Opublikowano: 3. I. 1966 50268 KI. 21a«, 14/01 MKP H 03 c 4/+ m,L,° TEKA? «B» <«*.* K-* Twórca wynalazku: mgr inz. Zbigniew Bolszakow Wlasciciel patentu: Instytut Lacznosci, Warszawa (Polska) Kombinowany modulator amplitudy Wynalazek dotyczy ukladu modulatora amplitudy, na którego wyjsciu uzyskuje sie widmo czestotliwo¬ sci, zawierajace czestotliwosc nosna, czestotliwosci wsteg bocznych i ograniczona liczbe niepozadanych produktów modulacji.W telekomunikacji stosuje sie szereg ukladów, sluzacych dla potrzeb modulacji amplitudy. Zada¬ niem tych ukladów jest przesuniecie czestotliwo¬ sci co z polozenia w pasmie naturalnym do odpo¬ wiedniego polozenia w pasmie liniowym, wysyla¬ nym w tor. Realizacja tego celu nastepuje przy pomocy modulacji amplitudy fali nosnej o czestotli¬ wosci Q w takt czestotliwosci modulujacej co. Pro¬ ces modulacji na skutek zastosowania w ukladach modulacyjnych elementów nieliniowych powoduje powstanie widma, zawierajacego w ogólnym przy¬ padku czestotliwosci typu kQ,pQ ± qQ gdzie k, p i q dowolne liczby naturalne, przy czym najwieksza energie zawieraja skladowe o czestotliwosciach fali nosnej Q i obu wsteg bocznych o czestotliwosciach Q ± co Przykladami ukladów do modulacji amplitudy, stosowanych w radiotechnice, wytwarzajacych prze¬ bieg fali nosnej o zmodulowanej amplitudzie, na wyjsciu których uzyskuje sie widmo, zawierajace czestotliwosc nosna Q, czestotliwosci obu wsteg bocznych Q ± co i widmo czestotliwosci kombino¬ wanych typu kQ pQ ± qco gdzie k, p i q dowolne liczby naturalne, przy czym amplitudy niepozada¬ nych produktów modulacji typu kQ, pQ ± qco sta- 10 15 25 30 nowia ciag szybko malejacy w miare oddalania sie od czestotliwosci Q, sa: modulator lampowy z mo¬ dulacja w siatce sterujacej, modulator lampowy z modulacja w anodzie, modulator tranzystorowy z modulacja w obwodzie bazy, modulator tranzysto¬ rowy z modulacja w obwodzie kolektora.W teletransmisji sa powszechnie stosowane syste¬ my telefonii nosnej, w których w tor liniowy jest wysylana jedna wstega boczna. W tych systemach sa stosowane i ogólnie znane modulatory zrówno¬ wazone w ukladzie pierscieniowym z eliminacja fali nosnej, w których po przylozeniu na wejsciu sygnalów o czestotliwosci co uzyskuje sie na wyj¬ sciu widmo czestotliwosci kombinowanych typu uQ ± uco gdzie u = 1, 3, 5, 7... ciag nieparzystych liczb naturalnych, przy czym widmo to nie zawie¬ ra czestotliwosci nosnej Q, ani tez nie zawiera czestotliwosci kombinowanych typu uQ ± gco, gQ ± uco, gQ ±gco, gdzie u = 1, 3, 5, 7... ciag nie¬ parzystych liczb naturalnych, g = 2, 4, 6.... ciag pa¬ rzystych liczb naturalnych.Eliminacja drugiej, niepozadanej wstegi bocznej odbywa sie w wiekszosci systemów przy pomocy kanalowych filtrów nadawczych, na wyjsciu któ¬ rych uzyskuje sie sygnal o czestotliwosci pozadanej wstegi bocznej Q + co lub Q — co. Eliminacja niepo¬ zadanej wstegi bocznej moze byc równiez realizo¬ wana w znanym ukladzie modulatora dwufazowego, zlozonego z dwóch modulatorów pierscieniowych z eliminacja fali nosnej i dwóch przesuwników fa* 5026850268 zowych, które zapewniaja uzyskanie kata przesu¬ niecia fazowego 90° miedzy napieciami sygnalów o