DE1232195B - Anordnung zur Amplitudenmodulation einer unipolaren Rechtecktraegerwelle - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/06

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

J 25002 VIH a/21 al
21. Dezember 1963
12. Januar 1967

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen für Amplitudenmodulation, insbesondere auf eine solche, bei der ein Eingangssignal variabler Amplitude eine Rechteckwelle amplitudenmoduliert, ohne dabei von Transformatoren oder Gegentakt-Röhrenschaltungen Gebrauch zu machen.

Es ist allgemein bekannt, daß das bei der Amplitudenmodulation einer Trägerwelle sich ergebende Signal als Komponenten die Trägerfrequenz, die Modulationsfrequenz sowie Summen- und Differenzfrequenzen enthält, beispielsweise die oberen und unteren Seitenbänder. Häufig ergibt sich nun bei Systemen, die mit Amplitudenmodulation arbeiten, die Notwendigkeit, entweder die Modulations- oder die Trägerfrequenzen aus dem Ausgangssignal zu eliminieren. Sind die Modulations- und Trägerfrequenzen weit genug voneinander entfernt, so werden in üblicher Weise Gegentaktmodulatoren verwendet, mit denen das Ausgangssignal an Hand einer abgestimmten Schaltungsanordnung gewonnen werden kann. Das Ausgangssignal enthält dann nur noch die oberen und unteren Seitenbänder des modulierten Signals; die Trägerfrequenz wird durch die Wirkungsweise der Gegentaktschaltung unterdrückt und die Modulationsfrequenz wird durch die erwähnte abgestimmte Schaltungsanordnung ausgesiebt. Bei derartigen bekannten Gegentaktmodulatoren werden üblicherweise Elektronenröhren in Gegentaktschaltung verwendet. Hierbei ist jedoch das Maß der Trägerunterdrückung durch die Übereinstimmung der dynamischen Kennlinien beider Röhren bestimmt. Schwankt nun eine Röhre innerhalb ihres Arbeitsbereiches in ihren Kennwerten mehr als die anderen, so ist es möglich, daß die Größe der Trägerunterdrückung um 10 db oder mehr schwankt. _

Bei gewissen Fernsehsystemen, die für die Übertragung stillstehender Bilder verwendet werden, wird angestrebt, daß das Videosignal so gestaltet ist, daß es über normale Telefonleitungen im Sprachband übertragen werden kann. Derartige Telefonleitungen haben eine obere Übertragungsfrequenz von etwa 2800 Hz. Daraus resultiert eine ungewöhnlich lange Abtastzeit, wenn man das gewünschte Schmalband-Videosignal zu erhalten wünscht. Die untere Grenzfrequenz üblicher Telefonleitungen liegt etwa bei 300 Hz. Das durch die langsame Abtastung gewonnene schmalbandige Videosignal enthält in weitem Maße sehr tiefe Frequenzen und Gleichstromanteile, so daß sich die Notwendigkeit ergibt, die Übertragung des Schmalband-Videosignals in trägerfrequenter Lage durchzuführen.
Diese Forderung zieht jedoch ein Problem nach Anordnung zur Amplitudenmodulation einer
unipolaren Rechteckträgerwelle

Anmelder:

International Standard Electric Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

Nelson Earl Hoag, Fort Wayne, Ind.;

Jerry Lee Holsinger, Burlington, Mass. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. Dezember 1962
(247186)

sich, das normalerweise bei üblichen Amplituden-Modulationssystemen nicht auftritt, denn im Falle der Schmalband-Videosignalübertragung in trägerfrequenter Lage liegen notwendigerweise Modulationsfrequenz und Trägerfrequenz beieinander. Infolge dieser Tatsache kann die Modulationsfrequenz nicht wie sonst üblich einfach ausgefiltert werden, denn das modulierende Signal und das untere Seitenband überlappen sich, d. h., beide Größen fallen in das gewünschte Frequenzspektrum.

