DE2703566A1

DE2703566A1 - Frequenzmodulationssystem

Info

Publication number: DE2703566A1
Application number: DE19772703566
Authority: DE
Inventors: Masaaki Hata; Sotaro Wada
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1976-01-28
Filing date: 1977-01-28
Publication date: 1977-08-04
Also published as: IT1086613B; CA1073536A; DE2703566B2; US4060773A; JPS5291637A; FR2352437A1; FR2352437B1

Description

BLUMBACH . WESER · BERGEN · KRAMER

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse Mündien: Patentconsult β München 40 Kadeckestrae· 43 Telefon (089) M3603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbeden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562*43/561998 Telex 04-186237

TOKYO SHIBAURA ELECTRIC CO. LTD. 77/8704

72, Horikawa-cho, Saiwai-ku
Kawasaki-shi, Japan

Frequenzmodulationssystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Frequenzmodulationssystem, das Ausgangsfrequenzen eines Oszillators mit variabler Frequenz einer stabilen Frequenzmodulation zu unterziehen vermag.

Ein Mehrkanal-FM-Sender umfaßt einen frequenzvariablen Oszillator. Der frequenzvariable Oszillator muß die Mittelfrequenzen der einzelnen FM-KanalUbertragungswellen erzeugen, so daß die Schwingungsfrequenz des frequenzvariablen Oszillators in einem relativ weiteren Bereich gesteuert werden muß, wenn sich die Anzahl der Kanäle erhöht. Generell ist es

MOndien: Kramer · Dr.Weser · Hlrsdi — Wiesbaden: Blumbath · Dr. Sergen · Zwirner

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schwierig, einen derartigen Weitfrequenzbereich stabil in der Frequenz zu modulieren. Bei einem herkömmlichen FM-Sender wird die Ausgangsfrequenz des frequenzvariablen Oszillators mit Hilfe eines FM-Modulators frequenzmoduliert. Dann wird die resultierende FM-Welle vervielfacht, bis man den gewünschten Modulationsindex erhält. Diese herkömmliche Methode ist jedoch mit dem Mangel behaftet, daß es schwierig ist, einen solchen weiten Frequenzbereich mit gleichförmiger Stabilität einer Frequenzmodulation zu unterwerfen, und das Auftreten unerwünschter Komponenten 1st bei der Frequenzteilungsstufe unvermeidbar.

Demzufolge besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Frequenzmodulationssystem verfügbar zu machen, bei dem selbst dann, wenn ein frequenzvariabler Oszillator einen weiten Frequenzbereich erzeugt, die Ausgangsfrequenzen leicht und stabil hinsichtlich ihrer Frequenz moduliert werden können, ohne daß unerwünschte Frequenzkomponenten erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Frequenzmodulationssystem der eingangs genannten Art, das erfindungsgemäß aufweist: eine erste Vorrichtung mit einem ersten frequenzvariablen Oszillator, mit einem Frequenzteiler zum Teilen der Ausgangsfrequenz des ersten frequenzvariablen Oszillators, mit einem Bezugsfrequenzoszillator und mit einer

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ersten Rückkopplungsschaltung, In der die Ausgangsfrequenz des Bezugsfrequenzoszillators hinsichtlich ihrer Phase mit derjenigen des Frequenzteilers verglichen und das Ergebnis des Phasenvergleichs Über ein erstes Filter zum ersten frequenzvariablen Oszillator zurUckgekoppelt wird, üb die Ausgangsfrequenz des ersten frequenzvariablen Oszillators zu steuern; eine zweite Vorrichtung mit einem zweiten frequenzvariablen Oszillator, mit einem Oszillator fester Frequenz, mit einer Einrichtung, in der die Ausgangsfrequenzen des zweiten frequenzvariablen Oszillators und des Oszillators fester Frequenz in einem.Mischer gemischt werden, so daß eine Differenzfrequenz zwischen beiden Frequenzen erhalten wird, und mit einer zweiten RUckkopplungsschaltung, im der die Differenzfrequenz in ihrer Phase mit der Ausgangsfrequenz des ersten frequenzvariablen Oszillators verglichen und das Ergebnis des Phasenvergleichs über ein zweites Filter zum zweiten frequenzvariablen Oszillator zurücJtgekoppelt wird, um die Ausgangsfrequenz des zweiten frequenzvariablen Oszillators zu steuern; und eine dritte Vorrichtung, in der die Ausgangsfrequenz des Oszillators fester Frequenz Bit der Frequenz eines modulierenden Signals frequenzmoduliert wird, so daß eine frequenzmodulierte Welle vom zweiten frequenzvariablen Oszillator erhalten wird.

