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Senderschaltung zur Amplitudenmodulation einer Hochfrequenzschwingung
mit herabgesetzter Bandbreite Durch Amplitudenmodulation einer Hochfrequenzschwingung
mit einem Spektrum von Modulationsfrequenzen, beispielsweise mit einem Telephoniesignal,
entstehen bekanntlich zwei Seitenbänder, deren jedes das Signal vollständig enthält.
Man kann daher eines der Seitenbänder unterdrücken und nur das andere ausstrahlen.
Sendet man neben diesem Seitenband auch den zugehörigen Träger aus bzw. sorgt man
auf geeignete Weise für die Wiedereinführung einer entsprechenden Trägerschwingung
am Empfänger, so besitzt die resultierende Schwingung bei nicht zu hohem Modulationsgrad
eine Hüllkurve, die noch ohne wesentliche Verzerrungen der Modulationsschwingung
entspricht. Wenn man den Modulationsgrad erhöht, nehmen jedoch die Verzerrungen
sehr bald in unzulässigem Maße zu.
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Zur Herabminderung der Verzerrungen bei Einseitenbandsendern ist es
bereits bekannt, die Hüllkurve der ausgesandten Hochfrequenzschwingung mit Rücksicht
auf die Eigenschaften des Empfangs-Demodulators in geeigneter Weise zu beeinflussen.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß im Sender eine Verzerrerstufe vorgesehen
ist, welche die ausgesandten Hochfrequenzschwingungen derart verändert, daß ein
Empfangs-Demodulator mit beispielsweise quadratischer oder linearer Kennlinie die
Nachrichten mit wesentlich verringerten
Verzerrungen im Vergleich
zu den Bedingungen beim Empfang eines nicht zusätzlich beeinflußten Einseitenbandsignals
wiedergibt. Die auf die Entzerrung der Empfangswiedergabe abzielenden Maßnahmen
können entweder im Modulationsverstärker, also im Niederfrequenzbereich, oder auch
im Hochfrequenzverstärker- bzw. Modulatorteil bewirkt werden; im ersten Fall wird
eine zu den typischen Einseitenbandverzerrungen inverse Verzerrung der Modulationsschwingung
angestrebt; im zweiten Falle wird in einer bekannten Schaltung die (verzerrt) modulierte
Einseitenbandschwingung gleichgerichtet und mit der aus einer Gleichrichtung der
vollständigen Zweiseitenbandschwingung erhaltenen Modulationsschwingung in einer
Brückenschaltung verglichen, worauf mit der die Verzerrungen darstellenden Differenzspannung
aus beiden eine Gegenmodulation bewirkt wird (Deutsche Patentschrift 869:225).
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Soweit die erwähnten bekannten Schaltungen zum Verzerrungsausgleich
von Anordnungen mit Gegenkopplung oder Gegenmodulation mit einer rückwärts geführten
Verbindungsschleife Gebrauch machen, indem an einem dem Ausgang näheren Schaltungspunkt
eine zur Erzeugung der Gegenkopplungs- oder Gegenmodulationsspannung geeignete Spannung
abgenommen und die daraus gewonnene Spannung einer dem Eingang näheren Röhrenstufe
zugeleitet wird, besitzen sie den Vorzug der Einfachheit und der zuverlässigen Wirkungsweise;
je nach dem Grade der Gegenwirkung wird ein Ausgleich der Verzerrungen erzielt,
wobei eine übermäßige Wirkung, d. h. die Erzeugung inverser Verzerrungen, ausgeschlossen
ist. Es ist aber auch keine vollständige Entzerrungswirkung erreichbar, wie bei
einer jeden Rückwärtsregelung kein vollständiger Ausgleich möglich ist.
