-
Modulatoranordnung Die Erfindung betrifft Modulator- bzw. Demodulatoranordnungen
mit nichtlinearen Widerständen, insbesondere mit Trockengleichrichtern oder Dioden,
wie sie in der Trägerstrom- und Meßtechnik benutzt werden, um eine Frequenz oder
ein Frequenzband in eine andere Lage im Frequenzspektrum zu verschieben. Die umzuwandelnde
Frequenz bzw. das Frequenzband wird dabei dem Modulator insbesondere über eine Siebanordnung
zugeführt und der oder die nichtlinearen Widerstände durch eine die gewünschte Verschiebung
ergebende Trägerfrequenz gesteuert. Den Ausgangsklemmen kann dann das umgewandelte
Signal entnommen werden.
-
Es ist oft erwünscht, daß im Ausgange der Anordnung nur die umgewandelte
Frequenz vorhanden ist und mindestens die Signalfrequenz und die Trägerfrequenz
unterdrückt sind. Zur Unterdrückung einer dieser Frequenzen sowie anderer unerwünschter
Modulationsprodukte im Modulatorausgang sind Schaltungsanordnungen bekanntgeworden,
die durch die Verbindung zweier nichtlinearer Stromkreise entstanden. Bei diesen
sogenannten Gegentaktmodulatoren wird es in vielen Fällen notwendig, Kompensationsverfahren
anzuwenden, um die im Ausgang noch vorhandene Signalfrequenz oder Trägerfrequenz
zu unterdrücken, insbesondere dann, wenn die benutzte Trägerfrequenz verhältnismäßig
niedrig liegt.
-
Es ist bekannt, hierzu dem Ausgang der Modulationsanordnung die Signalfrequenz
bzw. die Trägerfrequent
in. geeigneter Phase und: Amplitude zuzuführen.
Dies ist jedoch umständlich und erfordert einen verhältnismäßig hohen Aufwand sowie
einen zusätzlichen Leistungsverbrauch.
-
Wesentlich günstiger erweisen sich die bekannten Doppelgegentaktanordnungen,
insbesondere eine Anordnung, wie sie unter dem Namen Ringmodulator bekanntgeworden
ist. Beim Ringmodulator, der durch die Vermäschung von vier nichtlinearen Stromkreisen
mit vier nichtlinearen Widerständen entstanden ist, ergibt sich eine Entkopplung
sämtlicher Klemmenpaare gegeneinander. Im Ausgange der ModuläIoranordnung sind Trägerfrequenz
und Signalfrequenz sowie andere ungewollte Modulationsprodukte nicht vorhanden.
Diese und andere Vorzüge brachten es mit sich, daß der Ringmodulator eine fast allgemeine
Verwendung fand.
-
Nachteilig ist es jedoch noch: bei Ringmodulätoranordnungen und bei
allen Doppelgegentaktanordnungen, daß es notwendig ist, möglichst vier nichtlineare
Widerstände mit gleicher Charakteristik zu verwenden, um die Trägerfrequenz und
die Signalfrequenz im Ausgang vollständig zu unterdrücken. Die Forderung nach vollkommen
nichtlinearen Widerständen kann nach bekannten Vorschlägen dadurch gemildert werden,
daß die Auswahl der Widerstände nachbestimmten anderen Gesetzen erfolgt. Es ergibt
sich jedoch auch hierbei ein verhältnismäßig geringer Hundertsatz der verwendbaren
Trockengleichrichter einer Herstellungsserie, so daß es häufig notwendig wird, noch
Kompensationsverfahren zur Unterdrükkung einer im Ausgang noch vorhandenen Restspannung
der Trägerfrequenz und/oder der Signalfrequenz zu verwenden. Es wäre daher eine
Anordnung, die mit einer geringeren Anzahl von nichtlinearen Widerständen bereits
eine Unterdrückung der Trägerfrequenz und der Signalfrequenz im Modulatorausgang
gewährleistet, wesentlich günstiger. Die bekannten Gegentaktmodulatoren sind jedoch
hierzu nicht geeignet, da, wie bereits ausgeführt, nur eine der beiden Frequenzen
dabei im Modulatorausgang unterdrückt ist.
