DE854373C - Einrichtung zur Impulsphasenmodulation - Google Patents

Description

(WGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 4. NOVEMBER 1952

2ia^lD

Glarus (Schweiz)

Für Mehrkanalmodulation mittels des Impulsverfahrens ist es bekannt, von einer Sinusschwingung auszugehen und mittels einfacher Phasenschieber eine der benötigten Kanalzahl entsprechende Zahl von phasenversetzten Schwingungen daraus abzuleiten, jeweils in den Nulldurchgängen dieser Sinuswellen einen Impuls zu bilden und alle diese Impulse nach getrennter Modulation zu der endgültigen Mehrkanalimpulsfolge zusammenzufassen.

In der Fig. ι ist dieser Fall beispielsweise für eine 3-Kanal-Übertragung dargestellt. Jede der drei Schwingungen a₀, b₀, C₀, welche drei Sinusspannungen sein können, folgt sich mit einem Phasenunterschied

von jeweils --° = I2O°. Bei jedem positiven Kurvendurchgang ί — positiv) durch die Nullinie, also in den Zeitpunkten A', B', C, A", B" usw., entstehen die Impulse A, B, C in zyklischer Reihenfolge. Sie folgen sich in äquidistanten Zeitpunkten AP und stellen gleichzeitig den Betriebsfall für die Modulation = ο dar. Die Sinusschwingungen können nun vor der Impulsbildung je einer von drei unter sich unabhängigen Modulationsschwingungen überlagert werden. Dadurch erfahren die Nulldurchgänge der einander überlagerten Schwingungen zeitliche Verschiebungen. Wenn nun in den Zeitpunkten der positiven Nulldurchgänge Impulse gleicher Amplituden ausgelöst werden, so ergibt sich daraus eine 3-Kanal-Impulsphasenmodulation.

In der Fig. 2 ist der Grundgedanke dieser Modulation für den Übertragungskanal A dargestellt. U_M stellt ein herausgeschnittenes Stück der modulierenden Spannung dar. Dieser Spannung ist die Sinus-

spannung a_oüberlagert,und es ergibt sich die tatsächliche steuernde resultierende Spannung a_M. Ihre Nulldurchgänge TV', N" durch die Zeitlinie t liegen, wie aus der Figur ersichtlich, nicht mehr auf den ursprünglichen äquidistanten Punkten A P, sondern sie sind gegenüber diesen um die Zeitwerte -\- φ', —φ" usw. verschoben. IhreVerschiebung gegenüber den äquidistanten Punkten ist das Maß für ihre Phasenmodulation.

Der Vorteil dieser Mehrkanalmethode mit phasenverschobenen Sinuswellen besteht darin, daß die Nulldurchgänge einer Sinuswelle unabhängig von Alterung und Betriebsspannung der Verstärkerröhren äquidistant bleiben, so daß auch bei großen Kanalzahlen keine Verschiebungen entstehen können und somit keine Störungen zu befürchten sind. Dagegen besitzt die genannte Methode zur Impulsphasenmodulation die Nachteile einer nicht unerheblichen Nichtlinearität, die darauf beruht, daß die aus der Modulationsspannung U_M herausgegriffenen momenao tanen Werte u', u" usw., wie aus der Fig. 2 leicht ersichtlich ist, nicht ebenfalls in den äquidistanten Punkten A P herausgegriffen werden, sondern mit den Nulldurchgängen der resultierenden Summenspannung UM zusammenfallen. Ihre zeitliche Verschiebung, die übrigens mit der gewünschten zeitlichen Verschiebung der phasenmodulierten Impulse übereinstimmen kann, stellt ein Maß dar für die Größe der sich ergebenden nichtlinearen Verzerrungen bei dieser erwähnten Modulationsart.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die beschriebene Fehlerquelle der nichtlinearen Spannungsabgreifung zu beseitigen, d. h. die Erfindung soll es möglich machen, die aus der modulierenden Spannung herausgegriffenen momentanen Spannungswerte in genau äquidistanten Punkten folgen zu lassen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur verzerrungsarmen Impulsphasenmodulation, bei der eine sinusförmige Wechselspannung höherer Frequenz einer modulierenden Spannung überlagert wird und wobei in Zeitpunkten von Nulldurchgängen der Summe der beiden Spannungen kurzzeitige Impulse ausgelöst werden.

