Pierwszenstwo: 09.IV.1964 Holandia Opublikowano: 10. VI. 1966 KI. 21 a*, 14/01 MKP H 03 c UKD %o Wlasciciel patentu: N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Holandia) BIBLIOTEKA Urzede Patentowego Urzadzenie nadawcze do transmisji drgan modulowanych Wynalazek dotyczy urzadzenia nadawczego do transmisji drgan modulowanych, w których infor¬ macja zawarta jest glównie we wstedze bocznej.Takie urzadzenie nadawcze zawiera wstepny mo¬ dulator amplitudy, do którego przylozone sa transmitowane sygnaly, oraz sygnal z generatora fali nosnej, przy czym z modulatora amplitudy odprowadzany jest sygnal o czestotliwosci fali nosnej oraz jedna ze wsteg bocznych, które prze¬ sylane sa do ogranicznika amplitudy, a sygnaly o stalej amplitudzie wychodzace z ogranicznika sluza do wytwarzania drgan czestotliwosci nosnej dla modulatora wyjsciowego, do którego, jako sygnal modulujacy doprowadzane sa te same transmitowane sygnaly np. sygnaly rozmowne lub muzyczne.Tego rodzaju urzadzenia nadawcze mozna sto¬ sowac do celów radiofonicznych, gdyz transmito¬ wane sygnaly demodulowane sa w zwyklym de¬ modulatorze amplitudy z dobra jakoscia odtwarza¬ nia, a jednoczesnie przy tej samej mocy nadaj¬ nika wzrasta znacznie wypromieniowana moc sygnalów przenoszacych informacje w stosunku do mocy sygnalów fali nosnej, przy czym uzyskuje sie znaczna oszczednosc pasma, poniewaz prze¬ sylana informacja zawarta jest zasadniczo tylko w jednej wstedze bocznej. Okazalo sie, ze poza dana wstega boczna wystepuja ponadto sklado¬ we sygnaly o stosunkowo duzej mocy. 2 Wynalazek ma na celu znaczne stlumienie tych skladowych polozonych poza dana wstega bocz¬ na, przy czym wraz ze znacznym zmniejszeniem wzajemnego wplywu sasiadujacych stacji ulega 5 poprawie jakosc odtwarzania.Urzadzenie wedlug wynalazku ma umieszczony miedzy ogranicznikiem a modulatorem wyjscio¬ wym podwajacz czestotliwosci, za którym wlaczo¬ ny jest filtr wyjsciowy przepuszczajacy tylko 10 wstege boczna sygnalów doprowadzanych do ogranicznika amplitudy pochodzacych od podwo¬ jonej czestotliwosci nosnej.Azeby skladowe sygnaly polozone poza dana wstega byly jeszcze wiecej tlumione, w co naj- !5 mniej jednym obwodzie utworzonym przez ob¬ wód prowadzacy do ukladu ogranicznika wzgled¬ nie w obwód prowadzacy napiecie modulujace do modulatora wyjsciowego, wlaczone jest urzadze¬ nie regulujace dynamike, które przy wzrastaja- 20 cej amplitudzie przenoszonych sygnalów zawiera¬ jacych informacje, zwieksza stosunek miedzy wskaznikiem modulacji sygnalu doprowadzanego do ogranicznika a napieciem modulujacym do¬ prowadzonym do modulatora wyjsciowego. Opty- 25 malne tlumienie skladowych znajdujacych sie poza danym pasmem uzyskuje sie przez to, ze urzadzenie regulacyjne ma charakterystyke regu¬ lacji dynamiki, która przy amplitudzie „a" syg=* nalów przenoszacych informacje, powieksza * w praktyce o wspólczynnik (1 + a2) stosunek 5148551485 miedzy wskaznikiem modulacji sygnalu dopro¬ wadzanego do ogranicznika