Bei der Erfindung umfaßt die erste Vorrichtung eine erste phasensynchronisierende Schaltung, und die zweite Vorrich-

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tung. weist eine zweite phasensynchronisierende Schaltung auf. In der zweiten phasensynchronisierenden Schaltung 1st es leicht« das Ausgangssignal des Oszillators fester Frequenz einer stabilen Frequenzmodulation zu unterziehen. Infolgedessen ist es leicht, einen relativ weiten Frequenzbereich vom zweiten frequenzvariablen Oszillator in der zweiten phasensynchronisierenden Schaltung einer stabilen Frequenzmodulation zu unterziehen, überdies schaltet die Frequenzmodulationsschaltung die Notwendigkeit aus, das nlchtraodullerte Ausgangssignal des frequenzvariablen Oszillators in der zweiten synchronisierenden Schaltung aus der synchronisierenden Schaltung herauszunehmen, das herausgenommene nlchtmodulierte Ausgangssignal in seiner Frequenz zu modulieren und dann das frequenzmodulierte Signal zu multiplizieren. Deshalb erreicht man mit der vorliegenden Erfindung eine frequenzmodulierte Welle, die stabil ist und keine unerwünschten Komponenten umfaßt. Die Verwendung der ersten und der zweiten phasensynchronisierenden Schaltung schafft ein FM-Signal mit einer extrem stabilen Mittenfrequenz.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsfonn näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigern

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Frequenzmodulationssystems; und

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Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Frequenzmodulationssystems.

Vor der Beschreibung der Erfindung wird anhand der Fig. 1 ein herkömmliches Frequenzmodulationssystem erläutert, was das Verständnis für die vorliegende Erfindung erleichtert. Eine phasensynchronisierende Schaltung 1 umfaßt einen frequenzvariablen Oszillator 2, einen stabilen Oszillator j5 fester Frequenz, einen Mischer 4, ein Bandpaßfilter 5, einen Frequenzteiler 6, einen Bezugsfrequenzoszillator 7, eine Phasenvergleichsschaltung 8 und ein Filter 9· Der Mischer 4 erzeugt lediglich die Differenz zwischen den Ausgangsfrequenzen des frequenzvariablen Oszillators 2 und des Oszillators 3 fester Frequenz. Die Differenzfrequenz vom Mischer 4 wird vom Bandpaßfilter 5 gefiltert und dann im Frequenzteiler 6 in seiner Frequenz geteilt. Die Ausgangssignale vom Teiler 6 und vom Bezugsfrequenzoszillator 7 werden in ihrer Phase in der Phasenvergleichs-Bchaltung 8 verglichen, deren Ausgangssignal über das Filter 9 zum frequenzvariablen Oszillator 2 zurUokgekoppelt wird. Demgemäß wird die Ausgangsfrequenz des frequenzvariablen Oszillators 2 entsprechend dem Teilungsverhältnis des Frequenzteilers 6 gesteuert. Das Ausgangssignal des frequenzvariablen Oszillators 2 wird außerhalb der phasensynchronisierenden Schaltung 1 moduliert, und die modulierte Welle wird im Frequenzvervielfächer 11 in ihrer Frequenz vervielfacht. Deshalb bestehen Möglichkeiten, daß die Stabilität

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der Modulation verschlechtert wird und unerwünschte Frequenzen erzeugt werden. Ferner sei bemerkt, daß bei einem Modulationssystem dieser Art die Ausgangsfrequenz des Bezugsfrequenzoszillators 7 so eingestellt wird, daß sie im wesentlichen gleich der Bandfrequenz des modulierenden Signals im Frequenzmodulator 10 ist, so daß die Grenzfrequenz des Filters 9 unvermeidbar niedrig ist. Die Theorie dieser phasensynchronisierenden Schaltung führt zu dem Schluß, daß es unmöglich ist, beliebige Komponenten in der phasensynchronisierenden Schaltung 1 einer Frequenzmodulation zu unterziehen.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Frequenzmodulationssystems gezeigt. In dieser Figur bezeichnet die Bezugsziffer 20 eine erste phasensynchronisierende Schaltung und 21 eine zweite phasensynchronisierende Schaltung. Die Ausgangsfrequenz eines ersten frequenzvariablen Oszillators 22 in der ersten phasensynchronisierenden Schaltung 20 wird in einem Frequenzteiler 23 in ihrer Frequenz geteilt. Eine erste Phasenvergleichsschaltung 25 vergleicht die Phase der Ausgangsfrequenz des Frequenzteilers 25 mit derjenigen eines Bezugsfrequenzoszillators 24. Das Ausgangssignal der Phasenvergleichsschaltung 25 wird über ein erstes Filter 26 zum frequenzvariablen Oszillator 22 rückgekoppelt. Demgemäß wird die Ausgangsfrequenz des frequenzvariablen Oszillators 22 so gesteuert, daß die Ausgangsfrequenz des Frequenzteilers 23 gleich derjenigen des

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Bezugsfrequenzoszillators 24 ist.