czestotliwosci ca, przylozonych na wejscia kazdego z modulatorów. Dzieki zastosowaniu przesuwników fazowych uzyskuje sie na wyjsciu modulatora dwu- 5 fazowego sygnaly o czestotliwosciach typu uQ ± uco lub uQ — uco, gdzie u = 1, 3, 5, 7... ciag nieparzystych liczb naturalnych.W teletransmisji wystepuje niekiedy potrzeba wysylania w tor liniowy sygnalów, zawierajacych 10 fale nosna i obie wstegi boczne, lub sygnalów za¬ wierajacych fale nosna i jedna wstege boczna.Celem wynalazku jest wykonanie takich ukladów modulacyjnych, w których po przylozeniu na wejs¬ cie sygnalu o czestotliwosci co otrzymuje sie na 15 wyjsciu widmo czestotliwosci, którego skladowe za¬ wieraja czestotliwosc nosna Q, obydwie wstegi boczne o czestotliwosciach Q ± co, oraz wstegi bocz¬ ne o czestotliwosciach kombinowanych, nie zawie¬ rajacych wszystkich mozliwych kombinacji typu 20 pQ ± qco, gdzie p, q — dowolne liczby naturalne, lub w których po przylozeniu na wejscie sygnalu o czestotliwosci co, otrzymuje sie na wyjsciu widmo czestotliwosci, którego skladowe zawieraja czestot¬ liwosc nosna Q, czestotliwosc jednej ze wsteg bocz- 25 nych Q + co albo Q — co oraz wstegi boczne o czesto¬ tliwosciach kombinowanych, nie zawierajacych wszystkich mozliwych kombinacji typu pQ ± qio, gdzie p, q — dowolne liczby naturalne.Osiagniete to zostalo wedlug wynalazku przez 30 polaczenie modulatora z eliminacja fali nosnej z mostkiem Wheatstone'a dla uzyskania sygnalów, zawierajacych fale nosna i obydwie wstegi boczne, lub przez, polaczenie modulatora dwufazowego z mostkiem Wheatstone'a, dla uzyskania sygnalów, 35 zawierajacych fale nosna i jedna wstege boczna.Rysunek przedstawia cztery przyklady wykona¬ nia modulatorów wedlug wynalazku.Fig. 1 i fig. 2 przedstawiaja przyklady wykona¬ nia ukladu modulatora dla uzyskania sygnalów, 40 zawierajacych fale nosna i dwie wstegi boczne, fig. 3 i fig. 4 przedstawiaja przyklady wykonania modulatora dla uzyskania sygnalów, zawierajacych fale nosna i jedna wstege boczna.Na fig. 1 jest przedstawiony schemat ideowy 45 kombinowanego modulatora amplitudy, zbudowa¬ nego z polaczenia modulatora pierscieniowego z eli¬ minacja fali nosnej i mostka Wheatstone'a, bedace¬ go w stanie równowagi. 50 Modulator pierscieniowy Mod w tym ukladzie zbudowany jest z 4-ch identycznych diod pólprze¬ wodnikowych "Du D2, D3, D4 i z transformatorów Tri i Tr2 z wyprowadzonymi srodkami uzwojen wtór¬ nych. Mostek M zbudowany jest z, 4-ch oporników Ra, R2, R3, R4, spelniajacych wymaganie RiR4 = = R2R3 i znajduje sie w stanie równowagi.Jezeli* do zacisków wejsciowych 1—2 oznaczo¬ nych jako We modulatora Mod przylozymy sygnal o czestotliwosci co, a do zacisków 3—4 sygnal fali 60 nosnej z generatora G o czestotliwosci Q, to na za¬ ciskach wyjsciowych 9—10 modulatora Mod powsta¬ je widmo czestotliwosci, zawierajace czestotliwosci kombinowane typu uQ + uco, gdzie u = 1, 3, 5, 7... ¦ciag nieparzystych liczb naturalnych. • Q5 Jednoczesnie na zaciskach 3—4 modulatora Mod podlaczonych do generatora G powstaje widmo czestotliwosci, zawierajace czestotliwosci uil, uQ. ± gco, gdzie u = 1, 3, 5, 7... ciag nieparzystych liczb naturalnych, g = 2, 4, 5, 8... ciag