DE658906C - Schaltung zur Modulation eines Senders - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Phasenmodulation eines Senders, bei der neben den natürlichen Seitenfrequenzen der Trägerwelle keinerlei unerwünschte Frequenzen auftreten. Es ist bekannt, die Bandbreite von Sendern mittels eines Bandfilters zu begrenzen, wobei jedoch nur die außerhalb des Seitenbandbereiches liegenden Frequenzen unterdrückt, alle unerwünschten Frequenzen

ίο jedoch, die innerhalb des Bandes liegen, nicht beeinflußt werden. Bei Anwendung des Erfindungsgedankens treten keinerlei unerwünschte Frequenzen auf, so daß auch die Begrenzung des Bandes durch Bandfilter überflüssig ist. Die Linearität der Modulation oder der Wirkungsgrad werden hierbei nicht beeinflußt.

Erfindungsgemäß werden zur Modulation des Senders zwei getrennte Modulatoren verwendet, von denen der eine zur Phasenmodulation, der andere zu einer zusätzlichen Amplitudenmodulation der Trägerwelle derart dient, daß bei wachsender Phasenabweichung in beiden Richtungen die Trägeramplitude größer wird.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung soll an Hand der Abbildungen näher erläutert werden. Abb. 1 zeigt die bekannte vektorielle Darstellung dreier verschiedener Zeitpunkte bei der Modulation einer Trägerwelle mit einer einzigen Niederfrequenz, wobei Abb. 1 a den Fall der Amplitudenmodulation, Abb. 1 b den Fall der Phasenmodulation darstellt. c ist der Trägerwellenvektor, α und b sind die Seitenbandvektoren, die zusammen mit dem Träger den resultierenden Vektor d ergeben. Bei Amplitudenmodulation ist die Resultierende der Seitenbandvektoren stets gleichphasig mit dem Trägervektor, während bei Phasenmodulation zwischen beiden ein Winkel von 90⁰ besteht. Wie aus der Abb. ι b hervorgeht, ist die Amplitude des resultierenden Vektors bei rechtwinkliger Modulation nicht konstant, sondern, wird bei Phasenabweichung in beiden Richtungen vergrößert.

Bei den bisher bekannten Phasenmodulationsschaltungen war es erwünscht, die Amplitudenmodulation soweit wie möglich zu unterdrücken, was z. B. durch Amplitudenbegrenzung geschehen kann. Eine solche reine Phasenmodulation läßt sich aber, wie es aus Abb. 1 b hervorgeht, außer im Falle eines sehr kleinen Phasenhubes, nicht als vektorielle Summe eines Trägers und eines Paares von Seitenfrequenzen pro- modulierende Frequenz darstellen. Es müssen vielmehr noch diejenigen Vektoren berücksichtigt werden, die

bei Phasenabweichungen die Amplitude auf dem konstanten Wert halten. Diese Verhältnisse sind in Abb. 2 dargestellt, wo eine phasenmodulierte Welle von konstanter Amplitude in verschiedenen Winkelstellungen, deren Abstände jeweils 15⁰ betragen, eingezeichnet ist. Die mit χ bezeichneten. Vektoren stellen die Vektor summen derjenigen Seitenfrequenzen für jeden der angegebenen Winkel dar, die infolge der Konstanthaltung der Amplitude auftreten. Man sieht, daß diese Vektoren bei jeder Niederfrequenzperiode der phasenmodulierten Welle zweimal auftreten, d. h. einer Modulation durch geradzahlige Harmonische, der der ursprünglichen Modulationsfrequenzen entsprechen. Bei Vorhandensein von mehreren Mqdulationsfreqenzen stellen diese zusätzlichen Frequenzen ein Schwingungsgemisch dar, dessen . Einzelfrequenzen in keinem Verhältnis zueinander stehen. Aus Abb. 2 ist weiterhin ersichtlich, daß die Zusatzfrequenzen X dadurch beseitigt werden können, daß die ursprünglich phasenmodulierte Schwingung zusätzlich so amplitudenmoduliert wird, daß eine rein rechtwinklige Modulation entsteht, bei der sich die Bandbreite der resultierenden Schwingung auf das Mindestmaß, nämlich den erwünschten normalen Seitenbandbereich, beschränkt. Dieses Band entspricht völlig dem bei der reinen Amplitudenmodulation auftretenden Band, mit dem Unterschied, daß Trägervektor und Seitenbandresultierende um 90⁰ gegeneinander verschoben sind. Eine Schaltung, bei der die geschilderte reine rechtwinklige Modulation durch die zusätzliche Amplitudenmodulation einer phasenmodulierten Welle erzeugt wird, ist Gegenstand der Erfindung. Die Amplitudenmodulation muß hierbei so erfolgen, daß der resultierende Vektor in beiden Richtungen vergrößert wird. Außerdem muß die Beeinflussung der Amplitude in Abhängigkeit von der Amplitude der Modulationsschwingungen nach einem Gesetz verlaufen, wie es in Abb. 3 dargestellt ist. Je kleiner die Phasenabweichungen, desto kleiner ist hierbei auch die zusätzliche Amplitudenmodulation.

