DE3419040C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Hubbegren­ zung in einem frequenzmodulierten Sprechfunkgerät mit analoger Modulationssignalaufbereitung, bestehend aus einem Amplituden­ begrenzer und einem nachgeschalteten Tiefpaß.

Zur Hubbegrenzung, deren Messung bei einem gegenüber dem Normal­ modulationshub um 20 dB erhöhten Pegel eines sinusförmigen Modu­ lationssignals erfolgt, dient eine nichtlineare Schaltung, die das Modulationssignal in seiner Amplitude hart begrenzt. Hierzu können Schaltungen mit Dioden, Transistoren oder Operationsver­ stärkern dienen, mit denen sich sehr scharf begrenzende Kennli­ nien realisieren lassen. Die durch die Begrenzerschaltung im Falle der Begrenzung entstehenden Oberwellen des Modulations­ signals werden durch ein nachgeschaltetes steiles Tiefpaßfil­ ter so weit unterdrückt, daß die Forderung bezüglich der uner­ wünschten Nachbarkanalleistung des Senders erfüllt wird.

Eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art mit einem Be­ grenzer und einem nachgeschalteten Tiefpaß ist beispielsweise aus dem Aufsatz "200-Kanal-Handsprechfunkgerät für das 2-m-Band" von E. Koch bekannt, erschienen in der Zeitschrift "Funkschau" 1977, Heft 8, Seiten 69-72 (333-336) (vgl. insbesondere Fig. 4).

Ferner ist eine entsprechende Anordnung aus Begrenzer und Tief­ paß in den "Funkschau-Arbeitsblättern", Funkschau 15/1983, Sei­ te 63 dargestellt und beschrieben.

Für ein Modulationssignal mit einer Frequenz nahe des oberen Mo­ dulationsbandes ergibt sich bei der Begrenzung folgender Effekt: nach dem Begrenzer wird bei symmetrischer Begrenzung das Sinus­ signal annähernd zu einem Rechtecksignal geformt, das mit der be­ kannten Fourier-Reihe
f(x) = 4A/π (cosx - 1/3 cos3x + 1/5 cos5x - . . .) beschrieben werden kann.

Im Tiefpaßfilter, das dem Begrenzer nachgeschaltet ist, werden dann alle Oberwellen unterdrückt. Die Grundwelle erscheint nach dem Filter mit einer um den Faktor 4/π = 1,273 höheren Amplitude als die Amplitude A des Rechtecks. Diese Amplitude bestimmt den maximalen Fre­ quenzhub des Senders bei der Messung der Hubbegrenzung.

Der vorstehend beschriebene Sachverhalt ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 in einem verein­ fachten Blockschaltbild die Einrichtung zur Hubbegrenzung mit einem Begrenzer B 1 und einem diesem nachgeschalteten Tiefpaß T 1 mit der Grenzfrequenz f _{g 1} im Leitungsweg zwischen dem NF-Eingang und dem NF-Ausgang (Anschlußpunkte I und III),

Fig. 2 den Verlauf des Modulationssignals am NF- Eingang I, zwischen Begrenzer und Tiefpaß und am NF-Aus­ gang III. Die Kurven a stellen das Signal mit maximaler Amplitude für eine verzerrungsfreie Übertragung dar, die Kurven b für maximale Amplitude entsprechend eines maxi­ malen Frequenzhubes.

Setzt man einen idealen Begrenzer voraus, so ergibt sich eine lineare und damit verzerrungsfreie Modulationsüber­ tragung am Ausgang des Begrenzers B 1 nur bis zur Ampli­ tude A des Rechtecks, die damit also um den Faktor π/4 = 0,7854 geringer ist, als es der maximale Frequenzhub zulassen würde. Dieser Wert ergibt sich aus dem Verhält­ nis a/b entsprechend dem rechten Bild in Fig. 2. Wenn also beispielsweise ein maximaler Frequenzhub von ±4 kHz zulässig ist, kann eine verzerrungsarme Modulation nur bis zu einem Frequenzhub von ±3,14 kHz erfolgen. Dies bedeutet eine Reduzierung der Ausnutzbarkeit des maximalen Frequenzhubs um 2,1 dB.