parzystych liczb naturalnych.Polaczenie zacisków 3 z 7 i 4 z 8 powoduje poda¬ nie na jedna przekatna mostka M napiecia fali nosnej o czestotliwosci Q i towarzyszacych jej czestotliwosci kombinowanych typu uQ, uQ ± gco.Polaczenie zacisków 9 z 5 i 10 z 6 powoduje poda¬ nie na druga przekatna mostka M napiecia, zawie¬ rajacego czestotliwosci kombinowane typu uQ + uco.Poniewaz mostek M jest w równowadze i sklada sie wylacznie z oporników rzeczywistych, zatem jest zrównowazony dla wszystkich czestotliwosci i pod wplywem napiecia przylozonego na zaciski 7—8 nie powstaje zadna róznica potencjalów na zaciskach 5—6, jak równiez pod wplywem napiecia przylozo¬ nego na zaciski 5—6 nie powstaje zadna, róznica potencjalów na zaciskach 7—8.Nie wystepuje zatem oddzialywanie wsteczne na¬ piecia fali nosnej poprzez mostek M na wyjscie mo¬ dulatora Mod, ani tez napiecia sygnalu, zawierajace¬ go czestotliwosci wsteg bocznych, powstajacego na zaciskach wyjsciowych modulatora Mod poprzez mo¬ stek M na generator G a przez to i na napiecie fali nosnej, polaryzujacej naprzemian odpowiednie pary diod w modulatorze Mod. Natomiast przez kazdy z oporników Ri, R2, R3, R4 mostka M zgodnie z zasada superpozycji pod wplywem przylozonych na prze¬ ciwlegle przekatne tego mostka M napiecia z gene¬ ratora G i napiecia wyjsciowego z modulatora Mod poplyna prady o czestotliwosciach, jakie wystepuja zarówno na zaciskach 3—4 generatora G jak i na zaciskach wyjsciowych 9—10 modulatora Mod.Dzieki temu na zaciskach 6—8 opornika R4 ozna¬ czonych jako „Wy", wchodzacego w sklad most¬ ka M otrzymujemy sygnal, którego widmo zawiera czestotliwosci typu uQ, uQ ± gco pochodzace od ge¬ neratora G i czestotliwosci typu uQ ± uco pochodza¬ ce z wyjscia modulatora Mod, przy czym najwieksza energie zawieraja skladowe czestotliwosci nosnej Q i czestotliwosci obu wsteg bocznych Q ± co.Widmo tego sygnalu nie zawiera czestotliwosci bedacych parzystymi harmonicznymi czestotliwosci nosnej gQ i czestotliwosci kombinowanych, pocho¬ dzacych od parzystych harmonicznych czestotliwosci nosnej typu gQ ± uco i gQ ± gco.Na fig. 2 jest przedstawiony schemat ideowy mo¬ dulatora kombinowanego, zbudowanego z polacze¬ nia modulatora pierscieniowego Mod z mostkiem Wheatstone'a M, przy czym generator fali nosnej G jest oddzielony od modulatora Mod wzmacnia¬ czem W spelniajacym role separatora, którego tlumiennosc dla kierunku transmisji od zacisków 3—4 do zacisków 9'—10' jest bardzo duza.Dzieki zastosowaniu separatora W na zaciskach 6—8 „Wy" mostka M powstaje sygnal, którego widmo zawiera czestotliwosc nosna Q, pochodzaca bezposrednio z generatora G, oraz czestotliwosci wsteg bocznych typu uQ ± uco, pochodzacych z wyjscia modulatora Mod, nie zawiera natomiast, czestotliwosci bedacych harmonicznymi czestotli-5 50268 6 wpsci nosnej Q i czestotliwosci kombinowanych od nieparzystych harmonicznych czestotliwosci fali nosnej uQ i parzystych harmonicznych czestotli¬ wosci modulujacej gco typu uQ ± gco, jak równiez nie zawiera czestotliwosci kombinowanych od pa¬ rzystych harmonicznych czestotliwosci nosnej gQ i nieparzystych lub parzystych harmonicznych czestotliwosci modulujacej uco i gco