In der zwei ten phasensynchronisierenden Schaltung 21 wird die Ausgangsfrequenz eines zweiten frequenzvariablen Oszillators 28 mit der eines Oszillators 29 fester Frequenz in einem Mischer 3° gemischt. Der Mischer 30 erzeugt an seinem Ausgang lediglich die Differenz zwischen den Ausgangsfrequenzen dieser Oszillatoren, die über ein BandpaS-filter 31 wiederum zu einem der Eingänge einer zweiten Phasenvergleichsschaltung 32 geführt wird. Der andere Eingang der Phasenvergleichsschaltung 32 empfängt das Ausgangssignal des ersten frequenzvariablen Oszillators 22. Das Ausgangssignal der Phasenvergleichsschaltung 32 wird über ein zweites Filter 33 auf den zweiten frequenzvariablen Oszillator 28 rückgekoppelt. Die Ausgangsfrequenz des zweiten frequenzvariablen Oszillators 28 wird so gesteuert» daß die Ausgangsfrequenz des Bandpaßfilters 31 gleich derjenigen des ersten frequenzvariablen Oszillators 22 ist. übrigens kann für den Oszillator 29 fester Frequenz beispielsweise ein hochstabiler Quarzkristalloszillator verwendet werden.

Die Bezugsziffer 34 bezeichnet eine Modulationssignalquelle zur Erzeugung eines modulierenden Signals, von dem das Ausgangssignal des Oszillators 29 fester Frequenz frequenzmoduliert wird. Ist beispielsweise das modulierende Signal ein Sprachsignal, liegt die Frequenz des Signals der Quelle 34 grob gesprochen im Bereich von 300 bis 3000 Hz. Es ver-

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steht sich« daß beim erfindungsgemäSen Nodulationseystem die Frequenz des Eingangssignals fUr die zweite Phasenvergleichsschaltung 32 viel höher eingestellt werden kann als die des modulierenden Signals, und folglich kann auch die Grenzfrequenz des Filters 35 hoch eingestellt werden. Deshalb können physikalische Komponenten in der zweiten phasensynchronisierenden Schaltung 21» beispielsweise der Oszillator 29 fester Frequenz« frequenzmoduliert sein. Es ist augenscheinlich, daß, wenn die frequenzmodulierte Welle vom Oszillator 29 dem Nischer 30 zugeführt wird, die frequenzmodulierte Welle 35 vom zweiten frequenzvariablen Oszillator 28 erhalten wird.

Es sei nun der Fall einer Reihe von FM-WeIlen betrachtet, deren Mittenfrequenzen bei 50 MHz +Nx 10 KBt liegen, wobei N eine ganze Zahl ist, d. h. die Mittenfrequenz eines jeden Kanals erhöht sich stufenweise um 10 KHz vom ersten Kanal aus. In diesem Fall sei angenommen, daß das Signal der modulierenden Signalquelle J4 einen Frequenzbereich von 300 bis 3OOO Hz aufweist (Sprachfrequenzband). Zur Vereinfachung sei angenommen, daß die Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators 29 fester Frequenz auf 48 MHz festgelegt ist. Mit anderen Worten, das Ausgangssignal des Oszillators 29 ist nicht Moduliert. Um unter dieser Bedingung die Ausgangsfrequenzen des zweiten frequenzvariablen Oszillators 28 zu 50 MHz + HxIO KHz für

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. die einzelnen Kanäle zu erhalten, müssen die Ausgangsfrequenzen des ersten frequenzvariablen Oszillators 22 2 MHz + N χ 10 KHz für die einzelnen Kanäle sein, wobei N eine ganze Zahl ist. Wenn hier die Frequenz des Ausgangssignals des Bezugsfrequenzoszillators 24 zu 10 KHz gewählt wird, muß das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers 23 für den ersten Kanal 201 und für den zweiten Kanal 202 sein. Wenn das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers 23 für den zweiten Kanal auf 202 eingestellt ist, wird die Ausgangsfrequenz des ersten frequenzvariablen Oszillators 22 nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit zu 2,02 MHz. Zur selben Zeit ist die Ausgangsfrequenz des zweiten frequenzvariablen Oszillators 28 gleich 50,02 MHz für den ersten Kanal, was eine Differenz von 2,02 MHz gegenüber 48 MHz erzeugt, die bei diesem Wert fixiert wird.

