DK164620B - Kredsloeb til styring af moduleringen af en radiosender - Google Patents

Description

Den foreliggende opfindelse angår et kredsløb til styring af moduleringen af en radiosender og af den i krav l's indledning angivne art.

-1-

DK 164620 B

5 I såvel frekvens- som amplitudemodulerende sendere er det nødvendigt at begrænse modulationsgraden på grund af myndighedskrav. Overmodulation kan endvidere også medføre signalforvrængning og interferens med andre radiotransmissioner. Konventionelle kredsløb til begrænsning af en 10 sender modulation anvender typisk modsatrettede ensrettere eller dioder, som det kendes fra US-PS 2025595 og 2491590 eller begrænserkredsløb, som kendt fra US-PS 3320536, 3626331, 3986049 og 4038603, til at forhindre modu lationssignaler i at overskride et forudbestemt maksimalt 15 spids-til-spids spændingssving. Disse kendte kredsløb er imidlertid ikke-lineære af natur og omsætter de modulerede signaler til firkantbølger. Indholdet af harmoniske i disse firkantbølger medfører, at det udsendte radiosignal har større båndbredde end normalt. For at holde båndbredden af 20 det udsendte· radiosignal inden for forudbestemte grænser kan man indsætte et lavpasfilter mellem det modulationsstyrende kredsløb og senderen. Dette filter dæmper signaler med frekvenser over 3000 Hz kraftigt. Da et sådant filter imidlertid ikke tilfredsstillende dæmper alle harmoniske i 25 firkantbølgerne, skal modulationssignalet yderligere amplitudebegrænses, inden det påtrykkes modulatoren, således at de af myndighederne fastsatte krav til det udsendte radiosignal overholdes. Nedsættelse af modulationssignalamplituden medfører forringelse af signalkvaliteten, fordi 30 signal-støjforholdet nedsættes.

Fra US-PS 4225822 kendes et styrekredsløb, hvor en lavfrekvensforstærker er forbundet til signalkilden, modulatoren og senderen. Forstærkeren omfatter indgangsimpedanser 35 forbundet mellem signalkilden og et forstærkerkredsløb og en tilbagekoblingssløjfe med et filterkredsløb og andre

DK 164620B

-2- impedanskredsløb. Forstærkerkredsløbets udgangssignal ledes til modulatoren og til filterkredsløbet, som eliminerer uønskede komponenter.

5 Formålet med opfindelsen er at anvise et kredsløb af den omhandlede art med optimalt signal-støjforhold.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved den i krav 1 anviste udformning.

10 Når forstærkerkredsløbet drives til amplitudebeegrænsning, klipning, vil fase og amplitude af harmoniske fra forstærkeren blive ændret af filteret. Så længe forstærkeren arbejder lineært, har den en flad karakteristik, og filteret har 15 ingen effekt, fordi det er anbragt i tilbagekoblingssløjfen. Forstærkerens udgangssignal kan påtrykkes modulatoren via et lavpasfilter. Når modulationsgrænserne for det udsendte signal er fastlagt, kan udgangssignalet fra lavpasfilteret indreguleres, således at modulationsgrænsen 20 ikke overskrides, når forstærkeren drives til klipning. Ved anvendelse af det anviste kredsløb kan middeleffekten af modulationssignalet øges væsentligt i forhold til det, som kan opnås ved kendte kredsløb, således at signal--støjfofholdet forbedres betydeligt..

25

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere i forbindelse med tegningen, hvor - fig. 1 viser et blokdiagram for et styrekredsløb 30 ifølge opfindelsen som del af en radiosender, - fig. 2 anskueliggør typiske bølgeformer for signalet fra forstærkeren 120 i fig. 1, når denne drives til klipning, - fig. 3 anskueliggør typiske bølgeformer for signa-35 let fra lavpasfilteret 130 i fig. 1, når det påtrykkes signaler ifølge fig. 2, og - fig. 4 anskueliggør typiske bølgeformer for sig nalet fra lavpasfilteret 130 i fig. 1, når det påtrykkes et firkantsignal.