Auch bei tieferen Modulationsfrequenzen, bei denen am Aus­ gang des Tiefpasses ein verzerrtes Rechteck entsteht, ergibt sich kein besseres Verhältnis. Dies liegt daran, daß wegen der erforderlichen Steilheit des Tiefpasses für diesen keine Besselcharakteristik verwendet werden kann und so­ mit die nicht vermeidbare Verzerrung des Rechtecks am Ausgang ebenfalls zu einer vergleichbar höheren Amplitude führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zur Ver­ besserung der Hubbegrenzung in frequenzmodulierten Sprechfunk­ geräten mit analoger Modulationssignalaufbereitung anzugeben.

Bei einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß der Ketten­ schaltung aus Amplitudenbegrenzer und Tiefpaß ein weiterer Ampli­ tudenbegrenzer und ein weiterer Tiefpaß in Kettenschaltung nach­ geschaltet sind.

Der zweite Amplitudenbegrenzer ist in vorteilhafter Weise so ein­ gestellt, daß er im Begrenzungsfall den Signalteil abschneidet, der durch den ersten Tiefpaß als Amplitudenerhöhung verursacht wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 3 in einem Blockschaltbild die erfindungsgemäß ergänzte Ein­ richtung zur Hubbegrenzung,

Fig. 4 in einer grafischen Darstellung den Signalverlauf an den einzelnen Schaltungspunkten und

Fig. 5 Meßkurven des Signalverlaufs bei einer Frequenz f = 2 kHz.

Fig. 3 zeigt den Leitungsabschnitt zwischen den Punkten II als Ausgang des Tiefpasses T 1 und III als NF-Ausgang der Schaltung, in den erfindungsgemäß ein zweiter Amplitudenbegrenzer B 2 und ein zweiter Tiefpaß T 2 mit der Grenzfrequenz f _{g 2} in Kettenschal­ tung geschaltet sind.

Der zweite Amplitudenbegrenzer B 2 ist dabei so einge­ stellt, daß er im Begrenzungsfall den Signalteil abschnei­ det, der durch den ersten Tiefpaß T 1 als Amplitudener­ höhung verursacht wird. Der Aufwand für den zweiten Tief­ paß T 2 kann wesentlich geringer gehalten werden als für den ersten Tiefpaß T 1, da die Oberwellenbildung durch den zweiten Begrenzer B 2 erheblich geringer ist. Durch diese Maßnahmen wird eine vorteilhafte Erweiterung des Bereichs des nutzbaren Frequenzhubs erreicht.

Im einzelnen soll die Wirkungsweise dieser Einrichtung durch Fig. 4 erläutert werden, die den Signalverlauf an einzelnen Schaltungspunkten zeigt, nämlich vor dem zweiten Begrenzer B 2, am Ausgang des zweiten Begrenzers B 2 und am Ausgang des zweiten Tiefpasses T 2. Die Kurven a und b be­ ziehen sich dabei wiederum auf maximale Amplitude für ver­ zerrungsfreie Übertragung bzw. maximale Amplitude ent­ sprechend dem maximalen Frequenzhub.

Betrachtet man ein Modulationssignal hoher Frequenz, so ergibt sich am Ausgang des zweiten Begrenzers B 2 eine abgekappte Sinusschwingung, die sich angenähert durch eine Fourier-Reihe für eine Trapezkurve wie folgt beschreiben läßt:
f(x) = 4A/π · B (sinBsinx + 1/9 sin3Bsin3x + . . .)

