DE2414683A1

DE2414683A1 - Schaltungsanordnung zum messen der umwandlung von amplituden-modulation in phasen-modulation

Info

Publication number: DE2414683A1
Application number: DE2414683A
Authority: DE
Inventors: Michael Crabtree; Leon Hughes
Original assignee: Hewlett Packard Ltd
Current assignee: Hewlett Packard Ltd
Priority date: 1973-04-04
Filing date: 1974-03-27
Publication date: 1974-10-17
Also published as: GB1409332A; US3913011A

Description

PATENTANWALT D-7261 Gechingen/Bergwald

Lindenstr. 16 DIPL.-ING. KNUD SCHULTE _{Je|8fon: (07031)667432}

(07056) 1367 Telex: 07-265739 · Hep-d

Rätentanwalt K. Schulte, D-7261 Gechingen. Lindenstr. 16 _ ^8. Februar 1974

DT Ltd. 2

Hewlett-Packard Limited South Queensferry, West Lothian Schottland

SCHALTUNGSANORDNUNG ZUM MESSEN DER UMWANDLUNG VON AMPLITUDEN-MODULATION IN PHASENMODULATION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Messen der Umwandlung von Amplituden-Modulation in Phasenmodulation. Sie ist generell überall dort einsetzbar, wo es darauf ankommt, die sich ergebende unerwünschte Phasenmodulation zu messen, insbesondere beim Prüfen von Geräten in frequenzmodulierten Mehrkanal-Kommunikationssystemen, bei denen die Umwandlung der Amplituden-Modulation in Phasenmodulation beispielsweise durch Begrenzer hervorgerufen wird und eine Verzerrung des gewünschten frequenzmodulierten Signales bewirkt. Die unerwünschte Modulation verursacht Xntermodulationsgeräusch in der Nachrichtenverbindung und beeinträchtigt deren Betriebsverhalten.

Bisher wurde das Problem, die Umwandlung der Amplitudenmodulation in Phasenmodulation beispielsweise in Begrenzern und Wanderfeldröhren zu messen, entweder durch "statische" oder "dynamische" Verfahren gelöst. Bei dem statischen Verfahren wird der Pegel des Wechselstrom-Prüfsignales bei feststehender Frequenz geändert und die Änderung bezüglich der -Phase des Ausgangssignales beobachtet. Die Umwandlung der Amplitudenmodulation in Phasenmodulation hängt von der Frequenz der Amplitudenmodulation ab, und deshalb hat dieses Verfahren

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den Nachteil, daß es nicht die wirklichen Betriebsbedingungen simuliert, bei denen die Amplituden-Modulation bei einer hohen Frequenz auftritt. (F. Carasse, "Research on radio relay systems having a very high transmission capacity", Alta Frequenza, Februar 1962, Seite 82).

Bei den dynamischen Verfahren wird dem Träger ein die Amplitude modulierendes Signal zugeführt. Nachdem dieses durch die zu untersuchende Schaltungsanordnung gelangt ist, wird das Spektrum des Signales beobachtet. Das Signal mit Trägerfrequenz wird frequenz- und amplitudenmoduliert, und die Amplitude derjenigen Frequenzmodulation, welche erforderlich ist, um die.durch die untersuchte Schaltung erzeugte Phasenmodulation auszugleichen, ergibt ein Maß der Umwandlung der Amplituden-Modulation in Phasenmodulation. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß ein Spektrum-Analysator erforderlich ist, sowohl die Amplitude als auch die Phase der Frequenzmodulation manuell eingestellt werden muß und ein beträchtlicher Zeitaufwand erforderlich ist, um die Messung bei einer einzigen Trägerfrequenz durchzuführen. (T. Särkäny, "A new method for measuring amplitude to phase modulation conversion and amplitude modulation compression", Proc. IEE, Teil B, März 1962, Seite 151; Raditechnica/Moscow, August 1964, Seite 59).

