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Anordnung zur Phasenmodulation Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur Phasenmodulation einer regelmäßigen, rechteckförmigen Trägerwelle durch ein
Modulationssignal unter Verwendung eines phasen ges teuerten Oszillators, der einen
das Eingangs- und Ausgangssignal vergleichenden Phasenvergleicher aufweist, welcher
mit seinem phasendifferenzproportionalen Ausgangssignal einen spannungsgesteuerten
Oszillator beeinflußt, der das phasenmodulierte Ausgangssignal erzeugt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung der
obengenannten Art 1. einen großen Phasenhub und zugleich 2. eine strenge Linearität
bei beliebigem Phasenhub zu exmöglichen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß durch das Trägersignal
ein Funktionsgenerator getriggert wird, daß das erzeugte Funktionssignal einem Schwellwertkreis
zugeführt wird, bei dem die Schwelle durch das Modulationssignal gesteuert
wird
und daß das Ausgangssignal des Schwellwertkreises als Steuersignal dem phasengesteuerten
Oszillator zugeführt wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung
eines in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels der Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung.
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Es zeigen: Fig. 1 das Blockschaltbild des Phasenmodulators.
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Fig. 2 die Hauptwellenformen und Fig. 3 eine mit Transistoren und
IC's aufgebaute Schaltung.
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In Fig.l sind die Blockeingänge oder Ausgänge durch kleine Buchstaben
gekennzeichnet, während in Fig.2 die entsprechenden Buchstaben die zugehörigen Wellenformen
bezeichnen.
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Eine sehr regelmäßige Rechteckschwingung mit der Frequenz fO (Fig.2,a)
wird an den Eingang eines digitalen Frequenzteilers 1 angelegt, an dessen Ausgang
die in Fig.2b darqestellte Wellen-,teilt form erscheint (der Frequenzteiler in diesem
Beispiell 1:4).
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Dieses Ausgangssignal b wird an einen Funktionsgenerator 2 angelegt.
Die vom Funktionsgenerator 2 abgegebene Sägezahnschwingung ist in Fig.2 als Wellenform
c dargestellt und wird an einen Schwellwertkreis 3 angelegt. Der Schwellwertpegel
wird durch das an den Eingang d angelegte Modulationssignal festgelegt. Das Ausgangssignal
des Schwellwertkreises 3 ist in Fig.2 unter e dargestellt. Bei der Steuerspannung
d=O am
Schwellwertkreis 3 tritt am Ausgang eine Rechteckwelle e
auf, deren Impulse und Pausen gleiche Dauer haben.
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Wenn die Steuerspannung d am Schwellwertkreis 3 von Null abweicht
und den Wert V einnimmt, verschiebt sich bei der Wellenform e die ansteigende Impulsflanke
auf der Zeitachse proportional zu der angelegten Spannung V.
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Die maximal erreichbare Phasenverschiebung ist + N t.
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In dem in Fig.2 angegebenen Beispiel (N=4) kann die Phasenverschiebung
von 4 erreicht werden.
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Der Ausgang des Schwellwertkreises 3 ist mit dem Eingang einer Differenzierstufe
4 verbunden, die bei jeder positiven Flanke der Impulse e einen sehr schmalen Impuls
erzeugt, Die Wellenform am Ausgang der Differenzierstufe ist in Fig.2 mit 8 bezeichnet.
Das Signal f ist eine Folge von Impulsen, deren Zeitlage mit den positiven Flanken
der Impulse e übereinstimmt0 Dieses Signal wird nun einem phasengesteuerten Oszillator
5 zugeführt, dessen Axbeitsweise nachfolgend beschrieben wird.
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Der spannungsgesteuerte Oszillator 8 erzeugt ein Signal i, dessen
Frequenz bei fehlender Modulation d mit der Frequenz fO übereinstimmt0 Dieses Signal
i wird an einen Frequenzteiler 9 angelegt, der um denselben Faktor N teilt. Das
Ausgangssignal des Teilers 9 ist in Fig.2 unter Zdargestellt.
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Die Signale 1 und f werden an einen Phasenvergleicher 6 angelegt,
der ein Ausgangssignal abgibt, das proportional zur Phasendifferenz zwischen den
positiven Flanken der Impulse f und den positiven Flanken der Impulse 1 ist.
