DE1107738B

DE1107738B - Intermediate amplifier for use in a transmission system, in particular a radio link

Info

Publication number: DE1107738B
Application number: DES58730A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Arens
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1958-06-26
Filing date: 1958-06-26
Publication date: 1961-05-31

Description

Zwischenverstärker zur Verwendung in einem Übertragungssystem, insbesondere einer Richtfunkstrecke Die Erfindung bezieht sich auf einen Zwischenverstärker zur Verwendung in einem übertragungssystem, insbesondere einer Richtfunkstrecke, für mit einer Information in der Frequenz modulierte, insbesondere sehr kurze elektromagnetische Wellen, bei dem das Eingangssignal zur Bildung einer im Zwischenverstärker den Frequenzhub reduzierenden Gegenkopplung unter Schleifenbildung mit einem Anteil des Ausgangssignals überlagert wird und die durch Demodulation eines der überlagerungsprodukte (Zwischenfrequenz) gewonnene, die Information enthaltende Modulationsspannung zur Frequenzmodulation eines das Ausgangssignal liefernden Hochfrequenzträgers dient.Repeater for use in a transmission system, in particular a radio link The invention relates to an intermediate amplifier for Use in a transmission system, in particular a radio link, for with information modulated in frequency, especially very short electromagnetic ones Waves in which the input signal causes the frequency deviation to form in the intermediate amplifier reducing negative feedback with loop formation with a portion of the output signal is superimposed and the demodulation of one of the superposition products (intermediate frequency) obtained modulation voltage containing the information for frequency modulation a high-frequency carrier supplying the output signal is used.

Zwischenverstärker dieser Art haben im Grundschema den in der Fig. 1 dargestellten Aufbau. Der Richtstrahl kommt über die Antenne A1 mit einer Frequenz f 1 an, wird im Frequenzumsetzer 1 auf die Zwischenfrequenz f., umgesetzt, im Zwischenfrequenzverstärker 2 verstärkt und mittels eines Diskriminators 3 demoduliert. Das Modulationssignal steht dann in Form des sogenannten Basisbandes zur Verfügung. Das Basisbandsignal moduliert unter Zwischenschaltung eines Gleichstromverstärkers 4 ein Reflexklystron 5, das auf der Frequenz f 1 ± f, arbeitet. Die Ausgangsleistung des Sendeklystrons 5 wird über die Richtantenne A 2 abgestrahlt. Das besondere in der Schaltung ist, daß ein kleiner Anteil der Sendeleistung abgezweigt und an Stelle einer Oszillatorfrequenz dem Empfangsumsetzer 1 zugeführt wird. Dadurch ergeben sich im wesentlichen folgende Vorteile: a) Eine Einsparung an Hochfrequenzbauteilen, da für den Richtfunkverstärker nur ein Hochfrequenzoszillator benötigt wird.Intermediate amplifiers of this type have in the basic scheme the one shown in FIG. 1 shown structure. The directional beam comes via the antenna A1 with a frequency f 1 on, is converted in the frequency converter 1 to the intermediate frequency f., in the intermediate frequency amplifier 2 amplified and demodulated by means of a discriminator 3. The modulation signal is then available in the form of the so-called baseband. The baseband signal modulates a reflex klystron with the interposition of a direct current amplifier 4 5, which works on the frequency f 1 ± f. The output power of the sending klystron 5 is emitted via the directional antenna A 2. The special thing about the circuit is that a small proportion of the transmission power is branched off and instead of an oscillator frequency the receiving converter 1 is supplied. This essentially results in the following Advantages: a) A saving in high-frequency components, since the directional amplifier is used only a high frequency oscillator is needed.

b) Bei Anwendung eines Gleichstromverstärkers 4 und eines unmittelbar an der Refiektorelektrode modulierten Reflexklystrons 5 ist eine starre Beziehung zwischen der Eingangsschwingung von der Frequenz f1 und der Ausgangsschwingung von von der Frequenz f, gegeben.b) When using a DC amplifier 4 and one directly Reflex klystrons 5 modulated at the reflector electrode is a rigid relationship between the input oscillation of frequency f1 and the output oscillation of of the frequency f given.

