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Verfahren zur Demodulation amplitudenmodulierter Schwingungen nach
dem Homodynprinzip Die Erfindung betrifft ein Demodulationsverfahren, welches nach
dem Homodynprinzip arbeitet. Es wird dabei zur Gewinnung des Modulationsinhaltes
(Signals) aus den modulierten Trägerschwingungen eine unmodulierte Überlagererspannung
zugesetzt, welche in der Frequenz mit den Trägerschwingungen übereinstimmt.
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Ein auf einen Träger H (t) = sin cUht aufmoduliertes Signal
N (t) liefert den Vorgang F, (t) = H (t) - n (t),
wenn der Träger nicht
mit übertragen wird, und von F (t) = H (t) (z -E- m - N (t)), wenn
der Träger übertragen wird. Falls N (t) eine Größe ist, welche sich zwischen
den maximalen Amplituden + Z und - z bewegt, bezeichnet m den Modulationsgrad.
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Für die Demodulation eines Trägers sind mehrere Verfahren bekannt:
Wenn der Träger mit übertragen wird, kann das Signal als die Einhüllende des Trägers
durch eine Gleichrichtung zurückgewonnen werden. Voraussetzung hierbei ist eine
genügend große Vorverstärkung, dabei ist es im wesentlichen gleichgültig, ob diese
Vorverstärkung nach vorheriger Frequenzumsetzung erfolgt.
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Bei dem sogenannten Homodyneempfang ist die Übertragung des Trägers
nicht erforderlich. Durch einen auf die Trägerfrequenz abgestimmten Oszillator wird
der Träger am Empfangsort künstlich hinzugesetzt. Dieses Verfahren ist auch bei
einem teilweise unterdrückten Träger anwendbar, ferner auch dann, wenn aus irgendeinem
Grunde, z. B, um geringe Verzerrungen zu erreichen, der Modulationsgrad des ankommenden
Trägers verringert werden soll.
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Eine dritte, ebenfalls bekannte Abart des Homodyneverfahrens fügt
den Hilfsträger nicht additiv, sondern multiplikativ hinzu.
In allen
Fällen entsteht am Ausgang des Demodulators ein Frequenzgemisch, bestehend aus dem
wiedergewonnenen Signalanteil N (t) und einer Reihe von Trägern, deren Schwingungszahlen
ganze Vielfache von rih sind. Jeder dieser Träger ist mit dem Nutzsignal moduliert.
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Die Trennung des Nutzsignals von den unerwünschten Signalen (Störungen)
ist ein Filterproblem. Bei Anordnungen zur Übertragung von kleinen Bandbreiten werden
die in bezug auf das Signal (Modulationsinhalt) verhältnismäßig hohen Frequenzen
des Trägers und seiner Oberschwingungen einfach durch einen kleinen Kondensator
kurzgeschlossen.
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Ist die relative Bandbreite, d. h. die höchste im Signal enthaltene
Frequenz in bezug auf die Trägerschwingungen nicht mehr sehr klein gegen i, so kann
man hinter dem Demodulator eine Trennung zwischen Nutzsignal und Störungen durch
ein schärfer abschneidendes Filter vornehmen.
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Stets ist die Bemessung eines solchen Filters ein Kompromiß zwischen
den linearen Verzerrungen des Signals und der Dämpfung der Störungen. Es wird daher
eine wesentliche Vereinfachung auftreten, wenn der Demodulationsvorgang so geleitet
wird, daß in dem Frequenzgemisch am Ausgang des Demodulators außer dem Signal möglichst
nur noch modulierte Träger möglichst hoher Ordnung enthalten sind.
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Es ist bekannt, den Grundträger z. B. mit Hilfe einer Brückenschaltung
und einer Überlagerungsdemodulation (Homodynprinzip) zu unterdrücken. Es kommen
dann in dem Gemisch nur das Signal N (t)
und die Störungen a2 - sin
(2 coh -[- T2) - N (t) -[- a3 - sin (3 0Jh + IN 'N(t) -f-
... vor.
