NO155268B

NO155268B - BOARD FOR MODULATION OF RADIO TRANSMITTERS.

Info

Publication number: NO155268B
Application number: NO82823968A
Authority: NO
Inventors: Paul John Weber
Original assignee: Motorola Inc
Priority date: 1981-05-26
Filing date: 1982-11-26
Publication date: 1986-11-24
Also published as: NO823968L; NO155268C

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en krets for styring av moduleringen av en radiosender slik det er angitt i innledningen til patentkrav 1. The present invention relates to a circuit for controlling the modulation of a radio transmitter as stated in the introduction to patent claim 1.

I såvel frekvens- som amplitudemodulerende sendere In both frequency and amplitude modulating transmitters

er det nødvendig å begrense modulasjonsgraden på grunn av myndighetskrav. Overmodulasjon kan videre også medføre signalforvrengning og interferens med andre radio-transmisjoner. Konvensjonelle kretser til begrensning av en senders modulasjon bruker typisk motsattrettete likerettere eller dioder, som er kjent fra US-PS 2.025.595 og 2. 491.690 eller begrenserkretser, som er kjent fra US-PS 3.320.536, 3.626.331. 3.986.049 og 4.038.603, for å forhindre modulasjonssignaler i å overskride et forutbestemt maksimalt spiss-til-spiss spenningssving. is it necessary to limit the degree of modulation due to regulatory requirements. Overmodulation can also cause signal distortion and interference with other radio transmissions. Conventional circuits for limiting a transmitter's modulation typically use reverse rectifiers or diodes, which are known from US-PS 2,025,595 and 2,491,690 or limiter circuits, which are known from US-PS 3,320,536, 3,626,331. 3,986,049 and 4,038,603, to prevent modulation signals from exceeding a predetermined maximum peak-to-peak voltage swing.

Disse kretser er imidlertid ikke-lineære av natur og However, these circuits are non-linear in nature and

omsetter de modulerende signaler til firkantbølger. they convert the modulating signals into square waves.

Innholdet av harmoniske i firkantbølgene medfører at det utsendte signal har større båndbredde enn normalt. For å The content of harmonics in the square waves means that the transmitted signal has a larger bandwidth than normal. In order to

holde båndbredden av det utsendte signal innenfor forutbestemte grenser, kan man innsette et såkalt "splatterfilter" mellom den modulasjonsstyrende kretsen og senderen. Et splatterfilter demper signaler med frekvenser over 3000 Hz kraftig. Da et slikt splatterfilter imidlertid ikke tilfresstillende demper alle harmoniske i keep the bandwidth of the transmitted signal within predetermined limits, a so-called "splatter filter" can be inserted between the modulation control circuit and the transmitter. A splatter filter strongly attenuates signals with frequencies above 3000 Hz. However, since such a splatter filter does not satisfactorily dampen all harmonics i

firkantbølgene, skal modulasjonssignalet ytterligere amplitudebegrenses, innen det påtrykkes modulatoren, slik at de av myndighetene fastsatte krav til det utsendte square waves, the modulation signal must be further limited in amplitude, before the modulator is applied, so that the requirements laid down by the authorities for the transmitted

signal overholdes. Senkning av modulasjonssignalamplituden medfører forringelse av signalkvaliteten, fordi signal-støyforholdet reduseres. signal is observed. Lowering the modulation signal amplitude results in a deterioration of the signal quality, because the signal-to-noise ratio is reduced.

I US-PS med 4.122.417 beskrives en variabel utjevner ("equalizer"), med en differensialforsterker med en første inngang koblet til en signalinngang og en andre inngang koblet til en ut jevner inngang på differensialforsterkeren. US-PS 4.225.822 beskriver en krets for amplitydemodulering som omfatter en krets for automatisk nivåstyring, med et høypass-filter en likeretterkrets og en eliminatorkrets i ei negativ tilbakeføringssløyfe. Ingen av disse publikasjonene beskriver således en krets av samme kategori som oppfinnelsen. US-PS with 4,122,417 describes a variable equalizer ("equalizer"), with a differential amplifier with a first input connected to a signal input and a second input connected to an equalizing input of the differential amplifier. US-PS 4,225,822 describes a circuit for amplitude modulation comprising a circuit for automatic level control, with a high-pass filter, a rectifier circuit and an eliminator circuit in a negative feedback loop. None of these publications thus describes a circuit of the same category as the invention.

