DE841158C

DE841158C - Verfahren zur Symmetrierung des Frequenzhubes, insbesondere in Breitbandschaltungen mit Frequenzmodulation

Info

Publication number: DE841158C
Application number: DEB11964A
Authority: DE
Inventors: Paul Barkow
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-10-14
Filing date: 1950-10-14
Publication date: 1952-06-13

Description

Verfahren zur Symmetrierung des Frequenzhubes, insbesondere in Breitbandschaltungen mit Frequenzmodulation Beide Erzeugungsarten der Frequenzmodulation, die Anodenmodulation und die Blindröhrensteuerung, lassen sich auf Blindwertsänderungen des Oszillatorschwingkreises zurückführen. Selbst wenn man völlig linear modulierende Änderungen um beispielsweise ± d C (d L) voraussetzt, weist die entstehende Hubkurve eine von der Größe des Frequenzhubes abhängige Unsymmetrie auf. Diese kann bei geringen Nutzbandbreiten (für 2o bis 3o T f-Kanäle) größenordnungsmäßig, z. B. bei 9 bis io N Klirrdämpfung, liegen und gegenüber den Klirrwerten der empfangsseitigen Demodulation, die beispielsweise eine Größenordnung von 3 bis 5 N aufweisen, ohne weiteres vernachlässigt werden. Wesentlich anders sieht es bei Breitbandübertragungen mit ioo und mehr Kanälen aus, wo man je nach der Sendewellenlänge durch die Unsymmetrie der Hubkurve bereits sendeseitig zu Klirrdämpfungen von q. bis 6 N kommt, so daß die für hohe Kanalzahlen notwendigen Gesamtklirrdämpfungen von bt = 8 N und mehr für Modulation und Demodulation nicht mehr erreicht werden können.
Dieser Symmetriefehler der Hubkurve hat folgende Ursache Setzt man für den Schwingkreis LC des zu modulierenden Oszillators mit der Frequenz c), bzw. 'f, völlig lineare Blindwertsänderungen ± d C durch die modulierende Amplitude voraus, bezeichnet die untere Hubfrequenz mit co' bzw. f', die obere Hubfrequenz mit co" bzw. f", so erhält man als relative Hubfrequenzen In erster Näherung kann man als Lösungen der . Gleichungen (i) und (2) setzen wobei für den Frequenzhub H der zu f8 relative Frequenzhub H, eingeführt ist, für den die Beziehung gilt Als strenge Lösungen der Gleichungen (i) und (2) erhält man nach dem erweiterten binomischen Lehrsatz übereinstimmend mit der Funktion y = (i + X) a bei beliebig gebrochenen Exponenten a für den genauen relativen Frequenzhub H,* H, * = ± H, (1 ± i',5 H, + 2,5 H, 2 #E 4,375 H, 3 + 7,875 H,' ± 14,44 Hr 5 ' . . .) . (6) Die L'nsymmetrie der Hubkurve wird somit dadurch verursacht, daß die Gleichungen (i) und (2) für die relativen Hubfrequenzen gebrochene irrationale Funktionen sind, deren Lösungen nach Gleichung (6) zu konvergenten unendlichen Potenzreihen mit gleichem und wechselndem Vorzeichen führen, wobei die wechselnden Vorzeichen den unsymmetrischen Charakter der Hubkurve kennzeichnen. Berücksichtigt man, daß H, in der Größenordnung 10- 2 ... lo-'liegen kann, so ist der Klammerausdruck zunächst gleich i zu setzen, und man erhält mit großer Genauigkeit für den Grundwert des relativen Symmetriefehlers du = + 1,5 Hr.
Für die Klirrdämpfung bx_ ergibt sich dann (las sind z. B. für H, = 1o-2 ... 1o-' bk-= - 4,9 ... 9,5 N. , Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung beseitigt den Nachteil ungenügender Klirrdämpfungen infolge Lnsymmetrie der Hubkurve durch eine künstliche Symmetrierung, die den relativen Grundfehler d9 zum Verschwinden bringt und nur noch Symmetriefehler höherer Ordnung übrig läßt. Diese künstliche Symmetrierung der Hubkurve wird in folgender Weise bewirkt: a) Die modulierende Amplitude oder die Kennlinie der Blindröhre eines zu modulierenden Schwingungserzeugers erhält eine zu dem Grundfehler inverse Vorverzerrung, die den mit der Modulation verbundenen Symmetriefehler ausreichend korrigiert und im folgenden mit Symmetriefehlerkorrektion bezeichnet wird.
b) Die unterschiedlichen Frequenzen von zwei mit gleicher Nachricht gegenphasig frequenzmodulierten Schwingungserzeugern werden anschließend einer Mischung unterzogen, bei der für den annähernd doppelten Hub der Differenzfrequenz die Symmetriefehler der frequenzmodulierten Einzelfrequenzen sich kompensieren und die im folgenden mit Symmetriefehlerkompensation bezeichnet wird.