Es erscheint daher wünschenswert, eine Anordnung zu schaffen, die ein amplitudenmoduliertes Signal erzeugt, und die es ermöglicht, die Modulationsfrequenz aus dem modulierten Ausgangssignal fernzuhalten, auch wenn Modulationsfrequenz und Trägerfrequenz sehr eng beieinanderliegen.

Ein derartiges System kann unter Benutzung eines Gegentaktmodulators aufgebaut werden, bei dem jedoch gegenüber dem üblichen Verfahren die Eingangsgrößen vertauscht werden, d. h., die Trägerschwingung wird symmetrisch, das modulierende Signal jedoch unsymmetrisch gegenüber dem Bezugspunkt angelegt.

Eine so aufgebaute Anordnung liefert das angestrebte Signal, bei dem freilich, wie bereits dargestellt, die Unterdrückung des modulierenden Signals immer noch von der Genauigkeit des Abgleiche der beiden Modulatorröhren abhängt. Bei Fernsehsystemen mit

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langsamer Abtastung ist die völlige Unterdrückung der Trägerschwingung ein Widerstand zwischen dem des Modulationssignals unbedingt anzustreben, um Kollektor des einen Transistors eines Rechteckwellen-Verzerrungen des modulierten Signals längs der generators und dem Kollektor eines Transistors eines üblichen Telefonleitungen mit ihrer geringen Sprach- Dioden-Widerstandsnetzwerkes eingefügt,
bandbreite zu verhindern. Die Telefonleitungen sind 5 Die Erfindung soll nunmehr an Hand der Zeichnämlich keinesfalls vollständig lineare Netzwerke, nungen und durch die Besprechung eines Ausführungsund das Vorhanden'sein des Modulationssignals auf beispiels näher erläutert werden. Es zeigt
der Übertragungsstrecke, auch wenn dessen Amplitude F i g. 1 ein Blockschaltbild für die erfindungsgemäße nur klein ist, führt zu unerwünschten Komponenten- Anordnung für Amplitudenmodulation,
bildungen innerhalb des Empfangssignals. io F i g. 2 eine schematische Darstellung der An-

Ein weiteres Erfordernis bei Fernsehsystemen, die Ordnung nach Fig. 1,

mit niedriger Abtastgeschwindigkeit arbeiten, besteht F i g. 3 die Wellenformen, die in der Anordnung

darin, daß die in solchen Systemen eingesetzten Modu- nach F i g. 2 an verschiedenen Schaltungspunkten

latoren Videosignale mit einer Gleichstromkompo- auftreten und die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen

nente verarbeiten können müssen. Für die Verwendung 15 Anordnung erläutern.

eines aus Elektronenröhren aufgebauten Gegentakt- In F i g. 1 wird das Modulationssignal, das beimodulators folgt hieraus, daß das Videosignal direkt spielsweise ein Schmalband-Videosignal mit einem in die Kathoden der Modulatorröhren eingekoppelt Frequenzbereich von 0 bis 1750 Hz sein möge, an werden muß, welche Maßnahme wiederum Probleme den Eingang 10 eines Verstärkers 11 angelegt, der für hinsichtlich der Aufrechterhaltung konstanter Aus- 20 die notwendige Verstärkung des Modulationssignals gangspegel und eines konstanten Modulationsfaktors sorgt und ferner den richtigen Gleichstromwert für aufwirft. das Dioden-Widerstands-Netzwerk 12 herstellt. Der Es sind bereits transistorisierte Fernsehsysteme mit Verstärker 11 ist deshalb mit dem Dioden-Widerniedriger Abtastgeschwindigkeit entwickelt worden, stands-Netzwerk 12 verbunden und erzeugt einen und es erscheint auch aus diesem Grunde erstrebens- 25 Strom, der in dieses hineinfließt und von der Ampliwert — neben der Vermeidung der erwähnten Nachteile tude des Ausgangssignals des Verstärkers 11 abvon Röhrenschaltungen —, einen transistorisierten hängt.