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Die Erfindung ergibt eine Verbesserung der Wirkung des Verzerrungsausgleichs
bei Einseitenbandsendern durch eine Beeinflussung der Form der Modulationshüllkurve
in zwei aufeinanderfolgenden Schritten bzw. Übertragungsstufen. In einer Senderschaltung,
in welcher im wesentlichen nur die Schwingungen eines Seitenbandes und die hochfrequente
Trägerschwingung ausgesandt werden, soll erfindungsgemäß außer der Anwendung von
Maßnahmen zu einer derartigen Beeinflussung der Modulationshüllkurv e, da diese
von der nach Wegsieben eines Seitenbandes sich ergebenden (verzerrten) Kurvenform
entweder im Sinne eines endgültigen Verzerrungsausgleichs oder im Sinne einer Einebnung
im wesentlichen :Maße abweicht, in einer die in der genannten Weise vorbehandelten
Schwingungen verstärkenden Röhrenstufe, vorzugsweise einer Endstufe, eine derartige
zusätzliche Anodenspannungsmodulation erfolgen, daß die Verzerrungen der Modulationshüllkurve
im Ausgang der Leistungsstufe gegenüber denen an ihrem Eingang verringert sind.
Durch die zusätzliche Modulation in einer nahe dem Senderausgang befindlichen Stufe
können die Verzerrungen bis auf ein auch bei hohen Ansprüchen 'an die Wiedergabequalität
nicht mehr störendes Maß beseitigt werden. Dies hat besondere Bedeutung, wenn die
vorausgehende Anordnung eine Beeinflussung der Modulationshüllkurve in der Richtung
eines Verzerrungsausgleiches bewirkt und den Charakter einer Rückwärtsverriegelung
hat, so daß prinzipiell ein vollständiger Ausgleich in dieser Anordnung allein nicht
möglich wäre. Die Nachbehandlung der bereits im Sinne eines endgültigen Verzerrungsausgleiches
veränderten modulierten Schwingung ergibt auch eine bessere Einstellmöglichkeit
und Aufgabentrennung auf zwei Stufen, wie es später an Hand eines Ausführungsbeisp.ieles
noch erläutert werden wird. Als allgemeiner Vorteil ergibt sich besonders eine Verbesserung
der Ausnutzung der zusätzlich modulierten Senderstufe, vorzugsweise der Endstufe,
so daß die abgestrahlte Leistung unter sonst ungeänderten Verhältnissen wesentlich
erhöht werden kann. Ein besonderer Vorteil ist darin zu erblicken, daß die Erfindung
auch auf vorhandene normale Sender für Zweiseitenbandbetrieb hoher Wiedergabequalität,
beispielsweise Rundfunksender, angewendet werden kann, wobei mit nur geringen Abänderungen
an dem zur Aufbereitung der Modulationsschwingung dienenden Teil nach Einfügen des
Einseitenbandzusatzes die gleiche hohe Wiedergabequalität unter Einsparung der halben
Bandbreite beibehalten wird, ohne daß Änderungen an den Empfangsgeräten notwendig
sind. Vorausgesetzt wird dabei, daß es sich um einen der üblichen Sender handelt,
dessen Modulation in der Endstufe als Anodenspannungsmodulation erfolgt. Die Einrichtung
solcher vorhandenen Sender für den Einseitenbandbetrieb nach der Erfindung erfordert
hinsichtlich des Modulationsv erstärkers und der Art der Modulation in der Endstufe
keine Abänderungen, da bei Anwendung der Erfindung die zusätzliche Modulation zum
praktisch vollständigen Ausgleich der Einseitenbandverzerrungen ebenfalls vorzugsweise
mit der nicht veränderten bzw. verzerrten Modulationsschwingung, d. h. nach entsprechender
linearer Verstärkung, erfolgt.
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An die Linearität der Verstärkung der modifizierten Einseitenbandschwingung
in den Sendervorstufen (Hochfrequenzverstärkerstufen) werden dabei keine besonderen
Anforderungen gestellt. Im Extremfall kann an Stelle einer Vorentzerrung der Einseitenband-Modulationshüllkurv
e auch eine teilweise oder sogar vollständige Einebnung dieser Hüllkurve vorgenommen
werden, so daß die Senderendstufe am Gitter mit annähernd konstanter Spannung gesteuert
wird, deren Momentanfrequenz j durch die Wirkung des durchlaufenden Einseitenbandmodulators
dem Phasen- bzw. Frequenzmodulationsanteil der Einseitenbandschwingung entspricht.