Ein zweites dynamisches Verfahren besteht darin, das Signal bezüglich der Amplitude zu modulieren und jegliche durch die untersuchte Schaltung eingeführte Phasenmodulation mittels eines Frequenz-Diskriminators zu erfassen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Empfindlichkeit des Diskriminators genau bekannt sein muß und daß dieser auch in der Lage sein muß, den sehr geringen Pegel des Signales zu messen, das durch die Umwandlung von Amplituden-Modulation in Phasenmodulation erzeugt wird.

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Die Erfindung löst die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Messen der durch eine untersuchte Schaltung erzeugten Umwandlung von Amplituden-Modulation in Phasenmodulation zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Trägerfrequenz bezüglich der Amplitude und bezüglich der Frequenz oder Phase mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen moduliert und ein zusammengesetztes Prüfsignal gebildet wird, dieses zusammengesetzte Signal der untersuchten Schaltung und dann einem Frequenzen/Spannungsumformer zugeführt wird, der eine Ausgangsspannung mit im wesentlichen zwei Komponenten abgibt, welche jeweils eine Frequenz haben, die einer der Eingangs-Modulationsfrequenzen entspricht und ein auf die Veränderung des zusammengesetzten Ausgangssignales im Vergleich zu dem zusammengesetzten Prüfsignal bezogendes Signal als Maß für die Umwandlung von Amplituden-Modulation in Phasenmodulation gemessen wird. Es versteht sich, daß die Komponente mit der Frequenz der Amplituden-Modulation in dem Ausgangssignal des Frequenz/Spannungsformers durch die Umwandlung der Amplituden-Modulation in Phasenmodulation in der untersuchten Schaltung hervorgerufen wird. Beide Frequenzkomponenten des Ausgangssignales des Frequenz/Spannungsumformers führen zu einem zusammengesetzten Signal mit einer veränderlichen Amplitude und Phase. Es läßt sich nachweisen, daß sowohl die Amplitude als auch die Phase dieser Amplitudenschwankungen jeweils ein Maß für die Umwandlung der Amplitudenmodulation in Phasenmodulation der untersuchten Schaltung sind.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung mit Oszillatoren, welche drei Spannungen mit verschiedenen Frequenzen abgeben und als Trägerfrequenz, Amplituden-Modulationsfrequenz und Frequenz- oder Phasen-Modulationsfrequenz dienen, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Amplituden-Modulator

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und ein Frequenz- oder Phasen-Modulator mit den Oszillatoren verbunden sind und ein zusammengesetztes Prüfsignal für die untersuchte. Schaltung am Ausgang eines dieser Modulatoren erhalten wird, welches eine Trägerfrequenz hat, die bezüglich der Amplitude und bezüglich der Frequenz oder Phase mit unterschiedlichen Frequenzen moduliert ist, ein Frequenz/ Spannungsumformer das der untersuchten Schaltung zugeführte Prüfsignal aufnimmt und eine Ausgangsspannung abgibt, die im wesentlichen zwei Komponenten aufweist, die jeweils eine Frequenz haben, die einer der Eingangs-Modulationsfrequenzen entspricht, und eine Einrichtuna das Ausgangssignal des Frequenz/Spannungsumformers aufnimmt und ein auf die Amplituden-Änderung des zusammengesetzten Ausgangssignales des Frequenz/ Spannungsumformers bezogenes Signal als Maß für die Umwandlung der Amplituden-Modulation in Phasenmodulation abgibt.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; es stellen dar: Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zum Messen der Umwandlung von Amplitudenmodulation in Phasenmodulation; Fig. 2 ein Vektordiagramm der demodulierten Frequenz, die am Ausgang des Frequenz/Spannungsumformers von der untersuchten Schaltung erhalten und bei der erfindungsgemäßen Messung verwendet wird.

