DE905381C - modulator - Google Patents
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Description
(WiGBI. S. 175)(WiGBI. P. 175)
AUSGEGEBEN AM 1. MÄRZ 1954ISSUED MARCH 1, 1954
St 674 Villa j 21 a4 St 674 Villa j 21 a 4
Modulatormodulator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Modulator, bestehend aus einem Netzwerk mit Schaltelementen, deren Impedanzen im Rhythmus der zu modulierenden Frequenz in einander entgegengesetztem Sinn geändert werden.The invention relates to a modulator consisting of a network with switching elements, their impedances changed in opposite directions to the rhythm of the frequency to be modulated will.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen an sich bekannten Modulator so weiterzubilden, daß die unerwünschten Frequenzen möglichst verschwinden und die gewünschten Frequenzen ohne Energieverlust gewonnen werden.The invention is based on the object of developing such a modulator, known per se, so that that the unwanted frequencies disappear as possible and the desired frequencies without Energy loss can be obtained.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Netzwerk sprunghaft veränderbare Impedanzen enthält, und daß es dergestalt eingerichtet ist, daß bei Ersatz der Schaltelemente mit sprunghaft veränderbaren Impedanzen durch Elemente mit konstantem Widerstand der Strom an einem der Klemmenpaare eine Funktion von Strom und Spannung an einem anderen Klemmenpaar ist, und daß zugleich die Spannung am anderen Klemmenpaar eine Funktion von Strom und Spannung am ersten Klemmenpaar ist, und daß an einer von den genannten Klemmen, an welchen die modulierende Frequenz zugeführt bzw. die modulierte Frequenz abgeführt wird, für die durch die sprunghafte Veränderung entstehenden ungewünschten Frequenzen der Strom, soweit er nicht entweder infolge der Eigenschaften des Modulators oder infolge von an die anderen Klemmen angeschlossenen Impedanzen zum Verschwinden zu bringen ist,According to the invention, this object is achieved in that the network has abruptly variable impedances contains, and that it is set up in such a way that when replacing the switching elements with abruptly changeable Impedances through elements with constant resistance of the current at one of the terminal pairs is a function of current and voltage at another pair of terminals, and that at the same time the The voltage at the other pair of terminals is a function of the current and voltage at the first pair of terminals, and that at one of said terminals to which the modulating frequency is fed or the modulated frequency is dissipated, for the undesired ones resulting from the sudden change Frequencies of the current, in so far as it is not due either to the properties of the modulator or disappears as a result of impedances connected to the other terminals,
einen kleinen Widerstand vorfindet, während am anderen Klemmenpaar die Spannung der ungewünschten Frequenz eine große Impedanz vorfindet.finds a small resistance, while at the other pair of terminals the voltage of the undesired Frequency finds a large impedance.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Modulator mit sprunghafter Veränderung der Impedanzen und auf die Anpassung des Ausgangswiderstandes des Eingangsfilters bei einem solchen Modulator. Es wird also zwischen Modulatoren mit allmählicher Impedanzänderung und Modulatoren mit sprunghafter ίο Impedanzänderung unterschieden.The invention relates to a modulator with a sudden change in the impedances and to the adaptation of the output resistance of the input filter in such a modulator. It will i.e. between modulators with gradual changes in impedance and modulators with erratic changes ίο Differentiated impedance changes.
Gegenüber dem Bekannten unterscheidet sich die Erfindung dadurch, daß bei an sich bekannten Modulatoren (USA.-Patentschriften 1448702 und 1672056) die Energie im Gitterkreis von Röhren, die durch die zu modulierenden und die modulierenden Ströme zugeführt wird, nur auslösende Wirkung hat und nicht in den Anodenkreis hinübergelangt, während bei den erfindungsgemäßen Schaltungen in den Eingangskreisen des Modulators eine zu modulierende Freao quenz A und eine modulierende Frequenz B vorhanden sind, von denen die Frequenz B nur schaltende Wirkung hat und die Energie der Frequenz A nahezu verlustlos als Energie der modulierten Frequenz im Ausgangskreis erscheint.Compared to the known, the invention differs in that in modulators known per se (USA the anode circuit passed over, while in the circuits according to the invention in the input circuits of the modulator a frequency A to be modulated and a modulating frequency B are present, of which the frequency B only has a switching effect and the energy of the frequency A is almost lossless as energy of the modulated frequency appears in the output circle.
