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Einrichtung zur Hubbegrenzung in einem frequenzmodulierten
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Sprechfunkgerät Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur
Hubbegrenzung in einem frequenzmodulierten Sprechfunkgerät mit analoger Modulationssignalaufbereitung,
bestehend aus einem Amplituden-Begrenzer und einem nachgeschalteten Tiefpaß.
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Zur Hubbegrenzung, deren Messung bei einem gegenüber dem Normalmodulationshub
um 20 dB erhöhten Pegel eines sinusförmigen Modulationssignals erfolgt, dient eine
nichtlineare Schaltung, die das Modulationssignal in seiner Amplitude hart begrenzt.
Hierzu können Schaltungen mit Dioden, Transistoren oder Operationsverstärkern dienen,
mit denen sich sehr scharf begrenzende Kennlinien realisieren lassen. Die durch
die Begrenzerschaltung im Falle der Begrenzung entstehenden Oberwellen des Modulationssignals
werden durch ein nachgeschaltetes steiles Tiefpaßfilter so weit unterdrückt, daß
die Forderung bezüglich der unerwünschten Nachbarkanalleistung des Senders.
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erfüllt wird.
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Für ein Modulationssignal mit einer Frequenz nahe des oberen Modulationsbandes
ergibt- sich bei der Begrenzung folgender Effekt: nach dem Begrenzer wird bei symmetrischer
Begrenzung das Sinussignal annähernd zu einem Rechtecksignal geformt, das mit der
bekannten Fourier-Reihe f(x) = 4A/'(cosx - 1/3 cos3x + 1/5 cos5x-...) beschrieben
werden kann.
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Im Tiefpaßfilter, das dem Begrenzer nachgeschaltet ist, werden dann
alle Oberwellen unterdrückt. Die Grundwelle
erscheint nach dem Filter
mit einer um den Faktor 4/kr=1,273 höheren Amplitude als die Amplitude A des Rechtecks.
Diese Amplitude bestimmt den maximalen Frequenzhub des Senders bei der Messung der
Hubbegrenzung.
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Der vorstehend beschriebene Sachverhalt ist in den Figuren 1 und 2
dargestellt. Dabei zeigt Figur 1 in einem vereinfachten Blockschaltbild die Einrichtung
zur Hubbegrenzung mit einem Begrenzer BI und einem diesem nachgeschalteten Tiefpaß
T1 mit der Grenzfrequenz fs 1 im Leitungsweg zwischen dem NF-Eingang und dem NF-Ausgang
(Anschlußpunkte I und III).
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Figur 2 zeigt den Verlauf des Modulationssignals am NF-Eingang I,
zwischen Begrenzer und Tiefpaß und am NF-Ausgang III. Die Kurven a stellen das Signal
mit maximaler Amplitude für eine verzerrungsfreie Übertragung dar, die Kurven b
für maximale Amplitude entsprechend eines maximalen Frequenzhubes.
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Setzt man einen idealen Begrenzer voraus, so ergibt sich eine lineare
und damit verzerrungsfreie Modulationsübertragung am Ausgang des Begrenzers B1 nur
bis zur Amplitude A des Rechtecks, die damit also um den Faktor #/4=0,7854 geringer
ist, als es der maximale Frequenzhub zulassen würde. Dieser Wert ergibt sich aus
dem Verhältnis a/b entsprechend dem rechten Bild in Fig. 2. Wenn also beispielsweise
ein maximaler Frequenzhub von + 4kHz zulässig ist, kann eine verzerrungsarme Modulation
nur bis zu einem Frequenzhub von + 3,14 kHz erfolgen. Dies bedeutet eine Reduzierung
der Ausnutzbarkeit des maximalen Frequenzhubs um 2,1 dB.
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Auch bei tieferen Modulationsfrequenzen, bei denen am Ausgang des
Tiefpasses ein verzerrtes Rechteck entsteht, ergibt sich kein besseres Verhältnis.
Dies liegt daran, daß wegen der erforderlichen Steilheit des Tiefpasses für
diesen
keine Besselcharakteristik verwendet werden kann und somit die nicht vermeidbare
Verzerrung des Rechtecks am Ausgang ebenfalls zu einer vergleichbar höheren Amplitude
führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zur Verbesserung
der Hubbegrenzung in frequenzmodulierten Sprechfunkgeräten mit analoger Modulationssignalaufbereitung
anzugeben.
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Bei einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe
gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß der Reihenschaltung aus Amplituden-Begrenzer
und Tiefpaß ein weiterer Amplituden-Begrenzer und ein weiterer Tiefpaß nachgeschaltet
sind.
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Der zweite Amplituden-Begrenzer ist in vorteilhafter Weise so eingestellt,
daß er im Begrenzungsfall den Signalteil abschneidet, der durch den ersten Tiefpaß
als Amplitudenerhöhung verursacht wird.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 3 in einem Blockschaltbild die erfindungsgemäß ergänzte
Einrichtung zur Hubbegrenzung, Fig. 4 in einer grafischen Darstellung den Signalverlauf
an den einzelnen Schaltungspunkten und Fig. 5 Meßkurven des Signalverlaufs bei einer
Frequenz f=2kHz.