-
Bei einer Modulatoranordnung bzw. Demodulatoranordnung mit nichtlinearen
Widerständen, insbesondere mit Trockengleichrichtern öder Dioden, in Brückenschaltung
oder äquivalenter Differentialbrückenschaltung bzw. überbrückter T-Schaltung, in
deren Ausgang die eingangsseitig zugeführten Frequenzen unterdrückt sind, sind,
gemäß der Erfindung die einzelnen Zweige zum Teil mit Ohmschen Widerständen, zum
Teil mit nichtlinearen Widerständen versehen, derart, daß sowohl die Zeichenfrequenz-
und die Trägerfrequenzeingänge als auch diese Eingänge gegenüber dem Seitenbandausgang
entkoppelt sind.
-
Es sind zwar bereits Modulatoranordnungen bekannt, bei denen unter
Verwendung von nur zwei nichtlinearen Widerständen sich im Ausgang sowohl eine Unterdrückung
der Trägerfrequenz als auch der Zeichenfrequenz ergibt. Diese Modulatoranordnungen
arbeiten jedoch nicht nach dem Brückenprinzip, sondern nach dem Spannungsteilerprinzip.
Es ergibt sich dabei keine Entkopplung der Trägerfrequenz- und Zeichenfrequenzeingänge.
Eine Entkopplung sämtlicher Klemmenpaare der Modulatoranordnung wird hingegen bei
einer Ausbildung gemäß der Erfindung erreicht.
-
Unter. Brückenschaltung sind sowohl eigentliche Brückenschaltungen
nach Fig. i a sowie deren Äquivalente zu verstehen. So zeigt die Fig. i b eine Differentialbrückenanordnung
und die Fig. i c eine überbrückte T-Schaltung. Die nichtlinearen Widerstände sind
in den Fig. i a bis zc mit i und die linearen mit 2 bezeichnet oder umgekehrt. Bei
der überbrückten T-Schaltung nach Fig. i c, an der im folgenden die Erfindung näher
erläutert werden soll, ist in einem Längszweig ein Differentialübertrager und zwischen
der Übertragermitte und dem anderen Längszweig ein Widerstand i angeordnet. Mit
dem Differentialübertrager ist ein weiterer Widerstand 2 induktiv gekoppelt. Der
eine der Widerstände wird durch einen oder mehrere zwischen einem Höchst- und einem
Tiefstwert steuerbare nichtlineare Widerstände und der andere durch einen oder mehrere
lineare Widerstände gebildet. Als nichtlineare Widerstände werden dabei insbesondere
Trockengleichrichter oder Dioden verwendet. Durch den erfindungsgemäß aufgebauten
Modulator ist eine Modulationsanordnung verwirklicht, die gegenüber Gegentakt- und
Doppelgegentaktanordnungen nur den halben Bedarf an nichtlinearen Widerständen aufweist
bei gleichen Ergebnissen bezüglich der Unterdrückung der Trägerfrequenz und der
Signalfrequenz im Modulatorausgang. Den Widerstandswert des konstanten Widerstandes
wählt man dabei zwischen den beiden Grenzwerten des steuerbaren nichtlinearen Widerstandes
liegend; insbesondere macht man ihn gleich ihrem geometrischen Mittel.
-
Ein Prinzipbild der erfindungsgemäßen Modulatoranordnung ist in der
Fig. 2 dargestellt. An die Eingangsklemmen i, 2 sei die Signalstromquelle co mit
dem Widerstand R, angeschaltet. Die Signalspannung sei (2. An die Klemmen 3, q.
der Anordnung ist der Verbraucher Ra geschaltet. Die Modulatoranordnung besteht
aus dem Differentialübertrager T,` dem im Querzweig liegenden Widerstand
und dem induktiv angekoppelten Widerstand
Es- sei angenommen, daß R1 = R2 = R sei: Der Ausgangsstrom der Modulatoranordnung
,-92 ist dann gegeben durch die Gleichung
Schwankt nun einer der Widerstände, beispielsweise der Widerstand W2, periodisch
zwischen dem höchsten Widerstandswert S und dem kleinsten Widerstandswert D und
ist der Widerstandswert des anderen kon- 1.20 stant und zwischen diesen beiden Grenzwiderständen
liegend gewählt, ist er insbesondere
so wird der Ausgangsstrom periodisch. umgepolt.