-3-

DK 164620 B

5 Fig. 1 viser en radiosender 100 med et kredsløb til styring af moduleringen ifølge den foreliggende opfindelse. Senderen omfatter en mikrofon 110, en lavfrekvensforstærker 120, et lavpasfilter 130, en modulator 150, et oscillator-og sendekredsløb 180 og en antenne 190. Mikrofonen 110, lav-10 pasfilteret 130, modulatoren 150 og oscillator- og sendekredsløbet 180 er konventionelle kredsløb for anvendelse i frekvensmodulerende radioer, jvfr. eksempelvis det, der kendes fra Motorola Instruction Manual 68P81043E45, "SYNTOR Two-Way FM Radio" Motorola Service Publication, 1980). Ved-15 rørende konventionel FM-modulationsteknik kan henvises til "Information Transmission, Modulation and Noise" af Mischa Schwartz (McGraw-Hill Book Co., Inc., 1959 side 111-141).

Lavfrekvente signaler fra mikrofonen 110 påtrykkes forstær-20 keren 120, som giver en forudbestemt forstærkning. Forstærkeren 120 har en flad karakteristik i lavfrekvensområdet, typisk 300-3000 Hz i radiokommunikatiosnsystemer. De forstærkede lavfrekvenssignaler påtrykkes filteret 130, som typisk med skarp afskæring dæmper signaler med en frekvens 25 større end 3000 Hz. Sådanne højfrekvente signaler skal dæmpes, da de ellers ville medføre en båndbredde af det udsendte signal, som overstiger det af Federal Communications Commission (US) fastlagte.

30 Lavfrekvente signaler fra filteret 130 påtrykkes via et potentiometer 140 modulatoren 150. Potentiometeret 140 tjener til indregulering af det udsendte signals modulation.

Til denne indregulering i overensstemmelse med myndighedskrav påtrykkes forstærkeren 120 typisk et 1000 Hz signal 35 med tilstrækkelig amplitude til, at forstærkeren drives til klipning som antydet i fig. 2. Når dette er tilfældet, ind- -4-

DK 164620 B

stilles potentionmeteret 140 på en sådan måde, at det udsendte signals spidsspændinger ikke overstiger de foreskrevne grænser. Den i nævnte Motorola Manual 68P81043E45 omhandlede FM-sender har eksemplevis en 5000 Hz modulations-5 grænse.

I den foretrukne udførelsesform for styrekredsløet ifølge opfindelsen omfatter lavfrevensforstærkeren 120 en sædvanlig operationsforstærker 160 og et faseforsinkende 10 filter 170, der er anbragt mellem operationsforstærkerens udgang og en tilbagekoblingsmodstand 161. Mikrofonsignalerne påtrykkes operationsforstærkeren 160 via en kondensator 168 og en indgangsmodstand 162. Operationsforstærkerens 160 spændingsforstærkninng bestemmes i det væsent-15 lige af forholdet mellem tilbagekoblingsmodstanden 161 og indgangsmodstanden 162. Operationsforstærkeren 160 er forspændt med den halve forsyningsspænding +V ved hjælp af en spændingsdeler bestående af to serieforbundne modstande 163 og 165. Er såvel positiv som negativ forsyningsspænding til 20 rådighed, kan spændingsdelermodstandene 163,165 og en kondensator 164 i parallel med modstanden 165, udelades, idet operationsforstærkerens 160 positive indgangs forbindes direkte til stel. Forspændingen fra modstandene 163,165 filtreres af kondensatoren 164 og påtrykkes også en 25 udgangsmodstand 166 via en modstand 167. Disse to modstande 166,167 udgør en spændingsdeler, som nedsætter spids-til-'-spidsspændingen fra forstærkerens 120 udgang til et for lavpasfilteret 130 acceptabelt niveau. De elektriske egenskaber ved en forstærker med en operationsforstærker 30 kendes eksempelvis fra "Analog Computer Techniques" af

Clarence L. Johnson (McGraw-Hill Book Company, Inc., 163).

Ifølge den foreliggende opfindelse består filteret 170 af modstande 171 og 173 samt en kondensator 172, der alle ind-35 går i operationsforstærkerens 160 tilbagekoblingssløjfe. Filteret 170 har ingen virkning på det forstærkede udgangs-

DK 164620 B

-5- signal før operationsforstærkeren 160 drives til klipning.