a napieciem modulu¬ jacym doprowadzanym do modulatora wyjscio¬ wego.Jak wiadomo pod pojeciem wskaznik modula¬ cji rozumie sie stosunek miedzy amplituda ob¬ wiedni sygnalu doprowadzanego do ogranicznika a amplituda drgan fali nosnej.Wynalazek zostanie, wyjasniony na podstawie rysunku.Na fig. 1 jest przedstawiony uklad blokowy urzadzenia wedlug wynalazku, na fig. 2 — wy¬ kresy wyjasniajace zasade dzialania tego urza¬ dzenia, na fig. 3 — dalsze ulepszenie urzadzenia, a na fig. 4 jest przedstawiony wykres czestotli¬ wosci dla wyjasnienia urzadzenia wedlug fig. 3.W urzadzeniu nadawczym wedlug wynalazku przedstawionym na fig. 1 i przeznaczonym do transmitowania sygnalów muzycznych i rozmow¬ nych w pasmie 30 do 9000 Hz, sygnaly pocho¬ dzace z mikrofonu 1 przechodza przez filtr dol- noprzepustowy 2 i przez wzmacniacz niskiej cze¬ stotliwosci 4 a nastepnie doprowadzane sa do modulatora 4 zawierajacego generator fali nos¬ nej 5 o czestotliwosci np. 400 kHz. Z obwodu wyjsciowego modulatora 4 poprzez filtr 6 odpro¬ wadzana jest razem z fala nosna górna wstega boczna polozona w pasmie 400,030—409 kHz.Jezeli w niniejszym urzadzeniu transmitowane jest jedno tylko drganie sinusoidalne o czestotli¬ wosci p. to na wyjsciu modulatora obok przeno¬ szonych drgan fali nosnej V o czestotliwosci co pojawi sie pasmo rozmowne (co + p). Drgania te przedstawione sa na wykresie na fig. 2a. Na wy¬ kresie tym amplituda drgan fali nosnej zreduko¬ wana jest do wartosci „1", a wstega boczna syg¬ nalu rozmownego ma amplitude „a", która musi byc mniejsza od amplitudy „1" aby uniknac zja¬ wiska przemodulowania.Przedstawiona tutaj transmisja za pomoca jed¬ nej wstegi razem z fala nosna posiada zalety wzgledem zwyklej modulacji amplitudy, gdyz przy tej samej mocy nadajnika wzrasta znacznie moc sygnalów przenoszacych informacje a przy tym uzyskuje sie oszczednosc pasma czestotliwo¬ sci, jednakze drgania pochodzace z takiego urza¬ dzenia nadawczego, w odbiorniku z normalna de¬ modulacja amplitudy, powoduja znaczne znie¬ ksztalcenia sygnalu, co zostanie objasnione blizej na podstawie wykresu wektorowego przedstawio¬ nego na fig. 2b. Na figurze tej wektor V przed¬ stawia czestotliwosc nosna, wokól której wiruje z czestotliwoscia P sinusoidalna czestotliwosc roz¬ mowna, posiadajaca amplitude a), przy czym wek¬ tor „E" stanowiacy sume tych wektorów opisuje obwiednie transmitowanych sygnalów. Obwied¬ nia ta jak widac z krzywej na fig. 2c, nie zmie¬ nia sie sinusoidalnie tak, ze przy demodulowaniu jej w normalnym odbiorniku z demodulacja am¬ plitudy, obok zadanej czestotliwosci p wystapia równiez produkty modulacji wnoszace znieksztal¬ cenia. 