des Ausgangssignals entzerrt