Modulator für die Anwendung in derartigen Fernseh- Ein üblicher Oszillator 13, beispielsweise ein Multisystemen zu schaffen. vibrator, erzeugt ein symmetrisches Rechteckwellen-Angesichts der Mängel der Röhren-Gegentakt- 30 signal mit einer geeigneten Frequenz, etwa von modulatoren und der Tatsache, daß Transistoren 2,2 kHz. Der Oszillator 13 ist mit dem Dioden-Widerstromgesteuerte Schaltelemente sind — im Gegen- stands-Netzwerk 12 derart verbunden, daß der in satz zu spannungsgesteuerten —, ist es erwünscht, daß dieses hineinfließende Strom in Abhängigkeit von den bei einem solchen transistorisierten Modulator ent- Impulsen der Rechteck-Trägerschwingung unterweder die Modulationsfrequenz oder die Modulations- 35 brochen wird. Damit entsteht am Ausgang 14 des frequenz und das Trägersignal unterdrückt wird, Netzwerks 12 ein Ausgangssignal, das mit der Frequenz auch wenn beide Signale frequenzmäßig sehr nahe des Trägers pulsiert. Dieses Ausgangssignal enthält beieinanderliegen. Weiter sollen keine Übertragungs- an Schwingungskomponenten die Modulationsfremittel induktiver Art bzw. keine symmetrischen Gegen- quenz, die Trägerfrequenz und beide Seitenbänder, taktschaltungen verwendet und die verwendete Schal- 40 Wie noch erläutert werden wird, kann das Modutungsanordnung soll transistorisiert werden können. lationssignal, das eine Komponente des modulierten Es ist weiterhin eine Modulationsschaltung bekannt, Signals ist, durch Hinzufügen eines phasengekehrten bei der zur Vereinfachung der symmetrischen Modu- Signals zum modulierten Signal beseitigt werden; Iation zuerst eine einseitige Amplitudenmodulation das phasengekehrte Signal besitzt die halbe Amplitude durchgeführt wird und bei der dann zur Verschiebung 45 des Modulationssignals.

der Nullinie eine Impulsfolge entgegengesetzter Polari- Aus diesem Grund ist eine Phasenkehr- und Teilertät und konstanter Amplitude zugeführt wird. Eine schaltung 15 mit dem Verstärker 11 verbunden, die Elimination der Komponenten der Modulations- ein Signal erzeugt, dessen Amplitude halb so groß frequenz ist mit dieser Anordnung nicht möglich. wie die Amplitude des Ausgangssignals des Ver-Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 50 stärkers ist und in bezug auf dieses in der Phase Anordnung zur Amplitudenmodulation einer uni- gekehrt ist. Dieses Signal und das modulierte Signal polaren Rechteckträgerwelle mit einer in unipolare vom Ausgang des Dioden-Widerstands-Netzwerks 12 Form umgewandelten Signalwelle mit Unterdrückung werden in einer Summier- und Trennstufe 16 addiert, einer oder beider Modulationskomponenten am Aus- Es wird gezeigt werden, daß die Trägerkomponente gang zu schaffen. Diese Anordnung soll auch dann 55 des modulierten Signals durch Zusatz eines phaseneinwandfrei arbeiten, wenn die Trägerfrequenz und gekehrten Signals mit der gleichen Amplitude wie die die Frequenz des modulierenden Signals sehr eng Rechteck-Trägerwelle beseitigt werden kann, wie dies beieinander liegen. Weiterhin soll auf die Verwendung durch die gestrichelte Linie 17 angedeutet wird. Das von Transformatoren und Elektronenröhren ver- Ausgangssignal der Summier- und Trennstufe, in ziehtet werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch 60 welchem der Modulationssignalanteil und/oder der erreicht, daß zur Unterdrückung des modulierenden Trägeranteil unterdrückt sind, kann dann an ein Signals eine der unipolaren Signalwelle entsprechende Seitenbandfilter 18 angelegt werden. Dieses sperrt Welle mit dem der Signalwelle entgegengesetzten das obere Seitenband und eliminiert auch die harmo-Vorzeichen und halber Signalwellenamplitude in be- nischen Modulationsprodukte,
kannter Weise zum Ausgangssignal des Modulators 65 In F i g. 2 ist eine Schaltungsdarstellung der erphasengleich addiert wird. findungsgemäßen Anordnung dargestellt, wie sie für Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung Fernsehsysteme mit langsamer Abtastung eingesetzt ist zur Unterdrückung des Modulationssignals und werden kann.

