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Système de transmission de signaux porteurs modules.
La présente invention concerne des systèmes de transmission de signaux porteurs modulés et, en particulier des systèmes du type à une seule bande latérale utilisant une onde porteuse et seulement une bande latérale de fréquences de modulation ou une onde porteuse et une bande de fréquences de modulation excluant au moins une grande part d'une des bandes latérales de fréquences de modulation.
Conformément à la pratique usuelle dans les
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systèmes de transmission de signaux porteurs modulés, il est développé, à l'émetteur, une onde porteuse haute fréquence et une onde de signaux basse fréquence représentant l'information à communiquer. L'onde de signaux est imprimée comme modulation sur l'onde porteuse et il y est développé une onde porteuse modulée comprenant la composante de fréquence porteuse et les composantes de fréquence de modulation de bande latérale supérieure et inférieure dont les fréquences sont respectivement ?gales aux sommes de la fréquence porteuse et de chaque fréquence du signal et à la différence entre la fréquence porteuse et chaque fréquence du signal.
Comme la composante de fréquence porteuse et chaque bande latérale de modulation séparée comprennent d.es composantes représentant toute l'information transmise, au récepteur l'onde porteuse et les deux bandes latérales sont généralement détectées pour dériver le signal de modulation original pour la reproduction.
Pour diverses raisons, il est souvent désirable de transmettre l'onde porteuse et seulement une des bandes latérales de modulation. Dans des systèmes de télévision, par exemple, où les fréquences des signaux de modulation s'étendent sur une gamme excessivement grande, notamment de l'ordre de quatre mégacycles, le porteur modulé exige une relativement grande part de la partie limitée du spectre de fréquences disponible. Pour des raisons d'économie par rapport à la part disponible du spectre de fréquences il a, par conséquent, été proposé de développer et de transmettre des signaux à une seul le bande latérale.
Bien que, dans quelques systèmes, des signaux à une seule bande latérale sient été transmis, reçus et reproduits avec des résultats favorables, il est connu que ces systé- mes sont imparfaits tant théoricuement au'en pratique. Une réplique parfaite du signal de modulation ne peut pas être dérivée d'une seule bande latérale et de l'onde por- teuse dans tous les cas . Ceci s'explique comme suit:
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En détectant l'onde porteuse modulée habituelle avec ses deux-bandes latérales de modulation, le détecteur dérive de l'entrée du signal des composantes de fréquence de bande latérale.
Des composantes de fréquence de bande latérale supérieures et inférieures correspondantes produisent,avec l'onde porteuse, les mêmes sons interférentiels qui représentent le signal de modulation, et elles s'additionnent dans le circuit de sortie du détecteur. Celui-ci produit aussi des sons interférentiels entre chacune des composantes de fréquence de bande latérale et toutes les autres qui ne représentent pas le signal de modulation mais constituent des composantes de distorsion indésirables. Lorsque les deux bandes latérales sont présentes à la fois, les sons interférentiels causés par une bande latérale suppriment cependant ceux causés par l'autre bande latérale.
Pourtant lorsque l'entrée du signal au détecteur comprend l'onde porteuse et seulement une bande latérale de modulation, ces sons interférentiels indésirables ne sont pas supprimés, mais sont présent dans la sortie du signal et tendent à détruire la fidélité de reproduction des composantes de modulation dérivées.
Un mode de réduire à un minimum de tels résultats indésirables dans des systèmes à une seule bande latérale a consisté à développer et à transmettre un signal ayant une onde porteuse d'une amplitude beaucoup plus grande que toute autre des composantes de fréquence de bande latérale.
En conséquence, dans ces systèmes, les sons interférentiels entre les composantes de fréquence de bande latérale elles-mêmes ont des amplitudes beaucoup moindres que les sons interférentiels entre les composantes de fréquence de bande latérale et l'onde porteuse, et les effets indésirables sont réduits.
Dans certains systèmes à une seule bande latérale, cependant, il est désirable que certaines composantes de
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fréquence de bande latérale aient une amplitude par rapport à celle de l'onde porteuse telle nue les sons interférentiels entre celles-ci aient une valeur appréciable par rapport aux sons interférentiels utiles,de sorte que la détection n'est pas satisfaisante.
