DE2729839A1

DE2729839A1 - Traegerfrequentes nachrichtenuebertragungssystem mit vormodulation

Info

Publication number: DE2729839A1
Application number: DE19772729839
Authority: DE
Inventors: Hans Ing Grad Albsmeier; Friedrich Dipl Ing Kuenemund; Karl Ing Grad Traub; Wilhelm Dipl Ing Volejnik
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1977-07-01
Filing date: 1977-07-01
Publication date: 1979-01-04
Also published as: AU3706878A; AT376085B; BR7804184A; DE2729839C3; DE2729839B2; JPS5414110A; IT1096840B; AU509603B2; SE7807419L; LU79906A1; IT7825178A0; GB1603559A; NL7806929A; US4320366A; ATA474378A; BE868633A; AR222015A1; YU155578A; CH634699A5; FR2396474A1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München "/." _VPA 77 P 6 6 6 7 BRO Trägerfrequente3 Nachrichtenübertragungssystem mit Vormodulation

Die Erfindung betrifft ein trägerfrequentes Nachrichtenübertragungssystem mit einem, oberhalb der Ubertragungslage der Grundprimärgruppe von 60 bis 108 kHz liegenden Vormodulationsband unter Anwendung von mechanischen Filtern als Kanalfilter sowie einem gemeinsamen Gruppenfilter zur Aussiebung der Grundprimärgruppe.

Zur Umsetzung von zwölf Sprachkanälen in die Grundprimärgruppenlage eines TF-Systems hat sich die Vormodulationstechnik als vorteilhaft erwiesen. Bei der Vormodulationstechnik wird das Frequenzspektrum eines Eingangssignals in einer ersten Umsetzungsstufe in die Vormodulationslage verschoben. Ein dem Modulator dieser Stufe nachgeschaltetes Kanalfilter begrenzt das übertragene Frequenzband und unterdrückt unerwünschte Modulationspro- dukte. In einer zweiten Umsetzungsstufe wird das Frequenzspektrum in die Frequenzlage der Grund-Primärgruppe, das sind 60 bis 108 kHz, verschoben. Die unerwünschten Modulationsprodukte der zweiten Umsetzungsstufe werden im Gruppenfilter unterdrückt.

Aus der DAS 1 274 663 ist es bereits bekannt, das Vormodulationsband in den Frequenzbereich von 48 bis 52 kHz zu legen und die Kanalträgerfrequenzen oberhalb der Grundprimärgruppe anzuordnen. Auch hier wird ein gemeinsames Gruppenfilter zur Aussiebung des in Kehrlage angeordneten Grundprimärgruppenbandes verwendet, das als Bandpaß ausgebildet ist. Als Kanalfilter werden hierbei me-

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chanische Filter, die als längsgekoppelte Biegeschwinger ausgebildet sind, verwendet.

Ein derartiges System hat den Vorteil, daß keine Vielfachen des Eingangssignals oder unerwünschte Summen- oder Differenzprodukte des Eingangssignals mit den Trägerfrequenzen bei weiteren Umsetzungen in die höheren Ubertragungslagen fallen. Gleichzeitig sind die Biegeschwinger in diesem Frequenzbereich klein in ihren Abmessungen und können rationell gefertigt werden.

Aus dem Artikel "Mechanische Filter für die Trägerfrequenztechnik", von M.Börner, veröffentlicht in der Zeitschrift "NTF", 19, 1960, Seiten Ik bis 37, wird außerdem ein Vormodulationsystem mit mechanischen Filtern beschrieben, bei dem das Vormodulationsband bei 200 kHz, d.h. also oberhalb des Grundprimärgruppenbandes liegt, wobei als mechanische Filter Torsionsschwinger mit longitudinaler Kopplung verwendet werden. Aufgrund der wesentlich größeren Abmessungen von mechanischen Filtern mit Torsionsschwingern gegenüber mechanischen Filtern mit Biegeschwingern ist ihre Verwendung in einem Frequenzband unterhalb der Grundprimärgruppe nicht möglich, wenn man an vorgegebene Maße, die insbesondere durch die genormten gedruckten Schaltungsplatten gegeben sind, gebunden ist. Auch bei diesem bekannten Vormodulationssyatem wird zur Aussiebung der Grundprimärgruppe ein gemeinsames Gruppenfilter verwendet.