Formålet med oppfinnelsen er å anvise en krets av den omhandlede art med optimalt signal-støyforhold. The purpose of the invention is to provide a circuit of the type in question with an optimal signal-to-noise ratio.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved den utforming som er angitt i den kjennetegnende del av krav 1. According to the invention, this is achieved by the design specified in the characterizing part of claim 1.

Når forsterkerredskapet drives til amplitudebegrensning, klipning, vil fase og amplitude av harmoniske fra forsterkeren bli endret av filteret. Så lenge forsterkeren arbeider lineært, har den en flat karakteristikk, og filteret har ingen effekt, fordi det er anbragt i tilbakekoblingssløyfen. Forsterkerens utgangssignal kan påtrykkes modulatoren via et splatterfilter. Når modulasjonsgrensene for det utsendte signal er fastlagt, kan utgangssignalet fra splatterfilteret reguleres inn, slik at modulasjonsgrensen ikke overskrides når forsterkeren drives til klipning. Ved bruk av den anviste krets kan middeleffekten og modulasjonssignalet økes vesentlig i forhold til det som kan oppnås ved kjente kretser, slik at signal-støyforholdet forbedres betydelig. When the amplifier device is driven to amplitude limiting, clipping, the phase and amplitude of harmonics from the amplifier will be changed by the filter. As long as the amplifier works linearly, it has a flat characteristic, and the filter has no effect, because it is placed in the feedback loop. The amplifier's output signal can be applied to the modulator via a splatter filter. When the modulation limits for the transmitted signal have been determined, the output signal from the splatter filter can be regulated, so that the modulation limit is not exceeded when the amplifier is driven to clipping. By using the indicated circuit, the average power and the modulation signal can be increased significantly compared to what can be achieved with known circuits, so that the signal-to-noise ratio is significantly improved.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere ved hjelp av tegningen, hvor In the following, the invention will be explained in more detail with the help of the drawing, where

fig. I viser et blokkdiagram for en styrekrets ifølge oppfinnelsen som del av en radiosender, fig. I shows a block diagram for a control circuit according to the invention as part of a radio transmitter,

fig. 2 viser typiske bølgeformer for signalet fra forsterkeren 120 i fig. 1, når denne drives til klipning, fig. 2 shows typical waveforms for the signal from the amplifier 120 in fig. 1, when this is driven to shear,

fig. 3 viser typiske bølgeformer for signalet fra splatterfilteret 130 i fig. 1, når det påtrykkes signaler ifølge fig. 2, og fig. 3 shows typical waveforms for the signal from the splatter filter 130 in fig. 1, when signals according to fig. 2, and

fig. 4 viser typiske bølgeformer for signalet fra splatterfilteret 130 i fig. 1, når det påtrykkes et firkantsignal. fig. 4 shows typical waveforms for the signal from the splatter filter 130 in fig. 1, when a square signal is applied.

Fig. 1 viser en radiosender 100 med en krets til styring av moduleringen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Senderen omfatter en mikrofon 110, en lavfrekvensforsterker 120, et splatterfilter 130, en Fig. 1 shows a radio transmitter 100 with a circuit for controlling the modulation according to the present invention. The transmitter comprises a microphone 110, a low-frequency amplifier 120, a splatter filter 130, a

modulator 150, et oscillator- og senderkrets 180 og en modulator 150, an oscillator and transmitter circuit 180 and a

antenne 190. Mikrofonen 110, splatterfilteret 130, antenna 190. The microphone 110, the splatter filter 130,

