DE2848714A1 - Sendesystem mit amplitudenmodulation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sendesystem mit Amplitudenmodulation unter Benutzung eines Halbleiter-Leistungsverstärker-Bauelementes. Bei bestimmten Arten von Verstärkern ist es gebräuchlich, die den Verstärker speisende Leistungsversorgung mit Amplitudenmodulation zu versehen, um einen Betrieb mit hohem Wirkungsgrad zu erreichen. Systeme dieser Art sind ziemlich allgemein in Verbindung mit Verstärkern in Benutzung, die eine Hochleistungs- Vakuumröhre als aktives Verstärkerbauelement verwenden. Mit dem Aufkommen von Hochleistungs-Halbleiter-Verstärkungsbauelementen wurden äquivalente Verfahren zur Erzeugung von Hochleistungs-Amplitudenmodulation versucht, es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Signalqualität nach dem Empfang eines durch ein solches System ausgesandten Signals unerwartet schlecht ist. Es wird angenommen, daß die Modulierung der Leistungsquelle, die das Halbleiter-Verstärker-Bauelement speist, eine Kapazitätsveränderung in diesem Bauelement hervorruft. Wenn der in Verbindung mit einem solchen Amplitudenmodulations-Sendesystem verwendete Empfänger eine abgestimmte Filterstufe mit schlechter Durchlaßcharakteristik besitzt, kann dieser Effekt die schlechte Empfangsqualität entstehen lassen.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein verbessertes Amplitudenmodulations-Sendesystem geschaffen werden, das auch bei solchen Empfangsgeräten unverzerrte Signale ergibt.

Durch die Erfindung wird ein Amplitudenmodulations-Sendesystem geschaffen, bei dem die einem Halbleiter-Leistungsverstärkungs-Bauelement zugeführte Leistung so moduliert wird, daß ein dem Bauelement zugeführtes Trägerfrequenzsignal amplitudenmoduliert wird, und das sich dadurch auszeichnet, daß eine Einrichtung zur Erfassung der in dem Bauelement erzeugten Phasenmodulation vorgesehen ist und eine Einrichtung, um in Abhängigkeit von der erfaßten Phasenmodulation die momentane Phase des Trägerfrequenzsignals so zu modifizieren, daß ein Ausgleich der Phasenmodulation geschaffen ist.

Die Phase des Trägerfrequenzsignales kann direkt modifiziert werden, es kann jedoch alternativ die Phase eines Signals modifiziert werden,

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von dem das Trägerfrequenzsignal abgeleitet wird, so daß sich die erforderliche Modifizierung der Phase des Trägysrfrequerizsignals ergibt. Die Phasenmodulation kann mittels eines Phasendiskriminators erfaßt werden, der gegenüber Amplitudenveränderungen unempfindlich ist, vorzugsweise wird jedoch ein Phasendiskriminator verwendet, dem ein Amplitudenbegrenzer vorgeschaltet ist, um die Auswirkungen der Amplitudenveränderungen zu beseitigen.

Der Phasendiskriminator kann genau auf die Trägerfrequenz abgestimmt sein, so daß die Phasenmodulation als momentane kleine Frequenzveränderung um einen Mittelwert erfaßt wird. Alternativ kann der Phasendiskriminator die Phase des Trägerfrequenzsignales selbst mit dem am Ausgang des Halbleiter-Leistungsverstärker-Bauelementes anliegenden Signal vergleichen und ein Steuersignal erzeugen, das repräsentativ für die durch den Vergleich erfaßte Phasendifferenz ist.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Figur 1 drei Beispiele von Durchlaßeigenschaften von Filterstufen in einem Empfänger, bei denen die Anwesenheit einer unerwünschten Phasenmodulation eine Quali«tätsverschlechterung des empfangenen Signals erzeugen kann',

Figur 2 ein Amplitudenmodulationsübertragungssystem nach der Erfindung,

Figur 3 ein alternatives Amplitudenmodulationsübertragungssystem ; und

Figur 4 eine Einzelheit der in Figur 3 gezeigten Schaltung.

