DE713416C

DE713416C - Verfahren zur Signaluebertragung miettels phasenmodulierter Schwingungen

Info

Publication number: DE713416C
Application number: DER105023D
Authority: DE
Inventors: Walter Van B Roberts
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1938-04-19
Filing date: 1939-04-19
Publication date: 1941-11-11
Also published as: US2283575A; GB527666A

Description

Die Erfindung- bezieht sich auf ein Übertragungsverfahren mit zweimaliger Modulation einer Trägerschwingung, bei dem die beiden aufeinanderfolgenden Modulationen die Phase 5 oder Frequenz und nicht die Amplitude der zu modulierenden Welle beeinflussen.

Das Ziel der Erfindung besteht in einem Trägerfrequenzübertragungsverfahxen, bei dem der Träger von vornherein ganz oder weitgehend unterdrückt wird. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung· besteht in einem Verfahren zur Gleichrichtung' der nach dem erstgenannten Verfahren modulierten Wellen.

Es sind Modulationsverfahren bekannt, bei denen der Träger im Modulator unterdrückt oder auskompensiert wird oder von dem Übertragungsband, durch Filter ausgesiebt' wird. Diese bekannten. Verfahren bedingen, daß Trägerfrequenzenergie am Empfänger wieder zugesetzt wird, damit die im Ausgangskreis des Detektors auftretenden Spannungen ein getreues Ebenbild der ursprünglichen Modulationssignale sind.

Es ist bekannt, einer Hochfrequenzsehwingung ein zu übertragendes Signal durch Phasen- oder Frequenzmodulation aufzuprägen. Dabei lassen sich bekanntlich auch Wertegruppen von Frequenzhub, Trägerfrequenz und Modulationsfrequenz finden, bei denen die Ampli-. tude der Trägerfrequenz im ausgestrahlten Frequenzspektrum zu Null wird; eine Nutzanwendung· dieser Tatsache ist laber nicht, bekanntgeworden.- Ebensowenig ist es be-, kannt, eine Doppelmodulation durch zwei-: malige Phasenmodulation vorzunehmen.

Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur Signalübertragung mittels phaserunodulierter Schwingungen, bei welchem. . eine.

Trägerfrequenz mit einer Schwingung niedrigerer Frequenz und konstanter Amplitude phasenmoduliert wird und diese Schwingung so gewählt ist, daß die Trägerfrequenz Mi Modulationsprodukt praktisch verschwindet und mit dem Signal entweder die Schwingung niedrigerer Frequenz phasenmoduliert oder das Modulationsprodukt amplitudenmoduliert wird. Zum Empfang werden Detektoren ver-

*o wendet» die den senderseitig verwendeten Modulatoren entsprechen: im ersten Fall also zwei hintereinandergeschalte'.e Phasenmodulationsdetektoren und im zweiten Fall als erster Detektor ein Phasenmodulationsdetektor und als zweiter Detektor ein Amplitudenmodulationsdetektor. Das nach diesem Verfahren übertragene Frequenzspektrum sieht anders aus, als wenn man aus einem auf 1 bekannte Weise durch Modulation erzeugten, die Trägerfrequenz enthaltenden Freqirenzspektrran einfach die Trägerfrequenz aussiebt. Das erfindungsgemäße Verfahren macht derartige Siebmittel überflüssig, da die Trägerfrequenz in dem durch Modulation erzeugten Frequenzspektrum nicht oder mit einem vernachlässigbaren Energiebetrag vertreten ist.

Um die Vorgänge beim erfindungsgemäßen Verfahren klarer verständlich zu machen, soll kurz das Ergebnis der Phasenmodulation einer hohen Frequenz mit einer niedrigeren Frequenz mit konstanter Amplitude und einer einfachen harmonischen Form betrachtet werden. Es ist bekannt, daß in einem solchen Fall das ausgestrahlte Frequenzspektrum Komponenten enthält, die proportional sind den verschiedenen Ausdrücken der Reihe