Der Amplitudenanteil der modifizierten Einseitenbandmodulation wird dann nahezu
vollständig in einer der idealen Hüllkurve entsprechenden Form in der Endstufe hinzugefügt.
Bei dieser Aufteilung der vollständigen Modulation auf zwei Schritte bzw. zwei verschiedene
Senderteile ergeben sich hinsichtlich der Ausnutzung der Aussteuerungsbereiche der
einzelnen Stufen besonders
günstige Verhältnisse. Die Forderungen
hinsichtlich Linearität für die Hochfrequenzverstärkerstufen können herabgesetzt
werden, und es wird ein hoher Grad der Annäherung an die ideale Form der Einseitenbandmodulation
für Qualitätswieder= gabe erzielt.
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Es ist auch bereits bekannt, in Sendeanlagen für Zweiseitenbandbetrieb
Linearisierungsmaßnahmen in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen, wie beispielsweise
mehrfache Modulation einschließlich Anodenspannungsmodulation der Endstufe, sowie
Gegenmodulation mit den aus den modulierten Schwingungen wiedergewonnenen Modulationsschwingungen
anzuwenden. Die für Zweiseitenbandbetrieb gegebenen Möglichkeiten sind jedoch nicht
ohne weiteres auf Anordnungen für Einseitenbandbetrieb übertragbar, weil bei diesen
hinsichtlich der Möglichkeiten für die Durchführung der Modulation ganz besondere
Bedingungen vorliegen. Da man nicht unmittelbar durch den Modulationsvorgang die
gewünschte modulierte Einseitenbandschwingung erhält, sondern noch eine nachfolgende
Filterung erforderlich ist, die nicht in einer Stufe hoher Leistung vorgenommen
werden kann, muß die Einseitenbandmodulation in einer oder mehreren Vorstufen mit
einem oder mehreren entsprechenden Filtern vorgenommen werden. Bekannte Einseitenbandgeräte
besitzen infolgedessen einen mit Stufen verhältnismäßig geringerLeistung ausgebildeten
Teil, der nur der Erzeugung einer Einseitenbandschwingung geringer Leistung dient;
diese Schwingung wird in den bekannten Anordnungen durch einen nachfolgenden Hpchfrequenzleistungsverstärker
auf den gewünschten Pegel verstärkt. An die Linearität der Arbeitsweise dieses Teiles
müssen dabei hohe Anforderungen gestellt werden, damit die bei der Erzeugung der
Signalschwingung mit wesentlichem Aufwand erzielte Kleinheit der Verzerrungen erhalten
bleibt.
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Infolge der besonderen Bedingungen bei der Erzeugung von Einseitenbandsignalen
war die technische Entwicklung dieses Gebietes festgelegt auf die bereits erwähnte
funktionelle Aufteilung in einen der Signalherstellung dienenden Teil einschließlich
Modulator, Filter, Trägerfrequenzumwandler, Entzerrer, gegebenenfalls mit Gegenmodulation,
und in einen anderen, nachfolgenden, der linearen Leistungsverstärkung dienenden
Teil, beispielsweise im einfachsten Falle in Gestalt einer unmodulierten Endstufe.
Die Erfindung bricht mit dieser herkömmlichen Technik und erlaubt es, die bereits
erwähnten vorteilhaften Wirkungen einiger bei Zweiseitenbandgeräten bereits an sich
bekannter Maßnahmen in überraschend günstiger Weise bei Einseitenbandgeräten miteinander
zu verknüpfen.
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''In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in Gestalt
von Schaltbildern zusammen mit Kurvenbildern zur Erläuterung der Wirkungsweise dargestellt.
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Abb. i zeigt das Blockschaltbild einer Senderanlage nach der Erfindung.