Die Amplitudenmodulation der Versorgungsspannung eines Halbleiter-Leistungsverstärkungs-Bauelementes, wie eines Transistors, erzeugt eine Veränderung der internen Kapazität, da die effektive Breite der P-N-Verbindung spannungsabhängig ist. Eine Veränderung der

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inneren Kapazität eines Transistors, d.h. der Basis-Emitter-Kapazität und'/oder der Basis-Kollektor-Kapazität ergibt eine äquivalente Kapazitätsveränderung für die Eingangs- und die Ausgangsschaltung des Transistors. Wenn der Transistor Teil einer Leistungsverstärkungsstufe einer übertrager- oder Sendeschaltung ist, sind diese Schaltungen mit den abgestimmten Schaltkreisen der Ausgangsstufen verbunden und die Kapazitätsveränderung ergibt momentane Verstimmungen dieser Ausgangsstufen, wenn sich die Spannung der Leistungsversorgung mit der aufgebrachten Amplitudenmodulation verändert. Diese Veränderung ergibt dann nicht eine konventionelle Frequenzmodulation, wenn die Trägerfrequenz durch ein am Verstärker anliegendes Eingangssignal bestimmt wird, das'in einer frequenzgesteuerten Quelle, beispielsweise einem Kristalloszillator oder einem Normalfrequenzgenerator mit Frequenzsynthese entsteht. Stattdessen ergibt die Veränderung eine unerwünschte Phasenmodulation des Trägerfrequenzsignals. Die Auswirkung dieser unerwünschten Phasenmodulation beim Empfänger hängt von dem Frequenzverhalten des Durchlaßbandes des Empfängers ab. Wenn der Empfänger ein ideales Frequenzverhalten besitzt, wird die Phasenmodulation nicht erfaßt und verschlechtert die Qualität des empfangenen Signales nicht.

In Figur 1 sind drei verschiedene Frequenzkurven für die Durchlaßbandcharakteristiken von abgestimmten Empfängerstufen gezeigt, bei denen eine unerwünschte Phasenmodulation eine Amplitudenverzerrung des empfangenen Signales ergibt. Im Schaubild a ist die Kurve eines fehlabgestimmten Filters gezeigt, die ein unsymmetrisches Durchlaßband ergibt, so daß eine Veränderung der Trägerfrequenz entsprechend nichtlineare Veränderungen der Amplitude ergibt. Schaubild b zeigt ein Durchlaßband mit idealem Frequenzverlauf, jedoch ist das Durchlaßband gegenüber der Mittenfrequenz so versetzt, daß das empfangene Signal an der steilen Kante der Durchlaßkurve auftrifft. Schaubild c zeigt das Frequenzverhalten,das sehr oft bei Verstärkern mit mehreren abgestimmten Kreisen und Durchlaßfiltern mit keramischen Elementen erhalten wird. Diese Filterkurven besitzen eine Reihe von Schwankungen der Durchlaßkurve, die der Anzahl der Elemente im Filter entspricht

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und diese Schwankungen können manchmal recht ausgeprägt sein. In allen drei gezeigten Fällen a, b und c der Figur 1 wird eine Phasenmodulation infolge der Steilheit der Durchlaßkurve an den bestimmten Stellen in eine Amplitudenmodulation umgewandelt.

Figur 2 zeigt ein Amplitudenmodulations-Sende- oder Übertragungssystem, bei dem die unerwünschte Phasenmodulation beseitigt oder doch so reduziert wird, daß die Qualität eines empfangenen Signales infolge der eben besprochenen Auswirkungen bei einem Empfänger mit nicht idealen Durchlaßkurven nicht verschlechtert wird.

Ein Normalfrequenzgenerator 1 mit Frequenzsynthese speist eine Treiberverstärkerstufe 2, durch die wiederum ein Leistungsverstärker gespeist wird. Der Normalfrequenzgenerator 1 erzeugt ein Trägersignal mit einer vorbestimmten Frequenz und dieses Signal wird durch die Treiberverstärkerstufe 2 und die Leistungsverstärkerstufe 3 mittels einer modulierten Leistungsquelle 4 moduliert. An der Klemme 5 liegt ein Amplitudenmodulationssignal mit geringer Größe an, durch das die Ausgangsspannung der Leistungsquelle 4 moduliert wird. Diese Art von Amplitudenmodulation ist von relativ hohem Wirkungsgrad und kann für Hochleistungsübertragungssysteme oder -sender verwendet werden. Das modulierte Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 3 wird durch eine Schmalband-Filterstufe 6 an eine Abstrahlungs- oder Sendeantenne 7 weitergeleitet. Im allgemeinen wird ein gleichfalls auf den schmalen Frequenzbereich abgestimmter Schmalbandkreis8zwischen die Treiberverstärkerstufe 2 und die Leistungsverstärkerstufe 3 geschaltet. Wegen der bereits beschriebenen Kapazitätsveränderung kann das am Ausgang der Leistungsverstärkerstufe 3 anliegende Signal unerwünschte Phasenmodulationen zusätzlich zur erwünschten Amplitudenmodulation enthalten.