20 J₀ cos wt + J₁ [cos (w + p) t — cos (w — p) t\ + /_a [cos (w -f 2p) t + cos (w — zp) i\

(I

Hierbei ist w die Kreisfrequenz der hohen. Frequenz, ρ die Kreisfrequenz der niedrigen Frequenz, und die Koeffizienten/ sind Besselsehe Funktionen der durch die Indizes angegebenen Ordnung. Der Wert jeder dieser Besselschen Funktionen hängt von dem Winkel ab, um den die Phase der Hochfrequenz durch die modulierende Schwingung geändert wird. Es ist zu erke: jien, daß durch eine solche Modulation eine unendliche Reihe von Seitenfrequenzen auf jeder Seite der ursprünglichen Hochfrequenz entsteht. Alle diese Seitenfrequenzen treten in gleichmäßigen Abständen auf, die gleich der Modulationsfrequenz sind. Die Amplituden der Seitenfrequenzen nehmen schnell immer stärker ab, sobald man sich um einen gewissen Betrag nach jeder Seite von der Trägerfrequenz entfernt, so· daß für alle praktischen Zwecke die Signalenergie sich innerhalb eines endlichen Bandes befindet, dessen Breite durch den Betrag· der Phasendrehung oder die Tiefe der Phasenmodulation festgelegt ist. Diese Bandbreite ist um so größer, je tiefer die Phasenmodulation ist. Es ist zu beachten, daß für den Fall konstanter Modulation keine Unterscheidung zwischen Phasen- und Frequenzmodulation möglich ist. Wenn man die hier beschriebene Modulation als Ergebnis einer der niedrigeren Frequenz entsprechenden Änderung der Trägerfrequenz betrachtet, erhält man das gleiche Spektrum und auch eine physikalisch einfache Darstellung der Ausstrahlung, indem man annimmt, daß eine Hochfrequenzschwingung ihre Frequenz nach" oben und unten zwischen den durch, die Tiefe der Frequenzmodulation festgelegten Grenzen ändert,- Für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist die Auffassung als Phasenmodulation vorgezogen worden.

Es ist erwähnt worden, daß die Koeffizienten / der Gleichung 1 von dem Wirikelbetrag der benutzten Phasenänderung abhängen. Wenn die Phasenabweichung zunimmt, ändern sich die /-Funktionen periodisch um den Wert Null, so daß jede /-Funktion für eine gewisse charakteristische Reihe von Werten der Phasenänderung ver- <j» schwindet. Insbesondere verschwindet J₀, die Besselsche Funktion nullter Ordnung, für eine Phasenänderung von ungefähr 2,4 Bogeneinheiten und dann wieder bei einem Wert, der zwischen 5 und 6 liegt usw., für eine Reihe von Werten, welche leicht einer Tafel dsr Besselschen Funktionen entnommen werden können. Gemäß der Erfindung wird der Betrag der Phasenmodulation der hochfrequenten Schwingung zu 2,4 oder irgendeinem der weiteren möglichen Werte gewählt, bei denen J₀ verschwindet. Auf diese Weise wird ein abgestrahltes Spektrum erhalten, bei dem die Trägerfrequenzenergie im wesentlichen fehlt. Der Wert 2,4 wird gewählt, wenn die Strahlung in einem möglichst engen Band zusammengehalten werden soll, während einer dar höheren Werte gewählt werden kann, wenn ein breiteres* Übertragungsband gewünscht wird.

Da die Vermeidung des Auftretens merklicher Beträge der Trägerfrequenzenergie davon abhängt, daß die Amplitude der niedrigeren Frequenz konstant gehalten wird, darf die Signalspannung, die der niedrigeren Frequenz aufgedrückt wird, bevor diese zur Modulation der hohen Frequenz benutzt wird, die niedrigere Frequenz nicht in der Amplitude, sondern nur in der Phase oder der Frequenz modulieren. Die Mittel zur Phasen- oder Frequenzmodulation der niedrigeren Frequenz sind bekannt und brauchen im ein-

zelnen nicht beschrieben, zu werden. Da die Modulation der niedrigeren Frequenz -deren Amplitude nicht ändert;, beeinflußt sie auch nicht die Tiefe der Phasenmodulation der hohen Frequenz. Das einzige Ergebnis ist vielmehr, daß alle Frequenzkomponenten des ausgestrahlten Spektrums gemäß der veränderlichen Frequenz der Schwingung niedrigerer Frequenz auseinandergezogen oder zusammengedrängt werden. Die Hauptsache, die zu beachten ist, ist,- daß ohne Rücksicht auf die Signalmodulation die ausgestrahlte Energie praktisch frei von einem merklichen Energieanteil von Trägerfrequenz ist.