Par exemple, dans des syst- mes de télévision où il existe un contraste bien net entre des surfaces supplémentaires adjacentes de l'image transmise, la limite entre ces surfaces est représentée dans le signal par des composantes, de modulation haute fréquence comprenant un relativement grand pourcentage de modulation, de sorte que les sons interférentiels entre ces composantes de fréquence de bande latérale sont suffisamment grandes pour porter dans certaines conditions, préjudice à la reproduction d'un signal à une seule bande latérale.
Il peut donc être indiqué, en général, que seulement dans les cas où le signal imprimé sur le détecteur comprend l'onde porteuse et ses bandes de modulation, la réplique exacte du signal de modulation original peut être dérivée dans toutes les conditions. Pour cette raison, il a été usuel d'utiliser des signaux à deux bandes latérales, à l'exception des cas où des considérations spéciales rendent utile le compromis d'employer des signaux à une seule bande latérale.
Un objet de la présente invention consiste réaliser un système de transmission de signaux porteurs modulés par lequel on peut dériver et utiliser d'un signal comprenant une onde porteuse et une bande de fréquences de modulation excluant au moins une grande part d'une des bandes latérales de modulation, les composantes de fréquence de modulation exclues.
Un autre objet de la présente invention consiste à réaliser un système de transmission de signaux porteurs modulés dans lequel on peut dériver d'un signal à une seule bande latérale disponible les composantes de fréquen-
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ce de modulation correspondant aux composantes de bande latérale dont le signal disponible manque.
Un autre objet de la présente invention consiste à réaliser un système de transmission de signaux porteurs modulés dans lequel on peut obtenir des avantagés dépendant et de la transmission à une seule bande latérale et de la réception à deux bandes latérales.
Conformément à la présente invention, il est réalisé un système de transmission de signaux porteurs modulés comprenant un circuit de sortie adapté pour qu'on imprime sur lui un signal comprenant une onde porteuse et une bande de fréquences de modulation excluant au moins une grande part d'une des bandes latérales de fréquence de modulation.
Des organes de transmission de signaux sont accouplés au circuit d'entrée pour distordre le signal imprimé, afin d'en dériver des composantes de fréquence du signal correspondant à la partie exclue de ladite bande latérale. Un circuit de sortie est accouplé au organes de transmission de signal pour utiliser les composantes de fréquence de modulation dérivées.
La description ci-après en relation avec le plan annexé permettra de mieux comprendre la présente invention et ses objets.
Sur le plan, la fig. 1 montre, en schéma, un récepteur de radiodiffusion complet du type superhétérodyne comprenant un système de transmission de signaux représemtant la présente invention et la fig. 2 montre, en schéma, une forme modifiée du système de transmission de signaux.
Concernant plus particulièrement la fig. 1, le système montré sur cette figure comprend un récepteur du type superhétérodyne ayant une antenne 10,11 connectée à un amplificateur haute fréquence 12 auquel sont connectés, dans l'ordre indiqué : un oscillateur-modulateur 13
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un amplificateur moyenne frécruence 14, un système de transmission de signaux indiqué d'une manière générale par 15 et représentant la présente invention, un détecteur 16, un amplificateur de signaux de modulation 17 et un appareil de reproduction des signaux 18. Lorsque le récepteur de la fig.
1 comprend un récepteur de télévision, l'appareil de reproduction des signaux peut comprendre des générateurs d'ondes de balayage et un tube cathodique de reproduction.
Concernant le fonctionnement général du système qui vient d'être décrit, on remarque qu'un signal capté par l'antenne 10, 11 est sélecté et amplifié dans l'amplifica- teur haute fréquence 12 et fourni à l'oscillateur-modulateur 13, dans lequel il est converti en un signal de moyenne fréquence qui est, à son tour, amplifié sélectivement dans l'amplificateur moyenne fréquence 14 et fourni au système de transmission de signaux de moyenne fréquence 15. Ce système agit, conformément à la. présente invention, comme expliqué plus loin en détail, pour fournir un signal de moyenne fréquence au détecteur 16 dans lequel le signal de modulation est dérivé et par lequel il est fourni à l'amplificateur de signaux de modulation 17 qui amplifie ce signal et le fournit à l'appareil de reproduction de signaux 18 pour reproduction.