Wie dies im einzelnen gedacht ist, wird nunmehr an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.How this is intended in detail will now be based on the drawing of an exemplary embodiment explained in more detail.
Fig. ι ist das Schaltschema, an dem grundsätzlich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe und ihre Lösung erläutert wird;Fig. Ι is the circuit diagram on which basically the object on which the invention is based and its solution are explained;
Fig. 2 ist das Ersatzschema für einen idealen Modulator, an dem im einzelnen das Wesen der Erfindung erläutert werden soll;Fig. 2 is the substitute scheme for an ideal modulator, in which the essence of the invention in detail should be explained;
Fig. 3 zeigt die Verwendung des erfindungsgemäßen Modulators als Frequenzwandler.3 shows the use of the modulator according to the invention as a frequency converter.
Bei Fig. 1 bedeutet im einzelnen S einen an sich bekannten aus Kontaktgleichrichtern aufgebauten Modulator, dessen Polarisationsspannungen durch die zu modulierende Frequenz f0 gesteuert werden. Dieser Modulator wird mit einem Eingangsfilter / und einem Ausgangsfilter B verbunden. Die dargestellten Elemente werden unter sich und mit einem Eingangskreis sowie einem Ausgangskreis mit Hilfe der Transformatoren ι bis 6 gekoppelt. Wie üblich, wird angenommen, daß die Spannung der Frequenz f0 eine so große Amplitude besitzt, daß die Ströme in der Wicklung 3, die eine einzige harmonische Frequenz fx besitzen, in durch die Wicklung 4 fließende Ströme umgewandelt werden, deren Frequenzband die Kornponenten f 0 -f- fx, fa — fx usw. besitzt.In FIG. 1, S specifically denotes a modulator made up of contact rectifiers known per se, the polarization voltages of which are controlled by the frequency f 0 to be modulated. This modulator is connected to an input filter / and an output filter B. The elements shown are coupled to one another and to an input circuit and an output circuit with the aid of transformers ι to 6. As usual, it is assumed that the voltage of the frequency f 0 has such a large amplitude that the currents in the winding 3, which have a single harmonic frequency f x , are converted into currents flowing through the winding 4, the frequency band of which is the components f 0 -f- f x , f a - f x etc.
Zunächst wird angenommen, daß die Wicklung 1 an eine niederfrequente Eingangsleitung angeschaltet ist. Das Filter / kann dann ein Tiefpaßfilter sein mit einem Durchlaßbereich von f = 0 bis f = fv Die Frequenz fx ist anzusehen als Sinnbild oder Inbegriff für die über die Niederfrequenzleitung gelangenden Schwingungen, z. B. ein Sprachband. Hat man z. B. eine lange Trägerfrequenzleitung mit Anschlußklemmen nach Fig. 1, dann kann man an die Tiefpaßfilter unmittelbar Niederfrequenzleitungen anschalten und so eine über eine Trägerfrequenzleitung führende Gesprächsverbindung bilden, in welcher nur einfache Filter und Modulatoren vorkommen. Da letztere ohne f große Verluste arbeiten, ist eine Verstärkung der ! Ströme nicht erforderlich.First, it is assumed that the winding 1 is connected to a low-frequency input line. The filter / may then be a low pass filter having a passband from f = 0 to f = v f The frequency f x is to be regarded as a symbol or epitome of the entering through the low frequency line vibrations z. B. a voice band. Has one z. B. a long carrier frequency line with terminals according to FIG. 1, then you can directly connect low-frequency lines to the low-pass filter and thus form a call connection leading over a carrier frequency line in which only simple filters and modulators occur. Since the latter work without f large losses, the! No currents required.
Die geringe Dämpfung in den Modulatoren wird nun erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß die Impedanz des Filters / von der Wicklung 2 her niedrig ist für Frequenzen außerhalb des Durchlaßbereiches und die Impedanz des Filters B groß ist für Frequenzen außerhalb des Durchlaßbereiches. Es ist klar, daß die umgekehrte Maßnahme ebenso anwendbar ist.The low attenuation in the modulators is obtained according to the invention in that the impedance of the filter / of the winding 2 is low for frequencies outside the pass band and the impedance of the filter B is high for frequencies outside the pass band. It is clear that the reverse measure is also applicable.
An Hand des Ersatzdiagramms der Fig. 2 wird jetzt das Bestehen dieser Beziehungen erläutert werden.The existence of these relationships will now be explained with reference to the substitute diagram of FIG.