c) Der Geräuschabstand wird erhöht, da durch die Frequenzhubgegenkopplung - mittels entsprechender, an sich bekannter Rückführung - die Verzerrungen durch Laufzeitfehler und Nichtlinearitäten von Modulator und Demodulator etwa im Maß des Gegenkopplungsgrades vermindert werden. Auch das Grundgeräusch innerhalb des Gegenkopplungsweges wird vermindert, das Eingangsrauschen des Empfangsumsetzers 1 bleibt jedoch unverändert.c) The signal-to-noise ratio is increased because of the frequency deviation negative feedback - by means of appropriate, known feedback - the distortions through Run-time errors and non-linearities of the modulator and demodulator approximately to the extent of the The degree of negative feedback can be reduced. Also the background noise within the negative feedback path is reduced, but the input noise of the receiving converter 1 remains unchanged.

Nachteilig an diesem Zwischenverstärker ist, daß zwangläufig eine Verkleinerung des Frequenzhubes am Zwischenverstärkerausgang gegenüber dem Zwischenverstärkereingang eintritt. Wie sich zeigen läßt, entspricht der Frequenzhubgegenkopplungsmechanismus nämlich dem einer Kathodenstufe, deren Verstärkung immer kleiner als 1 ist. Der Zusammenhang zwischen der Hubminderung X = (Sendehub/Empfangshub) und dem Gegenkopplungsgrad k = (Zwischenfrequenzhub / Empfangshub) ist durch die Gleichung k=1-x (1) gegeben. Wegen praktischer Schwierigkeiten mit dem Phasengang darf der Gegenkopplungsgrad k nicht allzu klein gewählt werden, wodurch X merklich kleiner als 1 wird. Das bedeutet aber, daß bei Hintereinanderschaltung mehrerer solcher Verstärker, wie das bei Richtfunkstrecken üblich ist, der Frequenzhub immer kleiner und der Systemwert schlechter wird. Die gesamte Geräuschbilanz wird demnach wieder verschlechtert, und außerdem treten Bedienungsschwierigkeiten auf, da die Basisbandrestdämpfung von der Anzahl der Relaisstellen in dem Übertragungssystem bzw. in der Richtfunkstrecke abhängt.The disadvantage of this repeater is that inevitably a Reduction of the frequency deviation at the intermediate amplifier output compared to the intermediate amplifier input entry. As can be shown, the frequency deviation corresponds to negative feedback mechanism namely that of a cathode stage, the gain of which is always less than 1. Of the Relationship between the stroke reduction X = (send stroke / receive stroke) and the degree of negative feedback k = (intermediate frequency deviation / reception deviation) is given by the equation k = 1-x (1). Because of practical difficulties with the phase response, the degree of negative feedback k cannot be chosen to be too small, as a result of which X is noticeably smaller than 1. That means but that when several such amplifiers are connected in series, as is the case with radio links it is common for the frequency deviation to decrease and the system value to deteriorate. the The overall noise balance is accordingly worsened again, and operating difficulties also arise because the baseband residual attenuation depends on the number of relay points in the transmission system or depends on the radio link.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, auf dem es möglich ist, unter anderem gerade diesen Schwierigkeiten in einfacher Weise zu begegnen.The invention is based on the object of providing a way which it is possible to deal with, among other things, precisely these difficulties in a simple manner to meet.

Diese Schwierigkeit bei einem Zwischenverstärker der einleitend beschriebenen Art wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß ein Teil der Gegenkopplungssschleife in eine Mitkopplungsschleife mit einbezogen ist, die im Zusammenwirken mit der Gegenkopplungsschleife eine Übereinstimmung des Frequenzhubes am Eingang und des Frequenzhubes am Ausgang des Zwischenverstärkers sicherstellt.This difficulty with a repeater as described in the introduction Art is solved according to the invention in such a way that part of the negative feedback loop is involved in a positive feedback loop that works in conjunction with the Negative feedback loop a match between the frequency deviation at the input and the frequency deviation at the output of the repeater.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to in the drawing Embodiments explained in more detail.

In der Zeichnung zeigt die Fig.1 die bekannte Anordnung, während die Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes zeigt, für das die Fig. 3 ein Analogon wiedergibt. In der Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wiedergegeben.In the drawing, Figure 1 shows the known arrangement, while the Fig. 2 shows a first embodiment of the subject invention for which Fig. 3 shows an analogue. In Fig. 4 is a further embodiment of the subject matter of the invention.

Der grundsätzliche Aufbau der Anordnung nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen dem nach Fig. 1, die den Aufbau der bekannten Anordnung zeigt. Unterschiedlich zur bekannten Anordnung nach Fig.1 ist, daß der eingangsseitige Teil des Zwischenverstärkers durch eine Querverbindung der Gegenkopp-Iungsschleife als Mitkopplungszweig ausgebildet ist. Zu diesem Zweck ist am Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers 2 ein Anteil der im Frequenzhub verminderten Zwischenfrequenzspannung abgezweigt und einer Mischstufe 6 zugeführt. Diese Mischstufe wird außerdem mit der Ausgangsspannung des Sendeoszillators 5 gespeist. Eines der Mischprodukte der Mischstufe 6, beispielsweise das Summenprodukt, wird ausgesiebt und dem Empfangsüberlagerer 1 zugeführt. In dieser Gesamtanordnung besteht die Gegenkopplungsschleife aus den Teilen 1, 2, 3, 4, 5, der Auskopplung am Senderausgang, der Rückführung zur Mischstufe 6 und von dort die weitere Rückführung zum Empfangsumsetzer 1. Der Mitkopplungszweig besteht aus den Teilen 1, 2, der Querverbindung vom Zwischenfrequenzverstärkerausgang 2 zur Mischstufe 6 und von dort aus der Rückführung zum Empfangsumsetzer 1.The basic structure of the arrangement according to FIG. 2 corresponds to essentially that of Fig. 1, which shows the structure of the known arrangement. Different to the known arrangement according to Figure 1 is that the input-side part of the intermediate amplifier formed by a cross-connection of the negative feedback loop as a positive feedback branch is. For this purpose there is a component at the output of the intermediate frequency amplifier 2 the intermediate frequency voltage, which is reduced in the frequency deviation, and a mixer stage 6 supplied. This mixer stage is also connected to the output voltage of the transmitter oscillator 5 fed. One of the mixed products of mixing stage 6, for example the sum product, is screened out and fed to the receiving superimposer 1. In this overall arrangement the negative feedback loop consists of parts 1, 2, 3, 4, 5, the decoupling at the transmitter output, the return to mixer 6 and from there the further return to the receiving converter 1. The positive feedback branch consists of parts 1, 2, the cross connection from the intermediate frequency amplifier output 2 to the mixer 6 and from there the feedback to receive converter 1.

Man kann bei Vernachlässigung des Einflusses der Laufzeiten dieses Schaltbild in das Blockschaltbild nach Fig. 3 als Analogon umsetzen. Die Frequenzhübe sind durch Amplituden von Spannungen ersetzt, wobei die Betrachtung dadurch erleichtert ist, daß man annehmen kann, daß sich alle Spannungen einfach addieren, ohne daß Rückwirkungen auf die Scheinwiderstände eintreten, da bei der Anordnung nach Fig. 2 die Frequenzhübe in den Umsetzern 1, 6 tatsächlich addiert werden können. Die Stufen I und 1I bedeuten rückwirkungsfreie Entkopplungsglieder mit dem Übertragungsmaß g = 1, wobei I dem ZF-Teil (der den Hub nicht verändert) entspricht, 1I dem Frequenzmodulator und Basisbandverstärker. Die Stufe III ist der Sendeverstärker, in dem bei der Anordnung nach Fig. 2 der Hub von dem durch die Gegenkopplung verringerten Wert im Innern des Gerätes auf den Sollwert am Ausgang erhöht wird (Verstärkung v). Ugl, Ug, seien Störspannungen, die an verschiedenen Stellen einzudringen versuchen.One can neglect the influence of the running times this Convert the circuit diagram into the block diagram of FIG. 3 as an analog. The frequency swings are replaced by amplitudes of voltages, which makes viewing easier is that one can assume that all tensions simply add up without There are repercussions on the apparent resistances, since with the arrangement according to Fig. 2 the frequency swings in the converters 1, 6 can actually be added. the Levels I and 1I mean non-reactive decoupling elements with the transfer rate g = 1, where I corresponds to the IF part (which does not change the stroke), 1I to the frequency modulator and baseband amplifiers. Stage III is the transmission amplifier in which the arrangement according to FIG. 2, the stroke from the value inside which is reduced by the negative feedback of the device is increased to the setpoint at the output (gain v). Ugl, Ug, be Interference voltages that try to penetrate at different points.