Il convient de noter que le récepteur de la fig.l est adapté pour la réception d'un signal à une seule bande latérale comprenant une onde porteuse et une bande de fréquence de modulation excluant au moins une grande partie d'une des bandes latérales de fréquences de modulation. L'amplificateur de moyenne fréquence 14 est, par conséauent, construit pour laisser passer les composantes de moyenne fréquence cor@ respondant au signal reçu et développées de celles-ci par l'oscillateur-modulateur 13.
Concernant plus particulièrement la partie du récepteur de la fig. 1 incorporant la présente invention, on constate que le système de transmission de signaux de fréquence moyen-
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ne 15 comprend un circuit d'entrée 19, un dispositif de transmission de signaux non-linéaire 20 et un circuit de sortie 21. Le circuit d'entrée est, de préférence, un sé- lecteur à filtre de bande comprenant un transformateur dou- blement accordé 22 dont le circuit primaire est accouplé au circuit de sortie de l'amplificateur moyenne fréquence 14, comme montré. La caractéristique de réponse du circuit d'entrée ou sélecteur 19 est indiqué par la courbe R1 mon- trée au-dessus du sélecteur de la fig.l, la fréquence moyen- ne du sélecteur étant indiquée par o et la place du porteur étant indiquée par c.
Bien qu'on puisse employer pour le dispositif de transmission de signaux non-linéaire tous éléments convenables, par exemple des tubes à grilles mul- tiples biaisés convenablement, dans la disposition montrée deux diodes 23 et 24 sont connectées en sens opposés en pa- rallèle aux batteries de polaristion 25 et 26 comprises dans leurs circuits de cathode. Le dispositif 20 intercon- necte les bornes à haut potentiel du circuit d'entrée 19 et du circuit de sortie 21 qui ont une borne commune à bas potentiel. La caractéristique de réponse du dispositif 20 est indiquée par la courbe R2 montrée au-dessus du disposi- tif de la fig.l. Plus particulièrement, les moitiés supéri- eure et inférieure r1 et r2 de la courbe R représentent les caractéristiques des diodes biaisées 23 et 24 prises in- dividuellement.
Pour avoir plus de clarté, les courbes r1 et r2 sont montrées avec la même ligne de base zéro mais s'étendant en sens opposés parce que les diodes sont con- nectées en sens opposés et laissant passer des demi-cycles de signaux de polarités opposées. Il est évident que le dispositif 20 a une caractéristique de réponse non-linéaire telle que le signal transmis est distordu d'une manière prédéterminée, comme décrit plus amplement ci-après.
Le circuit de sortie du système de transmission de signaux est, de préférence, un sélecteur à filtre de bade
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du type à extrémité morte aménage pour transmettre une large bande de fréquences, Ce circuit peut comprendre deux transformateurs doublement accordés 27 et 28 et une résistance terminale 29 interposée entre ceux-ci. Le détecteur 16 est connecté en parallèle sur le circuit secondaire du transformateur 27. La caractéristique de réponse du circuit de sortie ou sélecteur 21 est montrée par la courbe R3 se trouvant au-dessus du sélecteur de la fig.l, qui permet de voir que la fréquence moyenne de la bande transmise par le sélecteur est la même que la fréquence de l'onde porteuse moyenne et que le sélecteur répond uniformément sur les deux bandes latérales de modulation.
Lorsque le système de transmission de signau 15 est en fonction, un signal à une seule bande latérale est imprimé sur le circuit d'entrée 19 et est transmis par celui-ci avec une réponse entièrement uniforme sur la seule bande latérale de fréquence de modulation, comme montré par la courbe R1. Le signal est ensuite transmis par le dispositif 20 avec un rapport de transmission de signaux non-linéaire comme montré par la courbe R2, afin d'obtenir une distorsion prédéterminée de la forme d'onde du signal. En vertu de la caractéristique non-linéaire du dispositif 15, ce dernier non seulement transmet les composantes de fréquence de signal d'entrée ou imprimées, mais aussi dérive du signal d'entrée les composantes de fréquence de bande latérale exclues ou manquantes.