In der Fig. 2 sind die zugeführten und die eingangsseitig gebildeten Frequenzen angegeben in den Reihen und die am Ausgang gebildeten in den Säulen. Es sind nur einige der großen Anzahl der gebildeten Frequenzen gezeigt.In FIG. 2, the supplied frequencies and the frequencies formed on the input side are indicated in the Rows and those formed at the exit in the columns. They are just a few of the great numbers educated Frequencies shown.
Ursprünglich wird nur die Frequenz/^ zugeführt. Da, wie sich gleich zeigen wird, aus den Modulationsprodukten von/^1 und/^, am Ausgang durch Rückwirkung nach dem Eingang unter anderen die Frequenzen f± -f- 2/0 und/i = 2/Ό gebildet werden, hat man diese Frequenzen neben der Frequenz/^ angegeben. Originally only the frequency / ^ is supplied. Since, as will soon be shown, from the modulation products of / ^ 1 and / ^, the frequencies f ± -f- 2/0 and / i = 2 / Ό are formed at the output by reaction after the input, among other things, one has these frequencies are given next to the frequency / ^.
Fig. 2 gibt die Wechselwirkung zwischen den Spannungen und Strömen an, die durch den Modulator erzeugt werden. Die gezeigten Transformatoren bewirken daher außer einer Spannungsübersetzung auch eine Frequenzwandlung, welche aber für die Beurteilung der Wechselwirkung als solche unwichtig ist. Es leuchtet ein, daß bei der Betrachtung von Wechselwirkungen mit benachbarten Elementen die Frequenzwandlung in Rechnung zu ziehen ist, so daß z. B. die mit Klemmen im Ersatzdiagramm verbunden zu denkenden Impedanzen zu berechnen sind nach der Frequenz fx — 3Z0. Falls diese Frequenz negativ ist, soll dieses Vorzeichen ebenso in Rechnung gestellt werden.Fig. 2 indicates the interaction between the voltages and currents generated by the modulator. In addition to a voltage translation, the transformers shown therefore also cause a frequency conversion, which is, however, unimportant for the assessment of the interaction as such. It is clear that when considering interactions with neighboring elements, the frequency conversion must be taken into account, so that, for. B. to calculate the impedances to be considered connected to terminals in the equivalent diagram are based on the frequency f x - 3Z 0 . If this frequency is negative, this sign should also be taken into account.
Die zu den Transformatorwicklungen angegebenenThe ones specified for the transformer windings
M
Werte sind gleich —; diese Größen sind ein Maß M.
Values are equal to -; these sizes are a measure
für die Übersetzung und für den Sinn der Wechselwirkung, for the translation and for the sense of the interaction,
Bei der bisherigen Behandlung ist unterstellt worden, daß die Säulen dem Ausgang entsprechen und daß hier Kurzschlüsse bestehen für einige unerwünschte Frequenzen. Wie sich noch herausstellen wird, sollen dann am Eingang offene Kreise für unerwünschte Frequenzen bestehen, damit der Nutzeffekt maximal sei. Mit dieser Annahme hängt zusammen, daß die Wicklungen an den Ausgangsklemmen für eine bestimmte Frequenz in dem Schema von Fig. 2 alle im Nebenschluß erscheinen und die der Eingangsseite alle in Reihe. Dadurch, daß das Ersatzschema in dieser Weise aufgebaut wird, wird eine bedeutende Vereinfachung der Berechnung erhalten; wird doch so die Anzahl der Unbekannten eingeschränkt. Im übrigen hat dieses Verfahren die gleiche Berechtigung, wie wenn umgekehrt die Eingangswicklungen im Nebenschluß und die Ausgangswicklungen in Reihe gedacht werden.In the previous treatment it has been assumed that the columns correspond to the exit and that there are short circuits here for some undesirable ones Frequencies. As it will turn out, open circles for undesired should then be set at the entrance Frequencies exist so that the efficiency is maximal. This assumption is related to that the windings on the output terminals for a certain frequency in the scheme of Fig. 2 all appear in shunt and those of the input side all appear in series. Because that If the replacement scheme is constructed in this way, a significant simplification of the computation is obtained; this is how the number of unknowns is limited. In addition, this procedure has the same entitlement as if, conversely, the input windings in the shunt and the output windings be thought of in series.