Da die neue Modulation und die Gleichrichtung von Empfangsschwingungen, die erfin dungsgemäß moduliert sind, durch geeignete Zusammenschaltung an sich bekannter Einrichtungen durchgeführt werden kann, sind in den beiliegenden Abbildungen solche an sich bekannten Einheiten und Teile- einer Übertragungsanlage lediglich durch Rechtecke angedeutet, um die Beschreibung nicht unnötig lang zu machen.

Die Abb. 1 zeigt schematisch 'eine Schaltung zur Modulation von Schwingungen gemäß der Erfindung und zu deren Demodulation; die Abb. 2 zeigt eine abgeänderte Schaltung.

Gemäß Abb. 1 ist eine Hochfrequenzquelle 1 mit einem Phasenmodulator 3 verbunden, dessen Ausgangskreis zu dem Verbraucher 5, z. B. einer Senderantenne oder einer Übertragungsleitung, führt. Die dem Modulator 3 zugeführte Hochfrequenz wird entsprechend der Ausgangsspannung des Phasen- oder Frequenzmodulators 4 moduliert, dem von einer Quelle 2 aus Energie niedrigerer Frequenz zugeführt wird. Diese Energie niedrigerer Frequenz wird in der Einrichtung 4 mit den von der Signalquelle 6 kommenden Spannungen frequenzmoduliert. Wenn keine Signale eintreffen, geht die niedrigere Frequenz umgeändert von der Quelle 2 durch den Modulator 4 hindurch und moduliert die Hochfrequenz, die dem Modulator 3 aufgedrückt wird, bis zu einer Phasenänderung von 2,4 Bogeneinheiten oder irgendeinem anderen festen Wert, für den die Besselsehe Funktion nullter Ordnung verschwindet. Die so modulierte Hochfrequenz wird dann dem Verbraucher 5 zugeführt. Wenn Signalspannungen vorhanden sind, wird die Frequenz, aber nicht die Amplitude der dem Modulator 3 zugeführten modulierenden Frequenz verändert, so daß das an den Verbraucher 5 gelieferte Frequenzspektrum nicht hinsichtlich der relativen Amplituden, sondern nur hinsichtlieh des Frequenzabstandes zwischen den Komponenten verändert wird.

Der rechte Teil der Abb. 1 zeigt eine Anno Ordnung zum Empfang der" doppelt modulierten, dem Verbraucher zugeführten Welle.

Eine .Aufnahmeeinrichtung7, z.B. eine Antenne für den Fall der Energieausstrahlung oder die Klemmen einer Übertragungsleitung im Falle der Drahtübertragung, empfängt die doppelt modulierte Welle und führt diese einem abgestimmten oder selektiven Teil 8 zu, der so abgestimmt ist, daß ein ausreichend breites Frequenzband in der Umgebung der Trägerfrequenz aufgenommen werden kann. Dieses Frequenzband wird dem Phasenmodulationsdetektor 9 zugeführt. Der Ausgangskreis des Detektors 9 enthält die Spannung der niedrigeren Frequenz, die mit den zu übertragenden Signalen frequenzmoduliert ist, d. h. ⁷^ also, eine ebensolche Spannung wie die, die dem Modulator 3 vom Modulator 4 aus aufgedrückt wird. Diese niedrigere Frequenz wird einem für diese Frequenz selektiven Teil ι ο zugeführt, dessen Ausgangskreis wieder mit einem Phasen- oder Frequenzmodulationsdetektor 11 verbunden ist. Die benutzte Detektortype entspricht der bei 4 benutzten Modulatortype. Die im Ausgangskreis entstehenden Signale entsprechen den Ursprung- ⁸S liehen Signalen, die von der Quelle 6 geliefert werden. Diese Signale werden dem Verbraucher 14, z. B. einem Lautsprecher, zugeführt. Selbstverständlich können an der einen oder der anderen Stelle Verstärker 'eingefügt werden, um den für den Verbraucher 14 erforderlichen Pegel zu erhalten.