Le signal complet comprenant l'onde porteuse et les deux bandes latérales de fréquence de modulation est donc transmis au circuit de sortie 21 et ce circuit, comme expliqué ci-dessus avec une caractéristique de filtre de bande montrée par la courbe R, transmet toutes les composantes de fréquence du signal complet, comprenant l'onde porteuse et ses deux bandes latérales, avec une réponse entié- rement uniforme au détecteur 16.
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Le fonctionnement du système peut être mieux jugé en considérant les simples éouations représentant les signaux transmis par le système et la caractéristique de réponse des organes de transmission non-linéaire. Par conséquente en supposant une onde porteuse f1 modulée par une onde de modulation sinusoidale f2, l'onde porteuse est représentée par E 1 cos#1t (1) dont#1 = 2 Ò f1 et l'onde de fréquence de modulation est représentée par
E 2 cos # 2t (2) dont Lô = 2 Ò f
2 2 et l'onde porteuse modulée est représentée par:
EMI9.1
em = E 1 1 + E2 cos W 2t cosw 1 t qui étendue,donne
EMI9.2
em = E 1Cos 0 1 t + E2/2 cos (i 1 t + E2/2 cos (al 2)t (3)
Si la bande latérale basse fréquence est supprimée, l'équation du porteur résultant avec seulement la bande latérale de fréquence supérieure est: e = E1 cos # t + E2/2 cos (#1 +w2)t (4)
Maintenant, le dispositif non-linéaire 20 a une caractéristique de tension d'entrée en fonction de courant de sortie qui est représentée par l'équation générale:
EMI9.3
i = ac + alc + a2e2 + ases + a4e + a 5e5 ... etc. (5)
Il peut être montré que seulement les termes de puissances impairs contribuent à la reproduction de la composante de fréquence de bande latérale manquant dans l'équation (4).
La caractéristique du dispositif non-linéaire 20 de la présente invention a une forme telle que les termes de puissance pairs sont supprimés, et son équation générale,(qui dé-
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finit aussi la courbe de la fig. 1 du plan) est: i = a1 e + a3e3 + a 5 e5 + a7e7 + , . . etc. (6) L'expression alereprésente la composante linéairement ré- pétée du signal appliqué, tandis que chacune des autres ex- pressions contribuent à la production des composantes de fré- quence de bande latérale manouantes.
Pour des raisons de simplicité, il est montré que ceci est la cas pour l'expres- sion a3e3 en réinscrivant l'équation (4) comme suit:
3 a3e3 = a3 [E1 cos t + E2 cos (# +#)t]3 (7) 1 2 1 2 Ceci a la forme (x + y) 3 = x3 + 3x2y + 3xy2 + y3 (8) et on peut montrer que seulement le second terme est d'in- térêt comme représentant des fréquences plus basses que le porteur.
Pour cette raison: 2 2 E 3x2y = 3E12 cos2wqt 2/@ cos (#1 +#2)t =
2 2
E E E E 3 1 2 cos (w1 +#2)t + 3 12/4 cos(3#1 +) t 4 1 2 4 1 2
2
E E +3 12/4 cos (#1 #w)t (9) E étant constant, le dernier terme peut être inscrit
1 sous la forme suivante :
KE2 cos (#1 #2) t (10) qui est le troisième terme de l'équation (3) représentant la composante de bande latérale supprimée.
D'une manière analogue, il peut être montré que lorsque la bande latérale supérieure ou opposée est supprimée et lorsque seulement la bande latérale basse est transmise, la bande latérale supérieure peut être dérivée par l'appa- reil de la présente invention. Par conséquent, confor
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mément au système de la présente invention, lorsqu'il est imprimé sur celui-ci un signal comprenant une onde porteuse et une bande latérale de fréquence de modulation excluant une ou au moins une grande partie d'une des bandes latérales de fréquence de modulation, les composantes de fréquence de bande latérale exclues sont dérivées de ce signal et réinsérées dans le signal de sortie.