Ein Oszillator 1 führt ein Trägerfrequenzsignal einem Amplitudenmodulator 2 hoher Güte zu, der wiederum mit einem Oszillator 3 zur Abgabe eines Amplituden-Modulationssignales verbunden ist. Der Amplituden-Modulator 2 ist mit einem Frequenzmodulator 4 verbunden, der wiederum durch einen Oszillator zur Erzeugung eines Frequenz-Modulationssignales gespeist ist. Die Amplituden- und Frequenz-Modulationssignale haben verschiedene Frequenzen. Der Ausgang des Frequenz-Modulators 4 ist mit der untersuchten Schaltung 6 verbunden. Die untersuchte Schaltung ist mit einem Frequenz/Spannungsumformer 7 verbunden. Dieser ist wiederum mit einem Gerät 8 zur Anzeige der differentiellen Verstärkung und/oder einem Gerät 9 zur Anzeige der differentiellen Phase bzw. Gruppenlaufzeit verbunden.

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Im Betrieb liefert der Amplitudenmodulator 2 ein in vorbestimmter Weise bezüglich der Amplitude moduliertes Trägerfrequenzsignal an den Frequenzmodulator 4. Der Frequenzmodulator 4 führt der untersuchten Schaltung ein zusammengesetztes Prüfsignal zu. Dieses Prüfsignal ist bezüglich der Frequenz und Amplitude mit verschiedenen Frequenzen moduliert. Das Ausgangssignal von der untersuchten Schaltung wird in dem Frequenz/Spannungsumformer 7 demoduliert. Das Ausgangssignal des Umformers 7 ist d.n zusammengesetztes Signal mit veränderlicher Amplitude und kann in zwei Komponenten mit üblicherweise ähnlichen Frequenzen zerlegt werden. Die Frequenz der einen Signalkomponente entspricht der Frequenz des Eingangsmodulati onssignales, während die Frequenz der anderen Komponente dem Amplituden-Modulationssignal entspricht. Diese Komponente wird gegebenenfalls durch die in der untersuchten Schaltung hervorgerufene Umwandlung von Amplitudenmodulation in Phasenmodulation hervorgerufen. Das zusammengesetzte Signal kann dem Anzeigegerät zur Bestimmung der Amplituden- oder Phasenveränderungen des zusammengesetzten Signales zugeführt werden.

Wie sich aus dem Vektor-Diagramm gemäß Fig. 2 ergibt, ist die Messung eines auf die Amplitude oder die Phase des zusammengesetzten Signales bezogenen Wertes ein Maß für die zu messende Umwandlung von Amplituden-Modulation in Phasenmodulation.

Die Theorie der Messung folgt aus dem Vektordiagramm in Fig. in Verbindung mit den folgenden Formeln und Definitionen:

fm (Hz): Frequenz-Modulation fa (Hz): Frequenz der Amplituden-Modulation fd (Hz): Effektivwert der Frequenzabweichung

der Frequenzmodulation

B (dB): Modulationstiefe der Amplituden-Modulation,

.K /dB: Umwandlung von Amplituden-Modulation in Phasenmodulation der untersuchten Schaltung,

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m = ■■: Modulations index der Frequenz-Modulation,

BK : Phasenmodulation des Trägers auf Grund der Amplituden-Modulation, gemessen von Spitze zu Spitze,

_z 2tt B- K fa

360

360 /2 fd .

Amplituden-Modulation des Signales, gemessen von Spitze zu Spitze oder

Rad. = B K % Rad. falls fm * fa,

360 /I fd _. ?-,*..

Phasenmodulatxon des Sxgnales, gemessen

von Spitze zu Spitze.

In Fig. 2 sind die Vektoren der Eingangs-Frequenzmodulation und der Phasen- oder Frequenzmodulation aufgrund der untersuchten Schaltung dargestellt. Der Vektor der durch die untersuchte Schaltung verursachten Frequenzmodulation rotiert um den ersten Vektor mit der Schwebungsfrequenz fa - fm. Die Amplitude des Vektors der Frequenzmodulation ist /2«fd, während die Amplitude des Vektors, welcher die Umwandlung von Amplituden-Modulation in Phasenmodulation angibt, 1 B K fa 2ir

360

ist.