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Figur 3 zeigt den Leitungsabschnitt zwischen den Punkten II als Ausgang
des Tiefpasses T1 und III als NF-Ausgang der Schaltung, in den erfindungsgemäß ein
zweiter Amplitudenbegrenzer B2 und mit diesem in Reihe ein zweiter Tiefpaß T2 mit
der Grenzfrequenz fg2 geschaltet sind.
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Der zweite Amplitudenbegrenzer B2 ist dabei so eingestellt, daß er
im Begrenzungsfall den Signalteil abschneidet-, der durch den ersten Tiefpaß T1
als Amplitudenerhöhung verursacht wird. Der Aufwand für den zweiten Tiefpaß T2 kann
wesentlich geringer gehalten werden als für den ersten Tiefpaß T1, da die Oberwellenbildung
durch den zweiten Begrenzer B2 erheblich geringer ist. Durch diese Maßnahmen wird
eine vorteilhafte Erweiterung des Bereichs des nutzbaren Frequenzhubs erreicht.
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Im einzelnen soll die Wirkungsweise dieser Einrichtung durch Fig.
4 erläutert werden, die den Signalverlauf an einzelnen Schaltungspunkten zeigt,
nämlich vor dem zweiten Begrenzer B2, am Ausgang des zweiten Begrenzers B2 und am
Ausgang des zweiten Tiefpasses T2. Die Kurven a und b beziehen sich dabei wiederum
auf maximale Amplitude für verzerrungsfreie Übertragung bzw. maximale Amplitude
entsprechend dem maximalen Frequenzhub.
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Betrachtet man ein Modulationssignal hoher Frequenz, so ergibt sich
am Ausgang des zweiten Begrenzers B2 eine abgekappte Sinusschwingung, die sich angenähert
durch eine Fourier-Reihe für eine Trapezkurve wie folgt beschreiben läßt: f(x) =
4A/Xr- B (sinBsinx+1/9sin3Bsin3x+...) Der Winkel B gibt dabei an, an welcher Stelle
die Abkappung erfolgt. Es ist der Abstand des Schnittpunktes der Kurve b mit der
Mittellinie der Koordinatenachse und einer im Abstand A parallel zu dieser verlaufenden
Linie, an der die Abkappung durch den zweiten Begrenzer B2 erfolgt. Unter der Voraussetzung
eines idealen Begrenzers ergibt sich, wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, eine
lineare und damit verzerrungsfreie Modulationssignalübertragung am Ausgang des Begrenzers
B1 nur bis zur Amplitude A des Rechtecks, die damit also um den Faktor
#/4=0,7854
geringer ist, als es der maximale Frequenzhub zulassen würde. Geht man nun davon
aus, daß nach dem zweiten Begrenzer B2 eine Begrenzung der Grundwelle beim 0,7854-fachen
der Maximalamplitude erfolgen soll, so ergibt sich für B ein Wert von 0,90 im Bogenmaß.
Damit kann die nach dem zweiten Tiefpaß T2 verbleibende Amplitudenerhöhung zu 4/r-B
(sinB) = 1,108 bestimmt werden.
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Für tiefe Modulationsfrequenzen ergibt sich eine ähnliche Wirkung,
da die durch den ersten Tiefpaß T1 verursachten Amplitudenerhöhungen durch Überschwingen
ebenfalls durch den zweiten Begrenzer B2 verbessert werden.
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Gegenüber einer Einrichtung mit einem Begrenzer und einem Tiefpaß
entsprechend Fig. 1 ergibt sich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine Erhöhung
des linear modulierbaren Frequenzhubes vom Faktor 0,79 auf den Faktor 0,9.
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Somit kann dann beispielsweise bei einem Funksprechgerät mit einem
maximalen Frequenzhub =4kHz eine verzerrungsfreie Modulation bis zu einem Frequenzhub
=3,6kHz erwartet werden.
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Figur 5 zeigt Meßkurven eines Hubbegrenzers für ein sinusförmiges
Modulationssignal mit hoher Frequenz. In Fig.5a ist dabei im oberen Teil der Kurvenverlauf
am Ausgang des ersten Begrenzers B1 und im unteren Teil am Ausgang des ersten Tiefpasses
T1 dargestellt, in Fig. 5b zeigt der obere Teil den Verlauf der Kurven am Ausgang
des zweiten Begrenzers B2 und der untere Teil am Ausgang des zweiten Tiefpasses
T2. Die Kurven a beinhalten dabei jeweils die Signale mit niedrigerer Amplitude,
entsprechend maximal möglicher verzerrungsfreier Übertragung, die Kurven b die Signale
bei um 20 dB erhöhtem Eingangspegel, entsprechend
dem maximal möglichen
Frequenzhub. Wie ein Vergleich der Kurven im unteren Teil von Fig. 5a und Fig. 5b
zeigt, besteht am Ausgang des zweiten Tiefpasses T2 ein wesentlich verbessertes
Verhältnis von a:b im Vergleich zum Ausgang des ersten Tiefpasses T1, was eine Erweiterung
des Bereichs des nutzbaren Frequenzhubs bedeutet.
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2 Patentansprüche 5 Figuren