Bei der Erfindung sind Mittel vorgesehen zur Erzeugung von rechteckförmigen Impulsspannungen aus einer Sinusspannung konstanter Frequenz, wobei die jeweilige Höhe der Impulsspannungen den in äquidistanten Zeitpunkten vorhandenem momentanen Wert der Modulationsspannung proportional ist und daß diese Impulsspannungen einer synchronen, wenigstens angenähert sinusförmigen Spannung überlagert sind, wobei der Beginn der Impulse in bezug auf jeden zweiten Nulldurchgang der sinusförmigen Spannung zeitlich mindestens um einen Winkel von vorauseilt und daß in den zugehörigen Zeitpunkten der Nulldurchgänge der Summenspannung phasenmodulierte Impulse ausgelöst werden, die in bezug auf die modulierende Spannung verzerrungsarm moduliert sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 3.

Ein Steuergeneratori liefert eine Sinusspannung e_v Die Frequenz dieser Spannung wird zweckmäßig mindestens gleich der zweifachen der höchsten zu übertragenden Modulationsfrequenz gewählt mit Rücksicht auf Kleinhalten von nichtlinearer Verzerrung im oberen Grenzfrequenzgebiet. Mittels eines Phasen-Schiebers, bestehend aus dem Längskondensator 2 und dem Parallelwiderstand 2_a wird eine dazu um etwa 90⁰, mindestens aber um 45 ° verschobene Spannung e₂ erzeugt, die über einen gegenüber dem Gitterkathodenwiderstand hohen Längswiderstand 2_h auf das Gitter einer Röhre 3 gelangt. Durch Gitterstrombegrenzung in dieser Röhre während der positiven Halbperiode einerseits und Sperrung des Anodenstromes in der negativen Halbperiode andererseits entsteht ein trapezförmiger Anodenstrom i₃ (Fig. 4c). Dieser durchfließt eine Differenzierdrossel 4 und den parallel geschalteten Dämpfungswiderstand 5. In den Zeitpunkten I₁, t₂ usw. der Nulldurchgänge der Steuerspannung e₂ erfolgt ebenfalls die steile Änderung des Stromes i_s durch die Drossel 4, wodurch Spannungsimpulse e₄ (Fig. 4a) entstehen. Die Zeitdauer der Impulse ist dabei so gewählt, daß sie 3% der Periodendauer der zu übertragenden höchsten Modulationsfrequenz nicht übersteigt. Die aufeinanderfolgenden Impulse fallen zeitlich mit den Nulldurchgangspunkten t_lr t₂ ... der Spannung e₂ zusammen und sind jeweils entgegengesetzt polarisiert. Diese Impulse werden dem einen Gitter 6₀ einer Hexode 6 zugeführt, und zwar so, daß nur während der Spitzen der positiven Impulse Anodenstrom fließt. Dem anderen Gitter 6 & der Hexode wird über einen Blokkierungskondensator die Modulationsspannung e_M zugeführt. Die Gittervorspannung M₆ dieses Gitters ist so gewählt, daß die Anodenstromimpulse »'„', i_B" usw. linear proportional zur Modulationsspannung £_M amplitudenmoduliert werden. Am Anodenwiderstand 7 entstehen entsprechende amplitudenmodulierte Spannungsimpulse e_n. An der Anode der Röhre 6 ist über einen Kondensator 8 die Kathode K einer Diode 9, deren Anode A an der Erde liegt, sowie die Anode A der Verstärkerröhre 10, deren Kathode an Erde liegt, ferner das Steuergitter der Röhre 11 angeschlossen. Wenn am Gitter der Röhre 6 ein positiver Impuls auftritt, wird die Anodenspannung entsprechend verringert. Dabei lädt sich der Kondensatorbelag 8₀ gegenüber dem Kondensatorbelag 8 _b rasch negativ auf, wobei der erforderliche Ladestrom über die Diode 9 zufließt. Mit Verschwinden des Impulses an der Röhre 6 erhöht sich die Anodenspannung wieder auf den früheren Ruhewert, wodurch der Kondensatorbeleg 8 _b eine ppsitive Spannung gegen Erde annimmt. Diese Spannung e_sb bleibt linear proportional den Momentanwerten in den Zeitpunkten Z₁, t₂ ... der modulierenden Spannungen am Gitter 6_b zunächst gespeichert, da die Diode 9 stromlos geworden ist und die Röhre 10 infolge der in dieser Phase negativen Gitterspannung eg₁₀ gesperrt ist. Die Steuerung dieser Röhre erfolgt in Phase mit der Spannung e_x direkt vom Steuergeneratori. Die Spannung e_sb bleibt zunächst auf dem aufgeladenen Wert erhalten, bis dann nach etwa einer Halbperiode, während der die Steuerspannung an der Röhre 10 positiv und die Anodenkathodenstrecke leitend geworden ist, der ursprüngliche Ladeszustand sich wieder herstellt, d. h. die Spannung e_sb gegen Erde wieder verschwindet. Die modulierte Impulsspannung e_ab fällt periodisch wieder