Til da er filterets virkning elimineret, fordi filteret indgår i tilbagekogblingssløjfen med modstanden 161. Når operationsforstærkeren 160 drives til klipning, påvirkes ud-5 gangssignalet ikke længere af tilbagekoblingen, men til gengæld påvirkes det af filteret 170. Filteret 170 ændrer såvel fase som amplitude af de harmoniske signaler, således at der sker en afrunding af det klippede udgangssignals forreste hjørner 201-204, som vist i fig. 2. Som vist i fig. 3 10 vil udgangssignalet fra lavpasfilteret 130 ikke overstige spids-til-spidsspændingerne, når filteret 130 påtrykkes den i fig. 2 viste bølgeform, sådan som det er tilfældet jvfr. fig. 4 - hvis filteret 130 påtrykkes et firkantsignal. Potentiometeret 140 skulle, for at afhjælpe det i fig. 4 15 viste udgangssignal, indstilles til at give større dæmpning, end når der er tale om det i fig. 3 viste udgangssignal fra lavpasfilteret 130. Da udgangssignalet fra lavpasfilteret 130 ifølge fig. 3 ikke har oversving, er den gennemsnitlige modulationssignaleffekt forøget over det, som var muligt ved 20 hidtil kendt teknik. Empiriske målinger viser, at forøgelsen er 21dB eller 64%, når det anviste kredsløb benyttes i en FM-radio med et maksimalt udsving på 5000 Hz.

De faktiske værdier for komponenter 171,172 og 173 i fil-25 teret 170 afhænger af det anvendte lavpasfilters 130 egenskaber. For en FM-radio med en spændingsforsyning +V på 13,6 V er omtrentlige komponentværdier for forstærkeren 120 vist i tabel I. En sådan forstærker har en lille signalforstærkning på omkring 12.

30 35 -6-

DK 164620 B

Tabel I

Operationsforstærker 120 MC3403

Modstand 161 720.000 Ohm 5 Modstand 162 62.000 Ohm

Modstand 163 10.000 Ohm

Kondensator 164 10 mF

Modstand 165 10.000 Ohm

Modstand 166 470.000 Ohm 10 Modstand 167 470.000 Ohm

Modstand 171 27.000 Ohm

Kondensator 172 1.800 pF

Modstand 173 62.000 Ohm 15 Det anviste styrekredsløb giver som nævnt en væsentlig forøgelse af middeleffekten af sendemodulationssignalet. Kredsløbet kan benyttes i såvel amplitude- som frekvensmodulerede radiosendere til forbedring af signal egenskaberne. Da signal-støjforholdet øges ved brug af det anviste kredsløb, 20 bliver radiokommunikationens forståelighed væsentligt forbedret.

25 30 35

Claims (5)

1. Kredsløb til styring af moduleringen af en radiosender (180) med lavfrekvente signaler fra en signalkilde (110) og med en lavfrekvensforstærker (120), der påtrykkes det lav-5 frekvente signal og en modulator (150), der er indkoblet mellem lavfrekvensforstærkeren (120) og senderen (180), en indgangsimpedans (162,168) med en første og en anden terminal, af hvilke den første terminal påtrykkes de lavfrekvente signaler fra signalkilden (110), et forstærkerkreds-10 løb (160) med to indgangsterminaler og en udgangsterminal, og hvor den ene af indgangsterminalerne er forbundet til den anden terminal på indgangsimpedansen (162,168), en tilbagekoblingsimpedans (161) med en første og en anden terminal, af hvilke den første terminal er forbundet til modu-15 latoren (150) og den anden terminal til en af indgangsterminalerne på forstærkerkredsløbet (160), kendetegnet ved, at styrekredsløbet yderligere omfatter et filterkredsløb (170) med indgangs- og udgangsterminaler og indrettet til at filtrere et signal på dets indgangsterminal 20 og afgive et filtreret signal på dets udgangsterminal, hvorved filterkredsløbets indgangsterminal er forbundet til forstærkerkredsløbets (160) udgangsterminal, medens filterkredsløbets udgangsterminal er forbundet til tilbagekoblingsimpedansens (161) første terminal og til modulatoren 25 (150).

2. Kredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved at omfatte et kredsløb (140) med en indgangsterminal forbundet til filterkredsløbets (170) udgangsterminal og en udgangs- 30 terminal forbundet til modulatoren (150) og indrettet til at dæmpe det filtrerede signal.

3. Kredsløb ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at forstærkerkredsløbet er en operationsforstærker. 35

4. Kredsløb ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at filterkredsløbet (170) omfatter organer (171,172,173) -8- DK 164620 B til at faseskifte og til at dæmpe signalerne fra forstærkerkredsløbet (160).

5. Kredsløb ifølge krav 4, kendetegnet ved, at 5 de faseskiftende organer omfatter en kapacitiv impedans (172) og en resistiv impedans (171,173). 10 15 20 25 30 35