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Das Videosignal am Eingang 10 des Verstärkers 11 Damit wird erreicht, daß das Ausgangssignal, das

weist eine Amplitude zwischen 0 und —3 Volt auf. über dem Widerstand 35 erscheint, in Abhängigkeit

Der Verstärker 11 ist ein durch Gegenkopplung vom modulierenden Signal am Ausgang 19 des Verstabilisierter Gleichstromverstärker, der an seinen stärkers 11 pulsiert, und zwar mit der Frequenz des Ausgang das Modulationssignal mit einer Amplitude 5 Oszillators 13.

zwischen 0 und +10 Volt abgibt. Der Verstärker 11 In F i g. 3 ist ein sinusförmiges Modulationssignal besitzt einen Transistor 20 (F i g. 2), dessen Basis am 57 dargestellt (F i g. 3 A), dessen Amplitude zwischen Eingang 10 und dessen Kollektor an der Basis eines 0 und+10 Volt schwankt. Das zwischen 0 und —5 Volt Transistors 22 und über einen Widerstand 23 an einer schwankende Rechteckwellen-Trägersignal ist in Quelle von +25 Volt angeschlossen ist. Der Emitter io F i g. 3 B und das resultierende Signal am Kollektor des Transistors 20 ist über Widerstände 24 und 25 des Transistors 34 (noch immer unter der Annahme, mit —25 Volt und über Widerstand 26 mit dem das der Transistor 55 der Teiler- und Phasenumkehr-Kollektor des Transistors 22 verbunden. Der Ausgang schaltung 15 zunächst forgelassen ist) in F i g. 3 C 19 wird vom Kollektor des Transistors 22 abgenommen. dargestellt. Unter der Annahme eines Modulations-Der Transistor 22 ist mit +25 Volt über Diode 27 15 grades von 100 °/₀ und unter Berücksichtigung nur des und mit Erde über Widerstand 28 verbunden. Der wichtigsten Ausdruckes in der Fourier-Entwicklung Emitter des Transistors 20 ist über Widerstand 29 der Rechteckwelle erhält man für die Modulationsmit Erde und der Punkt zwischen Widerstand 24 und einhüllende von 25 ist über die Zenerdiode 30 mit Erde verbunden. _(f\ _{Ί Ä n} , · _Λ.

T-. · 1 1 , 1 , , t O-1 1 · · 1 1 M 1 &0\* J -^ -^¹C U T"i bin Wm I),

Bei dem betrachteten Ausfuhrungsbeispiel bilden 20

das Dioden-Widerstands-Netzwerk 12 und die Sum- dabei ist A₀ = Spitzenwert des Trägers mit m φ 0,

mier- und Trennstufe 16 im wesentlichen eine einzige A_m = Spitzenwert des modulierenden Signals,

Serienschaltung, die einen Widerstand 32, eine Diode m = A_mj2A_e,

33, den Emitter und Kollektor eines Transistors 34 mit m — 0 kann e_o(t) geschrieben werden:

sowie einen Lastwiderstand 35 umfaßt, welch letzterer 25 e (t~) = A (1 -\- sin w t) zwischen dem Ausgang 19 und —25 Volt angeordnet ist.

Der Rechteckwellen-Trägeroszillator 13 besitzt die Ist m =j= 0, wird A₀ eine Funktion der Zeit, die gleich

Form eines üblichen frei schwingenden Multivibrators. ist dem Spitzenwert der Einhüllenden der Modula-

Er umfaßt Transistoren 37 und 38, Kondensatoren 40 tion · 1 + m sin w_m t. und 42, Widerstände 43, 44, 45 und 46, Potentiometer 30
47 und 48 sowie Zenerdioden 49 und 50; diese Schaltelemente sind zu einer üblichen Schaltungsanordnung
verbunden und erzeugen Rechteckimpulse 52 (F i g. 3).

Diese negativ gerichteten Impulse haben eine Impulsfrequenz von 2,2 kHz und die Spitzenspannungen 35

0 und -5 Volt. Der Kollektor des Transistors 38 «o = A_e(l + sin w_c · t (1) ist mit einem Punkt 51 zwischen Widerstand 32 und
Diode 33 über eine Diode 54 verbunden.

Es sei nun angenommen, daß der Transistor 55, + m cos (w_c — Wj») 0 (3) der sich in der Phasenumkehr- und Teilerschaltung 15 40

befindet, zunächst fortgelassen wird. Bei der be- _j_ ^z"L _{sm Wm} . ^ (4)

trachteten Ausführungsform ist der Transistor 34 2 ein pnp-Transistor; daher wird nur eine positive

Spannung an seinem Emitter einen Stromfluß zur Diese Formelausdrücke zeigen, daß das Signal,

Folge haben. Die Diode 54 ist eine Siliziumdiode, 45 das am Kollektor des Transistors 34 auftritt, alle

deren Schwellspannung bei 0,6 Volt liegt. Liegt der Signalkomponenten beinhaltet. Der Ausdruck (1)

Ausgang des Oszillators 13 auf Erdpotential, d. h. bezeichnet die Trägerfrequenz, Ausdruck (2) das obere,

bei 0 Volt, so ist die Diode 54 umgekehrt vorge- Ausdruck (3) das untere Seitenband und Ausdruck (4)

spannt, und sie trennt den Kollektor des Transistors 38 die Modulationsfrequenz, die den halben Amplituden-

vorn Punkt 51. Unter dieser Voraussetzung, d. h. beim 50 wert aufweist. Man erkennt daraus, daß die Hinzu-

Fehlen eines negativ gerichteten Impulses 52 am Aus- fügung eines Signals zum Ausgangssignal am Kollektor

gang des Oszillators 13, fließt ein Strom in die Schal- des Transistors 34 mit der halben Amplitude des

tung mit den Schaltelementen 32, 33, 34 und 35, in Modulationssignals und gegenüber diesem phasen-

Abhängigkeit von der Amplitude des modulierenden gekehrt ist, durch Subtraktion die Auslöschung des

Signals am Ausgang 19 des Verstärkers 11. Dieser 55 modulierenden Signals ergibt. Dies wird in dem

Stromfluß erzeugt ein Ausgangssignal über dem Last- Ausfuhrungsbeispiel nach F i g. 2 durch Einprägen

widerstand 35, an dem der Ausgang 56 angeschlossen eines Stromes in den Emitter des Transistors 34 er-

ist. reicht. Der Strom besitzt den halben Wert desjenigen,

Man erkennt ferner, daß, wenn der Ausgang des der, durch das modulierende Signal veranlaßt, durch Oszillators 13 negativ ist, d. h. bei der Anwesenheit 60 den Ladewiderstand 35 fließt, und seine Phase ist in eines Impulses 52 von —5 Volt, die Diode 54 wieder Hinsicht auf diesen um 180° gedreht. Aus diesem leitend wird, damit der —5-Volt-Impuls an den Punkt Grund ist beim Transistor 55 die Basis mit dem Aus-51 gelangt und die Diode 33 umgekehrt vorgespannt gang 19 des Verstärkers 11 verbunden. Der Kollektor wird. Dies trennt den Transistor 34 und den Wider- dieses Transistors ist an den Emitter des Transistors 34 stand 35 vom Widerstand 32 über die Diode 33 ab, 65 angeschlossen, und dessen Emitter liegt über Widertrennt die Serienschaltung auf und unterbricht den stand 53, Potentiometer 59, Widerstand 60 und Stromfluß durch den Transistor 34 und den Wider- Schaltungspunkt 62 an +25 Volt. Der Schaltungsstand 35. punkt 62 liegt über Zenerdiode 63 an Erde. Man er-