nach etwa einer halben Schwingungsdauer auf Null ab. Am Gitter der Röhre ii entstehen somit aus einer ursprünglichen Sinusspannung e_x konstanter Frequenz rechteckförmige Impulsspannungen e_sb, deren jeweilige Höhe den in äquidistanten Zeitpunkten Z₁, t₂ vorhandenen Momentanwerten der Modulationsspannung e_M proportional sind.

Die rechteckförmigen Spannungen bleiben jeweils über etwa eine Viertel- bis eine Halbperiode gespeichert. Vom Steuergenerator ι wird die Steuerspannung e_x auch dem Steuergitter der Röhre n_a zugeführt. Die Anode der Röhre n_a ist mit der Anode . der Röhre ii parallel geschaltet. Am Koppelkondensator i6 tritt eine der Steuerspannung ^₁ entsprechende Spannung e{ auf, welcher eine der Impulsspannung e_sb entsprechende Spannung e_sb überlagert ist. Ihr zeitlicher Verlauf ist e₁₆ in Fig. 4g. Die Überlagerung beginnt im Ablauf des negativen Scheitels und endet etwa im Zeitpunkt des positiven Scheitels.

Die Impulsspannung ist dem angenähert linearen Teil der ansteigenden Flanke der-sinusförmigen Steuerspannung überlagert. Der Beginn der Überlagerung eilt zeitlich um einen Winkel von angenähert 45⁰ bis 90⁰ dem positiv ansteigenden Nulldurchgang

^a^ j™ = positiv), also jedem zweiten Nulldurchgang

der sinusförmigen Steuerspannung voraus.

Der Nulldurchgang der Summenspannung e₁₆ ist gegenüber dem Nulldurchgang der Steuerspannung e_x' im Zeitpunkt I₁' um den zeitlichen Winkel T₁ verschoben. Die überlagerten Spannungswerte sind verhältnismäßig klein, so daß die davon abhängigen Phasenabweichungen I₁, t₂ ... usw. proportional zu den Spannungswerten e_sb und damit auch zu dem entsprechenden Momentanwerten der Modulationsspannung e_M in den äquidistanten Zeitpunkten I₁, t₂ ... sind. Jeder zweite Nulldurchgang t_ml, t_m2 usw. der Spannung e_u ist somit gemäß den in äquidistanten Zeitpunkten herausgegriffenen Momentanwerten der Modulationsspannung zeit- bzw. phasenmoduliert.

Die Spannung e_le wird ähnlich wie bei der Röhre 3 über einen hohen Widerstand 12 dem Gitter der Pentode 13 zugeführt. Im Anodenkreis der Pentode liegt die Differenzierdrossel 14 mit dem Dämpfungswiderstand 15. Der Anodenstrom J₁₃ durch das Rohr 13 weist einen Verlauf gemäß der Fig. 2 h auf. Es entstehen an der Drossel kurzzeitige Impulse jeweils in den Nulldurchgängen t_ml, Z₁", t_m2, t₂" usw. Diese Impulse werden dem Gitter der Röhre 17 zugeführt, dessen Vorspannung so gewählt ist, daß die negativen Impulse in den Zeitpunkten t_x", t₂" .. . abgeschnitten werden und nur die positiven Stromimpulse J₁₇ in den Zeitpunkten t_ml, t_m2 ... durchgelassen werden.

Die Stromimpulse Z₁₇ entstehen in den Zeitpunkten t_mv t_m2 usw. der Nulldurchgänge. Es werden demnach in einem Zeitpunkt eines Nulldurchganges der Summe der beiden Spannungen S₁ und e_sb innerhalb einer Impulsperiode je ein phasenmodulierter Impuls ausgelöst, deren Modulation linear den in äquidistanten Punkten herausgegriffenen Spannungswerten der Modulationsspannung erfolgt. Die Phasenmodulation erfolgt gemäß der modulierenden Spannung grundsätzlich verzerrungsfrei.