Die Modulationsschwingungen werden über die mit Nf bezeichnete Leitung dem Eingang
des Zweiseitenbandmodulators i zugeführt, in welchem die Niederfrequenzschwingungen
in der üblichen Weise der Trägerschwingung TY aüfmoduliert werden. Danach wird mit
Hilfe eines Einseitenbandfilters 2 das eine, der beiden Seitenbänder weggesiebt,
d. h. unterdrückt, so däß das andere Seitenband und der Träger Übrigbleiben. Es
wäre auch möglich, an dieser Stelle den Träger teilweise zu unterdrücken, so daß
der resultierende Modulationsgrad, der durch Wegnahme eines Seitenbandes auf die
Hälfte fällt, wieder den alten Wert erreicht. Es ist auch möglich, den Träger ganz
zu unterdrücken und ihn an einer nachfolgenden Stelle des Übertragungsweges in geeigneter
Stärke wieder einzuführen. Es sei für die nachfolgende Erläuterung angenommen, daß
4n dem Gerät 2 der Abb. i der Träger auf die halbe Stärke reduziert wird, so daß
voller Modulation in i auch volle Modulation der Einseitenbandschwingung mit Träger
am Ausgang von 2 entspricht.
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Würde die Ausgangsschwingung des Filters 2, welche demnach ein Seitenband
und den zugehörigen Träger enthält, unverändert den nachfolgenden Hochfrequenzverstärkerstufen
5 des Senders zugeführt und über die Endstufe 6 durch die Antenne ausgestrahlt,
so entspräche dies dem üblichen Einseitenbandverfahren ohneEntzerrungsmaßnahmen.
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Für hohe Modulationsgrade werden dabei jedoch, wie schon erwähnt,
die Verzerrungen unzulässig hoch.
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Im linken Teil der Abb. i befindet sich außer den schon erwähnten
Teilen auch noch der Demodulator 3 und der Niederfrequenzverstärker .4, welche eine
vom Ausgang des Filters 2 zum Eingang des Modulators i führende Gegenkopplungsschleife
bilden. Durch die Wirkung dieser Gegenkopplung wird die Hüllkurve der modulierten
Schwingung am Ausgang des Filters 2 in der Weise korrigiert, daß sie schon wesentlich
besser der Form der ursprünglichen.' Modulationsschwingung entspricht. Der Ausgleich
der Verzerrungen wird dabei um so besser, je höher der Gegenkopplungsgrad ist. Die
so modifizierte Einseitenbandschwingurng wird darauf dem Hochfrequenzverstärker
des Senders zugeführt und in derEndstufe6 bis auf dieAntennenleistung verstärkt.
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Außer der Verringerung der Verzerrungen durch Anwendung der Gegenkopplung
über die Teile 3 und .4 im modulationsfrequenten Teil der Schaltung wird im Sinne
des Erfindungsgedankens noch eine zusätzliche Amplitudenmodulation der modifizierten
Einseitenbandschwingung in der Endstufe 6 bewirkt. Dazu werden di e Niederfrequenzschwingungen
in einem normalen Niederfrequenzverstärker 7 linear verstärkt und der Anodenspannung
der Endstufe überlagert.
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Abb. 2 ist eine Kurvendarstellung, welche zur Erläuterung der beim
Einseitenbandverfahren entstehenden Verzerrungen dient. Der Zeiger T bezeichnet
die Trägerschwingung und der Zeiger S die Seitenschwingung, die unter der Voraus-
Setzung
der Unterdrückung der anderen Seitenschwingung neben dem Träger entsteht. Die Hüllkurve
der modulierten Hochfrequenzschwingung stellt die Kurve B dar, wobei ein verhältnismäßig
geringer Modulationsgrad (entsprechend dem Verhältnis der Länge des Zeigers S zu
der Länge des Zeigers T) zugrunde gelegt ist. Die Kurve B zeigt infolgedessen
noch keine bedeutende Verzerrungen. Erhöht man jedoch die Stärke der Seitenschwingung
bis auf die des Trägers, so nimmt die Hüllkurve die Form C an, ist also oben stark
verbreitert und unten keilförmig zugespitzt. Sie entspricht der kommutierten Sinuskurve
halber Frequenz. Es ist ersichtlich, daß die bei einem so hohen Modulationsgrad
auftretenden Verzerrungen den Forderungen einer Qualitätswiedergabe nicht mehr entsprechen
können.