Aus der deutschen Patentschrift 15 Al 975 ist ferner ein mechanisches Filter mit Biegeschwingern bekannt, die durch an oder nahe der Mitte befestigte Koppeldrähte miteinander gekoppelt sind, deren Halterung rückwirkungsarm über Je zwei Haltedrähte erfolgt, die an dem Biegeknoten befestigt sind und die beispielsweise durch piezoelektrische Wandler angetrieben werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein trägerfrequentes Nachrichtenübertragungssystem mit Vormodulation zu schaffen, das bezüglich der verwendeten mechanischen Filter ein verbessertes Nebenwellenverhalten hat.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung das trägerfrequente Nachrichtenübertragungssystem derart ausgebildet, daß als mechanische Filter Biegeschwinger mit Längskopplung verwendet sind, und daß der Frequenzbereich des Vormodulationsbandes an seiner unteren Grenze durch einen Abstand von mindestens 4 kHz von der oberen Bandgrenze des Primärgruppenbands festgelegt ist und die obere Grenze des Frequenzbereichs dadurch bestimmt ist, daß die störenden Eigenschwingungen, soweit sie im unteren Sperrbereich des Kanalfilters auftreten, mindestens 12 kHz unterhalb der unteren Grenze des Ubertragungsbands liegen, und daß als elektromechanisches Wandlermaterial hochstabilisierte Piezokeramik verwendet ist.

Durch diese Maßnahmen erhält man ein Vormodulationssystem, das mit einem als Tiefpaß ausgebildeten Gruppenfilter aufgebaut werden kann. Dadurch ist das Gruppenfilter in seiner Herstellung und im Aufbau wesentlich vereinfacht. Gleichzeitig wird dadurch gegenüber dem bekannten Vormodulationssystem mit Torsionsfiltern der Vorteil erreicht, daß störende Nebenwellen, die im unteren Sperrbereich des Kanalfilters liegen, keinen störenden Einfluß mehr auf Ubertragungsbänder, z.B. auch in den höheren Frequenzlagen, ausüben.

Durch das günstige Nebenwellenverhalten der erfindungsgemäßen Anordnung ist es auch möglich, die elektrischen Endkreise als einfach abgestimmte Übertrager auszubilden, die dann im wesentlichen der optimalen Anpassung der Filter an die Modulatoren dienen.

Gleichzeitig läßt sich vorteilhaft die Eigenschaft der Biegeschwinger ausnützen, daß der untere Resonatorpol der mechanischen Resonatoren höher liegt als bei Torsionsresonatoren, wodurch seine versteuernde Wirkung auf die untere Filterflanke, die zur Unterdrückung des Trägers und des unteren Seitenbandes stets sehr steil sein muß, besonders groß ist. Die mechanische Stabilität ist durch die beim Biegeschwinger gegebene Möglichkeit, Haltedrähte an zwei räumlich getrennten Biegeschwingungsknoten zu befestigen, erheblich größer als beim Torsionsresona-

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tor.

Die Befestigung des Koppeldrahtes in Schwingermitte ist beim Biegeschwinger im Bereich des flachsten Verlaufs der Ausschlagskurve möglich im Gegensatz zum Torsionsschwinger» wodurch eine wesentlich kleinere Toleranzempfindlichkeit bei kleineren Abmessungen gegenüber dem Torsionsschwinger erreicht wird.

Eine optimale Lösung erhält man dann, wenn der Vormodulationsträger bei 132 kHz liegt.

Als mechanisches Filter läßt sich dabei vorteilhaft ein Filter mit Biegeschwingern verwenden, bei dem die Biegeschwinger rückwirkungsarm über mindestens je zwei Haltedrähte gehalten werden, die an den Biegeknoten befestigt sind, und die durch piezoelektrische Wandler angetrieben werden.

Bei besonders hohen Anforderungen ist dabei ein Biegeschwingerfilter mit versteuertem Anstieg vorteilhaft. 20

Anhand der Fig.1 bis 5 wird die Erfindung näher erläutert.

In Fig.1 ist das Blockschaltbild des Vormodulationssystems gezeigt. Das Sprachsignal in der NF-Lage wird dem Eingangstief- paß 1 zugeführt und gelangt zum Vormodulator 2, wo es in die Vormodulationslage zwischen 132 und 136 kHz umgesetzt wird. Das mit Biegeschwingern ausgebildete Kanalfilter 3 siebt das obere Seitenband aus, welches dann den jeweiligen Kanalmodulatoren 4 zugeleitet wird, wobei in den Kanalmodulatoren 4 eine Umsetzung in das Grundprimärgruppenband von 60 bis 108 kHz mit einem der Träger 196 bis 240 kHz erfolgt.

Fig.2 zeigt das Modulationsschema. Die in der NF-Lage von 0 bis 4 kHz liegenden zwölf Fernsprechkanäle werden mit Hilfe des Trägers 132 kHz in die Vormodulationslage von 132 bis 136 kHz gebracht. Unterhalb des Vormodulationsbandes liegt die zweite Modulationslage im Frequenzbereich zwischen 60 und 108 kHz, während die dazugehörigen Träger oberhalb des Vormodulationsbandes

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im Frequenzbereich von 196 bis 240 kHz liegen.

Fig.3 zeigt ein mechanisches Kanalfilter, das mit Biegeschwingern aufgebaut ist und bei dem keine besonderen Maßnahmen zur Versteilerung der Filterflanken getroffen sind. Das mechanische Filter nach den Fig.3 und 4 besteht aus mehreren mechanischen Resonatoren 6, die im Ausführungsbeispiel als Biegeschwingungen ausführende Resonatoren ausgebildet sind. Zur Anregung bzw. zur Abnahme der mechanischen Schwingungen, d.h. also zur Umwandlung elektrischer Schwingungen in mechanische Schwingungen und umgekehrt, sind die Endresonatoren 6¹ vorgesehen. Die Resonatoren 6 und die Endresonatoren 6' sind in einer Ebene derart angeordnet, daß ihre Kopplung über einen durchgehenden Koppeldraht 8 erfolgen kann, der vorzugsweise in Bereichen großer Bewegungsamplitude an den Resonatoren angreift. Für einen in der Grundschwingung betriebenen Biegeresonator ist dies beispielsweise die Resonatormitte, wie dies auch aus dem Querschnittsbild der Fig.4 zu erkennen ist. Die Resonatoren 6, 6' bestehen aus Stäben kreisförmigen Querschnitts, die entlang einer Mantelfläche mit einer Abflachung 9 versehen sind. Die Ebene dieser Abflachung liegt bei den eigentlichen Filterresonatoren parallel zu einer von der zur Halterung des gesamten Systems vorgesehenen Grundplatte, während die Endresonatoren 6' derart angeordnet sind, daß die von der Abflachung gebildete Ebene senkrecht auf der von der Grundplatte 1 gebildeten Ebene steht. Auf diese Weise läßt sich das Koppelelement 8 sowohl an den Filterresonatoren 6 als auch an den Endresonatoren 6* an solchen Stellen befestigen, an denen die Umfangsbegrenzung der Resonatoren einen kreisförmigen Verlauf hat, wodurch für das Koppelelement 8 praktisch eine punktformige Auflagefläche an den Resonatoren 6 und 6¹, deren Längsachse senkrecht zur Richtung des Koppelelements 8 verläuft, zustande kommt. Diese nahezu punktförmige Verbindung zwischen Koppelelement und den einzelnen Resonatoren trägt wiederum dazu bei, daß sich hinsichtlich der geforderten Koppelwirkung zuverlässige und reproduzierbare Verhältnisse ergeben, die für eine moderne Serienfertigung wesentlich sind, wenn die nach dem Zusammenbau des Filters erforderliche Abgleicharbeit auf ein Minimum beschränkt werden soll.

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Die Schwingungsanregung bzw. die Schwingungsabnahme erfolgt über aus elektrostriktivem Material bestehende Plättchen 10, die an den Abflachungen der Resonatoren 6· nach an sich bekannten Verfahren befestigt sind und die an der dem metallischen Resonator abgewandten Seite mit einer Metallisierung versehen sind, mit der ein zu einer Anschlußklemme 11 bzw. 12 führender dünner Draht verbunden ist. Ein weiterer Anschlußdraht ist beispielsweise mit einem Halteorgan k verbunden und führt zu einer Anschlußklemme 11* bzw. 12*. Legt man an die Anschlußklemmen 11 und 11· eine elektrische Wechselspannung, dann wird das aus elektrostriktivem Material bestehende Plättchen 10 Dehnungen und Verkürzungen in der Richtung des wirksamen elektrischen Feldes unterworfen. Wegen dieser Längenänderungen entstehen über den bekannten Querkontraktionseffekt auch Dehnungen und Verkürzungen senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes, d.h. also, in Richtung der Längsachsen der Resonatoren 6*. Aufgrund dieser Bewegungen wird beispielsweise der mit den Klemmen 11 und 11' verbundene Endresonator 6¹ dann zu Biegeschwingungen angeregt, wenn seine Biegeeigenfrequenz mit der Frequenz der angelegten Wechselspannung genau oder zumindest näherungsweise Übereinstimmt. Diese Biegebewegung wird über das Koppelelement 8 auch auf die übrigen Resonatoren 6 und den zweiten Endresonator 6¹ übertragen, die somit ebenfalls Biegeschwingungen parallel zur Grundplatte 1 ausführen. Wegen dieser Biegeschwingungen des mit den Klemmen 12, 12' verbundenen zweiten Endresonators 6' entsteht wegen der piezoelektrischen Wirkung des Plättchens 10 zwischen der dem Resonator abgewandten Metallisierung und dem Resonator 6* eine Wechselspannung, die an den Klemmen 12, 12* als Ausgangswechselspannung abgenommen werden kann. Die elektrische Wechselspannung läßt sich leicht und in gut zugänglicher Weise an die Klemme 11 heranführen bzw. von der Klemme 12 abnehmen, wenn die von den Metallisierungen der elektrostriktiven Plättchen 10 ausgehenden flexiblen Drähte an eine isolierende Durchführung herangeführt werden, die in der Grundplatte befestigt ist. Die Grundplatte 1 bzw. die Resonatoren 6, 6* wirken dabei selbst als die zur Ausbildung eines erdunsymmetrischen Vierpols erforderliche durchgehende zweite Leitung. Auf diese Weise kann das Filter vollständig fertiggestellt und abgegli-

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chen werden und danach das Gehäuse 7 fest mit der Grundplatte verbunden werden. Zur Halterung des Systems sind verhältnismäßig kurze metallische Stifte 4 vorgesehen, die wenigstens an einem Teil der Resonatoren angebracht sein müssen. Diese als Halteorgane wirkenden Stifte 4 sind in Schwingungsknoten an den Resonatoren 6, 6¹ befestigt, wobei unter Schwingungsknoten neutrale Bereiche zu verstehen sind, in denen beim Schwingungsvorgang praktisch kein Ausschlag auftritt. In der Grundplatte 1 ist wenigstens eine nutförmige Vertiefung 2 vorgesehen, die derart ausgebildet ist, daß eine Vergußmasse 3 auch im flüssigen Zustand darin gehalten wird.

Ein Filter mit versteuerten Flanken, das bei erhöhten Anforderungen benötigt wird, ist in Fig.5 gezeigt. Das Filter enthält ebenso Schwinger BR, die durch den Hauptkoppler HK miteinander verbunden sind. Die Versteilerung wird bei diesem Filter durch einen zusätzlichen Koppler UK₂ erzeugt, der die Schwinger AR.., HR und ARp verbindet. Die Phasenumkehr, die zur Polerzeugung mittels des Kopplers UK₂ erforderlich ist, wird durch die besondere Ausbildung des Resonators HR als Hantelresonator bewirkt. Bei diesem Hantelresonator ist die Bewegung an der Stelle, an der er mit dem Uberkoppler UK₂ verbunden ist, entgegengesetzt gerichtet zur Bewegung an der Verbindungsstelle mit dem Hauptkoppler HK, im Gegensatz zu den Bewegungen an den Biegeschwingern, die an einander gegenüberliegenden Seiten stets gleich gerichtet sind.

4 Patentansprüche

5 Figuren

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Le

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e r s e ι t e

Claims

Patentansprüche

^) Trägerfrequentes Nachrichtenübertragungssystem mit einem, oberhalb der Ubertragungslage der Grundprimärgruppe von 60 bis 108 kHz liegenden Vormodulationsband unter Anwendung von mechanischen Filtern als Kanalfilter sowie einem gemeinsamen Gruppenfilter zur Aussiebung der Grundprimärgruppe, dadurch gekennzeichnet , daß als mechanische Filter Biegeschwinger mit Längskopplung verwendet sind, und daß der Frequenzbereich des'Vormodulationsbandes an seiner unteren Grenze durch einen Abstand von mindestens 4 kHz von der oberen Bandgrenze des Primärgruppenbands festgelegt ist und die obere Grenze des Frequenzbereichs dadurch bestimmt ist, daß die störenden Eigenschwingungen, soweit sie im unteren Sperrbereich des Kanalfilters auftreten, mindestens 12 kHz unterhalb der unteren Grenze des Übertragungsbandes liegen, und daß als elektromechanisches Wandlermaterial hochstabilisierte Piezokeramik verwendet ist.
2. Trägerfrequentes Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vormodulationsträger bei 132 kHz liegt.
3. Trägerfrequentes Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeschwinger des Kanalfilters durch an oder nahe ihrer Mitte befestigte Koppeldrähte miteinander gekoppelt sind, daß die Biegeschwinger rückwirkungsarm über mindestens Je zwei Haltedrähte gehalten werden, die an den Biegeknoten befestigt sind, und daß sie durch piezoelektrische Wandler angetrieben werden.
4. Trägerfrequentes Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Biegeschwingerfilter mit versteuertem Dämpfungsanstieg verwendet ist.

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ORIGINAL INSPECTED