Statt der periodischen Auf- und Entladung des Kondensators 8 innerhalb einer Viertel- bis einer Halbperiode der Impulsfolge gemäß Fig. 4 ε kann auch eine Speicherung der Ladung über die ganze Periode angewandt werden, wobei der Kondensator jeweils bis zum nächsten Impuls konstant geladen bleibt und dann erst auf einen neuen, dem neuen Impuls entsprechenden Ladungszustand, übergeht. Da dieser Ladungszustand sowohl über als auch unter dem alten Ladungszustand liegen kann, genügt dann ein einfacher Diodenschalter nicht mehr, der nur in einer Richtung schalten kann. Man benötigt vielmehr einen zweiseitigen Schalter, der in bekannter Weise aus einer Zusammenschaltung von zwei oder vier Dioden aufgebaut sein kann.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur verzerrungsarmen Impulsphasenmodulation, insbesondere bei Mehrkanalübertragungen, bei der einer sinusförmigen Wechselspannung höherer Frequenz eine modulierende Spannung überlagert wird und wobei in Zeitpunkten von Nulldurchgängen der Summe der beiden Spannungen kurzzeitige Impulse ausgelöst werden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind zur Erzeugung von rechteckförmigen Impulsspannungen (e₈₆) aus einer Sinusspannung (e₂) konstanter Frequenz, wobei die jeweilige Höhe der Impulsspannungen (e_sb) den in äquidistanten Zeitpunkten (Z₁, t₂ ...) vorhandenen Momentanwerten der Modulationsspannung (e_M) proportional ist, und daß diese Impulsspannungen (e_ab) einer synchronen, wenigstens angenähert sinusförmigen Spannung (^₁) überlagert werden, wobei der Beginn der Impulse in bezug auf jeden zweiten Nulldurchgang der sinusförmigen Spannung zeitlich um einen Winkel von wenigstens 45° vorauseilt, und daß in den Zeitmomenten (t_ml, t_m2 ...) eines Nulldurchganges der Summe (e_w) der genannten Spannungen pro Impulsperiode phasenmodulierte Impulse (i₁₇) ausgelöst werden, die in bezug auf die modulierende Spannung (e^) verzerrungsarm moduliert sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Steuergenerators (1) mindestens die doppelte Frequenz der χ zu übertragenden höchsten Modulationsfrequenz ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer eines Impulses höchstens 3% der Periodendauer der zu übertragenden höchsten Modulationsfrequenz ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Verstärkerröhre (6) mit geerdeter Kathode und mit mindestens zwei Steuergittern dem einen Steuergitter (6_O) eine konstante Impulsspannung (e₄) zugeführt wird, welche gegenüber der Spannung des Steuergenerators mindestens um 45⁰ verzögert ist, und daß an einem weiteren Steuergitter (6₆) die Modulationsspannung derart zugeführt wird, daß eine lineare Amplitudenmodulation der Impulse (e_t)

gemäß der Modulationsspannung (e_M) erfolgt und daß die Anode der Verstärkerröhre (6) über einen Kondensator (8) mit der Kathode (k) einer Diode (9), deren Anode an Erde liegt, und der Anode (A) einer vom Steuergenerator (1) gesteuerten Triode (10), deren Kathode an Erde hegt, und dem Gitter einer (11) von zwei anodenseitig parallel geschalteten Verstärkerröhren zugeführt ist, und wobei das Gitter der anderen Verstärkerröhre (11 _o) mit dem Steuergenerator verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsspannung (e₄) an einer Drosselspule (4) abgenommen wird, welche in den Anodenkreis einer Pentode (3) eingeschaltet ist, dessen Steuergitter über einen hochohmigen Widerstand (2,,) und einem Phasendrehglied (2, 2_a) mit dem Steuergenerator (1) verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden parallel geschal- ao teten Verstärkerröhren (11, 11 _a) anodenseitig über einen Koppelkondensator (16) und einen hochohmigen Widerstand (12) mit dem Steuergitter einer Pentode (13) verbunden sind und daß im Anodenkreis der Pentode (13) mindestens eine Drosselspule (14) eingeschaltet ist und daß die Anode über einen Kondensator (19) mit dem Gitter einer Verstärkerröhre (17) verbunden ist, an dessen Anode die phasenmodulierten Impulse (e₁₇) abgenommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

O 5432 10.52