typu gQ ± uco i gQ ± gco.Opisane i przedstawione na fig. 1 i 2 uklady moga znalezc zastosowanie w systemach telefonii nosnej, opartych na wysylaniu w tor liniowy fali nosnej o czestotliwosci Q i obu wsteg bocznych Q ± co, po^ niewaz zapewniaja uzyskanie widma czestotliwosci kombinowanych o ograniczonej liczbie kombinacji.Zamiast opisanego modulatora w ukladzie pierscieniowym Mod moze byc zastosowany dowol¬ ny modulator z eliminacja fali nosnej, którego widmo czestotliwosci kombinowanych zawiera ograniczona liczbe kombinacji tych czestotliwosci.Na fig. 3 jest przedstawiony schemat ideowy modulatora kombinowanego zbudowanego z po¬ laczenia modulatora dwufazowego M2F z mostkiem Wheatstone'a a M, znajdujacym sie w stanie równo¬ wagi. Na zaciski 17—18 jednej przekatnej mostka M jest doprowadzone napiecie z generatora G dzieki polaczeniu zacisków 5—6 generatora G z za¬ ciskami 17—18 mostka M, na zaciski 20—19 drugiej przekatnej mostka M jest doprowadzone napiecie wyjsciowe z modulatora dwufazowego M2F dzieki polaczeniu zacisków 14—16 ukladu sumuja¬ cego S tego modulatora dwufazowego M2F z za¬ ciskami 20—19 mostka M.Poniewaz mostek M znajduje sie w stanie równo¬ wagi, pod wplywem napiecia przylozonego na za¬ ciski 17—18 tego mostka nie wystepuje na zaciskach 20—19 zadna róznica potencjalów, jak równiez pod wplywem napiecia, przylozonego na zaciski 20—19 nie powstaje zadna róznica potencjalów na zaci¬ skach 17—18. Nie wystepuje zatem oddzialywanie wsteczne napiecia fali nosnej z generatora G po¬ przez mostek M na wyjscie modulatora M2F, ani tez napiecia sygnalu wyjsciowego z modulatora M2F poprzez mostek M na generator G a przez to i na napiecie fali nosnej, polaryzujacej diody w mo¬ dulatorach Módl i Mod2, wchodzacych w sklad ukladu modulatora dwufazowego M2F.Zgodnie z zasada superpozycji przez kazdy z opor¬ ników Rio, Rn, R12, R13, mostka M pod wplywem przylozonych na przeciwlegle przekatne tego most¬ ka napiec poplyna prady o czestotliwosciach, jakie wystepuja zarówno na zaciskach 5—6 gene¬ ratora G jak i na zaciskach 14—16 ukladu sumu¬ jacego S modulatora dwufazowego M2F.Widmo czestotliwosci, powstajace na zaciskach 5—6 generatora G zawiera oprócz czestotliwosci fali nosnej Q równiez czestotliwosci kombinowa¬ ne typu uQ, uQ ± gco, gdzie u = 1, 3, 5, 7... ciag nieparzystych liczb naturalnych, g = 2, 4, 6, 8... ciag parzystych liczb naturalnych.Widmo czestotliwosci, powstajace na zaciskach 14—16 ukladu sumujacego S modulatora dwufazo¬ wego M2F zawiera czestotliwosci typu uQ — uco, albo tez czestotliwosci typu uQ ± uco, w zaleznosci od tego, która ze wsteg bocznych jest przez uklad modulatora M2F wytlumiona.Zasada pracy modulatora dwufazowego jest znana. W sklad modulatora dwufazowego M2F 5 przedstawionego na fig. 3 wchodza nastepujace uklady: oporniki R2, R2, R3, R4, sluzace do zapewnie¬ nia odpowiedniego dopasowania oporowego wejscia ukladu modulatora M2F do zródla czestotliwosci modulujacej co, przesuwniki fazowe ¥1, J¥2, i ^3 10 zbudowane w ukladzie mostkowym kazdy, w sklad których wchodza indukcyjnosci Llt L2, L3, L4, L5, L6 i pojemnosci Ci, C2, C3, C4, C5, C6, przesuwnik fazowy zbudowany z indukcyjnosci L7 i