Den Nutzen des Ersatzschemas sieht man ein, falls angenommen wird, daß, wie anfänglich unterstellt war, zwecks Einschränkung der Verluste am AusgangThe benefit of the substitute scheme can be seen if it is assumed that, as initially assumed was to limit the losses at the exit
Kurzschlüsse für eine Anzahl unerwünschter Frequenzen bestehen, z. B. für fx — ^f0, f^ —f0, fx + ^f0, /Ί -f- 5/Ό usw., so daß nur/"x +/Ό übrigbleibt. Ein Energieverlust am Eingang kann dann offensichtlich im Sinn der Erfindung nur vermieden werden, falls dort für die unerwünschten Frequenzen fx + 2f0, usw. offene Kreise vorgesehen werden und man dafür sorgt, daß nur die Frequenz/"x eine von ο verschiedene Impedanz vorfindet.There are short circuits for a number of undesired frequencies, e.g. B. for f x - ^ f 0 , f ^ --f 0 , f x + ^ f 0 , / Ί -f- 5 / Ό etc., so that only / " x + / Ό remains. A loss of energy at the input can then obviously only avoided within the meaning of the invention if open circles are provided there for the undesired frequencies f x + 2f 0 , etc. and it is ensured that only the frequency / ″ x has an impedance different from ο.
ίο Es ist zu bemerken, daß man in diesem idealisierten Fall zwar diese strenge Forderung hat aufstellen müssen, aber daß in einem wirklichen Modulator, der mit eigenen Widerständen behaftet ist, welche Widerstände in dem Diagramm der Fig. 2 zu berücksichtigen wären, eine bedeutende Verbesserung des Effektes schon zu erreichen wäre, falls die fraglichen Impedanzen nur Forderungen genügen, welche weit weniger streng sind, z. B. also, daß nur die wichtigsten der unerwünschten Frequenzen dort Kurzschlüsse oder offeneίο It is to be noticed that one is idealized in this Case had to make this strict requirement, but that in a real modulator, the has its own resistances, which resistances are to be taken into account in the diagram of FIG a significant improvement in the effect could already be achieved if the impedances in question only requirements which are far less strict, e.g. B. So that only the most important of the undesirable Frequencies there short circuits or open
ao Kreise vorfinden.ao find circles.
Mit diesen Voraussetzungen ist das Verhältnis zwischen den Spannungen fx und/"0 + /Ί bestimmt durch den Transformator mitten in der Figur, undWith these assumptions, the ratio between the voltages f x and / " 0 + / Ί is determined by the transformer in the middle of the figure, and
deshalb wird die Spannung bei f0 -J- f1 —mal so groß 2 therefore the voltage at f 0 -J- f 1 - times as great 2
sein als die bei fv to be than that at f v
Die Fig. 3 zeigt ein Bandfilter als Beispiel für die Verwendung des erfindungsgemäßen Modulators.
Das Filter besteht aus einem Eintrittsteil BI und einem Austrittsteil BU, zwischen welche der eigentliche
Modulator S geschaltet ist. Der Teil BI läßt ein Frequenzband vonZ1 bis (fx -j-f2) durch; der Teil BU
läßt das Band von fx -j-f0 bis/"x +/"2 +/Ό durch; der
Modulator 5 wandelt das erstgenannte Band in das letztere Band.3 shows a band filter as an example for the use of the modulator according to the invention.
The filter consists of an entry part BI and an exit part BU, between which the actual modulator S is connected. The part BI passes a frequency band from Z 1 to (f x -jf 2 ) ; the part BU passes the band from f x -jf 0 to / " x + /" 2 + / Ό; the modulator 5 converts the former band into the latter band.