Die Amplitudenmodulation erfolgt vorzugsweise dadurch, daß ein Teil der Modulationsschwingungen in einem Doppelweggleichrichter gleichgerichtet und ohne irgendeine Glättung dazu benutzt wird, die Amplitude der phasenmodulierten Schwingungen proportional der Phasenäbweichung zu vergrößern.

Abb. 4 und 5 zeigen schematisch zwei Ausführungsformen des Verfahrens zur Verringerung unerwünschter Frequenzen bei phasenmodulierter Energie. In" diesen Abbildungen sind alle Einzelheiten weggelassen, die nicht zum Verständnis der Erfindung notwendig sind.

In Abb. 4 ist eine Quelle 2 von konstanter Hochfrequenzenergie, die einen Piezo-Kristall oder einen sonstigen Steuersender enthalten kann, mit einem Phasenmodulator 4 gekoppelt. Sie kann mehrere Verstärker bzw. Frequenzvervielfacher enthalten, um die Amplitude bzw. die Frequenzen der Welle in gewünschtem Maße zu vergrößern. Der Phasenmodulator 4 kann von irgendeiner bekannten Art sein. Erforderlichenfalls können die Quelle 2 und der Phasenmodulator 4 zu einer einzigen Stufe kombiniert werden, da Verfahren bekannt sind, um den Ausgang von Oszillatoren direkt zu modulieren.

Der Phasenmodulator liefert modulierte Hochfrequenzenergie einem Verstärkersystem 8, enthaltend eine oder mehrere Verstärkerstufen und evtl. auch eine oder mehrere Frequenzvervielfacherstufen. Der Einfachheit halber ist nur eine einzige Verstärkerstufe bei 8 dargestellt. Dieses Verstärkersystem speist eine Antenne, eine Leitung oder irgendeinen anderen Übertragungskreis. Die Steuergitter der Verstärkerröhren in 8 sind im Gegentakt mit dem Phasenmodulator verbunden. Die Anoden können im Gegentakt durch eine Induktanz 12 verbunden sein, die durch einen Kondensator auf die mittlere Frequenz der phasenmodulierten Energie abgestimmt wird. Die innere Kapazität der Röhren kann erforderlichenfalls, wie dargestellt, durch Neutro-Kondensatoren neutralisiert werden, oder es können an deren Stelle Schirmgitterröhren verwendet werden. Die Anodenspannung wird von einer Quelle 16 über die Leitung 14 geliefert. Die Modulatorröhren 20 liefern der Energie im Ausgang der Rönnen 8 die gewünschte kompensierende Amplitudenmodulation, um die unerwünschten Seitenfrequenzen im Ausgang dieses Kraftverstärkers zu verringern. In der vorliegenden Schaltung ist die Heising-Modulation verwendet.

Die Schirmgitter der modulierenden Röhren 20 sind mit einem Vollweggleichrichter 22 verbunden, der seinerseits über einen Transformator mit der Modulationsquelle 6 verbunden ist. Die Modulationsspannungen von 6 werden in 22 gleichgerichtet und der pulsierende Ausgang dieser Gleichrichter, dessen Stärke von der Amplitude der Signalspannungen abhängt, den Schirmgittern von 20 zugeführt. Dieser pulsierende Modulationsstrom wird dem Gleichstrom von der Quelle überlagert, die über einen Widerstand R mit" den Schirmgittern von 20 verbunden, ist. Die Steuergitter von 20 erhalten ihre A⁷Orspannung von der Quelle 26. Das Potential an den Schirmgittern von 20 bestimmt sich

zum Teil durch die Stärke des Stromes in R. Diese Kombination bewirkt, wenn sie erfindungsgemäß eingestellt ist, daß der Anodenstrom der Röhren in 20 schneller und schneller abnimmt, wenn der Gleichrichterausgang zunimmt. Da die Modulationsdrossel MC konstanten Strom in sich selbst hält, muß eine Abnahme des Anodenstromes zu den Schirmgitterröhren 20 begleitet sein von einer Zunahme des Einganges zu dem Kraftverstärker 8 und des Ausganges von diesem. Wenn alle Einstellungen richtig gemacht sind, kann man eine sehr große Verringerung der unerwünschten Frequenzen im Ausgang der ■ 15 Antenne oder eines sonstigen Nutzkreises erhalten. Ferner kann durch die Verwendung richtiger Elemente diese Verringerung so groß gemacht werden, daß die Ausgangsseitenfrequenzen auf die Größe verringert werden, die man bei Amplitudenmodulationen erhalten würde, so daß man einen hohen Grad von Phasenmodulation verwenden kann, ohne ' das Gesamtfrequenzband zu verbreitern.