pojemnos¬ ci C1V, oporniki R5 i R6, zapewniajace wlasciwe do- 15 pasowanie modulatorów Módl i Mod2 do przesuw- ników ^2 i *F3 modulatory pierscieniowe z eli¬ minacja fali nosnej Módl i Mod2 zbudowane z diod Di, D2, D3, D 4, kondensatorów C7, C8, C9,C10 i transformatorów Tri i Tr2, generator czestotli- 20 wosci nosnej G, uklad sumacyjny S, zbudowany z oporników R7, R8, R9.Przesuwniki fazowe %, ^2, *F3 sa tak zaprojekto¬ wane, ze po przylozeniu na zaciski 1—2 ,,We" mo¬ dulatora M2F napiecia o czestotliwosci co róznica 25 faz miedzy napieciami o czestotliwosci co, ustalaja¬ cymi sie na zaciskach 21—22 modulatora Módl i na zaciskach 23—24 modulatora Mod2 wynosi 90°.Przesuwnik \P4 jest tak zaprojektowany , ze róz¬ nica faz miedzy napieciami o czestotliwosci fali 30 nosnej Q, ustalajacymi sie na zaciskach 3—4 mo¬ dulatora Módl i na zaciskach 7—8 modulatora Mod2 wynosi równiez 90°.Jesli napiecie y2 o czestotliwosci fali nosnej Q przylozone do zacisków 7—8 modulatora Mod2 za- 30 piszemy w postaci y2 = sin Qt, to napiecie yi o czestotliwosci Q przylozone do zacisków 3—4 modulatora Módl mozna zapisac nastepujaco y1 = sin I Ot -\ 1 Jesli napiecie X2 o czestotliwosci co, ustalajace sie na zaciskach 23—24 modulatora Mod2 ma postac X2 = sin cot to napiecie Xi o czestotliwosci co, usta¬ lajace sie na zaciskach 21—22 modulatora Módl ma 45 t \ postac Xj = sin (cot -\—I W wyniku procesu modulacji na skutek zastoso¬ wania elementów nieliniowych na wyjsciu modula- 50 tora Módl na zaciskach 9—10 uzyskuje sie sygnal o postaci Si = itf! = sin I cot + —I sin I Ot + -j = = — cos (H — cot) + — cos (Q + co) t 55 2 2 natomiast na wyjsciu modulatora Mod2 na zacis¬ kach 11—12 uzyskuje sie sygnal o postaci 60 s2 = X2Y2 = sincotsinHt = - cos (Q — co) t— - cos(O+ 2 2l + co) t Przykladajac obydwa sygnaly Si i S2 na przeciw¬ legle przekatne ukladu sumacyjnego S, uzyskuje es sie na zaciskach wyjsciowych 14—16 ukladu S50268 8 sygnal, powstajacy od dodania sie obu sygnalów Si i S2 a wiec Si + S2 = cos (Q — co)t. W przypadku odwrócenia fazy sygnalu Si i dodania do tak odwró¬ conego sygnalu Sx sygnalu S2 o niezmienionej fazie otrzymuje sie na wyjsciu ukladu S sygnal typu —Si + S2 = — cos (Q + co)t. Jak widac z powyzej po¬ danej zasady, uklad modulatora dwufazowego M2F umozliwia uzyskanie na jego wyjsciu sygnalu, za¬ wierajacego czestotliwosc dolnej wstegi bocznej Q — co lub górnej wstegi bocznej Q + co bez potrzeby stosowania odrebnego filtru, usuwajacego jedna ze wsteg bocznych. Oprócz wymienionych powyzej czestotliwosci wsteg bocznych Q + co lub Q — to widmo czestotliwosci, powstajace w wyniku procesu modulacji w modulatorach Módl i Mod2 zawiera jeszcze czestotliwosci kombinowane, pochodzace od nieparzystych harmonicznych czestotliwosci nosnej uQ i nieparzystych harmonicznych czestotliwosci modulujacej uco, zatem na wyjsciu modulatora M2F uzyskuje sie w zaleznosci od potrzeby, widmo typu uQ + uco lub uQ — uco.Znajac charakter widma czestotliwosci, uzyskiwa¬ nego na wyjsciu modulatora M2F oraz charakter widma, uzyskiwanego na zaciskach generatora G, który zasila równolegle modulatory Módl i Mod2 ukladu modulatora M2F i mostek M, mozna ustalic