modulatoren 150 og oscillator- og senderkretsen 180 er konvensjonelle kretser for bruk i frekvensmodulerte radioer, jfr. for eksempel det som er kjent fra Motorola Instruction Manual 68P81043E45, ("SYNTOR Two-Way FM Radio" Motorola Service Publication, 1980). Vedrørende the modulator 150 and the oscillator and transmitter circuit 180 are conventional circuits for use in frequency modulated radios, cf. for example, that known from Motorola Instruction Manual 68P81043E45, ("SYNTOR Two-Way FM Radio" Motorola Service Publication, 1980). Concerning

konvensjonell FM-modulasjonsteknikk kan henvises til "Information Transmission, Modulation and Noise" av Mischa Schwartz (McGraw-Hill Book Co., Inc. 1959, side 111-141). conventional FM modulation technique can be referred to "Information Transmission, Modulation and Noise" by Mischa Schwartz (McGraw-Hill Book Co., Inc. 1959, pages 111-141).

Lavfrekvente signaler fra mikrofonen 110 påtrykkes forsterkeren 120, som gir en forutbestemt forsterkning. Forsterkeren 120 har en flat kakteristikk i lavfrekvens-området, typisk 300-3000 Hz i radiokommunikasjonssystemer. Low-frequency signals from the microphone 110 are applied to the amplifier 120, which provides a predetermined amplification. The amplifier 120 has a flat characteristic in the low frequency range, typically 300-3000 Hz in radio communication systems.

De forsterkede lavfrekvenssignaler påtrykkes splatterfilteret 130, som demper høyfrekvente signaler. Splatterfilteret er typisk et lavpassfilter, som med skarp avskjæring demper signaler med en frekvens som er større enn 3000 Hz. Slike høyfrekvente signaler skal dempes, da de ellers ville medføre en båndbredde av det utsendte signal som overstiger det som fastlagt av Federal Communications Commission (USA). The amplified low-frequency signals are applied to the splatter filter 130, which attenuates high-frequency signals. The splatter filter is typically a low-pass filter, which with a sharp cut-off attenuates signals with a frequency greater than 3000 Hz. Such high-frequency signals must be attenuated, as they would otherwise result in a bandwidth of the transmitted signal that exceeds that determined by the Federal Communications Commission (USA).

Lavfrekvente signaler fra splatterf ilteret 1.30 påtrykkes via et potensiometer 140 modulatoren 150. Potensiometeret 140 tjener til innreguler ing av det Low-frequency signals from the splatter filter 1.30 are applied via a potentiometer 140 to the modulator 150. The potentiometer 140 serves to regulate the

utsendte signals modulasjon. Til denne innregulering i overensstemmelse med myndighetskrav påtrykkes forsterkeren transmitted signal's modulation. For this regulation in accordance with official requirements, the amplifier is pressed

120 typisk,et 1000 Hz signal med tilstrekkelig amplitude 120 typically, a 1000 Hz signal with sufficient amplitude

til at forsterkeren "drives.-til klipning som antydet i -fig. to the amplifier being "driven.-to clipping as indicated in -fig.

2. Når dette er .tilfelle, innstilles potensiometeret 140". på 2. When this is the case, the potentiometer is set to 140".

en slik måte atrdet utsendte.signals spisspenninger ikke such a way did not affect the transmitted signal's tip voltages

overstiger de foreskrevne grenser. Den i nevnte Motorola Manual 68P81043E45 omhandlede FM-sender har for eksempel en bOOO Hz modulasjonsgrense. exceeds the prescribed limits. The FM transmitter referred to in the aforementioned Motorola Manual 68P81043E45 has, for example, a bOOO Hz modulation limit.