Das Verhalten der Schaltung kann dann folgendermaßen berechnet werden, zunächst ohne Störspannungen Ug: U. = v - U" (2) Ui = Ue - Ua -I- Ui = Ue - v ui -I- Ui, (3) daraus: Ui = Uelv und Ua = U'. (4) Gleichung (4) gilt unabhängig von dem Wert von v, d. h., der Sendehub ist exakt gleich dem Empfangshub. Der Hub im Innern des Gerätes ist proportional Ui, d. h. um den Faktor 1/v verkleinert.The behavior of the circuit can then be calculated as follows, initially without interference voltages Ug: U. = v - U "(2) Ui = Ue - Ua -I- Ui = Ue - v ui -I- Ui, (3) from this: Ui = Uelv and Ua = U '. (4) Equation (4) applies regardless of the value of v, ie the transmission stroke is exactly the same as the reception stroke. The stroke inside the device is proportional to Ui, ie by a factor of 1 / v scaled down.

Der gleiche Rechengang ergibt für die Störspannung Ugl Ua = Ue + Ugl (5) Gleichung (5) sagt aus, daß die innerhalb des Rückkopplungskreises liegende Störspannung (Eingangsrauschen, Laufzeitverzerrungen im ZF-Teil) im Verhältnis zur Empfangsspannung unverändert bleibt und damit auch das resultierende Signal-Geräuschverhältnis.The same calculation process is obtained for the interference voltage, Vs Vo = Vi +, Vs (5) Equation (5) indicates that the lying within the feedback loop interference voltage (input noise, delay distortions in the IF part) in relation to the reception voltage remains unchanged and thus the resulting Signal-to-noise ratio.

Für die Störspannungen U92 ergibt sich, daß sie, zumindest theoretisch, vollkommen unterdrückt werden. In dieser Tatsache liegt ein zusätzlicher Vorteil gegenüber der Schaltung ohne Mitkopplung, bei der solche Störspannungen nur vermindert, aber nicht unterdrückt werden.For the interference voltages U92 it follows that they, at least theoretically, be completely suppressed. There is an additional benefit in this fact compared to the circuit without positive feedback, in which such interference voltages are only reduced, but not be suppressed.