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Um auch nun den Träger mit doppelter Grundfrequenz und gegebenenfalls
Träger hoher Ordnung. zu unterdrücken, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, der zur
Demodulation dienenden Anordnung außer den modulierten Trägerschwingungen und den
frequenzgleichen unmodulierten Schwingungen Oberwellen der Trägerschwingungen zuzuführen,
die in Amplitude und Phase so gewählt sind, daß es zur Unterdrückung dieser Träger
kommt.
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Man erreicht so eine sehr gute Demodulation von breiten Signalbändern,
wenn der Träger nicht groß gegen die Bandbreite ist. Das neue Verfahren hat weiterhin
den Vorteil, daß man bei konstanter Bandbreite entweder die Trägerfrequenz auf die
Hälfte erniedrigen oder den Aufwand von Filtern verringern kann.
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Um die Wirkungsweise des neuen Verfahrens zu veranschaulichen, wird
davon ausgegangen, daß beispielsweise der Träger unterdrückt ist und infolgedessen
nur der modulierte Träger F (t) = sin h t - sin co" (t)
zur Signalgewinnung
benutzt wird.
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Überlagert man
F (t) nochmals mit sin cuh
t, so entsteht
| sin 2 coh t - sin co" t = # (i - cos 2 c)h t) # sin
co" (t) _ # sin ca" t - - cos 2 co?, t - sin con t |
| Signal modulierterTrägermit |
| doppelter Grundfrequenz |
Überlagert man
F (t) aber statt dessen mit sin wh t -[- a3 - sin 3 coh t,
so entsteht zusätzlich zum bisherigen Frequenzgemisch
Insgesamt also entsteht
| 2 sin co" t - Z (i - a3) # cos 2 wh t - sin
co" t - Z cos q. (0,% t sin (o" i |
| Signal modulierter Träger mit modulierterTräger mit |
| doppelter Grundfrequenz vierfacher Grundfrequenz |
Offensichtlich wird durch Hinzufügen einer dreifachen Frequenz zur Überlagererfrequenz
das Auftreten eines Trägers doppelter Frequenz im Frequenzgemisch verhindert, wenn
man die Amplitude und die Phase entsprechend festlegt; also a3 = i wählt. Es tritt
allerdings neu ein Träger vierfacher Grundfrequenz zusätzlich im Gemisch auf; den
man aber in gleicher Weise durch eine im Überlagerer hinzugefügte Oberwelle von
fünffacher Trägerfrequenz wieder beseitigen kann.
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Da in diesen Überlegungen die Auslöschung unabhängig von der im Signal
enthaltenen Niederfrequenz co" auftritt, tritt sie für das gesamte niederfrequente
Signal auf, sofern die höchste Niederfrequenz nicht größer als die Trägerfrequenz
ist. In diesem Fall tritt bei 2 coh gerade noch keine Überlappung ein (s.
Fig. i). Man kann auf diese Weise statt wie bisher bis 2 o.)7, die niederfrequente
Bandbreite bis coh also auf das Doppelte erweitern. Man kann demnach bei konstanter
Bandbreite entweder die Trägerfrequenz auf die Hälfte erniedrigen oder den Siebaufwand
verringern. Eine schematische Anordnung dieser Art zeigt beispielsweise die Fig.
2, sie besteht im wesentlichen aus einem Ringmodulator i, dem von links die zu demodulierende
Hochfrequenz zugeführt und rechts das Frequenzgemisch wieder entnommen wird. Am
Ausgang des Ringmodulators befinden sich das die Störungen aussiebende Filter 2
und der Verbraucher 3 für das Signal. Der Generator für die mit dem Träger
fiequenzgleichen
Überlagererspannung q. ist mit dem zwangssynchronisierten Generator 5 für die dritte
Oberwelle verbunden. Die gesamte Überlagererspannung wird an Symmetriepunkten der
ganzen Anordnung zugeführt.