I denne foretrukne utførelsesform for styrekretsen ifølge oppfinnelsen omfatter lavfrekvensforsterkeren 120 en sedvanlig operasjonsforsterker 160 og et fasedifferensfilter 170, som er anbragt mellom operasjonsforsterkerens utgang og en tilbakekoblingsmotstand 161. Mikrofonsignalene påtrykkes operasjonsforsterkeren 160 via en kondensator 168 og en inngangsmotstand 162. Operasjonsforsterkerens 160 spenningsforsterkning bestemmes i det vesentlige av forholdet mellom tilbakekoblingsmotstanden 161 og inngangsmotstanden 162. Operasjonsforsterkeren 160 er forspent med den halve forsyningsspenning +V ved hjelp av en spenningsdeler bestående av to serieforbundne motstander 163 og 165. Er såvel positiv som negativ forsyningsspenning til rådighet, kan spenningsdelermotstandene 163, 165 og en kondensator 164 i parallell med motstanden 165 utelates, idet operasjonsforsterkerens 160 positive inngang forbindes direkte til jord. Forspenningen fra motstandene 163, 165 filtreres av kondensatoren 164 og påtrykkes også en utgangsmotstand 166 via en motstand 167. Disse to mot-standet 166, 167 utgjør en spenningsdeler som reduserer spiss-til-spisspenningen fra forsterkerens 120 utgang til et for splatterfilteret 130 akseptabelt nivå. De elektriske egenskaper ved en forsterker med en operasjonsforsterker kjennes eksempelvis fra "Analog Computer Techniques" av Clarence L. Johnson (McGraw-Hill Book Company, Inc., 1963). In this preferred embodiment of the control circuit according to the invention, the low-frequency amplifier 120 comprises a conventional operational amplifier 160 and a phase difference filter 170, which is placed between the output of the operational amplifier and a feedback resistor 161. The microphone signals are applied to the operational amplifier 160 via a capacitor 168 and an input resistor 162. The voltage gain of the operational amplifier 160 is determined in the essentially of the relationship between the feedback resistor 161 and the input resistor 162. The operational amplifier 160 is biased with half the supply voltage +V by means of a voltage divider consisting of two series-connected resistors 163 and 165. If both positive and negative supply voltage are available, the voltage divider resistors 163, 165 and a capacitor 164 in parallel with resistor 165 is omitted, as the operational amplifier 160's positive input is connected directly to ground. The bias voltage from the resistors 163, 165 is filtered by the capacitor 164 and is also applied to an output resistor 166 via a resistor 167. These two resistors 166, 167 form a voltage divider which reduces the peak-to-peak voltage from the output of the amplifier 120 to a level acceptable to the splatter filter 130 . The electrical characteristics of an amplifier with an operational amplifier are known, for example, from "Analog Computer Techniques" by Clarence L. Johnson (McGraw-Hill Book Company, Inc., 1963).

Ifølge den foreliggende oppfinnelse består filteret 170 av motstander 171 og 173 samt en kondensator 172, som alle inngår i operasjonsforsterkerens 160 tilbakekoblings-sløyfe. Filteret 170 har ingen virkning på det forsterkede utgangssignal før operasjonsforsterkeren 160 drives til klipning. Til da er filterets virkning eliminert, fordi filteret inngår i tilbakekoblingssløyfen med motstanden 161. Når operasjonsforsterkeren 160 drives til klipning, påvirkes utgangssignalet ikke lenger av tilbakekoblingen, men til gjengjeld påvirkes det av filteret 170. According to the present invention, the filter 170 consists of resistors 171 and 173 as well as a capacitor 172, all of which are included in the feedback loop of the operational amplifier 160. The filter 170 has no effect on the amplified output signal until the operational amplifier 160 is driven to clipping. Until then, the effect of the filter is eliminated, because the filter is included in the feedback loop with the resistor 161. When the operational amplifier 160 is driven to clipping, the output signal is no longer affected by the feedback, but in return it is affected by the filter 170.