Die Abb. i und 2 veranschaulichen einige Ausführungsbeispiele einer Symmetriefehlerkorrektion zu a), ohne die Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens hierauf zu beschränken. Die Schaltungsanordnung in Abb. i enthält im wesentlichen zwei Gegentaktmodulationsverstärkerendröhren i und 2, einen Gegentaktübertrager 3, der neben der Primär-und Sekundärwicklung zwei weitere getrennte Rückkopplungswicklungen besitzt. Abhängig von der modulierenden Amplitude wird über den Kopplungswiderstand 5 die Röhre i so mitgekoppelt und über den Kopplungswiderstand 6 die Röhre 2 so gegengekoppelt, daß die über die Röhre i verstärkte Halbwelle um einen Korrektionsfaktor q vergrößert und die über die Röhre 2 verstärkte Halbwelle um einen hierzu inversen Korrektionsfaktor verkleinert wird. Ein anderes Ausführungsbeispiel mit gegen-und mitläufig zur Änderung der modulierenden Amplitude durchlässigen Gleichrichteranordnungen 7 und 8, die vor der Gegentaktschaltung des Modulationsverstärkers (Röhren 9 und io) liegen, zeigt Abb.2. `"eitere Ausführungsmöglichkeiten durch unmittelbare Kennlinienbeeinflussungder Modulationsverstärkerröhre oder der Blindröhre einerBlindröhren-Steuerung sind in Abb. 3 nur hipsichtlich der Kennlinienänderung schematisch angedeutet.
Wählt man den Korrektionsfaktor entsprechend dem Grundwert des relativen Symmetriefehlers q=I+dv=i+I,5H" so ergibt sich für den relativen Restfehler d, nach der strengen Ableitung wie für Gleichung (6) 4, - I,125 ' H, 2 (I - 5,5 H, + o,75 H,.'- 24,375 H, 3 + - . . .) . Der Grundwert 1,5 H, des relativen Symmetriefehlers ist also - völlig beseitigt. Dem Restfehler höherer Ordnung entspricht, wenn man nach Gleiclinn #- (8) auf zurückbezieht und den Klammerausdruck wie bei Gleichung (7) gleich i setzt, eine verbesserte Klirrdämpfung bk_ Durch die Symmetriefehlerkorrektion wird somit ein wesentlicher technischer Fortschritt, nämlich eine Verdopplung der ursprünglichen Klirrdämpfung bk, erzielt.
Ein Ausführungsbeispiel einer Symmetriefehlerkoinpensatic»n zu b) gemäß der weiteren Erfindung veranschaulicht die Abb.4, ohne die Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens hierauf zu beschränken. Ans dem Modulationsverstärker M V werden die Frequenzmodulatoren FM i mit der Frequenz f1 und FM 2 mit der Frequenz f2 mit der gleichen Nachricht moduliert. Dem Modulator F M i ist ein Dämpfungsregler R vorgeschaltet, mit dem der relative Frequenzliub H,, von f, im Verhältnis zu dem relativen Frequenzhub H,, von f 2 variiert werden kann. Die Modulation von F.I12 erfolgt gegenüber FM i nach der eingezeichneten Adernkreuzung um i8o° in der Phase vertauscht. Die in der Mischstufe M i entstehende Differenzfrequenz (f, - f,) mit annähernd doppeltem Frequenzhub der Einzelfrequenzen wird darin entweder unmittelbar oder nach weiterer Vervielfachung (Vervielfacherstufe V v) und Verstärkung (Verst;irker V i) in der Mischstufe M 2 mit einem unmodulierten Träger gemischt und mit dem Sendeverstärker V 2 zur eigentlichen Sendefrequenz verstärkt.