10 15 20 25 10 35 50 60 65 W szczególnosci obwiednia przedstawiona w po¬ staci matematycznej wyraza sie wzorem E = V (1 + a • cos • pt)2 + a2 sin2 pt lub po rozwi- / 1 , 1 \ nieciu na szereg E=|l+-r-a2 + gT+ I + cos 2 pt + Iy a3 — jjj a5 —.. I cos 3 pt, itd.Przy transmisji widma czestotliwosci przedsta¬ wionego na fig. 2a na wyjsciu zwyklego odbior¬ nika z demodulacja amplitudowa obok zadanej skladowej a • cos • pt przenoszacej informacje wy¬ stepuja równiez produkty wnoszace znieksztalce¬ nia cos 2 pt, cos 3 pt itd., które przy wzroscie amplitudy a wzrastaja progresywnie. Na przy¬ klad, przy maksymalnej amplitudzie a stanowia¬ cej 0,7 amplitudy fali nosnej, calkowity poziom znieksztalcen wynosi 17°/o w stosunku do pozio¬ mu czestotliwosci nosnej odpowiadajacego 15 dB.Jezeli sygnal informacyjny (przenoszacy infor¬ macje) sklada sie z wielu czestotliwosci, jak to ma miejsce przy przekazywaniu muzyki lub roz¬ mowy, tak ze obok skladowej p ma jeszcze skla¬ dowa q, to obok hairnonicznych kazdej z tych skladowych p i q pojawia sie jeszcze produkty powstale przez interferencje tych czestotliwosci P + Q, P — Q, 2p + q, ;2p — q, itd. Calkowity po¬ ziom znieksztalcen, na który sklada sie poziom znieksztalcen pochodzacy od harmonicznych 2p, 2q itd. oraz poziom od produktów interferencji P + Q, P —q itd. w stosunku do poziomu cze¬ stotliwosci nosnej wynosi —14 dB przy gleboko¬ sci modulacji 0,7 i przy jednakowych poziomach skladowych sygnalu rozmownego p i q.Aby obnizyc znieksztalcenia wystepujace przy demodulacji sygnalu z jedna wstega boczna w zwyklym odbiorniku sygnalów modulowanych w amplitudzie, proponowano juz aby obwiednie sygnalu z jedna wstega boczna zastapic przez przeznaczony do transmisji sygnal niskiej czesto¬ tliwosci, gdyz demodulacja powoduje w tego ro¬ dzaju odbiorniku obwiednie sygnalu wytworzone¬ go w ten sposób, która swym ksztaltem odpo¬ wiada sygnalowi niskiej czestotliwosci przeznaczo¬ nemu poprzednio do transmisji. W tym celu sygnal z jedna wstega boczna pobrany z wyjscia filtru 6 ograniczony jest do stalej wartosci w ograniczniku amplitudy 7 zawierajacym filtr wyjsciowy 8, a po wzmocnieniu we wzmacnia¬ czu 9 doprowadzany jest jako czestotliwosc nos¬ na do modulatora wyjsciowego 10, do którego jednoczesnie przez wzmacniacz mddulacyjny 11 doprowadzony jest pierwotny sygnal przeznaczo¬ ny do transmisji.Napiecie modulujace przeznaczone do modula¬ tora amplitudy, przy niniejszym wykonaniu uzys¬ kuje sie w ten sposób, ze sygnal z jedna wstega boczna pobrany z wyjscia filtru 6 demodulowany jest w demodulatorze 12 polaczonym z oscylato¬ rem miejscowym 5 i filtrem wyjsciowym 13„51485 6 a uzyskany sygnal niskiej czestotliwosci doprowa¬ dzany jest przez regulowany tlumik 14 i regu¬ lowany przesuwnik fazy 15 do wzmacniacza 11.Sygnal wyjsciowy modulatora wyjsciowego 10 po przejsciu przez filtr 16 wypromieniowany jest przez antene nadawcza. Fakt, ze obwiednia syg¬ nalu pobranego z filtru 6 (fig. 2c) wykazuje róz¬ nice w stosunku do pierwotnego sygnalu niskiej czestotliwosci, powoduje to, ze widmo czestotli¬ wosci transmitowane przez antene 17 rózni sie od widma czestotliwosci sygnalu jednowstegowego.Jezeli np. sygnal jednowstegowy ma widmo cze¬ stotliwosci wedlug fig. 2a, to zastapienie obwiedni tego sygnalu w modulatorze wyjsciowym 10 