Erforderlichenfalls können die Kreise gemaß Abb. 4 dadurch abgeändert werden, daß die Verbindungen mit den Quellen 24 und 26 vertauscht werden, daß die Verbindungen mit den Gittern jeder Röhre in 20 vertauscht werden, daß die Polaritäten der Gleichrichter in 22 umgekehrt werden. In diesem Fall wird die Anlegung einer der beiden Modulationspolaritäten das Potential der Steuergitter von 20 mehr negativ schwingen lassen. Dieses wird den Strom nach den Anoden von 20 verringern und den Eingang zum Verstärker 8 vergrößern. Erforderlichenfalls kann man auch in 20 Röhren mit drei, vier oder mehr Elektroden verwenden.

Bei der Schaltung gemäß Abb. 5 ist die Wirkung des Gleichrichters 22 gegenüber der desselben Gleichrichters in Abb. 4 umgekehrt. Hier wird ein Transformator MT anstatt der Modulationsdrossel MC verwendet. Wegen, der Wirkung des Transformators und der Wirkung des Gleichrichters und der Modulatorröhre in 20 verursacht eine Zunahme des gleichgerichteten Modulationsspannungsausganges eine Zunahme des Stromes in der Anode der modulierenden Röhren in 20, und dieses Einwirken über den Transformator vergrößert den Eingang, zum Kraftverstärker. Die Modulationsröhren in 20 werden auf solchen Punkten ihrer Kennlinien betrieben, daß, wenn keine Modulationsströme in dem mit dem Gleichrichter 22 verbundenen Transformator vorhanden sind, die Anoden von 20 wenig oder keinen Strom aufnehmen.. Dann nehmen, wenn der Modulationsspannungseingang vergrößert wird, die Modulations röhren in 20 zunehmende Werte von. Anodenstrom auf. Der Anodenstrom in diesen Röhren nimmt ungefähr gemäß der Kurve von Abb. 3 zu, und es modulieren die Modulationsröhren die Energie im Ausgang der Röhren 8 wegen der Phasenmodulation aufwärts und gleichen dadurch alle unerwünschten Frequenzen vom Ausgangskreis des Verstärkers 8 aus. Die einfachen Kreise gemäß Abb. 4 und S können durch Hinzufügung fester oder automatisch veränderlicher Widerstände in verschiedenen Teilen der Gleichrichter- und Modulationskreise abgeändert werden, um eine bessere Annäherung an die Arbeitskennlinien zu erzielen. Diese Elemente sind in Abb. 4 und 5 nicht, dargestellt, da ihre örtliche Anordnung und ihre Werte von den Kennlinien und den Einstellungen der einzelnen Röhren und des Zubehörs abhängen und so in verschiedenen Geräten sich sehr stark ändern können. Oxydgleichrichter, einige Arten von Photo-Volta-Zellen, Elektronenröhren u. dgl. können, wenn sie als Widerstände benutzt werden, ihren Widerstandswert automatisch ändern, wenn die Spannungen bzw. Ströme an bzw. in ihnen geändert werden. In gleicher Weise können Krümmungen der Verstärkerkennlinien vorteilhaft im manchen Fällen zur Erzielung von Gesamtcharakteristiken verwendet werden, die die gewünschten Resultate ergeben.

Der stromabhängige Widerstand R in go Abb. 4 dient dazu, die Änderungen der Schirmgitterspannung der Röhren 20 zu verringern. Der ebenfalls stromabhängige Widerstand R' dient dazu,- die Änderungen der Schirmgitterspannung schneller erfolgen zu lassen und so die Krümmung des Kurvenverlaufs zu vergrößern.

Macht man in Abb. 5 den Widerstand R ganz oder teilweise stromabhängig, so wird, die Krümmung des Kurvenverlaufs verkleinert. Ist dagegen R₁ stromabhängig, so wird die Krümmung vergrößert.

Die Gleichrichter 22 in Abb. 4 können aus stromabhängigem Widerstandsmaterial bestehen, das einer positiven Gleichspannung und der Modulationswechselspannung ausgesetzt wird. Hierbei wird der Wechselstrom teilweise in Gleichstrom umgesetzt, der sich zu dem Strom der Gleichstromquelle addiert.

Addiert sich die Wechselspannung an dem stromabhängigen Widerstand zu der Gleichspannung, so tritt eine relativ starke Zunahme des Stromes auf, die mit Größerwerden der Summe der beiden Spannungen größer wird. Wirkt die Wechselspannung der Gleichspannung entgegen, so nimmt der Strom ab, wobei die Abnahme aber relativ immer kleiner wird, je mehr sich die Differenz der Spannungen verkleinert. Es folgt also, daß stromabhängige Widerstände mit überlagertem Gleichstrom und Wechselströme einer Verzerrung der Wechselströme in der Weise führen, wie

sie in der vorliegenden Schaltung notwendig ist.