Ein Signal, das solche unerwünschte Phasenmodulation enthält, wird durch einen Begrenzer 9 einem Phasendiskriminator 10 zugeleitet, der im wesentlichen aus einem Detektor 14 und einem abgestimmten

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Schwingkreis besteht, der mit dem abgestimmten Kreis 6 gekoppelt ist. Der Diskriminator 10 erfaßt momentane Frequenzänderungen des Ausgangssignals, die durch das Vorhandensein der Phasenmodulation erzeugt werden. Der Phasendiskriminator 10 erzeugt ein gleichgerichtetes Ausgangssignal von unterschiedlicher Größe, das von der Größe und dem Richtungssinn der Phasenstörung abhängt, und dieses Ausgangssignal wird über einen Gleichspannungsverstärker 11 einer veränderlichen Kapazität 12 zugeleitet, die in der praktischen Ausführung durch eine Diode mit veränderlicher Kapazität (Varianz-Diode) gebildet sein kann. Die so erzeugte Kapazitätsveränderung modifiziert die Resonanzfrequenz und damit die Phasenverschiebung eines weiteren abgestimmten Kreises 13 in einem solchen Sinn, daß die erfaßte Phasenstörung kompensiert wird. Der abgestimmte Kreis 13 ist mit dem Ausgang des Frequenzgenerators 1 verbunden. Es ist wichtig, daß der Verstärker 11 in seinem Arbeitsfrequenzbereich eine Phasenverschiebung Null besitzt.

Eine alternative Ausbildung eines amplitudenmodulierten Sendesystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird in Figur 3 gezeigt, wobei soweit wie möglich gleiche Teile der Schaltung wie in Figur 2 mit den gleichen Referenzzeichen versehen wurden. Figur 3 unterscheidet sich von Figur 2 in erster Linie in der Art des verwendeten Phasendiskriminators 15. Der Phasendiskriminator wird vom Ausgang des Leistungsverstärkers 3 aus über einen Begrenzer 9 gespeist, jedoch werden in diesem Fall die Referenzsignale für den Betrieb des Phasendiskriminators nicht von den Resonanzeigenschaften des abgestimmten Kreises 6 abgeleitet. Das Ausgangssignal des Frequenzgenerators 1 wird über eine Leitung 16 abgeleitet und dem Phasendiskriminator 15 zugeführt, der ein Ausgangssignal über die Leitung 17 weitergibt, das die momentane erfaßte Phasenstörung anzeigt. Dieses Ausgangssignal wird zur Steuerung eines Bauelementes 12 mit veränderlicher Kapazität benutzt, ähnlich wie es in Figur geschieht, so daß die Resonanzfrequenz des abgestimmten Kreises in Gegenphase zur momentanen Frequenzveränderung modifiziert wird, die von der Phasenmodulation herrührt.

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Das Ausgangssignal des Phasendiskriitiinators 15 kann, statt zur Steuerung des Bauelementes 12 mit variabler Kapazität verwendet zu werden, auch direkt dem Frequenzgenerator 1 zugeführt werden, wie es durch die gestrichelte Linie 18 dargestellt ist. In Figur 4 ist schematisch aufgezeigt, wie dieses Signal dann benutzt wird. Figur 4 zeigt die wichtigen Eigenschaften eines Frequenzgenerators mit einer phasenstarren Schleife.

Nach Figur 4 wird eine Eingangs-Vergleichsfrequenz einem Phasendiskriminator 40 zugeführt, der diese Frequenz mit dem Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators 41 vergleicht und ein Gleichspannungs-Steuersignal mit veränderlichem Wert über Leitung 42 abgibt, wenn die Frequenz des Oszillators 41 in starrer Phasenbeziehung mit der Eingangs-Vergleichsfrequenz ist. Das vom Diskriminator 15 in Figur 3 abgegebene Steuersignal wird mit diesem Steuersignal von der Leitung 42 am Verstärker 43 addiert und das vereinigte Steuersignal wird zur Modifizierung der Kapazität eines Bauelementes 44 mit veränderbarer Kapazität benutzt, wodurch wiederum die Phase des spannungsgesteuerten Oszillators 41 im Hinblick auf die Referenzfrequenz gesteuert wird. Das Ausgangssignal des Oszillators 41 wird auch der Ausgangsklemme 45 und von da dem Eingang der Treiberstufe 2 zugeführt.