Unter der Annahme,
daß
ergibt sich
Für den kleinsten Widerstandswert von W2, W2 = D
erhält man
für
Für den größten Widerstandswert W2 = S ergibt sich entsprechend
für
Aus den Gleichungen ist ersichtlich, daß die Anordnung wie ein periodischer Umpolen
arbeitet. Die Signalfrequenz ist im Ausgange nicht vorhanden, wenn die Bedingung
erfüllt ist. Es ist hierbei jedoch vorteilhaft, den Widerstand W1 regelbar auszubilden,
damit man. seinen Wert, der rechnerisch nur angenähert ermittelt werden kann, so
einstellen kann, daß die Signalfrequenz im Ausgange vollständig verschwindet. Ebenso
wie der `Widerstand W2 durch einen nichtlinearen `Widerstand gebildet wird, der
zwischen einem Höchst- und einem Tiefstwert periodisch schwankt, kann auch der Widerstand
W1 durch einen nichtlinearen Widerstand gebildet sein und W2 durch einen konstanten
Widerstand, dessen Wert man entsprechend den vorher zu W1 gemachten Ausführungen
wählt.
-
Zur _ Steuerung des beispielsweise durch einen Trockengleichrichter
oder eine Diode gebildeten nichtlinearen Widerstand wird eine entsprechend der gewollten
Verschiebung des Signals gewählte Trägerfrequenz von vorzugsweise rechteckförmigem
Verlauf benutzt.. Bei Verwendung nur eines nichtlinearen Widerstandselementes gelingt
es mit dieser Anordnung jedoch noch nicht, die Trägerfrequenz im Ausgange ohne besondere
Kompensationsschaltungen zu unterdrücken. Die Anordnung verhält sich also ebenso
wie eine Gegentaktmodulatoranordnung, hat aber nur den halben Bedarf an nichtlinearen
Widerstandselementen.
-
Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 a ist eine Anordnung dargestellt,
bei der der nichtlineare Widerstand durch zwei gegeneinander geschaltete Trockengleichrichter
oder Dioden gebildet wird. Die Trägerfrequenzquelle 9 wird zwischen den Verbindungspunkt
der beiden Widerstandselemente und die Mitten zweier zu beiden Seiten der Anordnung
angeordneten Induktivitäten oder Widerstände P oder nach dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 3 b an die Mitte einer die Gleichrichterelemente überbrückenden Impedanz
geschaltet. Diese Anordnung, die sich von einem Gegentaktmodulator durch die Anwendung
des Differentialübertragers und des mit ihm induktiv gekoppelten Widerstandes W2
unterscheidet, hat diesem gegenüber den Vorzug, daß sie sich bezüglich der Unterdrückung
der Träger- und der Zeichenfrequenz im Ausgange wie ein Doppelgegentaktmodulator
verhält. Noch einfacher wird die Schaltung, wenn man nach dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 4 den Widerstand W2 als steuerbaren, nichtlinearen Widerstand insbesondere
durch zwei gegeneinandergeschaltete Trockengleichrichter oder Dioden bildet. Die
Trägerfrequenzquelle.Q wird in diesem Fall zwischen dem Verbindungspunkt der beiden
Widerstandselemente und die Mitte der Übertragerwicklung geschaltet. Es ist also
hier nur ein Übertrager notwendig.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung, die man zum Unterschied von den bekannten
Anordnungen zweckmäßig Brückenmodulator nennen kann, hat, wie bereits ausgeführt,
gegenüber den bekannten Modulatoren bei gleichen Ergebnissen bezüglich der Entkopplung
des Modulatorausgangs gegenüber den Zeichen- und den Trägerfrequenzklemmen nur den
halben Aufwand an nichtlinearen Widerständen. Die Ausführungsbeispiele nach den
Fig. 2 und 3 haben gegenüber dem Ringmodulator weiterhin den Vorteil, daß sie auch
unter Verwendung von Röhren sehr leicht aufgebaut werden können. Ein Doppelgegentaktmodulator
unter Anwendung von Röhren erfordert dagegen bekanntlich-.einen äußerst großen Aufwand.
Die verwendeten Röhren können außerdem in einem Gefäß vereinigt sein. Es können
in an sich bekannter Weise Duodioden Verwendung finden..
-
Die Betriebsdämpfung des erfindungsgemäßen Brükkenmodulators ist-
dieselbe wie die des üblichen Gegentaktmodulators, wie sich rechnerisch nachweisen
läßt. -Gegenüber dem Gegentaktmodulator ist jedoch noch der weitere Vorteil vorhanden,
daß beim Brückenmodulator die Schwankung des Eingangssignalstromes J1 wesentlich
kleiner ist, wie aus folgendem zu ersehen. ist. Der Eingangsstrom ist
Für W2 = D wird
für e > z.
-
Für W2 = S wird
für O > z.
@1 schwankt demnach nur im Verhältnis 3 : _, während
31 bei der Gegentaktschaltung wie
schwankt.