Aus Abb. 2 kann man ersehen, daß die Phasenabweichung, die benötigt wird, um Seitenfrequenzen mit einer kombinierten Amplitude proportional zu der Modulationsspannung zu erzeugen, nicht direkt proportional zu der Modulationsspannung ist. Die verlangte Phasenwinkelabweichung wird bei höheren Modulationsspannungen verhältnismäßig kleiner, daher soll der Phasenmodulator eine gekrümmte oder abfallende Ansprechcharakteristik haben. Jeder Fachmann kennt eine Anzahl von Einzelanordnungen, um die Modulation zur Erzielung dieses Resultates zu verzerren. Beispielsweise können von den Röhren im Modulator 4 gemäß Abb. 4 und 5 die Spannungen so- eingestellt werden, daß man ein nichtlineares Ansprechen in der Phasenabweichung im Ansprechen auf modulierende Potentiale erhält. Es kann auch zwischen der Quelle 6 und dem Modulator 4 ein nichtlinearer "Verstärker verwendet werden. Ein anderes Verfahren besteht darin, einen nichtlinearen Widerstand an die Leitungen von der Quelle 6 nach dem Modulator 4 zu legen. Dieses letztere Verfahren ist in Abb. 6 und 7 dargestellt.

Die Verzerrung kann durch die Verwendung der Krümmung der Kennlinien erzeugt werden Oder auf einfache Weise durch Netzwerke erhalten werden, die automatisch sich ändernde Widerstände enthalten. Abb. 6 und 7 sind Beispiele solcher Netzwerke.

In Abb. 6 ist ein Potentiometer an eine Quelle 6 von Modulationsenergie angeschlossen. Ein. Teil A dieses Potentiometers ist ein automatisch, veränderlicher Widerstand W. Der Ausgang 4 vom Potentiometer wird ganz oder teilweise vom veränderlichen Widerstand abgenommen. In diesem Falle wird der Ausgang in der gewünschten Weise verzerrt. Der Widerstandswert nimmt automatisch mit zunehmendem Strom derart ab, daß progressiv der Ausgang für höhere momentane modulierende Spannungen von beiden Polaritäten verringert wird. Die Größe und die Änderung der Verzerrung kann eingestellt werden durch Veränderung der Größe des festen Widerstandes in Reihe oder parallel mit dem stromabhängigen Widerstand in den Ein- und Ausgangsteilen des Kreises, und zwar durch Änderung der Abmessungen dieses Widerstandes und durch Änderung des Wertes der dem Netzwert aufgedrückten Modulationsspannung und des Stromes.

Abb. 7 ist eine weitere Ausgestaltung von Abb. 6 mit verschieden veränderlichen Serien- · widerständen R₁ und R₂ und getrennten Potentiometern P₁ und P₂ zur Ausführung von Einstellungen, die zur genaueren Erzielung der gewünschten Verzerrungskennlinien benötigt werden. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denen der Abb. 6.

Sender gemäß der Erfindung können mit verschiedenen Empfängern aufgenommen werden. Beispielsweise wird die Trägerwelle bei einer Zwischenfrequenz in einem Überlagerungssystem über ein Filter aufgenommen, getrennt verstärkt und dann mit dem ganzen Signal oder seinen Seitenfrequenzen wieder kombiniert. Die Phase des wiedereingeführten Trägers wird regelbar gemacht, und durch Veränderung der Phaseneinstellungen kann der Empfänger so eingestellt werden, daß er entweder Amplitudenmodulation oder gemäß der Erfindung erzeugte Phasenmodulation empfängt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Modulation eines Senders, gekennzeichnet durch zwei getrennte Modulatoren, von denen der eine zur Phasenmodulation, der andere zu einer zusätzlichen Amplitudenmodulation der Trägerwelle derart dient, daß bei wachsender Phasenabweichung in beiden Richtungen die Trägeramplitude größer wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmodulation durch die mittels Doppelweggleichrichtung gleichgerichtete, ungeglättete Modiilationsspannung erfolgt.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe de.r zusatzliehen Amplitudenmodulation derart nichtlinear von der Amplitude der Modulationsspannungen abhängt, daß die Amplitudenmodulation bei Wachsen der Modulationsspannungen größer wird.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Zusammenhang zwischen Amplitudenmodulation und Modulationsspannungen durch Vorverzerrung der zur Amplitudenmodulation verwendeten Modulationsspannungen mittels strom- oder spannungsabhängiger Widerstände erzielt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichhungen