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DE2034207C - Circuit arrangement for changing the frequency deviation of frequency and phase modulated signals - Google Patents

Circuit arrangement for changing the frequency deviation of frequency and phase modulated signals

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Publication number
DE2034207C
DE2034207C DE19702034207 DE2034207A DE2034207C DE 2034207 C DE2034207 C DE 2034207C DE 19702034207 DE19702034207 DE 19702034207 DE 2034207 A DE2034207 A DE 2034207A DE 2034207 C DE2034207 C DE 2034207C
Authority
DE
Germany
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frequency
signal
circuit arrangement
output signal
delay
Prior art date
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Expired
Application number
DE19702034207
Other languages
German (de)
Other versions
DE2034207A1 (en
DE2034207B2 (en
Inventor
William Joseph Weston Cease Richard Gardner Westwood Mass Bickford (V St A)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Co
Original Assignee
Raytheon Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Raytheon Co filed Critical Raytheon Co
Publication of DE2034207A1 publication Critical patent/DE2034207A1/en
Publication of DE2034207B2 publication Critical patent/DE2034207B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2034207C publication Critical patent/DE2034207C/en
Expired legal-status Critical Current

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Description

4040

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Änderung des Frequenzhubes von frequenz- und phasenmodulierten Signalen.The invention relates to a circuit arrangement for changing the frequency deviation of frequency and phase modulated signals.

Um in Frequenz- oder Phasenmodulationssystemen mit großem Frequenzhub eine maximale Arbeitsweise zu erzielen, ist es häufig wünschenswert, die Grenzfrequenz des Demodulators unter den Wert zu drücken, der bei Anwendung der üblichen FM-Demodulation mindestens benötigt wird. Hierfür wurden verschiedene Methoden entwickelt, nämlich Demodulatoren mit frequenzmodulierter Rückkopplung und phasenstarre Demodulatoren. Bei beiden Methoden wird damit gearbeitet, daß das ZF-Signal effektiv mit einer Bandbreite gefiltert wird, die geringer ist, als es bei üblichen Deniodulationssystemen erlaubt wäre.In order to achieve maximum operation in frequency or phase modulation systems with a large frequency deviation To achieve this, it is often desirable to keep the cut-off frequency of the demodulator below the value Press, which is at least required when using the usual FM demodulation. For this were different methods developed, namely demodulators with frequency modulated feedback and phase-locked demodulators. Both methods work so that the IF signal is effectively with a bandwidth is filtered that is lower than would be allowed with conventional deniodulation systems.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der eine echte Änderung des Frequenzhubes eines eintreffenden FM- oder PM-Signals möglich ist.In contrast, the invention is based on the object of creating a circuit arrangement with which allows a real change in the frequency deviation of an incoming FM or PM signal.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Verarbeitung der frequenz- oder phasenmoriulierten Signale zwei Kanäle vorgesehen sind und jeder Kanal ein Verzögerungsglied und einen Mischer enthält, in dem das Eingangssignal mil dem verzögerten Signal des anderen Kanals gemischt wird und daß von mindestens einem der Kanäle ein Auseangssignal abgeleitet wird, dessen Frequenz gegenüber der Frequenz des Eingangssignals gemäß den Verzöaerungszeiten der Verzögerungsglieder verschoben ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird von dem Ausgangssignal noch em zur Stabilisierung der Amplitude des Eingangssignals dienendes Rückkopplungssignal abgeleitet.This object is achieved according to the invention in that for processing the frequency or phase-modulated signals two channels are provided and each channel a delay element and a Mixer, in which the input signal is mixed with the delayed signal of the other channel and that from at least one of the channels an output signal is derived, the frequency of which compared to the frequency of the input signal according to the Delay times of the delay elements is shifted. In a preferred embodiment of the Invention is still em from the output signal to stabilize the amplitude of the input signal Serving feedback signal derived.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird der Frequenzhub eines eintreffenden FM- oder PM-Signals nach dem Prinzip der synthetischen Phasenisolation (SP/) reduziert oder vergrößert. Das Prinzip der synthetischen Phasenisolation besteht darn durch Mischen eines Eingangssignals mit einer übeiiaeerunasschwingung und weiteres Mischen eines auseefiiterten Summen- oder Differenzsignals mit dem Eingangssignal oder dem Differenz- bzw. Summensienal der ersten Mischung ein Ausgangssignalln.it der Frequenz des Eingangssignals zu gewinnen das er. von der Phase des Eingangssignals unabhängig Phase hat. Eine Grenzfrequenz- oder Schwellender. verschiebune findet nur statt, wenn die Schaltungsanordnung ~ ach der Erfindung zur Reduktion -u-Frequenzhubes benutzt wird. Diese Schaltungenordnunu kann jedoch für andere Zwecke, wie bcspielsweise einen Systemübergang im ^wischenlrcquenzbereich. auch zur Ausdehnung des Frequenzhub« benutzt werden. Das Signal mit reduziertem Frequenzhub kann dann durch ein Filter -inem üblichen Demodulator zugeführt werden. Dieses Verfahren arbeitet ebenso wie alle Methoden zur Ausdehnung des FM- oder "M-Schwellenwertes bei Signalen mit großem Frequenzhub, denn es ist die minimale Bandbreite eines Systems gleich dem Zweifachen der Informationsfrequenz, und es muß der Frequenzhub ziemlich groß sein, wenn eine Verminderung des Frequenzhubes einen Nutzen habenThe circuit arrangement according to the invention, the frequency deviation of an incoming FM or PM signal reduced or increased according to the principle of synthetic phase isolation (SP /). The Principle of synthetic phase isolation exists darn by mixing an input signal with a over aeerunassvibration and further mixing one Auseefiiterten sum or difference signal with the Input signal or the difference or summation signal the first mix an output signal with the Frequency of the input signal to gain that he. independent of the phase of the input signal Phase has. A cutoff frequency or threshold. shift only takes place if the circuit arrangement according to the invention for reducing-u frequency deviation is used. This circuit order but can be used for other purposes, such as a system transition in the intermediate frequency range. can also be used to extend the frequency deviation. The signal with reduced Frequency deviation can then be through a filter -inem usual demodulator are supplied. This procedure works in the same way as all methods of expansion of the FM or "M threshold" Signals with a large frequency deviation, because the minimum bandwidth of a system is twice as much the information frequency, and the frequency deviation must be quite large if there is a reduction of the frequency deviation have a benefit

Die vorliegende Erfindung wurde von dem Wunsch veranlaßt, die Technik der synthetischen Phasenisolation in einem FM-Empfänger nut Schwellenwert-Ausdehnung zu verwenden. Die Korrelationsbandbreite dieser regenerativen Anordnung wird von dem Konstrukteur ebenso beherrscht wie das Verhältnis der Zeitverzögerungen, also der Anstieg der Phasencharakteristik. Die Rauschbandbreite der Vorrichtung zur Reduktion des Frequenzhubes kann kli:n sein, wie in den üblichen Empfängern mit Schwellenwert-Verschiebung, ohne jedich ein so großes Opfer hinsichtlich der Signalverzerrung und Signalunterdrückung bringen zu müssen, weil zur Signalverarbeitung keine Schaltungsanordnung verwendet werden muß, die Sättigungseffekte zeigt, wie ein Begrenzer, ein Diskriminator oder ein degenerativer, frequenzmodulierter Oszillator.The present invention was prompted by the desire to use the technique of synthetic phase isolation in an FM receiver by threshold expansion. The correlation bandwidth of this regenerative arrangement is mastered by the designer as well as the ratio of the time delays, i.e. the increase in the phase characteristic. The noise bandwidth of the apparatus for the reduction of the frequency sweep can cli: be n, as in the conventional receivers with threshold shift, without having to bring jedich such a great sacrifice in signal distortion and signal suppression because to be used for signal processing, no circuit arrangement, the saturation effects shows how a limiter, a discriminator or a degenerative, frequency-modulated oscillator.

Eine andere Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung findet sich in Nachrichtensystemeif unter Verwendung von Satelliten. Hier werden in den Verbindungen zum Raumfahrzeug übertraeungen mit hohem Modulationsindex benutzt. Die gleiche "information trifft oft mil Relaisstrecken zusammen, in denen von einem geringeren Modulationsindex Gebrauch gemacht wird. Die Technik der Änderung des Frequenzhubes kann als vcrzcrvungsarme Transformalion zwischen diesen beiden Systcmelementen benutzt werden. Die bedeutendem Verzerrungen, die durch eine Demodulation und Wiedermodulalion bedingt sind, werden mit einer Schaltungs-Another application of the circuit arrangement according to the invention can be found in communication systems using satellites. This is where connections to the spacecraft are made high modulation index transmissions are used. The same information is often encountered with relay links together, in which use is made of a lower modulation index. The technology of Changing the frequency swing can be seen as a low-distortion transformation between these two system elements to be used. The significant distortion caused by demodulation and re-modulation are conditional, with a circuit

anordnung nach der Erfindung vermieden, weil hier eine solche Demodulation und Wiedermodulation nicht stattfinde!:.arrangement according to the invention avoided because here such demodulation and remodulation does not take place!:.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele naher beschrieben und erläutert wird. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmaie können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden.' Es zeigtFurther details and configurations of the invention can be found in the following description, in which the invention on the basis of the embodiments shown in the drawing closer is described and explained. The characteristics to be taken from the description and the drawing can in other embodiments of the invention individually or collectively in any Combination find application. ' It shows

F i g. 1 das Blockschaltbild einer ersten Schaltungsanordnung nach der Erfindung,F i g. 1 shows the block diagram of a first circuit arrangement according to the invention,

F i g. 2 das Blockschaltbild einer weiteren Ausführungifcrm der Erfindung, die nur eine Reduktion des Frequenzhubes ermöglicht,F i g. Figure 2 shows the block diagram of a further embodiment of the invention which is only a reduction the frequency deviation enables

F i g. 3 ein Diagramm der Amplitude des Ausgangssignals der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 in Abhängigkeit von der Frequenz.F i g. 3 shows a diagram of the amplitude of the output signal the circuit arrangement according to FIG. 2 as a function of the frequency.

F i g. 4 die Wiedergabe eines Frequenzplanes, der die optimalen Frequenzen zur Erzielung der größtmöglichen Bandbreite zeigt, undF i g. 4 the reproduction of a frequency plan that identifies the optimal frequencies to achieve the greatest possible Bandwidth shows, and

Fig. 5A und 5B Diagramme des Amplitudeniind Phasen Verhaltens der beiden Filter r5 und r6 der Schaltungsanordnung nach F i g. 2.5A and 5B are diagrams of the amplitude and phase behavior of the two filters r 5 and r 6 of the circuit arrangement according to FIG. 2.

Es kann angenommen werden, daß die Schaltungsanordnung 10 zr.r Änderung des Frequenzhubes nach F i g. 1 die folgenden Eingangs- und Ausgangssignale aufweist:It can be assumed that the circuit arrangement 10 zr.r change of the frequency deviation according to F i g. 1 the following input and output signals having:

V,,in = cos (ο, t + Φ) V ,, in = cos (ο, t + Φ)

Vaus = COS (ci2 f + (-)) . V out = COS (ci 2 f + (-)).

(D(D

Das Eingangssignal wird durch eine Schaltung 12 zur automatischen Verstärkungsregelung [AVR) auf konstanter Amplitude gehalten, um eine lineare Verarbeitung des Jignals in der Schaltungsanordnung 10 zu gewäh-leisten. Das Ausgangssignal der AVR 12 wird zwei parallelen Kanälen 14 und 16 zugefühlt. Der Kanal 14 enthält einen Bandpaß (r,) 18. dessen Ausgangssignal einem Mischer (Mi) 20 zugeführt wird. Das AusgangSbignal des Mischers 20 wird einem weiteren Bandpaß (r2) zugeführt. Im Kanai 16 befindet sich ein Bandpaß (τ,) 24, dessen Ausgangssignal einem Mischer (M2) 26 zugeführt wird. Das Ausgangssigna dieses Mischers 26 wird einem weiteren Bandpaß U4) 28 zugeführt. Das Ausgangssignal des r2-Fillers 22 wird mit dem Ausgangssignal des r,-Filters 24 in dem M2-Mischer 26 gemischt, während das Ausgangssignal des T4-Fillers 28 mit dem Ausgangssignal des τ,-Filters 18 in dem M,-Mischer 20 gemischt wird, Das Ausgangssignal des !-,-Filters 22 wird in einer Rückkopplungsschleife 30 über einen Gleichrichter 32 und einen Gleichstromverstärker 34 der A I /^-Schaltung 12 zugeführt, um die Amplitude des Eingangssignals konstant zu halten.The input signal is kept at constant amplitude by a circuit 12 for automatic gain control [ AGC] in order to ensure linear processing of the signal in the circuit arrangement 10. The output signal of the AVR 12 is fed to two parallel channels 14 and 16. The channel 14 contains a bandpass filter (r,) 18, the output signal of which is fed to a mixer (Mi) 20. The output signal of the mixer 20 is fed to a further bandpass filter (r 2). In the channel 16 there is a bandpass filter (τ 1) 24, the output signal of which is fed to a mixer (M 2 ) 26. The output signal from this mixer 26 is fed to a further bandpass filter U 4 ) 28. The output signal of the r 2 filter 22 is mixed with the output signal of the r, filter 24 in the M 2 mixer 26, while the output signal of the T 4 filler 28 is mixed with the output signal of the τ, filter 18 in the M, - Mixer 20 is mixed, the output signal of the! -, - filter 22 is fed in a feedback loop 30 via a rectifier 32 and a DC amplifier 34 of the A I / ^ circuit 12 in order to keep the amplitude of the input signal constant.

Beim Betrieb der Schaltungsanordnung 10 nach F i g. I wirken die Bandpässe 18. 22. 24 und 28 als Verzögerungsleitungen. Da es sich um Bandpässe handelt, übertragen sie nur die unteren Scitenbänder der von den M1- uiu1 M2-Mischern 20 und 26 gelieferten Signale. Das r,-Filter 18 verursacht eine Verzögerung i,. während das r,-Filter 24 eine Verzögerung r3 verursacht, so daß die Ausgangssignale der Bandpässe 18 und 24 die folgende Form annehmen:When operating the circuit arrangement 10 according to FIG. I the bandpass filters 18, 22, 24 and 28 act as delay lines. Since these are band passes, they only transmit the lower sciten bands of the signals supplied by the M 1 - uiu 1 M 2 mixers 20 and 26. The r, filter 18 causes a delay i,. while the r, filter 24 causes a delay r 3 , so that the output signals of the bandpass filters 18 and 24 take the following form:

COS [f-i, (f- T1) + 0]COS [fi, (f- T 1 ) + 0]

cos [ei, (r-Tj) + 0] .cos [ei, (r-Tj) + 0].

Der Mj-Mischer 26 mischt das Ausgangssignal des Bandpasses 24 nach Gleichung (4) mit dem Ausgangssignal Vaus nach Gleichung (2), was für das Ausgangssignal des M2-Mischers 26 den folgenden Wert ergibt:The Mj mixer 26 mixes the output signal of the bandpass filter 24 according to equation (4) with the output signal V out according to equation (2), which results in the following value for the output signal of the M 2 mixer 26:

cos [(m, - ,.,2) f - C1 T3 + 0 - ff] . (5)cos [(m, -,., 2 ) f - C 1 T 3 + 0 - ff] . (5)

Die von dem Bandpaß 28 verursachte Verzögerung T4 führt zu folgendem Signal: The delay T 4 caused by the bandpass filter 28 leads to the following signal:

COS [(.D1 - ,,,2) (t - T4) - ei, T3 4- 0 - (-)] . (6)COS [(.D 1 - ,,, 2 ) (t - T 4 ) - ei, T 3 4 - 0 - (-)] . (6)

Das Signal nach Gleichung (6) wird durch Umformen zuThe signal according to equation (6) is converted to

COS [(ei, — Ci2) ' ~ ''1I T4 + '''2 T4 ~ '''l 73 + fl>^] ■ O) COS [(ei, - Ci 2 ) '~'' 1 I T 4 +''' 2 T 4 ~ '''l 7 3 + fl> - ^] ■ O)

Das durch die Gleichung (7) gegebeae Signal wird dann im Mischer 20 mii dem verzögerten Ausgangssignal des Bandpasses 18 nach Gle'chung (3) gemischt, so daß sich Tür das Ausgangssignal des Μ,-Mischers 20 der folgende Ausdruck ergibt:The signal given by the equation (7) is then converted into the delayed output signal in the mixer 20 of the bandpass filter 18 are mixed according to equation (3), so that the door is the output signal of the Μ, mixer 20 the following expression gives:

COS [ci2 f - ei, T1 + 0 + ei, T4 — cj-, T4 + ei, T3 — 0 + H] . COS [ci 2 f - ei, T 1 + 0 + ei, T 4 - cj-, T 4 + ei, T 3 - 0 + H].

(2) Dieser Ausdruck kann umgeformt werden in(2) This expression can be transformed into

COS [(D2 f — Ci1 T1 + ei, T4 — Ci2 T4 + Ci1 T3 + (-)] . (9)COS [(D 2 f - Ci 1 T 1 + ei, T 4 - Ci 2 T 4 + Ci 1 T 3 + (-)] . (9)

Das Signal nach Gleichung (9) wird dann von dem bandpaß 22 um die Zeit τ, verzögert, wodurch sich ein AusgangssignalThe signal according to equation (9) is then delayed by the bandpass filter 22 by the time τ, as a result of which an output signal

COS [(D2 t — O2 r-, — (D1 T1 + Ci1 T4(D- T4 + (D1 T1 +- ff] COS [(D 2 t - O 2 r-, - (D 1 T 1 + Ci 1 T 4 - (D- T 4 + (D 1 T 1 + - ff])

(10)(10)

ergibt, das gemäß der eingangs gemachten Annahme gleich dem Ausgangssignal Vaus nach Gleichung (2) ist. Durch Auflösen dieser Gleichung ergibt sich:results, which, according to the assumption made at the beginning, is equal to the output signal V out according to equation (2). Solving this equation gives:

— (D2 T2 — (D1 T- + Cl1 T4 — Cl2 T4 + (D1 T3 = 0 (D1 [T4 + T3 - Tj] = Cl2 [T2 + T4]- (D 2 T 2 - (D 1 T- + Cl 1 T 4 - Cl 2 T 4 + (D 1 T 3 = 0 (D 1 [T 4 + T 3 - Tj] = Cl 2 [T 2 + T 4 ]

(H)(H)

Demnach kann durch eine sorgfältige Wahl der Verzögerungszeiten, die durch die Bandpässe 18, 22. 24 und 38 bedingt sind, der Frequenz <·., ein WertAccordingly, a careful choice of the delay times caused by the bandpass filters 18, 22. 24 and 38 are conditional, the frequency <·., A value

uo gegeben werden, der entweder größer oder kleiner air, (D1 ist. Die Schaltungsanordnung 10 nach F i g. 1 erlaubt demnach eine FM- oder PM-Schwellenwertverscliiebung oder Verminderung oder Vergrößerung des Frequenzhubes eines eintreffenden Signals, die uo , which is either larger or smaller air, (D 1. The circuit arrangement 10 according to FIG

(15 übergänge zwischen verschiedenen Signalsystemen möglich machen, ohne daß eine Notwendigkeit zur Demodulation und anschließenden neuen Modulation von Simialen besieht. (15 make transitions between different signal systems possible without the need for demodulation and subsequent new modulation of simials.

F i g. 2 zeigt das Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung, die nur eine Reduktion des Frequenzhubes gestattet. Ein Eingangssignal wird einer Schaltung 42 zur automatischen Verstärkungsregelung zugeführt, um in der Schaltungsanordnung eine lineare Verarbeitung zu gewährleisten. Das Signal wird von der AVR 42 zwei parallelen Kanälen 41 und 43 zugeführt. Der Kanal 41 enthält einen Mischer (M3) 44. Das Ausgangssignal des ^/.,-Mischers 44 wird einem Bandpaß (r,,) 46 zugeführt. Der Kanal 43 enthält einen Mischer (M4) 48. Das Ausgangssignal des /VZ4-Misehcrs 48 wird einem Bandpaß (rj 50 zugeführt. Das Ausgangssignal des r()-Bandpasscs 46 wird in dem M4-Mischer 48 mit dem Eingangssignal gemischt, während im /VZ,-Mischer 44 das Ausgangssignal des Tj-Bandpasses 50 mit dem Eingangssignal gemischt wird. Das Ausgangssignal des τ,,-Bandpasscs 46 wird außerdem in einer Rückkopplungsschleife 52 über einen Gleichrichter 54 und einen Gleichstromverstärker 56 der A ΚΛ-Schaltung 42 zugeführt. Im Betrieb des Hubverminderers 40 nach F i g. 2 arbeiten die Bandpässe 4ό und 50 als Verzögerungsleitungen. Da es sich um Bandpässe handelt, werden nur die unteren Seitenbänder der Ausgangssignalc der Mischer 44 und 48 übertragen.F i g. 2 shows the block diagram of an embodiment of the invention which only allows a reduction in the frequency deviation. An input signal is fed to a circuit 42 for automatic gain control in order to ensure linear processing in the circuit arrangement. The signal is fed from the AVR 42 to two parallel channels 41 and 43. The channel 41 contains a mixer (M 3 ) 44. The output signal of the ^ /., Mixer 44 is fed to a bandpass filter (r 1) 46. The channel 43 contains a mixer (M 4 ) 48. The output signal of the / VZ 4 mixer 48 is fed to a bandpass filter (rj 50. The output signal of the r () bandpass 46 is mixed in the M 4 mixer 48 with the input signal , while the output signal of the Tj bandpass 50 is mixed with the input signal in the / VZ, mixer 44. The output signal of the τ ,, bandpass 46 is also fed into a feedback loop 52 via a rectifier 54 and a DC amplifier 56 of the A ΚΛ circuit 42. The bandpass filters 40 and 50 operate as delay lines during the operation of the stroke reducer 40 according to FIG.

Da die beiden Mischer 44 und 48 das untere Seitenband liefern, werden die Phasen der beiden den Mischern zugeführten Signale subtrahiert. Da es sich bei der Schaltungsanordnung 40, sofern der Pegel des Eingangssignals ausreichend hoch ist. um eine schwingende Schleife handelt, arbeitet sie in solcher Weise, daß die Phasenverschiebung längs der geschlossenen Schleife 2 η η beträgt. Die Frequenzen der Ausgangssignale der Bandpässe 46 und 50 müssen sich stets zu der Frequenz des Eingangssignals addieren. Die Art und Weise, in der sie verteilt werden, ist jedoch von den Verzögerungswerten abhängig, die durch die Bandpässe 46 und 50 bedingt sind. Eine Ableitung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung 40 nach F i g. 2 folgt.Since the two mixers 44 and 48 provide the lower sideband, the phases of the two signals fed to the mixers are subtracted. Since it is the case with the circuit arrangement 40, provided that the level of the input signal is sufficiently high. is an oscillating loop, it works in such a way that the phase shift along the closed loop is 2 η η . The frequencies of the output signals of the bandpass filters 46 and 50 must always add up to the frequency of the input signal. The way in which they are distributed, however, depends on the delay values imposed by the bandpass filters 46 and 50. A derivation of the mode of operation of the circuit arrangement 40 according to FIG. 2 follows.

Das Eingangssignal des Hubreduzierers 40 wird mit Hilfe der A KR-SchalHing 42 stabilisiert, damit eine lineare Verarbeitung gewährleistet ist. Wenn als EingangssignalThe input signal of the stroke reducer 40 is stabilized with the aid of the A KR-SchalHing 42 so that linear processing is guaranteed. When as input signal

(12)(12)

und als Ausgangssignaland as an output signal

gegebenen Eingangssignal gemischt wird. Das Aus gangssignal des Mischers 48 ist danngiven input signal is mixed. The output signal from the mixer 48 is then

■i
5 ^ /I2B cos [„., (z - t„) + „.0 τ,, + 0 (Z) - 0 (I - t„)
■ i
5 ^ / I 2 B cos ["., (Z - t") + ". 0 τ ,, + 0 (Z) - 0 (I - t ")

Nach einer Verzögerung τ, im Bandpaß 50 wird da: |0 Signal nach Gleichung (16) zuAfter a delay τ i in bandpass filter 50, there becomes: | 0 signal according to equation (16)

K1 (Z) = * A1Ii cos [..,, (z - T5 - t„) + „,„ t„ + 0(Z - T5) - 0(Z - T5 - τ,,) + (-Ht- T5 -- r,,)]K 1 (Z) = * A 1 Ii cos [.. ,, (z - T 5 - t ") +", "t" + 0 (Z - T 5 ) - 0 (Z - T 5 - τ ,, ) + (-Ht- T 5 - r ,,)]

= ß cos [t.,,z + «(ζ)].
Aus der Gleichung (17) folgt ,1A1 = 4
= ß cos [t. ,, z + «(ζ)].
From equation (17) it follows that 1 A 1 = 4

25 (-){!) = -,,,, [r5 + T11] + ...„τ,, + 0(Z - T5)25 (-) {!) = - ,,,, [r 5 + T 11 ] + ... "τ ,, + 0 (Z - T 5 )

- Φ (I -T5- r„) 4- W (Z - T5 - r„). (I'))- Φ (I -T 5 - r ") 4- W (Z - T 5 - r"). (I '))

Die statischen und dynamischen Teile dieser Aus 30 drücke können wie folgt aufgelöst werden:The static and dynamic parts of these expressions can be resolved as follows:

"1 [T5 + T(J = '"(I T,,"1 [ T 5 + T (J = '" (IT ,,

"1I — '"(I" 1 I - '" (I

Die Frequenz <··2 des Signals K2(Z) ist gegeben du;The frequency <·· 2 of the signal K 2 (Z) is given by du;

III, = . III, = .

'"2'"2

Die dynamischen Termc erfordernThe dynamic termc require

W(Z) = 0(Z-T5) -W (Z) = 0 (ZT 5 ) -

T(i) T (i )

V1 (Z) = B cos [<■-, ζ 4- W(Z)] (13) so Die Systemfunktion ist dann Tür phascnmodulii- '-. V 1 (Z) = B cos [<■ -, ζ 4- W (Z)] (13) so The system function is then door phascnmodulii- '-.

SignaleSignals

angenommen wird, dann befindet sich am Ausgangis accepted, then is at the exit

des M-i-Bandpasses 44 ein unteres Seitenband der ,,, „ _r, 1 — e~r"s of the Mi bandpass 44 a lower sideband of the ,,, "_ r , 1 - e ~ r " s

Form H(s) = eM Form H (s) = e - M

γ/IBcos[K - (.,,)Z + 0(Z) - W(Z)] . (14) Der erste Teil dieses Ausdrucks kann ignorieiγ / IBcos [K - ( . ,,) Z + 0 (Z) - W (Z)]. (14) The first part of this expression can be ignoriei

Nach einer Verzögerung T6 im Bandpaß 46 wird das We[den; YeiI "^."m eine einfache Verzögerung ur Signal nach Gleichung (14) zu T* handelt und. es ist demgemäß die SystemfunktioAfter a delay T 6 in the bandpass filter 46, the we [ the ; Y eiI "^." M is a simple delay ur signal according to equation (14) to T * and. accordingly it is the system function

6o zur Verstärkung- und Phasenberechnung6o for gain and phase calculation

F2(Z) = ~ AB cos [(,.,„ - ™,Kf - T6)F 2 (Z) = ~ AB cos [(,., "- ™, Kf - T 6 )

(15)(15)

Das durch die Gleichung (15) gegebene Ausgangssignal des Bandpasses 46 wird dem jV/4-Mischer 48 zugeführt, in dem es mit dem durch die Gleichung (12) wird hierin jw für 5 gesetzt, so ergibt sichThe output signal of the bandpass filter 46 given by the equation (15) is fed to the jV / 4 mixer 48, in which it is set here with the jw for 5 by the equation (12), so the result

H1I' — ' ~" e ~'"'H
v'"' ~ ~f _ ε-;,,,<ίΤΓίΤ·
H 1 I '- ' ~ " e ~ '"' H
v '"' ~ ~ f _ ε -; ,,, <ίΤΓίΤ ·

Der konjugierte komplexe Ausdruck ist dann Die Amplituden- und Phasen-Ubcrtragungslunktionen sind dann gegeben durchThe conjugate complex expression is then the amplitude and phase transfer functions are then given by

und es ergibt sich infolgedessen für das Quadrat der Verstärkungand it follows that the square of the Reinforcement

sin y- /sin y- /

. Γ Ϊ". Γ Ϊ "

sin y /sin y /

3 /ι - 1 2 /ι3 / ι - 1 2 / ι

f.f.

(37)(37)

(38)(38)

sin' (! 2 -. rj
sin* (1 2-..{r.,-t- r„
sin '(! 2 -. rj
sin * (1 2 - .. {r., - t- r "

(27)(27)

Demnach ist bei PhasenmodulationdieAmpliüidcnabhängigkeit Accordingly, with phase modulation, the amplitude is independent

sin \ !<■< τ,, sin \! <■ <τ ,,

sin I 2-Mr, 4- r„lsin I 2-Mr, 4- r "l

(28) Wie ersichtlich, nimmt die Amplitude bis / ^ j langsam /u und geht dann für / = 2j asymtotisch(28) As can be seen, the amplitude slowly increases up to / ^ j / u and then goes asymtotically for / = 2j

nach Unendlich. Die Phasenabhängigkeit ist lediglich eine Verzögerung und hat demnach keine Wirkung auf das Signal. F i g. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Amplitude des Ausgangssignals der Schaltungsanordnung 40 als Funktion der Fingangs-Modulationsfrequenz Tür verschiedene Werte von n. Die Amplitude ist im wesentlichen konstant bis zu Frequenzwerten in der Größenordnung vonto infinity. The phase dependency is only a delay and therefore has no effect on the signal. F i g. 3 shows a graphical representation of the amplitude of the output signal of the circuit arrangement 40 as a function of the input modulation frequency for various values of n. The amplitude is essentially constant up to frequency values of the order of magnitude

Für kleine Werte von «■■ (r_s + O reduziert sich die Gleichung (28)For small values of «■■ (r_ s + O, equation (28) is reduced

(39)(39)

Die Phascnabluiiigigkei! ergibt sich /uThe Phascnabluiiigkei! results in / u

,,,) = tan,,,) = tan

K.K.

(30)(30)

Die Auflösung in Real- und Imaginärteile ergibt dann weiterThe resolution into real and imaginary parts then results

= 12.·,= 12. ·,

(31)(31)

7uvor wurde eine Verzögerung von r5 vernachlässigt, und es ist infolgedessen die Phasencharakieristik der Systemfuuktion für phasenmoduliert SignaleA delay of r 5 was previously neglected, and consequently it is the phase characteristic of the system function for phase-modulated signals

(32)(32)

Zur Normalisierune der abgeleiteten Formel zum Zwecke der Darstellung werden die folgenden Parameter benutzt:In order to normalize the derived formula for purposes of illustration, the following parameters used:

/1 =/ 1 =

+ T6).+ T 6 ).

(33)(33)

(34) Beim Aufbau der Schaltungsanordnung 40 nach F i g. 2 kann die Wahl der Ausgangsfrequenzen in bezug auf den Betrag der Reduktion des Frequenzhubes unabhängig erfolgen, weil die Verzögerung und (34) When constructing the circuit arrangement 40 according to FIG. 2, the choice of the output frequencies with respect to the amount of reduction in the frequency deviation can be made independently, because the delay and

,ο die Mittenfrequenz eines Bandpasses voneinander unabhängig sind Fin Filter wie die Bandpässe 46 und 50. verursacht effektiv eine Verzögerung und eine konstante Phasenverschiebung und führt demnach eine Konstante in die vorausgegangene Analyse ein., ο the center frequency of a bandpass filter independent of each other are fin filters like bandpass filters 46 and 50. Effectively causes one delay and one constant phase shift and therefore introduces a constant into the previous analysis.

Die Wirkung dieser konstanten Phasenverschiebung bestellt darin, die mittlere Betriebsfrequenz zu ändern, jedoch wird dadurch nicht das dynamische Verhallen der Schaltungsanordnung 40 beeinflußt.The effect of this constant phase shift is to change the mean operating frequency, however, this does not affect the dynamic behavior of the circuit arrangement 40.

Die Wahl der Frequenzen kann jedoch nicht vollständig willkürlich erfolgen, weil die Bandpässe 46 und 50 eine Signaltrennung bewirken müssen. Wenn der Bandpaß 40 in bezug auf den Bandpaß 46 schmal gemacht wird, erscheint der Hauptteil der Hubreduzierung im Aiisgangssignal V1[I). Da es leichter ist. schmale Bandpässe bei niederen Frequenzen zu machen, ist der Bandpaß 50 so gewählt, daß seine Mittenfrequenz niedriger ist als diejenige des Bandpasses 46. F.s ist nützlich, die optimalen Frequenzen festzustellen, die zu der maximal möglichen Band-The choice of frequencies, however, cannot be completely arbitrary because the bandpass filters 46 and 50 have to effect a signal separation. If the bandpass filter 40 is made narrow with respect to the bandpass filter 46, the main part of the swing reduction appears in the output signal V 1 [I]. Because it's easier. To make narrow bandpasses at lower frequencies, the bandpass filter 50 is chosen so that its center frequency is lower than that of the bandpass filter 46. Fs is useful to determine the optimal frequencies that correspond to the maximum possible band-

5Q breite führen. Wenn /u die Mittenfrequenz des Bandpasses 50, fh die Mittenfrequenz des Bandpasses 46 π der Reduktionsfaktor des Frequenzhubes und B die maximale Bandbreite des Eingangssignals ist, dann ergibt sich für den in F i g. 4 dargestellten Frequenzplan für eine maximale Bandbreite und zur Verhinderung einer Überlappung5Q wide lead. If / u is the center frequency of the bandpass filter 50, f h is the center frequency of the bandpass filter 46, π is the reduction factor of the frequency deviation and B is the maximum bandwidth of the input signal, then the result for the in FIG. 4 for a maximum bandwidth and to prevent overlapping

In diesen Gleichungen ist»das Verhältnis der Hubverminderung, während / die für eine Gesamtverzögerung der Schleife von einer Sekunde normalisierte Eingangs-Modulationsfrequenz ist. Demnach istIn these equations »the ratio of the stroke reduction, while / which normalized for a total loop delay of one second Input modulation frequency is. So is

l351l351

~ ■>* ~ T I ' ~ Jf ~ ■> * ~ TI '~ Jf

70-—.70-—.

Wird ein Eingangssignal von 70 MHz angenommer so gilt definitionsgemäßIf an input signal of 70 MHz is assumed, the following applies by definition

fa+h = 70. fa + h = 70.

Die gleichzeitige Lösung dieser drei Gleichungen ergibtSolving these three equations at the same time gives

140 ;V140; V.

5/V -25 / V -2

(42)(42)

L = L =

Λ=Λ =

7070

(43)(43)

(44)(44)

(45)(45)

Die folgende Tabelle zeigt optimale Frequenzen für verschiedene Werte von n. The following table shows optimal frequencies for different values of n.

4 6 84 6 8

1010

2020th

100100

3535

3131

3030th

29.529.5

29.229.2

28.628.6

28.028.0

l„l "

26.226.2

27.2 27.5 27.6 27.7 27.9 28.027.2 27.5 27.6 27.7 27.9 28.0

43.8 42.8 42.5 42.4 42.3 42.1 42.043.8 42.8 42.5 42.4 42.3 42.1 42.0

Da die Frcquenzwcrte so nahe liegen, wurden für Untersuchungen an einer Schaltungsanordnung nach F i g. 2 für /„ und fh die Frequenzen von 28 bzw. MHz gewählt. Hierbei ergibt sich eine maximaleSince the frequency values are so close, investigations on a circuit arrangement according to FIG. 2 the frequencies of 28 and MHz were selected for / „and f h. This results in a maximum

1010

Bandbreite von ?8 MHz. wenn η groß wird. Für du Untersuchungen wurden T5 und τ,, so gewühlt, dal η = 3.Bandwidth of? 8 MHz. when η becomes large. For the investigations, T 5 and τ ,, were chosen so that η = 3.

F i. g. 5Λ und 5 B zeigen das Amplituden- unc Phasenverhalten der beiden Bandpässe 5(1 und 4(i Der Anstieg der l'hasenkurvc ergibt für das Filter 5( eine Verzögerung von 280 ns und für das Filter 4< eine Verzögerung von 130 ns. Die vorausgesagt! Hubreduzicrung beträgt demnachF i. G. 5Λ and 5 B show the amplitude and phase behavior of the two bandpass filters 5 (1 and 4 (i The increase in the l'hasenkurvc results in filter 5 ( a delay of 280 ns and for filter 4 <a delay of 130 ns. The predicted! Stroke reduction is accordingly

N =N =

28()J-_T3O
Ί30
28 () J-_T3O
Ί30

= 3,15.= 3.15.

Die llubreaktion der Schaltungsanordnung 4( wurde unter Verwendung eines ZF-Eingangssign:;'« von 70 MIIz gemessen, indem ihr Ausgang an einer Spektralanalysator angeschlossen wurde. Dann wurde dem ZF-Eingangssignal eine Sinus-Frequenzmodulation von 100 kHz aufgeprägt und der Modulationsgrad so eingestellt, daß sich im Spektrum der ersti Nullwert für die Trägerfrequenz ergab. Danach wtirdi das ZF-Signal von 70 MHz unmittelbar dem Spck Iraianalysator zugeführt, und es wurde die Modiilationsfrcquenz erneut so eingestellt, daß sich für der Träger der erste Nullwcrt ergab. Das Verhältnis dei neuen Modulationsfrequenz zu H)OkHz ergibt dii Reduktion des Frequenzhubes. Der gemessene Wcrl ergab 3.3 und ergab damit eine Genauigkeit dei Vorhersage, die die Erwartungen erfüllte. Die Untersuchungen ergaben, daß die Schaltungsanordnung 4t eine lineare Reduktion cririht, ohne daß die Notwendigkeit für eine Demodulation besteht. Daher gibi es keinen Demodulations-Schwellcnwert. der dem Betrieb der etlindungsaemäßen SchaltungsanordnungThe sub reaction of the circuit arrangement 4 (was made using an IF input sign :; '« of 70 MIIz by connecting its output to a spectrum analyzer. Then became A sinusoidal frequency modulation of 100 kHz is impressed on the IF input signal and the degree of modulation adjusted so that the first zero value for the carrier frequency resulted in the spectrum. Then wtirdi the IF signal of 70 MHz was fed directly to the Spckian analyzer, and it became the modification frequency again adjusted so that the first null value resulted for the wearer. The ratio of the The new modulation frequency to H) OkHz results in the reduction of the frequency deviation. The measured Wcrl yielded 3.3 and thus resulted in an accuracy of the prediction that met expectations. The investigations found that the circuit arrangement 4t cririhts a linear reduction without the necessity for demodulation. Therefore there is no demodulation threshold. the that Operation of the induction-like circuit arrangement

35, entgegenstehen könnte.35, could stand in the way.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Schaltungsanordnung zur Änderung des Frequenzhubes von frequenz- und phasenmodulierten Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verarbeitung der frequenz- oder phasenmodulierten Signale zwei Kanäle (14 und 16) vorgesehen sind und jeder Kanal ein Verzögerungsglied (22 bzw. 28) und einen Mischer (20 bzw. 26) enthält, in dem das Eingangssignal mit dem verzögerten Signal des anderen Kanals gemischt wird, und daß von mindestens einem der Kanäle (z. B. 14) ein Ausgangssignal abgeleitet wird, dessen Frequenz gegenüber der Frequenz des Eingangssignals gemäß den Verzögerungszeiten der Verzögerungsglieder (22 bzw. 28) verschoben ist.1. Circuit arrangement for changing the frequency deviation of frequency and phase modulated Signals, characterized in that for processing the frequency or phase modulated Signals two channels (14 and 16) are provided and each channel has a delay element (22 or 28) and a mixer (20 or 26), in which the input signal with the delayed Signal of the other channel is mixed, and that of at least one of the channels (e.g. 14) an output signal is derived, the frequency of which is compared to the frequency of the input signal is shifted according to the delay times of the delay elements (22 and 28). 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß von dem Ausgangssignal ein zur Stabilisierung der Amplitude des Eingangssignals dienendes Rückkopplungssignal abgeleitet ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the output signal a feedback signal used to stabilize the amplitude of the input signal is derived. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsglieder von Bandpässen gebildet werden, die jeweils das untere Seitenband des zugeführten Sie lals passieren lassen3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the delay elements are formed by bandpass filters which In each case, let the lower sideband of the fed you pass through 4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kam' (14 und If) zwei Verzögerungsglieder (18 und 22 bzw. 24 und 28) und die Mischer (20 und 26) jeweils zwischen den Verzögerungsgliedern des entsprechenden Kana's angeordnet sind und daß das jeweils aus dem ersten Verzögerungsglied (18 bzw. 24) eines Kanals austretende Signal mit dem Ausgangssignal des zweiten Verzögerungsgliedes (28 bzw. 22) des anderen Kanals gemischt wird. 4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in each Kam '(14 and If) two delay elements (18 and 22 or 24 and 28) and the mixer (20 and 26) each arranged between the delay elements of the corresponding Kana's and that the signal emerging from the first delay element (18 or 24) of a channel is mixed with the output signal of the second delay element (28 or 22) of the other channel.
DE19702034207 1969-08-01 1970-07-10 Circuit arrangement for changing the frequency deviation of frequency and phase modulated signals Expired DE2034207C (en)

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US84685469 1969-08-01
US8412670A 1970-10-26 1970-10-26

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2034207A1 DE2034207A1 (en) 1971-02-11
DE2034207B2 DE2034207B2 (en) 1972-07-20
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