Die verschiedenen Komponenten des Blockschaltbildes gemäß Fig. 1 können beispielsweise folgende Formen annehmen: Das Signal mit Trägerfrequenz kann zunächst bezüglich der Frequenz und dann bezüglich der Amplitude moduliert werden. Dieses Signal kann bezüglich der Phase statt der Frequenz moduliert werden. Falls die untersuchte Schaltung selbst eine Trägerfrequenz erzeugt, ist selbstverständlich kein zusätzlicher Trägerfrequenz-Oszillator erforderlich. Weiterhin können der Frequenz-Modulator 4 und der Oszillator 5 für das Frequenzmodulations-Signal einen Teil des Senders

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eines herkömmlichen Meßgerätes zur Messung der differentiellen Verstärkung bilden. In diesem Fall muß zusätzlich zu einem derartigen Sender ein Amplituden-Modulator und ein Oszillaotr zur Abgabe eines Amplituden-Modulationssignales vorgesehen werden.

Der Frequenz/Spannungsumformer auf der Empfangsseite sollte vorzugsweise einen Begrenzer aufweisen, welcher derart bemessen ist, daß die Amplituden-Modulation an seinem Eingang im wesentlichen unterdrückt wird. In dem Frequenz/Spannungsumformer kann entweder ein Amplituden-Detektor oder ein Phasendetektor oder je ein Detektor jeder Art vorgesehen werden, so daß die Änderungen des Ausgangssignales des Frequenz/Amplituden-Umformers als Maß für die Umwandlung der Amplituden-Modulation in Phasenmodulation gemessen und angezeigt werden. Diese Schwankungen verändern die Schwebungsfrequenz, (d.h. den Differenzbetrag der beiden Eingangsmodulationsfrequenzen) , welche durch ein entsprechend bemessenes Filter am Ausgang des Frequenz-Spannungsumformers ungefiltert oder beispielsweise direkt mittels eines Oszillographen gemessen werden kann.

Der Spannungs/Frequenzumformer, welcher auch häufig als "Diskriminator" bezeichnet wird, sowie das Anzeigegerät können Teil eines Empfängers bei einem herkömmlichen Gerät zur Messung der differentiellen Verstärkung und/oder Gruppenlaufzeit bilden.

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Claims

Hewlett-Packard nted DT Ltd. 2 Patentansprüche

1./Verfahren zum Messen der Umwandlung von Amplituden-Modulation in Phasenmodulation in einer untersuchten Schaltung, vorzugsweise einem bezüglich der Frequenz modulierten Mehrkanal-Kommunikationssystem, dadurch gekennzeichnet , daß ein Signal mit Trägerfrequenz bezüglich der Amplitude und bezüglich der Frequenz oder Phase mit unterschiedlichen Eingangsmodulations-Frequenzen zur Bildung eines zusammengesetzten Signales moduliert wird, dieses zusammengesetzte Prüfsignal der untersuchten Schaltung und dann einem Frequenz/Spannungsumformer zugeführt wird, der eine Ausgangsspannung abgibt, welche im wesentlichen zwei Komponenten aufweist, die jeweils eine Frequenz haben, die einer der Eingangs-Modulationsfrequenzen entspricht, und ein auf die Schwankung des Ausgangssignales des Frequenz/ Spannungsumformers bezüglich des zusammengesetzten Prüfsignales bezogenes Signal als Maß für die Umwandlung der Amplituden-Modulation in Phasenmodulation gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die beiden Eingangsmodulations-Frequenzen bezogene Amplitudenänderung der Schwebungsfrequenz-Komponente des Signales am Ausgang des Frequenz/Spannungsumformers als Maß für die Umwandlung der Amplitudenmodulation in Phasenmodulation gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die beiden Eingangsmodulations-Frequenzen bezogene Phasenänderung der Schwebungsfrequenz-Komponente des Signales am Ausgang des Frequenz/Spannungsumformers als Maß für die Umwandlung der Amplitudenmodulation in Phasenmodulation gemessen wird.