przez pierwotny sygnal niskiej czestotliwosci powoduje powstanie widma wedlug fig. 2d.Sygnal wyjsciowy modulatora 10 okreslaja skladowe widma czestotliwosci wedlug fig. 2d wspólnie z sygnalem obwiedni zmieniajacym sie odpowiednio do pierwotnego sygnalu niskiej cze¬ stotliwosci tak, ze przy odbiorze wszystkich skla¬ dowych widma czestotliwosci w zwyklym odbior¬ niku uzyskuje sie wierne odtworzenie sygnalu niskiej czestotliwosci. Jezeli jednak z widma wy¬ stepujacego na wyjsciu modulatora 10 wytlumione zostana niektóre skladowe w filtrze wyjscio¬ wym 16 wzglednie w filtrach odbiorników, to przy demodulacji amplitudowej pojawia sie znie¬ ksztalcenia, których stopien nasilenia zalezy od poziomu wytlumionych skladowych widma.Wskutek uwiklanego charakteru tych znie¬ ksztalcen rózne skladniki widma zaleza od am¬ plitudy sygnalu niskiej czestotliwosci w sposób wyrazajacy sie uwiklanymi postaciami matema¬ tycznymi, w szczególnosci okazalo sie, ze sklado¬ we widma wyrazaja sie szeregami funkcji Bes- sela. W celu poznania charakteru tych znieksztal¬ cen obliczono za pomoca matematycznych ma¬ szyn analogowych rózne skladowe widma. Okazalo sie przy tym, ze przez zastapienie obwiedni sygnalu jednowstegowego przez pierwotny sygnal niskiej czestotliwosci, wyzsze harmoniczne wyste¬ pujace w widmie na wyjsciu modulatora 10 ma¬ leja stosunkowo powoli. Okazalo sie tez, ze w od¬ stepie od czestotliwosci nosnej V wynoszacym wielokrotnosc szerokosci pasma sygnalu jedno¬ wstegowego wystepuja jeszcze skladowe o ampli¬ tudzie wynoszacej duza ilosc procent transmito¬ wanej czestotliwosci tak, ze tylko bardzo niskie czestotliwosci moga byc odtwarzane bez znie¬ ksztalcen w normalnym odbiorniku (przystosowa¬ nym do odbioru sygnalów zmodulowanych w am¬ plitudzie), poniewaz tylko dla tych czestotliwosci wszystkie skladowe widma przepuszczane sa przez filtry.Wedlug wynalazku, w bardzo prosty sposób ulegaja zmniejszeniu skladowe widma czestotli¬ wosci polozone poza pasmem przepustowym fil¬ tru 16 nadajnika, wzglednie filtrów odbiornika, przy czym dokonuje sie to w ten sposób, ze mie¬ dzy ogranicznikiem 7 a modulatorem wyjscio¬ wym 10 wlaczony jest podwajacz czestotliwosci 18, za którym znajduje sie filtr wyjsciowy l£, który przepuszcza tylko pasmo odpowiadajace sygnalom Sbprówacizonym tló ' ógraniczrti&S 7 przy podwój¬ nej czestotliwosci nosnej. W ten sam sposób, jak to bylo wyjasnione poprzednio, sygnaly pobrane z podwajacza czestotliwosci 1S modulowane sa w amplitudzie jako czestotliwosc nosna przez 9 pierwotny sygnal niskiej czestotliwosci, przy czym pasmo przepustowe filtru 16 modulatora wyjscio¬ wego 10 dostosowane jest do sygnalów doprowa¬ dzanych do ogranicznika 7 przy podwojonej cze¬ stotliwosci nosnej.Wskutek podwojenia czestotliwosci drgan po¬ branych z ogranicznika 7 uzyskuje sie dwie ko¬ rzysci. Okazalo sie, ze poziom skladowych widma w obwodzie wyjsciowym modulatora 10, polozo¬ nych poza pasmem przepustowym filtru 16, wzglednie filtrów w