Wie aus der Figur hervorgeht, endet der Eintrittsteil BI mit einer vollen Querimpedanz, während der Austrittsteil BU mit einer vollen Längsimpedanz anfängt. Mir dieser Schaltung wird der erfmdungsgemäß gestellten Bedingung bezüglich der Impedanzen für die unerwünschten Frequenzen Genüge geleistet. Dieser Forderung ist auch Rechnung zu tragen mit einer ganz getrennten Ausbildung des Ein- und des Austrittsteils und dadurch, daß man den einen Teil mit doppelter Querimpedanz und den anderen mit halber Längsimpedanz abbricht. Die Übertragung durch 5 an den Rändern des Durchlaßbereiches wäre jedoch bei dieser Schaltung ernsthaft benachteiligt, da die Impedanz des mit halber Längsimpedanz abgeschlossenen Netzwerkes an den Rändern auf einen kleinen Wert heruntergeht, um außerhalb des Durchlaßbereiches wieder zuzunehmen. Dagegen nähert sich die Impedanz des mit doppelter Querimpedanz ausgerüsteten Teils an den Rändern des abgeschlossenen Netzwerkes einem großen Wert, bevor sie wieder abnimmt.As can be seen from the figure, the entry part BI ends with a full shunt impedance, while the exit part BU begins with a full series impedance. With this circuit, the condition set according to the invention with regard to the impedances for the undesired frequencies is satisfied. This requirement must also be taken into account with a completely separate design of the inlet and outlet parts and by breaking off one part with double the transverse impedance and the other with half the longitudinal impedance. However, the transmission through 5 at the edges of the pass band would be seriously disadvantaged in this circuit, since the impedance of the network terminated with half series impedance drops to a small value at the edges, in order to increase again outside the pass band. In contrast, the impedance of the part equipped with double transverse impedance approaches a large value at the edges of the closed network before it decreases again.
Es leuchtet ein, daß unter diesen Umständen eine günstige Anpassung an den Rändern nicht in Frage kommt. Zurückgehend auf das für die gewünschte Frequenz an Hand der Fig. 2 gegebene Beispiel würde dort das Verhältnis der Absolutwerte der ImpedanzenIt is evident that under these circumstances a favorable adjustment at the margins is out of the question comes. Going back to the example given for the desired frequency with reference to FIG there the ratio of the absolute values of the impedances
π2
für optimale Energieübertragung — sein, während die Impedanzen konjugiert komplex sein sollen.
Soll ein Band übertragen werden, so ist es also erwünscht, daß ein solches optimales Verhältnis über
das ganze Band so konstant wie möglich ist. Diesen Forderungen ist mit großer Annäherung in der Weise
zu genügen, daß man den Modulatoi in der dargestellten Weise in das Filter aufnimmt.π 2
for optimal energy transfer - while the impedances should be complex conjugate. If a tape is to be transferred, it is desirable that such an optimal ratio be as constant as possible over the entire tape. These requirements must be met with great approximation in such a way that the modulo is included in the filter in the manner shown.
Ein Filter der in Fig. 3 dargestellten Art ist auch für den Übergang von Niederfrequenz auf Doppelseitenband zu verwenden; in diesem Falle soll jedochA filter of the type shown in Fig. 3 is also suitable for the transition from low frequency to double sideband to use; in this case, however, should
das Verhältnis der Impedanzen — sein, wie unmittel- _,the ratio of the impedances - be how immediate- _,
οο
bar aus dem Ersatzschema hervorgeht.cash from the substitute scheme.
Um den durch die Erfindung erzielten Vorteil darzutun, wird bemerkt, daß die Totaldämpfung einer Modulationsschaltung ohne Anwendung der Erfindung, also wenn der Modulator zwischen Widerständen ge-To demonstrate the advantage achieved by the invention, it is noted that the total attenuation is a Modulation circuit without application of the invention, i.e. if the modulator is placed between resistors
schaltet ist, gleich ist in - -J- b, wobei b die Modulatoreigendämpfung ist, und bei Anwendung der Erfindung 2lr @in - ©in b. is switched, is the same in - -J- b, where b is the modulator self-attenuation, and when applying the invention 2lr @in - © in b.
Außer auf Schwachstrommodulatoren ist die Erfindung auch anwendbar auf Starkstrommodulatoren.In addition to low-voltage modulators, the invention can also be applied to high-voltage modulators.
Das Wesen der Erfindung besteht somit in der Anpassung beider Filter an den Modulator S derart, daß einerseits der Ausgangswiderstand des Eingangsfilters / eine kleine Impedanz für Störfrequenzen, also beispielsweise für das nicht gewünschte Seitenband bildet, und daß andererseits der Eingangswiderstand des Ausgangsfilters B eine hohe Impedanz für die Störfrequenz bildet.The essence of the invention consists in the adaptation of both filters to the modulator S in such a way that on the one hand the output resistance of the input filter / forms a small impedance for interference frequencies, for example for the undesired sideband, and on the other hand the input resistance of the output filter B has a high impedance forms for the interference frequency.
Claims (3)
USA.-Patentschriften Nr. ι 448 702, 1 672 056;
deutsche Patentschrift Nr. 589 696.Referred publications:
USA. Patents Nos. 448,702, 1,672,056;
German patent specification No. 589 696.
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