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4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 mit Oszillatoren, welche drei Spannungen mit verschiedenen Frequenzen abgeben und als Trägerfrequenz, Amplituden-Modulationsfrequenz und Frequenz- oder Phasen-Modulationsfrequenz dienen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Amplituden-Modulator (2) und ein Frequenzoder Phasen-Modulator C4) mit den Oszillatoren (1; 3; 5) verbunden sind und ein zusammengesetztes Prüfsignal für die untersuchte Schaltung (6) am Ausgang eines dieser Modulatoren erhalten wird, welches eine Trägerfrequenz hat, die bezüglich der Amplitude und bezüglich der Frequenz oder Phase mit unterschiedlichen Frequenzen moduliert ist, ein Frequenz/ Spannungsumformer (7) das der untersuchten Schaltung zugeführte Prüfsignal aufnimmt und eine Ausgangsspannung abgibt, die im wesentlichen zwei Komponenten aufweist, die jeweils eine Frequenz haben, die .einer der Eingangs-Modulationsfrequenzen entspricht, und eine Einrichtung (8) das Ausgangssignal des Frequenz/Spannuncrsumformers aufnimmt und ein auf die Amplituden-Änderung des zusammengesetzten Ausgangssignales des Frequenz/Spannungsumformers (7) bezogenes Signal als Maß für die Umwandlung der Amplituden-Modulation in Phasenmodulation abgibt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (8) zur Abgabe eines auf die Amplituden-Schwankung des Ausgangssignales des Frequenz/Spannungsumformers (7) bezogenen Signales ein Anzeigegerät ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß am Ausgang des Frequenz-Spannungsumformers (7) ein Filter angeschlossen ist, welches derart bemessen ist, daß nur die Signalkomponente mit der sich aus den Eingangs-Modulationsfrequenzen ergebendenSchwebungsfrequenz hindurchgelassen wird.

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7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenz/Spannungsumformer (7) sowie das Anzeigegerät Teil des Empfängers eines Gerätes zum Messen der differentiellen Verstärkung sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (5) zur Abgabe des Frequenz- oder Phasenmodulationssignäles und der Frequenzoder Phasenmodulator Teil des Senders eines Gerätes zum Messen der differentiellen Verstärkung sind.

9. Schaltungsanordnung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 3 mit Oszillatoren zur Abgabe von drei Spannungen, die jeweils eine verschiedene Frequenz haben und als Trägerfrequenz, Amplituden-Modulationsfrequenz bzw. Frequenzoder Phasen-Modulationsfrequenz dienen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Amplituden-Modulator (2) und ein Frequenz- oder Phasenmodulator (4) mit den Oszillatoren (1; 3; 5) derart verbunden sind, daß ein zusammengesetztes Prüfsignal für die untersuchte Schaltung (6) am Ausgang eines dieser Modulatoren erzeugt wird, welches eine Trägerfrequenz hat, die bezüglich der Amplitude und bezüglich der Frequenz, oder Phase mit verschiedenen Frequenzen moduliert ist, ein Frequenz/Spannungsumformer (7) das der untersuchten Schaltung zugeführte Prüfsignal aufnimmt und eine Ausgangsspannung abgibt, die im wesentlichen zwei Komponenten hat, welche jeweils eine Frequenz haben, die einer der Eingangs-Modulationsfrequenzen entspricht und eine Einrichtung (9) das Ausgangssignal des Frequenz/ Spannungsumformers aufnimmt und ein Signal abgibt, das auf die Phasenänderung des zusammengesetzten Signales am Ausgang des Frequenz/Spannungsumformers bezogen ist und ein Maß für die Umwandlung der Amplituden-Modulation in Phasenmodulation bildet.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät zur Abgabe des Signales,

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welches auf die Phasenveränderung des Signales am Ausgang des Frequenz/Spannungsumformers bezogen ist, ein Anzeigegerät ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Frequenz-Spannungsumformer (7) sowie das Anzeigegerät (9) Teil des Empfängers eines Gerätes zum Messen der Gruppenlaufzeit sind.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Oszillator (5) für die Frequenz-. oder Phasenmodulations-Frequenz und der Frequenz- oder Phasenmodulator (4) einen Teil des Senders eines Gerätes zum Messen der Gruppenlaufzeit bilden.

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