odbiorniku, obnizony zostal do minimum, np. o 30 do 40 db. tak, ze poziom znieksztalcen w odbiornikach o zwyklej jakosci odtwarzania zalezy jedynie od znieksztalcen wlas¬ nych odbiornika rzedu na przyklad 35 db. Jedno¬ czesnie okazalo sie, ze charakter widma czesto¬ tliwosci zmienil sie w ten sposób, ze wyzsze harmoniczne po jednej stronie sygnalu jednowste¬ gowego znikly calkowicie, a po jego drugiej stro¬ nie zmalaly wedlug szeregu szybkozbieznego, tak ze przy zwyklych filtrach wyjsciowych modula¬ tora wyjsciowego, poziom zaklócen w sasiednich pasmach czestotliwosci odpowiada zadaniom sta¬ wianym zwyklym nadajnikom sygnalów modulo¬ wanych w amplitudzie.Istnieje równiez mozliwosc dalszego obnizenia poziomu znieksztalcen oraz poziomu zaklócen w sasiednich pasmach czestotliwosci, co bedzie objasnione blizej na podstawie fig. 3. Elementy odpowiadajace fig. 1 oznaczone sa tymi samymi 15 20 25 35 cyframi.W urzadzeniu wedlug fig. 3 modulator ampli¬ tudy 4 do wytwarzania sygnalu jednowstegowego z fala nosna, ma zrównowazony modulator 20, 40 tlumiacy fale nosna, za którym wlaczony jest filtr wstegi bocznej 21 do wydzielania sygnalu wstegi bocznej, oraz uklad sumujacy 22 do doda¬ wania czestotliwosci nosnej do wstegi bocznej przez przewód 27. Otrzymany w ten sposób syg- 45 nal jednowstegowy z fala nosna, po ograniczeniu go w ograniczniku 7 i po podwojeniu czestotli¬ wosci w ukladzie 18, doprowadzany jest jako czestotliwosc nosna do modulatora wyjsciowe¬ go 10, do którego jednoczesnie przez wzmac- 50 niacz 11 doprowadzany jest pierwotny sygnal niskiej czestotliwosci.Aby zmniejszyc w urzadzeniu niepozadane skla¬ dowe, w obwodzie modulatora amplitudy 4 wla¬ czone jest urzadzenie do regulacji dynamiki 23, 55 które przy wzroscie amplitudy sygnalu powoduje zwiekszenie sie wskaznika modulacji, to znaczy, ze zwieksza sie stosunek miedzy amplituda ob¬ wiedni i amplituda fali nosnej. Urzadzenie 23 sklada sie z regulatora dynamiki 2{4 w postaci w regulowanego tlumika* oraz z prostownika na¬ piecia dynamiki 25 z filtrem wygladzajacym 26 do wytwarzania napiecia regulacyjnego w celu sterowania regulatora dynamiki "23 w zaleznosci ód amplitudy sygnalu „a", przy czym charakte* *5 rystjrka regulacji dynamiki tak *jest obliczona, ze51485 7 w zaleznosci od amplitudy sygnalu „a" przebiega wedlug funkcji (1 + a2).Jesli wiec w urzadzeniu wedlug fig. 1 stosunek miedzy wskaznikiem modulacji jednowstegowe- go sygnalu doprowadzonego do ogranicznika 7, a wielkoscia sygnalu niosacego informacje ma stala wartosc niezaleznie od amplitudy tego ostat¬ niego sygnalu, to stosunek ten w urzadzeniu we¬ dlug fig. 3 nie jest staly, lecz wraz z rosnaca amplituda „a" sygnalu informacyjnego, wzrasta wedlug funkcji (1 4- a2).Jezeli do urzadzenia wedlug fig. 1 doprowadzi sie sygnal wejsciowy o czestotliwosci p i ampli¬ tudzie a, to na wejsciu ogranicznika 7 powstaje jednowstegowy sygnal o widmie czestotliwosci wedlug fig. 4 rózniacy sie tym od widma wedlug fig. 2a, ze