Es sei nun angenommen, daß die Ausgangsfrequenz des Oszillators 29 mit fester Frequenz durch das Sprachsignal moduliert ist. In diesem Fall handelt es sich bei dem Signal, nachdem es über den Mischer 30 das Bandpaßfilter 31 durchlaufen hat, um ein frequenzmoduliertes Signal, d. h., ein FM-Signal, dessen Mittenfrequenz durch 2 MHz + 0.01 χ Ν MHZ dargestellt ist, wobei N der Kanalzahl entspricht. Da das FM-Signal eine Mittenfrequenz hat, die viel höher liegt als das Sprachsignal, weist es nur eine geringe Modulationsverzerrung auf. Das FM-Signal und die Ausgangsfrequenz 2,02

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MHz (für den zweiten Kanal) des ersten frequenzvariablen Oszillators 22, die in der ersten phasensynchronisierenden Schaltung 20 stabilisiert worden ist, werden hinsichtlich ihrer Phase in der zweiten Phasenvergleichsschaltung J>2 verglichen. Das Ausgangssignal der Phasenvergleichsschaltung 32, das zur Frequenzabweichung beider Eingangssignale der zweiten Phasenvergleichsschaltung 32 proportional ist, wird zum zweiten frequenzvariablen Oszillator 28 rückgekoppelt. Das rückgekoppelte Ausgangssignal wird zum Vorspannen beispielsweise der Reaktanzelemente im zweiten frequenzvariablen Oszillator verwendet. Als Ergebnis wird vom Oszillator 28 ein FM-Signal mit einer Mittenfrequenz von 50,02 MHz (für den zweiten Kanal) erzeugt.

Das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers 23 kann fest auf den gewünschten Kanal eingestellt sein oder es kann variabel eingestellt sein, um einen Kanalwechsel zu ermöglichen.

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Claims

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Patentansprüche

Frequenzmodulationssystem zum Frequenzmodulieren einer Ausgangsfrequenz eines frequenzvariablen Oszillators, gekennzeichnet durch

eine erste Vorrichtung (20) mit einem ersten frequenzvariablen Oszillator (22), mit einem Frequenzteiler

(25) zur Frequenzteilung der Frequenz des Ausgangssignals des ersten frequenzvariablen Oszillators, mit einem Bezugsfrequenzoszillator (24) und mit einer ersten Rückkopplungsschaltung, in der die Ausgangsfrequenz des Bezugsfrequenzosziilators in ihrer Phase mit derjenigen des Frequenzteilers verglichen und das Ergebnis des Phasenvergleichs über ein erstes Filter

(26) zum ersten frequenzvariablen Oszillator rückgekoppelt wird, um die Ausgangsfrequenz des ersten frequenzvariablen Oszillators zu steuern; eine zweite Vorrichtung (21) mit eines zweiten frequenzvariablen Oszillator (28), mit einem Oszillator (29)

Dr. Wkset - MnA — 1

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fester Frequenz, mit einer Einrichtung, in der die Ausgangsfrequenzen des zweiten frequenzvariablen Oszillators und des Oszillator fester Frequenz in einem Mischer (30) gemischt v/erden, so daß eine Differenzfrequenz zwischen diesen beiden Frequenzen erhalten wird, und mit einer zweiten Rückkopplungsschaltung, in der die Differenzfrequenz in ihrer Phase mit der Ausgangsfrequenz des ersten frequenzvariablen Oszillators verglichen und das Ergebnis des Phasenvergleichs über ein zweites Filter (33) zum zweiten frequenzvariablen Oszillator rückgekoppelt wird, um die Ausgangsfrequenz des zweiten frequenzvariablen Oszillators zu steuern; und eine dritte Vorrichtung, in der die Ausgangsfrequenz des Oszillators fester Frequenz durch die Frequenz eines modulierenden Signals moduliert wird, so daß eine frequenzmodulierte Welle (35) vom zweiten frequenzvariablen Oszillator erhältlich ist.
2. Frequenzmodulationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dai3 der Frequenzteiler eine Vorrichtung zur Änderung des Frequenzteilungsverhältnisses aufweist.
3. Frequenzmodulationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsfrequenz des ersten frequenzvariablen Oszillators höher ist als die maximale Ausgangsfrequenz des modulierenden Signals.

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4. Prequenzmodulationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Oszillator fester Frequenz um einen Quarzkristalloszillator handelt.

5· Prequenzmodulationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsfrequenz des Mischers der zweiten Phasenvergleichsschaltung über ein Bandpaßfilter zugeführt wird.

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