DE936698C

DE936698C - Ring modulator circuit

Info

Publication number: DE936698C
Application number: DEL13119A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr Rer Nat Fauldraht
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1952-08-12
Filing date: 1952-08-12
Publication date: 1955-12-22

Description

Ringmodulatorschaltung Die Erfindung betrifft eine Ringmodulatorschaltung, die besonders hohen Anforderungen an die Freiheit von Modulationsprodukten höherer Ordnung genügt. Die Unterdrückung solcher Modulationsprodukte ist besonders wichtig in Einseitenbandträgerfrequenzsystemen, bei denen ein Sendekanal und ein Empfangskanal, die -erhebliche Pegelunterschiede aufweisen können, frequenzmäßig so nahe beieinander liegen, daß sie durch Filter mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwande nicht mehr voneinander getrennt werden können. Dieser Fall ergibt sich praktisch z. B. in Einseitenbandsystem.en für EW-Telefonie, bei denen für beide Gesprächsrichtungen die gleiche Trägerfrequenz und für eine Richtung das obere und für die andere Richtung das untere Seitenband benutzt wird.Ring modulator circuit The invention relates to a ring modulator circuit, the particularly high demands on the freedom from modulation products higher Order is enough. The suppression of such modulation products is particularly important in single sideband carrier frequency systems in which a transmission channel and a reception channel which can have significant level differences, so close to each other in terms of frequency lie that they are no longer through filters at an economically justifiable expense can be separated from each other. This case arises practically z. B. in single sideband systems for EW telephony, where the same carrier frequency is used for both directions and the upper sideband for one direction and the lower sideband for the other direction is used.

Es ist bekannt, daß Modulationsprodukte höherer Ordnung durch den gekrümmten Teil der im oberen Teil der Fig. z dargestellten Modulatorkennlinie (Strom(J)-Spannungs(U)-Kennlinie) hervorgerufen werden. Bisher sind zwei Wege bekanntgeworden, die es gestatten, bei ,einer gegebenen Modulatorkennlinie die Modulationsprodukte höherer Ordnung zu verringern. Sie laufen darauf hinaus, daß man. dafür sorgt, daß der gekrümmte Teil der Modulatorkennlinie möglichst schnell, d. h. in einem möglichst kleinen Bruchteil der Halbperiode durchlaufen wird. Das kann entweder dadurch erreicht werden, daß man die Amplitude der im unteren Teil der Fig. r (für zwei verschiedene Amplitudenwerte) angedeuteten Trägerfrequenzspannung 2,C S2 möglichst groß macht, oder daß man für die Trägerfrequenz keine sinusförmige, sondern eine rechteck- oder trapezförmig verlaufende Spannung wählt. Man erkennt aus der Fig. r, daß damit die Steilheit bei den Nulldurchgängen vergrößert werden kann. Beiden bekannten Verfahren haften Nachteile an. Die Herstellung einer rechteck- oder trapezförmigen Trägerspannung erfordert zusätzliche, umständliche Maßnahmen und der Erhöhung der Trägerspannung sind Grenzen gesetzt.It is known that higher order modulation products by the curved part of the modulator characteristic shown in the upper part of Fig. z (current (J) -voltage (U) characteristic) be evoked. So far, two ways have become known that allow at to reduce the higher order modulation products for a given modulator characteristic. They boil down to you. ensures that the curved part of the modulator characteristic as quickly as possible, d. H. run through in as small a fraction of the half-period as possible will. This can either be achieved by taking the amplitude of the lower Part of Fig. R (for two different amplitude values) indicated carrier frequency voltage 2, C S2 makes as large as possible, or that no sinusoidal, but selects a rectangular or trapezoidal voltage. One recognises from FIG. r that the steepness at the zero crossings is thus increased can. Both known methods have disadvantages. The production a rectangular or trapezoidal carrier voltage requires additional, cumbersome There are limits to measures and to increasing the carrier voltage.