Mit dem Dämpfungsregler R läßt sich das Verhältnis der relativen Frequenzhübe H,JH,, in Abhängigkeit von dem Frequenzverhältnis auf eine optimale Klirrdämpfung abstimmen. Nach Abb.5 liegt dieses Optimum auf der geometrischen Mitte zwischen Für f I > f 2 bedeutet dies, daß man erfindungsgemäß mit dem Dämpfungsregler R in Abb. 4 eine Dämpfung von für das Optimum der Klirrdämpfung einstellen muß. In diesem Fall erhält man als strenge Lösung für den genauen relativen Frequenzhub H,j* der Differenzfrequenz (f, - f,): Der Grundwert des Symmetriefehlers im Klammerausdruck wird somit völlig kompensiert. Für den relativen Restfehler höherer Ordnung und für die durch Kompensation verbesserte Klirrdämpfung ergibt sich Den Verlauf von d" b abhängig von -zeigt Kurve c in Abb. 6. Für f 1/f a ° 1,35 wird d" b = o. In diesem Fall wird durch die Symmetriefehlerkompensation gemäß vorliegender Erfindung eine glatte Verdreifachung der ursprünglichen Fehlerdämpfung bx", erreicht. _ Für Werte fl%fQ < 1,35 wird bk_ > 3 bk_, für Werte fr/fz > 1,35 wird br.: kleiner als 3 bx, Da bx., außerdem infolge Änderung des relativen Frequenzhubes zu beiden Seiten von 1,35 wächst bzw. fällt, ist der Gewinn an Klirrdämpfung mit abnehmendem f ,/f ,-Verhältnis noch erheblich größer. Dieser Gewinn muß aber mit einer entsprechend höheren gegenseitigen Konstanz der beiden Einzelfrequenzen f1 und f, erkauft werden. So wird bei den errechneten Werten für fr;'f2 = 1,3 und frlfa = i,i3 in Abb. 6 mit einem d" b-Unterschied von 0,75 N durch zusätzliche Erhöhung von bk., insgesamt ein um rund 3 N höherer b.,- Wert erreicht, aber zugleich die Anforderung an die gegenseitige Konstanz der Schwingungserzeuger f1 und f2 von io-b auf 5 - io-', also um irj, Zehnerstufen erhöht. Das Verhältnis von f ,l f z bei der Kompensationsschaltung kann daher erfindungsgemäß nach einem wirtschaftlich ,tragbaren Aufwand für die gegenseitige Konstanz K der Schwingungserzeuger fr und f 2 auf Grund folgender Beziehungen gewählt werden für H, = ' ist die Hubverdopplung und Vervielfachung entsprechend zu berücksichtigen. Hierbei bleibt der Klirrdämpfungsverlust innerhalb des Verstimmungsbereichs der beiden Einzelschwingungen f I und f 2 gleich oder kleiner als 0,7 N. Gemäß der weiteren Erfindung wird für extrem ungünstigen relativen Frequenzhub, z. B. H, > io-a für sehr breite Nutzbänder, großen Frequenzhub und relativ große Wellenlänge, vor der Kompensation der Symmetriefehler der Frequenzhübe von zwei mit der gleichen Nachricht gegenphasig frequenzmodulierten Schwingungen unterschiedlicher Frequenz eine Symmetriefehlerkorrektion der Frequenzhübe der Einzelschwingungen vorgenommen.