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Das Ausgangssignal g des Phasenvergleichers 6 durchläuft einen Tiefpaß
7. Das so gefilterte Signal h steuert die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators
8.
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Wenn das gefilterte Signal h eine ausreichende Bandbreite besitzt
und der Arbeitsbereich - gemessen in Hz/rad - des phasengesteuerten Oszillators
ausreichend groß ist, dann kann das Ausgangssignal i als phasenmäßig fest mit dem
Eingangssignal f verknüpft angesehen werden. Somit ist das Signal i von dem Eingangssignal
d des Schwellwertkreises 3 phasenmoduliert.
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Der spannungsbezogene Phasenhub kann angegeben werden mit (1) GC =
(N- Tl) (1) TO und der maximale Phasenhub mit (2) = # #(N- T1).
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T0 Es bedeuten: VO= Amplitude (Spitze-Spitze) der Ausgangsspannung
des Integrators c N= Freqeunzteilfaktor TO = - = Periodendauer der Trägerfrequenz
0 T1= Dauer der Impulse der Wellenform b.
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Der Geltungsbereich des Ausdruckes (1) wird durch die beiden folgenden
Beziehungen (3) und (4) eingegrenzt: (3) ftb lOfm (4) cc 60Nfm Hierin bedeuten:
ft= Grenzfrequenz des im phasengesteuerten Oszillator 5 verwendeten Filters 7 maximale
Frequenz des Modulationssignals oc= Empfindlichkeit des phasengesteuerten Oszillators
5 in Hz/rad zwischen den Punkten f und i gemäß Fig,l.
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Die Linearität des Modulators hängt wesentlich von der Linearität
der Sägezahnspannung ab, die vom Funktionsgenerator 2 abgegeben wird. Der Modulationsgrad
kann durch Vergrößerung des Frequenzteilfaktors N erhöht werden.
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Fig.3 zeigt die mit Transistoren und integrierten Schaltkreisen aufgebaute
Ausführung eines Phasenmodulators. Die kleinen Buchstaben kennzeichnen die in Fig.2
abgebildeten Wellenformen.
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Die Wellenform a mit der Grundfrequenz fO wird dem Frequenzteiler
mit dem Teilfaktor N=4 zugeführt. Die Ein- und Ausgänge des Frequenzteilers sind
mit einem UND-Tor B1 verbunden, welches an seinem Ausgang das Signal b der Basis
des Transistors Tl über den Widerstand R1 zuführt und diesen über den Widerstand
R1 zuführt und diesen Transistor mit der Frequenz fO/4 für die Periodendauer, in
welcher die Wellenform b ausreichend
positiv ist, leitend macht.
Während dieser Zeit schließt der Transistor T den Kondensator CI kurz. Während der
Zeitdauer, in der der Transistor T1 gesperrt ist, wird der Kondensator C1 durch
die Konstantstromquelle geladen, die aus dem Transistor T2 und den Widerständen
R2, R3 und R4 gebildet ist.
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Im Kondensator Cl (der Strom, den die Folgestufe zieht, wird nicht
berücksichtigt) tritt eine Spannung mit der Wellenform c auf. Diese Spannung wird
dem einen Eingang des Differenzverstärkers (der als Schwellwertkreis fungiert) zugeführt.
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An den anderen Eingang des Differentialverstärkers wird das Modulationssignal
d angelegt. Der Differentialverstärker besteht aus den Transistoren T3, T4 und T5
und den Widers-tänden R5, R6, R7 und R8. Der Kondensator C2 bildet zusammen mit
der Diode D1 und dem Widerstand R9 die Differenzierstufe für die ansteigende Flanke
der Signale e.
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Der phasengesteuerte Oszillator enthält den Phasenvergleicher Ph,
den Tiefpaß (gebildet aus R10 und C3), den spannungsgesteuerten Oszillator El und
den aus den Flip-Flops A3 und A4 gebildeten Frequenzteiler (N=4).
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Die Arbeitsweise des phasengesteuerten Oszillators entspricht der
anhand der Fig.l beschriebenen Arbeitsweise.
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Das phasenmodulierte Signal mit seinen schon beschriebenen Merkmalen
erscheint am Ausgang i. Es sollte erwähnt werden, daß die bistabilen Kippschaltungen
Al bis A4 (Typ JK), der Phasenvergleicher Ph und der spannungsgesteuerte Oszillator
als integrierte Schaltkreise auf dem Markt erhältlich sind.