Die Erfindung beschreitet einen anderen Weg zur Vermeidung und Unterdrückung der Modulationsprodukte höherer Ordnung. Sie beruht auf der Beobachtung, daß die Modulationsprodukte höherer Ordnung ganz erheblich vermindert werden, wenn durch Anwendung geeigneter Vorspannungsmittel im Gleichrichterkreis des Ringmodulators eine zusätzliche, sämtliche Gleichrichterelemente durchfließende Gleichstromkomponente erzeugt wird, deren Größe von der Kenn-Linienform der Gleichrichterelemente und von der Größe der verwendeten Trägerspannung abhängig ist. Der optimale Wert dieser Gleichstromkomponente kann experimentell mühelos ermittelt werden.The invention takes a different approach to avoidance and suppression of the higher order modulation products. It is based on the observation that the Higher order modulation products are reduced quite considerably if by Use of suitable biasing means in the rectifier circuit of the ring modulator an additional direct current component flowing through all rectifier elements is generated, the size of which depends on the characteristic line shape of the rectifier elements and depends on the size of the carrier voltage used. The optimal value of this DC component can be easily determined experimentally.

Dieb Erfindung betrifft eine Ringmodulätorschaltung mit gleichstrommäßig gegenüber den Wechselstromanschlüssen abgetrenntem Gleichrichterring, bei der durch Anwendung geeigneter Vorspannungen Modulationsprodukte höherer Ordnung unterdrückt werden. Erfindungsgemäß ist innerhalb des Gleichrichterringes selbst als Vorspannung@squelle mindestens eine Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators derart angeordnet, daß sämtliche Gleichrichterelemente von der gleichen Gleichstromkomponente durchflossen werden.The invention relates to a ring modulator circuit with direct current Rectifier ring separated from the AC connections, in which by Use of suitable biases suppresses higher order modulation products will. According to the invention is within the rectifier ring itself as a bias source at least one parallel connection of a resistor and a capacitor in this way arranged that all rectifier elements from the same direct current component are flowed through.

Es ist eine Ring- bzw. Doppelgegentaktmodulatorschaltung bekanntgeworden, bei der unerwünschte Modulationsprodukte höherer Ordnung dadurch unterdrückt werden, daß das Verhältnis der Durchlaßzeit zur Sperrzeit der Gleichrichterelemente auf einen bestimmten Wert gebracht wird. Die Einstellung der Schaltzeiten erfolgt dabei im Fall des Ringmodulators durch eine einseitige, nichtlineare Verzerrung der 'Trägerspannung (z. B. mittels einer die Trägereingangsklemmen überbrückenden Reihenschaltung eines Gleichrichters und eines Widerstandes) und im Fall des Doppelgegentaktmodulators durch eine der Trägerspannung überlagerte, von zwei Batterien gelieferte paarweise Vörspannung der Gleichrichter.A ring or double push-pull modulator circuit has become known, in which undesired higher order modulation products are suppressed, that the ratio of the passage time to the blocking time of the rectifier elements a certain value is brought. The switching times are set in the case of the ring modulator by a one-sided, non-linear distortion of the carrier voltage (e.g. by means of a series connection of a Rectifier and a resistor) and in the case of the double push-pull modulator by one of the carrier voltage superimposed, supplied by two batteries in pairs Bias voltage of the rectifier.

Es ist ferner eine Ringmodulatorschaltung bekannt, bei der für die einzelnen Gleichrichter eine gemeinsame Gleichspannungsquelle benutzt wird. Dabei sind die Gleichrichter paarweisse mit gleichem Richtungssinn über hohe Wechselstromwiderstände an die gemeinsame Gleichstromvorspannungsquelle angeschaltet und die für den Gleichstrom nicht zu benutzenden Wege werden durch hohe Gleichstromwiderstände abgeriegelt.There is also a ring modulator circuit known in which for the single rectifier a common DC voltage source is used. Included the rectifiers are in pairs with the same sense of direction via high alternating current resistances connected to the common DC bias source and that for the DC current Paths that cannot be used are cordoned off by high DC resistances.