rodzaj widma czestotliwosci powstajacego na zaci¬ skach 19—18 opornika Ri2, wchodzacego w sklad mostka M i stanowiacych zaciski wyjsciowe ukladu modulatora kombinowanego, zlozonego z polacze¬ nia modulatora dwufazowego M2F i mostka M.Widmo tego sygnalu bedzie zawieralo czestotli¬ wosc nosna Q, nieparzyste harmoniczne czestotli¬ wosci nosnej uQ, czestotliwosci kombinowane od nieparzystych harmonicznych fali nosnej uQ i nie¬ parzystych harmonicznych czestotliwosci mo¬ dulujacej uco typu uQ + uco lub uQ — uco oraz czestotliwosci kombinowane typu uQ ± gco, gdzie u = 1, 3, 5... ciag nieparzystych liczb na¬ turalnych, g = 2, 4, 6... ciag parzystych liczb naturalnych, przy czym najwieksza energie zawieraja skladowe o czestotliwosci nosnej Q i czestotliwosci jednej ze wsteg bocznych Q + co lub Q — co. Widmo tego sygnalu nie zawiera czestotli¬ wosci jednej ze wsteg bocznych Q — co lub Q + co, czestotliwosci bedacych parzystymi harmonicznymi czestotliwosci nosnej gQ i czestotliwosci kombino¬ wanych, pochodzacych od parzystych harmonicz¬ nych czestotliwosci nosnej typu gQ ± uco i gQ + gco.Na fig. 4 jest przedstawiony schemat ideowy mo¬ dulatora kombinowanego, zbudowanego z polacze¬ nia modulatora dwufazowego M2F' z mostkiem Wheatstone'a M', przy czym generator fali nosnej G' jest oddzielony od modulatorów Módl' i Mod2' wzmacniaczem W, spelniajacym role seperatora, którego tlumiennosc dla kierunku transmisji od za¬ cisków 5'—6' do zacisków 9'—10' jest bardzo duza.Dzieki zastosowaniu separatora W na zaciskach 19'—20' przekatnej mostka M' pojawia sie sygnal, zawierajacy tylko czestotliwosc fali nosnej Q, a nie zawierajacy czestotliwosci kombinowanych typu uQ ± gco, które powstaja na zaciskach zródla czestotliwosci nosnej, zasilajacego modulatory Módl' i Mod2'.Na zaciskach wyjsciowych „Wy" 21'—20' mostka M uzyskuje sie zatem sygnal, którego widmo zawie- 5 ra czestotliwosc nosna Q czestotliwosci wsteg bocz¬ nych typu uQ + uco lub uQ — uco, nie zawiera natomiast czestotliwosci bedacych nieparzystymi badz parzystymi harmonicznymi czestotliwosci nosnej uQ i gQ jak równiez czestotliwosci kombino- 10 wanych typu uQ ± gco, pochodzacych od nieparzy¬ stych harmonicznych czestotliwosci nosnej uQ i pa¬ rzystych harmonicznych czestotliwosci modulujacej gco, oraz czestotliwosci kombinowanych pochodza¬ cych od harmonicznych parzystych czestotliwosci 15 nosnej gQ i nieparzystych lub parzystych harmo¬ nicznych czestotliwosci modulujacej co typu gQ ± ± uco i gQ ± gco.Opisane i przedstawione na fig. 3 i fig. 4 uklady moga znalezc zastosowanie w systemach telefonii 20 nosnej, opartych na wysylaniu w tor liniowy fali nosnej o czestotliwosci Q i jednej ze wsteg bocznych Q + co lub Q — co poniewaz zapewniaja znaczne ograniczenie widma niepozadanych produktów mo¬ dulacji. 25 Zamiast opisanego modulatora dwufazowego M2F z zastosowaniem przesuwników fazowych typu LC moze byc zastosowany modulator dwufazowy z za¬ stosowaniem przesuwników fazowych typu RC lub inny dowolny modulator z eliminacja fali nosnej 30 i jednej bocznej wstegi, którego widmo czestotli¬ wosci kombinowanych zawiera ograniczona liczbe kombinacji tych czestotliwosci. 35 45 55 PL