Wenn eine Breitband-Leistungsverstärkerstufe verwendet wird, kann es schwierig werden, einen Phasenmodulationsdiskriminator mit ausreichender Bandbreite bereitzustellen, und in diesem Fall kann es erforderlich sein, einen aperiodischen Transformator zu verwenden, um den Detektordioden ein ausgeglichenes und begrenztes amplitudenmoduliertes Signal zuzuführen, wobei das phasenstarre Referenzsignal vom Frequenzgenerator abgeleitet wird. Das sich ergebende gegenphasige Modulationskorrektursignal kann dann entweder wie zuvor über ein Bauelement mit variabler Kapazität einer der Treiberstufen zugeführt werden oder es kann direkt dem Frequenzgenerator zugeführt werden, um seine Ausgangsfrequenz in der notwendigen Weise zu modifizieren.

Es entsteht so ein Sendesystem mit Amplitudenmodulation unter Verwendung eines Halbleiter-Hochleistungsverstärkungs-Bauelementes und die Amplitudenmodulation wird dadurch erzeugt, daß die Leistungsquelle_/

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die dem Verstärkerbauelement Leistung zuführt, moduliert wird. Es hat sich herausgestellt,, daß diese Art von Modulation, wie angeführt, unerwünschte Phasenstörungen verursachen kann, die von der Veränderung der inneren Kapazität des Halbleiterbauelementes bei modulierter Versorgungsspannung herrühren. Empfänger mit nicht ausreichend guter Empfangsguaiität können die Phasen— Verzerrungen in schädliche AmplitudenverZerrungen wandeln und durch die vorliegende Erfindung wird dieses Problem -dadurch umgangen, daß eine innerhalb des Halbleiter-Verstärkungs-Bauelementes erzeugte Phasenmodulation erfaßt und eine Trägerfrequenz so phasenmoduliert wird/ daß ein Ausgleich erreicht ist-

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Claims (6)

1. -Patentansprüche-

   ■ 1.JSendesystem mit Amplitudenmodulation, bei dem die einem HaIb-' leiter-LeistungsverStärkerbauelement zugeführte Leistung so moduliert wird, daß ein dem Bauelement zugeführtes Trägerfrequenzsignal amplitudenmoduliert wird, dadurch gekennzeichnet , daß eine die in dem Bauelement erzeugte Phasenmodulation erfassende Einrichtung (6,9,10) vorgesehen ist und daß eine Einrichtung (12) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Erfassungseinrichtung die augenblickliche Phase des Trägerfrequenzsignals so modifiziert, daß die erzeugte Phasenmodulation ausgeglichen ist.

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   MANlTZ · FINSTERWALD ■ HEYN MORGAN - 8000 MÜNCHEN 22 ■ ROBERT-KOCHSTRASSE 1 TEL (089) 22 42 11 TELEX 05-29672 PATMF

   DIPL-ING W GRAMKOW-TOOOSTUTTGARTSO(BADCANNSTaTT) SEELBERGSTR. 23/25 TEL (0711) 567261 ZENTRALKASSE BAYER VOLKSBANKEN · MÜNCHEN · KONTO-NUMMER 7270 ■ POSTSCHECK: MÜNCHEN 770fi? - 805

   ORIGINAL INSPECTED

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2. 2. Sendesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase des Trägersignals zur Erzeugung des erforderlichen Ausgleichs direkt modifiziert wird.
3. 3. Sendesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase eines Signals, von dem das Trägerfrequenzsignal abgeleitet wird, so modifiziert wird, daß sich die erforderliche Modifizierung der Phase des Trägerfrequenzsignals ergibt.
4. 4. Sendesystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Phasenmodulation durch einen Phasendiskriminator erfaßt wird, dem ein Amplitudenbegrenzer vorgeschaltet ist, um die Auswirkungen von Amplitudenänderungen auszuschalten.
5. 5. Sendesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendiskriminator genau auf die Trägerfrequenz abgestimmt ist, so daß die Phasenmodulation als momentane kleine Frequenzveränderung um einen Mittelwert erfaßt ist.
6. 6. Sendesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendiskriminator die Phase des Trägerfrequenzsignals selbst mit dem an einem Ausgang des Halbleiter-Leistungsverstärkungs-Bauelementes anliegenden Signal vergleicht und ein für die durch den Vergleich erfaßte Phasendifferenz repräsentatives Steuersignal erzeugt.

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