Bei den vorstehend erwähnten bekannten Ringmodulatorschaltungen werden nicht sämtliche Gleichrichterelemente des Gleichrichterringes von der gleichen Gleichstromkomponente durchflossen, wie dies beim Erfindungsgegenstand der Fall ist. Durch diesen alle Gleichrichter durchfließenden, von der Trägerspannung selbst abgeleiteten Gleichstrom erfolgt auf einfache Weise ein weitgehender Ausgleich etwaiger Unsymmetrien der einzelner (-ileichrichterelemente, der die Anforderungen ar die Sorgfalt der Auslese dieser Elemente auf möglichst gleiche Kennlinien hin gegenüber den bekannten Schaltungen herabsetzt. Gegenüber der bekannten Ringmodulatorschaltungen, bei denen die Gleichrichterelemente mit einer festen Vorspannung aus einer Batterie betrieben werden, bringt der Erfindungsgegenstand den Vorteil mit sich, daß das für die Unterdrückung der unerwünschten Modulationsprodukte (Klirrprodukte) kritische Verhältnis von Gleichspannungskomponente zur Trägeramplitude bei einer Änderung der letzteren praktisch konstant bleibt, da diese Gleichspannung vom Träger selbst abgeleitet ist.In the above-mentioned known ring modulator circuits not all rectifier elements of the rectifier ring from the same direct current component flowed through, as is the case with the subject matter of the invention. Through this all Direct current flowing through the rectifier, derived from the carrier voltage itself there is a simple way of largely compensating for any asymmetries in the individual (-leichrichterelemente, who meet the requirements ar the care of the selection these elements for the same characteristics as possible compared to the known circuits degrades. Compared to the known ring modulator circuits in which the rectifier elements be operated with a fixed bias voltage from a battery, brings the subject of the invention with the advantage that that for the suppression of the undesired modulation products (Distortion products) critical ratio of DC voltage component to carrier amplitude with a change in the latter remains practically constant, since this DC voltage is derived from the wearer itself.

Es ist zwar eine Doppelgegentaktmodulatorschaltung bekannt, bei der eine vom Träger selbst abgeleitete, an einer Widerstands-Kondensator-Parallelschaltung auftretende Gleichspannung als Vorspannung für sämtliche Gleichrichterelemente wirksam ist. Diese sind. aber nicht sämtlich, sondern immer nur paarweise von der gleichen Gleichstromkomponente durchflossen und erfordern daher die erwähnte sorgfältige und kostspielige Auswahl von, Gleichridhterelemnenten. Außerdem dient aber die Einführung der Vorspannung hier gar nicht zur Unterdrückung unerwünschter höherer Modulationsprodukte; sondern lediglich einer Erhöhung der zulässigen Aussteuerung.Although a double push-pull modulator circuit is known in which a resistor-capacitor parallel circuit derived from the carrier itself occurring DC voltage effective as a bias voltage for all rectifier elements is. These are. but not all of them, but always only in pairs of the same DC component flowed through and therefore require the aforementioned careful and expensive range of, peer-to-peer elements. But the introduction also serves the bias here not at all to suppress undesired higher modulation products; but only an increase in the permissible modulation.