amplituda o wartosci a zostala zasta¬ piona amplituda o wartosci (1 + a2). W ten sposób, tak jak w przypadku fig. 1 uzyskany sygnal jednowstegowy, po ograniczeniu w ograniczniku 7 i podwojeniu czestotliwosci w ukladzie 18, jako czestotliwosc nosna modulowany jest w ampli¬ tudzie w modulatorze wyjsciowym 10 przez pier¬ wotny sygnal niskiej czestotliwosci.Oba zjawiska uzyskane w urzadzeniu wedlug fig. 1, w szczególnosci zmniejszenie poziomu skla¬ dowych widma polozonych poza pasmem prze¬ pustowym filtru wyjsciowego 16, wzglednie fil¬ trów w odbiorniku, jak i zbieznosc tych sklado¬ wych, ulegaja znacznemu zwiekszeniu przez za¬ stosowanie tych srodków. Okazalo sie, ze wskutek zwiekszenia wskaznika modulacji o wspólczynnik (1 + a2) za pomoca urzadzenia do regulacji dy¬ namiki 23 uzyskuje sie wlasnie zaleznosc sklad¬ ników widma ograniczonego jednowstegowego sygnalu o podwójnej czestotliwosci wzgledem am¬ plitudy a pierwotnego sygnalu tak, ze wskutek przebiegu modulacji w modulatorze 10 wystepuja jednoczesnie oba wspomniane zjawiska, co mozna stwierdzic obliczeniowo i doswiadczalnie. Okazalo sie, ze niepozadane skladowe polozone poza pas¬ mem przenoszonym tlumione sa praktycznie cal¬ kowicie, np. o wiecej niz 50 db. przy glebokosci modulacji mniejszej od 80°/o.Zamiast zwiekszania wskaznika modulacji przez zwiekszanie dynamiki sygnalu wstegi bocznej o czynnik (1 + a2) mozna umiescic regulator dy¬ namiki równiez w torze fali nosnej 27, w celu regulacji amplitudy fali nosnej, przez co wskaz¬ nik modulacji pozostaje taki sam. Poza opisanym ukladem, zadany skutek mozna osiagnac równiez przez wlaczenie urzadzenia do regulacji dynamiki w przewód prowadzacy napiecie modulacji do modulatora 10.Charakterystycznym dla wszystkich tych od¬ mian wykonania jest to, ze przynajmniej w jed¬ nym z obwodów utworzonych przez obwód pro¬ wadzacy do ogranicznika 7, wzglednie przez ob¬ wód doprowadzajacy napiecie modulacyjne do modulatora wyjsciowego 10, wlaczone jest urza¬ dzenie do regulacji dynamiki, które przy wzra¬ stajacej amplitudzie transmitowanego sygnalu zwieksza stosunek miedzy wskaznikiem modulacji sygnalu doprowadzonego do ogranicznika 7 i na¬ pieciem modulacyjnym modulatora 10. Ze wszyst- 8 kich tych odmian najkorzystniejsze jest pod wzgledem technicznym wlaczenie urzadzenia do regulacji dynamiki w obwód modulatora ampli¬ tudy 4, gdyz budowa calej aparatury jest wtedy 3 szczególnie prosta a dobroc transmisji przy od¬ biorze w zwyklym odbiorniku z modulacja ampli¬ tudy jest znacznie lepsza, niz przy wlaczeniu urzadzenia regulacyjnego w tor prowadzacy na¬ piecie modulacyjne do modulatora 10, poniewaz io uzyskiwana przy modulacji amplitudy obwiednia sygnalów wypromieniowanyeh przez antene 17 nie podlega zadnym wplywom.Nalezy zaznaczyc, ze urzadzenie do regulacji 15 dynamiki moze byc wykonane w rózny sposób, przy czym mozna tu uzywac tranzystory lub lam¬ py o zmiennym nachyleniu oraz regulowane opor¬ nosci tlumiace w postaci prostowników. PL