Mit dieser Vorkorrektion wird bereits eine Verdopplung der ursprünglichen Klirrdämpfung, mit der anschließenden Kompensation eine weitere Verdreitachung gewonnen, so daß insgesamt das 3 - 2 = 6fache der ursprünglichen Klirrdämpfung erzielt werden kann. Den erheblichen technischen Fortschritt dieses Verfahrens einer Kompensation bereits vorkorrigierter Symmetriefehler veranschaulicht folgendes Beispiel: Angenommen Hub H = io MHz Sendefrequenz f = ioo MHz. 1 Dann ergibt sich Bei der bereits recht erheblichen Größe des Symmetriefehlers, der einer Klirrdämpfung von nur 2,6 N entspricht, wären keine brauchbaren Übertragungsbedingungen mehr gegeben. Nach einer Hubsymmetrierung mit Vorkorrektion und anschließender Kompensation werden mit Ex., = 6 - 2 - 6 = 15,6 N auch in extremen Grenzfällen gute Übertragungsbedingungen erreichbar sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Symmetrierung des Frequenzhubes, insbesondere in Breitbandschaltungen, bei Frequenzmodulation mit völlig linear modulierenden Blindwertsänderungen der Oszillatorschwingkreisschaltung(en), dadurch gekennzeichnet, daß die beim Modulationsvorgang entstehende Unsymmetrie des Frequenzhubes mittels einer zum Symmetriefehler inversen Vorverzerrung der modulierenden Amplitude oder Blindröhrensteuerung korrigiert wird oder/und dadurch gekennzeichnet, daß die beim Modulationsvorgang ,entstehenden annähernd gleichen Symmetriefehler der Frequenzhübe von zwei mit der gleichen Nachricht gegenphasig frequenzmoduliertenOszillatorschwingungen bei ihrer Mischung sich für den etwa doppelten Frequenzhub der Differenzfrequenz kompensieren.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrektionsfaktor der zu dem Symmetriefehler inversen nichtlinearen Vorverzerrung der Kennlinie des Modulationsverstärkers' oder der Blindröhre der Blindröhrensteuerung gleich dem Grundwert des relativen Symmetriefehlers gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorverzerrung eine Gegentaktschaltung verwendet wird, deren eine Röhre mitgekoppelt ist, derart, daß die dadurch verstärkte Halbwelle der Modulationsamplitude um den Korrektionsfaktor vergrößert wird und deren zweite Röhre gegengekoppelt ist, derart, daß die andere Halbwelle der Modulationsamplitude um den reziproken Korrektionsfaktor verkleinert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Mit- und Gegenkopplung der einen Gegentaktröhre eine zur wachsenden Modulationsamplitude mitläufig durchlässige, der zweiten Röhre eine entsprechend gegenläufig durchlässige Gleichrichteranordnung vorgeschaltet ist, derart, daß die eine Halbwelle der Modulationsamplitude um den Korrektionsfaktor vergrößert und die andere Halbwelle um den reziproken Korrektionsfaktor verkleinert wird.
5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Kompensation der Symmetriefehler der Frequenzhübe von zwei mit der gleichen Nachricht gegenphasig frequenzmodulierten Schwingungserzeugern unterschiedlicher Frequenz die aus der Mischung beider Frequenzen gewonnene Differenzfrequenz mit etwa doppeltem Frequenzhub der Einzelfrequenzen entweder unmittelbar oder nach weiterer Vervielfachung und Verstärkung mit einem unmodulierten Träger zur eigentlichen Sendefrequenz mit künstlicher Hubsymmetrierung gemischt und verstärkt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Reglers vor einem der beiden Schwingungserzeuger das Verhältnis der relativen Frequenzhübe beider Einzelschwingungen verändert und hiermit bei der Mischung auf optimale Kompensation der Einzelfehler im Frequenzhub der Differenzfrequenz abgestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der relativen Frequenzhübe beider Einzelschwingungen gleich der Quadratwurzel ihres Frequenzverhältnisses gewählt wird bzw. daß für f1 > f2 mit dem Dämpfungsregler der Frequenzhub von f 1 gegenüber dem von f, um b = l n f 1/ f 2 verringert wird, derart, daß hierbei das Kompensationsoptimum auftritt. B.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzverhältnis f 1/ f 2 nach einer wirtschaftlich tragbaren gegenseitigen Konstanz der beiden Einzelschwingungen gewählt wird, derart, daß der Klirrdämpfungsverlust innerhalb des Verstimmungsbereichs gleich oder kleiner als 0,7 N bleibt.
9. Verfahren nach Anspruch i und einem oder mehreren der folgenden und Anspruch 5 und einem oder mehreren der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensation der Symmetriefehler der Frequenzhübe von zwei mit der gleichen Nachricht gegenphasig frequenzmodulierten Schwingungen unterschiedlicher Frequenz eine Symmetrielehlerkorrektion der Frequenzhübe der Einzelschwingungen vorangeht, derart, daß durch die vorangehende Korrektion eine Verdopplung und durch die anschließende Kompensation eine Verdreifachung der Klirrdämpfung insgesamt das 3 - 2 = 6fache der ursprünglichen Klirrdämpfung gewonnen wird. Angezogene Druckschriften Deutsche Patentschriften - Nr. 586 o83, 164 758; schweizerische Patentschrift Nr. 229 965; USA.-Patentschrift Nr. 2 504 050.