Es ist. schließlich noch eine Modulatorschaltung bekannt, bei der vier Gleichrichterelemente in den Armen einer Brücke in Durchlaßrichtung in Reihe liegen und sämtlich von dem gleichen Gleichstrom durchflossen werden, der von einer in einem Brückenarm liegenden Vorspannungsbatterie erzeugt wird. Die. eine Diagonale der Brücke ist mit der Trägerspannungsquelle, die andere Diagonale einerseits über ein Tiefpaßfilter mit dem Eingangs-' kreis für die Signalspannung, andererseits über ein Hochpaßfilter für das gewünschte Seitenband mit dem Belastungskreis verbunden. Diese Schaltung arbeitet funktionsmäßig ganz anders als der Ringmodulator. Während letzterer grundsätzlich auch ohne Vorspannung der Gleichrichterelemente als Modulator wirksam ist, kommt bei der bekannten Schaltung bei Weglassen der eingeführten Vorspannung überhaupt leine Modulation zustande, da die Vorspannung die Gleichrichter offen steuert und diese erst durch die Trägerspannung zugesteuert werden. Die Schaltung, die eine Verdoppelung der Trägerfrequenz bewirkt, ist durch das Erfordernis zweier Filter mit einem wesentlich größeren Aufwand verbunden als der Erfindungsgegenstand.It is. finally known a modulator circuit in which four rectifier elements in the arms of a bridge in the forward direction in series and are all traversed by the same direct current that of a is generated in a bridge arm lying bias battery. The. a diagonal the bridge is with the carrier voltage source, the other diagonal on the one hand over a low-pass filter with the input circuit for the signal voltage, on the other hand connected to the load circuit via a high-pass filter for the desired sideband. In terms of function, this circuit works very differently than the ring modulator. While the latter in principle as a modulator without biasing the rectifier elements is effective, occurs in the known circuit when the introduced bias voltage is omitted There was no modulation at all, since the bias voltage left the rectifier open controls and these are only controlled by the carrier voltage. The circuit, which causes a doubling of the carrier frequency is by requiring two Filters associated with a much greater effort than the subject of the invention.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in der Fg.2 gezeigten Ausführungsbeispieles und einiger in Fig.3 dargestellter Dämpfungskurven näher erläutert.The invention is shown below with reference to one shown in FIG Embodiment and some of the damping curves shown in Figure 3 explained in more detail.

Der in Fig.2 angegebenen Schaltung liegt die bekannte Ringmodulatorschaltung zugrunde mit vier im Ring geschalteten Trockengleichrichterelementen i bis q., und vier jeweils in Reihe zu ihnen liegenden, gestrichelt angedeuteten Linearisierungswiderständen 5 bis 8, die bekanntlich eine Dämpfung der unerwünschten Modulationsprodukte höherer Ordnung bewirken, dem Eingangsübertrager 9 für die Signalfrequenz co, den Eingangsklemmen io, ii für die Trägerfrequenz SZ und dem Ausgangsübertrager 12 für die gewünschten Seitenbänder ,Q ± co. Der Gleichrichterring ist mit Hilfe von vier Kondensatoren 13 bis 16 gleichstrommäßig gegenüber den Wechselstromanschlüssen des Modulators abgetrennt. Innerhalb des Gleichrichterringes selbst ist eine als Vorspannungsquelle dienende Parallelschaltung eines ohmschen, vorzugsweise veränderbaren Widerstandes 17 und eines Kondensators i8 eingeschaltet. An dieser Parallelschaltung tritt infolge des den Widerstand 17 durchfließenden gleichgerichteten Trägerstromes eine Gleichspannung auf, die eine zusätzliche, sämtliche Gleichrichterelemente des Ringes durchfließende Gleichstromkomponente (in Durchlaßrichtung der Gleichrichter) erzeugt. Ihre Größe hängt außer von der Kennlinienform der Gleichrichterelemente von der Größe der verwendeten Trägerspannung ab.The circuit shown in Figure 2 is based on the known ring modulator circuit with four dry rectifier elements i to q connected in a ring, and four linearization resistors 5 to 8 in series with them, indicated by dashed lines, which are known to cause attenuation of the undesired higher order modulation products, the input transformer 9 for the signal frequency co, the input terminals io, ii for the carrier frequency SZ and the output transformer 12 for the desired sidebands, Q ± co. The rectifier ring is separated from the alternating current connections of the modulator in terms of direct current with the aid of four capacitors 13 to 16. Within the rectifier ring itself, a parallel connection of an ohmic, preferably variable resistor 17 and a capacitor i8, serving as a bias voltage source, is switched on. In this parallel connection, as a result of the rectified carrier current flowing through the resistor 17, a direct voltage occurs which generates an additional direct current component (in the forward direction of the rectifier) flowing through all the rectifier elements of the ring. Their size depends not only on the shape of the characteristic curve of the rectifier elements, but also on the size of the carrier voltage used.