Filteret 170 endrer såvel fase som amplitude av de harmoniske signaler, slik at det skjer en avrunding av det klippede utgangssignals forreste hjørner 201-204, som vist i fig. 2. Som vist i fig. 3 vil utgangssignalet fra splatterfilteret 130 ikke overstige spiss-til-spissspenningene når filteret 130 påtrykkes den i fig. 2 viste bølgeform, slik som det er tilfellet - jfr. fig. 4 - hvis filteret 130 påtrykkes et firkantsignal. Potensiometeret 140 skulle, for å ta hensyn til det i fig. 4 viste utgangssignal, innstilles til å gi større dempning enn når det er snakk om det i fig. 3 viste utgangssignal fra splatterfilteret 130. Da utgangssignalet fra splatterfilteret ifølge fig. 3 ikke har oversving, er den gjennomsnittlige modulasjonssignaleffekt forøket over det som var mulig ved hittil kjent teknikk. Empiriske målinger viser at forøkelsen er 2,1 dB eller 64 % når den anviste krets benyttes i en FM-radio med et maksimalt utsving på 5000 Hz. The filter 170 changes both the phase and amplitude of the harmonic signals, so that a rounding of the clipped output signal's front corners 201-204 occurs, as shown in fig. 2. As shown in fig. 3, the output signal from the splatter filter 130 will not exceed the peak-to-peak voltages when the filter 130 is applied to it in fig. 2 shown waveform, as is the case - cf. fig. 4 - if a square signal is applied to the filter 130. The potentiometer 140 should, to take account of that in fig. 4 shown output signal, is set to give greater attenuation than when it is a question of it in fig. 3 showed the output signal from the splatter filter 130. When the output signal from the splatter filter according to fig. 3 does not have overshoot, the average modulation signal power is increased above what was possible with prior art. Empirical measurements show that the increase is 2.1 dB or 64% when the indicated circuit is used in an FM radio with a maximum fluctuation of 5000 Hz.

De faktiske verdier for komponentene 171, 172 og 173 i filteret 170 avhenger av det brukte splatterfilters 130 elektriske egenskaper. For en FM-radio med en spenningsforsyning +V på 13,6 V er omtrentlige komponentverdier for forsterkeren 120 vist i tabell 1. Kn slik forsterker har en lav signalforsterkning på omkring 12. The actual values for the components 171, 172 and 173 in the filter 170 depend on the electrical characteristics of the splatter filter 130 used. For an FM radio with a voltage supply +V of 13.6 V, approximate component values for the amplifier 120 are shown in Table 1. Kn such an amplifier has a low signal gain of about 12.

Den anviste styrekrets gir som nevnt en vesentlig forøkelse av middeleffekten av sendemodulasjonssignalet. Kretsen kan brukes i såvel amplitude- som frekvensmodulerte radiosendere til forbedring av signalegenskapene. Da signalstøyforholdet økes ved bruk av den anviste krets, blir radiokommunikasjonens forståelighet vesentlig forbedret. As mentioned, the designated control circuit provides a significant increase in the mean power of the transmit modulation signal. The circuit can be used in both amplitude and frequency modulated radio transmitters to improve the signal properties. As the signal-to-noise ratio is increased by using the designated circuit, the intelligibility of the radio communication is significantly improved.

Claims

1. Circuit for controlling the modulation of a radio transmitter with audio signals from a signal generator (110), which circuit comprises a low-frequency amplifier (160), which is applied to the low-frequency signal, a modulator (ISO), which is applied to the amplifier's (160) output signal, and an oscillator - and transmission circuit (180), which is applied to the modulator's (ISO) output signal, where the low-frequency amplifier's (160) input is connected to input impedances (162, 161), the first of which is connected to the signal generator (110) and the second is connected to a feedback loop, if other end is connected to the modulator (ISO), characterized by the fact that a filter circuit (170) with input from the amplifier (160) and output to the second input resistor (161) and to the modulator (ISO) is inserted in the feedback loop, as this the filter is designed to provide phase shift.

2. Circuit in accordance with claim 1, characterized in that a frequency-dependent damping circuit (130) is inserted with an input connected, tit. the output of the filter circuit (170), and an output connected: to the modulator (ISO).

3. Circuit in accordance with claim 1 or 2, characterized in that the amplifier is an operational amplifier (160).

4. Circuit in accordance with requirement i-3, characterized in that the filter circuit (170) in addition to a device for phase-shifting the signal from the amplifier circuit (160) comprises a device for attenuating the signals from the amplifier.

5. Circuit in accordance with claim 4, characterized in that the phase-changing means comprises a capacitive impedance (172) and that the damping means comprises a resistive impedance (171).