Während das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Anwendung eines Gleichstromverstärkers an der Stelle 4 zwingend voraussetzt - weil sonst die Mitkopplung für den Frequenzhub bei der Frequenz Null noch wirksam wäre, die Gegenkopplung jedoch nicht -, zeigt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 einen Weg, der es gestattet, den Gleichstromverstärker an dieser Stelle zu vermeiden, obwohl es sich auch hierbei empfiehlt, einen Gleichstromverstärker zu verwenden, damit bei Anwendung eines unmittelbar in der Frequenz gesteuerten Sendeoszillators 5 zugleich eine feste Bindung zwischen der Eingangsfrequenz f l und der Ausgangsfrequenz f, gegeben ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Gegenkopplungsschleife zunächst gleichartig aufgebaut wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Die Mitkopplungsschleife umfaßt jedoch in diesem Fall den Frequenzdiskriminator noch mit und zweigt dann zu einem Frequenzmodulator M ab, in dem eine fremd zugeführte Hochfrequenzspannung f o mit dem Basisbandsignal in der Frequenz moduliert wird. Die in der Frequenz modulierte Spannung wird dann ähnlich der Anordnung nach Fig. 2 der Mischstufe 6 zugeführt. f o (bestimmt durch f 1, f, und f,) liegt zweckmäßig in der Größenordnung von f".While the embodiment of FIG. 2, the use of a direct current amplifier at position 4 - because otherwise the positive feedback for the frequency deviation would still be effective at frequency zero, but the negative feedback would not - shows the embodiment of Fig. 4 a way that allows the DC amplifier Avoid at this point, although it is also advisable to use a DC amplifier here to be used so when using a directly frequency-controlled Transmit oscillator 5 at the same time a firm bond between the input frequency f l and the output frequency f i is given. In the embodiment of FIG. 4 is the negative feedback loop initially constructed in the same way as in the exemplary embodiment according to FIG. 2. However, in this case the positive feedback loop includes the frequency discriminator still with and then branches off to a frequency modulator M, in which an externally supplied High-frequency voltage f o is modulated in frequency with the baseband signal. The voltage modulated in frequency is then similar to the arrangement according to Fig. 2 of the mixer 6 fed. f o (determined by f 1, f, and f,) is appropriate on the order of f ".

Es sei noch erwähnt, daß bei der Anordnung nach Fig. 2 die Sendefrequenzen f 2 durch entsprechende Wahl des dem Frequenzumsetzer zugeführten Mischproduktes der Mischstufe 6 auch gleich der Empfangsfrequenz f1 gemacht werden kann. Bei der Anordnung nach Fig. 2 empfiehlt es sich fernerhin, zumindest an der Stelle B einen Bandpaß einzuschalten, der durch Seitenbandbegrenzung eine obere Grenze für die Modulationsfrequenz festlegt und damit Pfeifstellen wirksam unterbindet. In manchen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, diesen Bandpaß an der Stelle A im Schaltbild nach Fig. 2 vorzusehen oder auch zusätzlich hierzu.It should also be mentioned that in the arrangement according to FIG f 2 by appropriate selection of the mixed product fed to the frequency converter the mixer 6 can also be made equal to the reception frequency f1. In the Arrangement according to FIG. 2, it is also advisable to have one at least at point B. To switch on bandpass filter, which is an upper limit for the side band limitation Determines the modulation frequency and thus effectively prevents whistling. In some In some cases it can also be advantageous to use this bandpass filter at point A in the circuit diagram to be provided according to FIG. 2 or in addition to this.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Intermediate amplifier for use in a transmission system, in particular a radio link, for frequency-modulated with information, in particular very short electromagnetic waves, in which the input signal to form a negative feedback that reduces the frequency deviation in the intermediate amplifier, forming a loop with a portion of the output signal superimposed and the by demodulation of one of the superimposition of products (intermediate frequency) obtained, containing the information modulation voltage of a is used for frequency modulation of the output signal delivered radio frequency carrier, characterized gekennzeich- net, that part of the negative feedback loop is involved in a positive feedback loop with that in cooperation with the negative feedback loop ensures that the frequency deviation at the input and the frequency deviation at the output of the intermediate amplifier match.

2. Repeater according to claim 1, characterized in that A portion of the intermediate frequency oscillations branched off in front of the demodulator, in one Mixing stage with the wave component taken from the output of the intermediate amplifier mixed and that one of the mixed products of the input-side overlay stage of the repeater is supplied.

3. Repeater according to claim 1, characterized characterized in that a part of the modulation voltage is branched off behind the demodulator and fed to a separate frequency modulator, the output voltage of which mixed with the one taken from the output of the intermediate amplifier in a mixer is, and that one of the mixed products of the input-side superposition stage of the Repeater is fed. Publications considered: German Patent application S 32 069 VIII a / 21 a4 (published on September 10, 1995).