In der vorbeschriebenen Schaltung ist die als Vorspannungsquelle dienende Parallelschaltung nur in einem der vier Zweige des Gleichrichterringes vorgesehen. Es hat sich gezeigt, daß dies für die erstrebte Wirkung im allgemeinen völlig ausreichend ist. Man kann aber die die Gleichstromkomponente erzeugenden Schaltelemente auch symmetrisch auf zwei bzw. vier Zweige des Ringes verteilen.In the circuit described above, the one serving as the bias voltage source is Parallel connection only provided in one of the four branches of the rectifier ring. It has been shown that this is generally completely sufficient for the desired effect is. However, the switching elements generating the direct current component can also be used Distribute symmetrically on two or four branches of the ring.

Fig.3 zeigt die mit der erfindungsgemäßen Modulatorschaltung erreichte Klirrdämpfung, und zwar ist das Verhältnis des unerwünschten Modulationsproduktes höherer Ordnung S2 ± 3 co zu dem Modulationsprodukt erster Ordnung S2 ± (o in Neper über der Trägeramplitude it.D aufgetragen. Kurve i9 gilt für die übliche Ringmodulatorschaltung ohne Linearisierungswiderstände. Man erkennt, daß durch Steigerung der Trägerspannung eine gewisse Verbesserung erzielt werden kann, die jedoch bald einem bei etwa 3 Neper liegenden Grenzwert zustrebt. Kurve 2o gilt für die gleiche Schaltung mit Linearisierungswiderständen, jedoch ohne die erfindungsgemäßen Schaltmaßnahmen. Kurve 21 gilt für die erfindungsgemäße Schaltanordnung gemäß Fig.2. Es zeigt sich, daß mit dieser erfindungsgemäßen Schaltanordnung die Klirrdämpfung des erwähnten Modulationsproduktes höherer Ordnung gegenüber dem Nutzseitenband bis auf etwa 9 Neper heraufgesetzt werden kann. Dabei sind die Unterschiede der Klirrdämpfung, die sich ergeben, je nachdem, ob in dieser Schaltungsanordnung die gestrichelten Linearisierungswiderstände verwendet werden oder nicht, nur gering und daher nicht besonders eingezeichnet.3 shows that achieved with the modulator circuit according to the invention THD attenuation, namely the ratio of the undesired modulation product higher order S2 ± 3 co to the first order modulation product S2 ± (o in Neper plotted over the carrier amplitude it.D Curve i9 applies to the usual ring modulator circuit without linearization resistors. It can be seen that by increasing the carrier voltage a certain improvement can be achieved, but this soon increases to around 3 Neper lying limit strives. Curve 2o applies to the same circuit with Linearization resistors, but without the switching measures according to the invention. Curve 21 applies to the switching arrangement according to the invention as shown in FIG. It appears, that with this switching arrangement according to the invention, the distortion attenuation of the mentioned Modulation product of a higher order compared to the useful sideband up to about 9 Neper can be raised. The differences in distortion attenuation are which result, depending on whether in this circuit arrangement the dashed Linearization resistors are used or not, only slightly and therefore not especially drawn.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Ring modulator circuit with DC rectifier ring separated from the AC connections, in which higher order modulation products are suppressed by using suitable bias voltages, characterized in that within the rectifier ring itself as a bias voltage source, at least one parallel connection of a resistor and a capacitor is arranged in such a way that all rectifier elements have the same direct current component are flowed through. 2. Ring modulator circuit according to claim i, characterized in that the switching elements generating the direct current component are symmetrically distributed over the individual branches of the modulator circuit. Cited publications: German Patent Specifications No. 711 547, 83o 674; Swiss Patent No. 235 679; French Patent No. 907 850; U.S. Patent No. 2,233,860; Excerpts from German patent applications, London 1948, vol.

2, p. 717; Registration S 152157 VIIIa / 21 a4.