Der Winkel B gibt dabei an, an welcher Stelle die Ab­ kappung erfolgt. Es ist der Abstand des Schnittpunktes der Kurve b mit der Mittellinie der Koordinatenachse und einer im Abstand A parallel zu dieser verlaufenden Linie, an der die Abkappung durch den zweiten Begrenzer B 2 er­ folgt. Unter der Voraussetzung eines idealen Begrenzers ergibt sich, wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, eine lineare und damit verzerrungsfreie Modulationssignalüber­ tragung am Ausgang des Begrenzers B 1 nur bis zur Ampli­ tude A des Rechtecks, die damit also um den Faktor π/4 = 0,7854 geringer ist, als es der maximale Frequenzhub zulassen würde. Geht man nun davon aus, daß nach dem zweiten Begrenzer B 2 eine Begrenzung der Grundwelle beim 0,7854fachen der Maximalamplitude erfolgen soll, so er­ gibt sich für B ein Wert von 0,90 im Bogenmaß. Damit kann die nach dem zweiten Tiefpaß T 2 verbleibende Amplitudener­ höhung zu

• 4/π · B (sinB) = 1,108

bestimmt werden.

Für tiefe Modulationsfrequenzen ergibt sich eine ähnliche Wirkung, da die durch den ersten Tiefpaß T 1 verursachten Amplitudenerhöhungen durch Überschwingen ebenfalls durch den zweiten Begrenzer B 2 verbessert werden.

Gegenüber einer Einrichtung mit einem Begrenzer und einem Tiefpaß entsprechend Fig. 1 ergibt sich durch die erfin­ dungsgemäßen Maßnahmen eine Erhöhung des linear modulier­ baren Frequenzhubes vom Faktor 0,79 auf den Faktor 0,9. Somit kann dann beispielsweise bei einem Funksprechgerät mit einem maximalen Frequenzhub =4 kHz eine verzerrungs­ freie Modulation bis zu einem Frequenzhub =3,6 kHz erwartet werden.

Fig. 5 zeigt Meßkurven eines Hubbegrenzers für ein sinus­ förmiges Modulationssignal mit hoher Frequenz. In Fig. 5a ist dabei im oberen Teil der Kurvenverlauf am Ausgang des ersten Begrenzers B 1 und im unteren Teil am Ausgang des ersten Tiefpasses T 1 dargestellt, in Fig. 5b zeigt der obere Teil den Verlauf der Kurven am Ausgang des zweiten Begrenzers B 2 und der untere Teil am Ausgang des zweiten Tiefpasses T 2. Die Kurven a beinhalten dabei jeweils die Signale mit niedrigerer Amplitude, entsprechend maximal möglicher verzerrungsfreier Übertragung, die Kurven b die Signale bei um 20 dB erhöhtem Eingangspegel, entsprechend dem maximal möglichen Frequenzhub. Wie ein Vergleich der Kurven im unteren Teil von Fig. 5a und Fig. 5b zeigt, besteht am Ausgang des zweiten Tiefpasses T 2 ein wesent­ lich verbessertes Verhältnis von a : b im Vergleich zum Aus­ gang des ersten Tiefpasses T 1, was eine Erweiterung des Bereichs des nutzbaren Frequenzhubs bedeutet.

Claims (2)

1. Einrichtung zur Hubbegrenzung in einem frequenzmodulierten Sprechfunkgerät mit analoger Modulationssignalaufbereitung, be­ stehend aus einem Amplitudenbegrenzer und einem nachgeschalte­ ten Tiefpaß, dadurch gekennzeichnet, daß der Kettenschaltung aus Amplitudenbegrenzer (B 1) und Tief­ paß (T 1) ein weiterer Amplitudenbegrenzer (B 2) und ein weiterer Tiefpaß (T 2) in Kettenschaltung nachgeschaltet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Amplitudenbegrenzer (B 2) so eingestellt ist, daß er im Begrenzungsfall den Signalanteil abschneidet, der durch den ersten Tiefpaß (T 1) als Amplitudenerhöhung verursacht wird.