Die Schaltung nach Abb. 2 entspricht der nach Abb. 1 insoweit, ,als die von der Quelle 1 gelieferten Wellen hoher Frequenz im Modulator 3 mit den Schwingungen niedrigerer Frequenz, die von der Quelle 2 geliefert werden, moduliert werden und die Modulation bis zu einem der obenerwähnten kritischen Werte erfolgt. Anstatt nun die Frequenz der niedri- ·οο geren Frequenz zu modulieren, wird die Signalspannung der Quelle 6 dazu benutzt, die Amplitude im Ausgangskreis des Modulators 3 dadurch zu modulieren, daß sowohl der Ausgang des Modulators 3 als auch der Ausgang der Quelle 6 einem AmplitudenmodulatoT 12 zugeführt werden, der seinerseits mit dem gewünschten Verbraucher 5 verbunden ist. In diesem Fall hat das Spektrum im Ausgangskreis von 5 Komponenten, deren Frequenzabstand konstant ist und deren relative Amplituden konstant sind; jedoch werden alle Amplituden entsprechend der Signalspannung der Quelle 6 verändert.

Die Empfangsanordnung für die Modulationsschaltung gemäß Abb. 2 ist dementsprechend gegenüber dem nach Abb. 1 etwas abgeändert. Die Anordnungen zur Aufnahme, Selektion, Phasenmodulationsgleichrichtung und Selektion der tieferen Frequenz, angedeutet durch die Rechtecke 7, 8, 9, 10, sind gleich den entsprechenden Anordnungen nach

Abb. ι; die endgültige Gleichrichtung der niedrigeren Frequenz wird jedoch mittels eines üblichen Amplitudenmodulationsdetektors 13 vorgenommen, dessen Ausgangskreis mit dem Verbraucher 14 verbunden ist.

Aus den Schaltungsanordnungen ist zu erkennen, daß das charakteristische Fehlen eines merklichen Betrages an Trägerfrequenzenergie vorhanden ist, obgleich eine Modulation mit den gewünschten Signalen erfolgt.

Es ist noch zu bemerken, daß bei der Benutzung von an sich bekannten Frequenzvervielfachern zur Erzielung "der phasenmodulierten Hochfrequenz die Tiefe der Phasenmodulation immer derart sein muß, daß die endgültige Frequenz, die durch die Vervielfachung erhalten wird, in ihrer Phase entsprechend einem der obenerwähnten kritischen Werte moduliert ist, so daß entsprechend der Erfindung in dem ausgestrahlten Spektrum verhältnismäßig wenig Trägerfrequenzenergie vorhanden ist.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Signalübertragung mittels phasenmodulierter Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägerfrequenz mit einer Schwingung niedrigerer Frequenz und konstanter Amplitude phasenmoduliert wird und diese Schwingung so gewählt ist, daß die Trägerfrequenz im Modulationsprodukt praktisch verschwindet und mit dem Signal entweder die Schwingung niedrigerer Frequenz phasenmoduliert oder das Modulationsprodukt amplitudenmoduliert wird.
2. Verfahren zum Empfang der nach Anspruch 1 erzeugten phasenmodulierten Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfänger zwei Detektoren von derselben Art wie die senderseitig verwendeten beiden Modulatoren verwendet werden, d. h. also im ersten Fall zwei Phasenmodulationsdetektoren und im zweiten Fall als erster Detektor ein Phasenmodulationsdetektor und als zweiter Detektor ein Amplitudenmodulationsdetektor.
3. Verfahren nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägerschwingung mit einem kleineren Phasenhub moduliert und dann in ihrer Frequenz so weit vervielfacht wird, bis ein die Trägerfrequenz im Modulationsprodukt zum Verschwinden bringender Phasenhub erreicht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

BERLlW. GEDRUCKT IN hVAI