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Durch die Wirkung der in Abb. i vorgesehenen Gegenkopplung zusammen
mit der nachfolgenden Modulation in der Senderendstufe werden diese Verzerrungen
jedoch in einem so weiten Maße behoben, daß derartige Anordnungen auch für Rundfunksender
geeignet sind. Die dem Ausgang des Einseitenbandfilters 2 in Abb. i entnommene modulierte
Schwingung wird nach Gleichrichtung als Gegenkoppelspannung dem Eingang des Modulators
i zugeführt. Dabei entsteht als resultierende Eingangsspannung für den Modulator
i eine Schwingungsform, die etwa durch die Kurve D der Abb. 2 dargestellt werden
kann. Diese hat ungefähr den inversen Verlauf in bezug auf die Hüllkurve der Schwingung
C. Wie bei allen Einseitenbandverfahren mit Entzeirungsmaßnahmen ist auch bei dem
vorliegenden Verfahren die insgesamt beanspruchte Bandbreite etwas größer als die
Hälfte einer entsprechenden Zweiseitenbandmodulation. Dies gilt praktisch aber nur
bei einem sehr großen Modulationsgrad. Moduliert man den Träger nicht voll durch,
z. B. nur mit 5o 1/o, wie es der Kurve B in Abb. 2 entsprechen würde, so ist auch
die resultierende Eingangsspannung am Modulator i nicht mehr entsprechend stark
verzerrt. Sie hat dann etwa den Verlauf der Kurve E in Abb. 2 und enthält aus den
Bandgrenzen herausfallende höhere Harmonische nur noch in viel geringerer Stärke.
Praktisch ist daher gegenüber dem gewöhnlichen Zweiseitenbandverfahren bei einer
Modulation nach der Erfindung .in bezug auf die beanspruchte Bandbreite ein bedeutender
Vorteil vorhanden, wobei der Nachteil der größeren Verzerrungen bei reiner Einseitenbandmodulation
vollständig aufgehoben ist.
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In Abb. 3 .ist eine abweichende Form einer Anordnung zur Aufbereitung
einer modifizierten Einseitenbandschwingung mit Träger dargestellt. Darin werden
die Modulationsschwingungen über die Leitung Ni in normaler Weise dem Zweiseitenbandmodulator
8 mit nachfolgendem Einseitenbandfilter 9 zugeführt. Gleichzeitig werden die Niederfrequenzschwingungen
in dem Verstärker i i verstärkt. Die modulierten Schwingungen am Ausgang des Filters
9 werden in einem Demodulator io demoduliert; die als Demodulationsergebnis entstehende
(verzerrte) Modulationsschwingung wird zusammen mit den unverzerrt verstärkten Modulationsschwingungen
einer Anordnung i2 zur Differenzbildung zugeführt. Die Differenz aus der verzerrten
und unverzerrten Modulationsschwingung gelangt dann zum Eingang eines weiteren Einseitenbandmodulationsgerätes
13, dessen modulierte Ausgangsschwingung in einer nachfolgenden (nicht dargestellten)
Röhrenstufe nochmals mit der unverzerrten Modulationsschwingling amplitudenmoduliert
wird.
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Die in Abb. 3 beim Punkt G vorhandene Differenzspannung hat dann die
Form der in Fig. i beim Punkt F vorhandenen resultierenden Spannung, wobei jedoch
gegenüber Abb. i der Vorteil besteht, daß die Eigenerregungsgefahr durch starke
Gegenkopplung auf Frequenzen außerhalb des eigentlichen Nutzbereiches ausgeschaltet
ist. Die so vorverzerrte bei Punkt G in Abb. 3 erscheinende Modulationsschwingung,
die dem Verlauf D in Abb. 2 bei voller Modulation bzw. E bei halber Modulation entspricht,
wird darauf dem normalen Einseitenbandgerät 13 zugeführt. Die am Ausgang beim Punkt
H erhaltene Schwingung hat dann eine Hüllkurve, die der unverzerrten Modulationsschwingung
entspricht. Diese wird in der geschilderten Weise auf die Hochfrequenzverstärkerstufen
des Senders gegeben und in der Senderendstufe in der gleichen Weise wie in Abb.
i durch zusätzliche Amplitudenmodulation mit der unverzerrten Modulationsschwingung
nochmals korrigiert.