Somit	gilt	für	m	Φ o	Wc · t)	+ sin Wc · t)
eo(t)	= A		(1	+ sin	Wm t) (1
	= A	e(i	+	m sin	•t	m)t
eo	= Λ		+	sin wc	{Wc + W	n)t)
			+	m cos	(Wc — Wj
			+	m cos	—1^ sin wm · t. 2
			+

kennt, daß der Emitter und Kollektor des Transistors 34 und Widerstand 35 in Serie mit dem Kollektor des Transistors 55 wie auch mit dem Widerstand 32 und der Diode 33 liegen. Somit wird der Strom im Widerstand 35 addiert, und es ergibt sich das resultierende Ausgangssignal, das in F i g. 3 D dargestellt ist.

Bei näherer Betrachtung der oben geschriebenen Formeln erkennt man, daß die Trägerkomponente unterdrückt werden kann, wenn dem Ausgangssignal ein Signal zugefügt wird, das die gleiche Amplitude wie das Trägersignal hat, jedoch in bezug auf dieses phasengekehrt ist. Dabei ist wieder angenommen, daß der Transistor 55 zunächst fortgelassen wird.

Diese Unterdrückung kann dadurch erreicht werden, daß ein Widerstand 64 in die Schaltung eingefügt wird, wie dies die gestrichelte Linie 17 angibt. Dieser Widerstand liegt zwischen dem Kollektor des Transistors 37 des Oszillators 13 und dem Kollektor des Transistors 34. Man erkennt, daß entweder nur das Modulationssignal oder sowohl das Modulationssignal als auch das Trägersignal mit Hilfe der oben beschriebenen Schaltungen unterdrückt werden können.

Die Ausgangsschaltung 56 des Transistors 34 ist mit der Basis eines Transistors 65 über einen Kopplungskondensator 66 verbunden. Die Basis des Transistors 65 liegt an Punkt 67 eines Spannungsteilers, der Widerstände 68, 69, 70 und 72 umfaßt, die zwischen +25 und —25 Volt liegen. Punkt 73 zwischen den Widerständen 68 und 69 ist über eine Zenerdiode 74 mit Erde verbunden; in gleicher Weise liegt der Punkt 75 zwischen den Widerständen 70 und 72 über Zenerdiode 76 an Erde. Der Spannungsteiler erzeugt eine Bezugsspannung von 0 Volt für das Modulationssignal. Die Transistoren 65 und 77 bilden einen üblichen Doppel-Emitterfolger mit den Widerständen und 79. Der Emitter des Transistors 77 ist mit dem Eingang des oberen Seitenbandfilters 18 über Widerstand 80 verbunden. Am Ausgang 82 des oberen Seitenbandfilters 18 erscheint dann das resultierende modulierte Signal, jedoch mit unterdrücktem oberem Seitenband. Der Ausgang 82 liegt über einen Widerstand 83 an Erde, um die gewünschte Ausgangsimpedanz herzustellen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Amplitudenmodulation einer unipolaren Rechteckträgerwelle mit einer in unipolare Form umgewandelten Signalwelle mit Unterdrückung einer oder beider Modulationskomponenten am Ausgang, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung des modulierenden Signals eine der unipolaren Signalwelle entsprechende Welle mit dem der Signalwelle entgegengesetzten Vorzeichen und halber Signalwellenamplitude in bekannter Weise zum Ausgangssignal des Modulators phasengleich addiert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung des Modulationssignals und der Trägerschwingung ein Widerstand (64) zwischen dem Kollektor des einen Transistors (37) eines Rechteckwellengenerators (13) und dem Kollektor eines Transistors (34) eines Dioden-Widerstands-Netzwerkes (12) eingefügt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 004 231.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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