Il peut être montré que le dispositif 20 développe du signal d'entrée, en addition à la bande latérale de modulation supprimée désirée, des produits de modulation correspondant aux hauts termes de son équation caractéristique qui constituent des ondes porteuses de hautes fréquences ensemble avec leurs bandes latérales de fréquence de modulation respectives. Dans certains cas, il peut être désiré d'utiliser les ondes porteuses de haute fréquence et leurs bandes latérales de modulation. Ceci peut être facilement obtenu par simple réglage du circuit de sortie 21 de telle façon qu'il réponde uniformément sur la haute bande de fréquence désirée.
En outre, bien que le dispositif 20 soit aménagé de telle façon que son équation caractéristique ne comprenne que des termes de puissance impairs, il est agréable qu'il soit dans l'esprit de la présente invention d'aménager le dispositif 20 de telle façon que son équation caractéris- tique ne comprenne que les termes de puissance pairs ou comprenne à la fois les termes pairs et les termes impars et d'aménager le circuit de sortie de telle façon qu'il réponde aux ondes porteuses modulées dérivées dans ces conditions, lesquelles ondes comprennent l'onde porteuse et ses composantes de bande latérale à diverses harmoniques des fréquences originales d'entrée du signal.
La fig. 2 montre un système de transmission de signaux 15a qui est une forme modifiée du système 15 de la fig.1 et peut lui être substitué par conséquent dans
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récepteur de la fig.l. Le système 15a comprend une résistan- ce d'atténuation 33b et est réglé de façon à obtenir une caractéristique de filtre de bande comme celle montrée par la courbe R , sa fréquence moyenne étant située absolument à la fréquence centrale de la bande latérale unique des fréquence du signal d'entrée, comme montré par 0 et la fréquence porteuse étant située près d'un bord de la bande transmise.
L'autre canal de la section 20a comprend un amplificateur à tube à vide 31a et un sélecteur 32 oui peuvent être les mêmes que l'amplificateur 31 et le sélecteur 32.
Ici cependant, une prise mediane du second circuit du transformateur doublement accordé 33a est mise à la terre et ses bornes opposées sont connectées, par la voie des dispositifs de transmission de signaux non-linéaires, par exemple des diodes 34 et 35 avec des batteries de polarisation convenables 36 et 37 en série avec celles-ci, aux bornes opposées du circuit primaire du transformateur doublement accordé 38. Ce transformateur constitue un sélecteur à filtre de bande 39 semblable aux sélecteurs 32 et 32a. Une prise médiane de l'enroulement primaire du transformateur 38 est mise à la terre.
Les diodes 34 et 35 agissent d'une manière analogue à celle des diodes 23 et 24 de la fig.l, leur caractéristique de rapport de répétition étant la même que celle montrée par la courbe R2 de la fig.l Etant connectées aux bornes opposées des sélecteurs 32a et 39, les diodes 34,35 sont connectées dans le même sens. Un réglage convenable des batteries 36 et 37 sert à déplacer les courbes r1 et r2 latéralement en sens oppoés, de sorte que l'on peut obtenir ainsi la meilleure caractéristique totale désirée pour dériver du signal d'entrée les composantes de fréquence de bande latérale marauantes.
Le sélecteur 39 a une caractéristique de filtre de bande montrée par la courbe R5 et analogue à celle du sélecteur 32, mais ayant une fré-
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quence moyenne correspondant entièrement à la fréquence moyenne de la bande latérale manquante dérivée par les dispositifs non-linéaires 34 et 35. En outre, la fréquence porteuse est située près du bord de la bande transmise opposé à celui du sélecteur 32.
Le circuit de sortie 2la peut comprendre deux amplificateurs de combinaison 39 et 40, dont les électrodes d'entrée sont accouplées en parallèle sur les circuits secondaires des transformateurs 35 et 38 par la voie des batteries de polarisation 41 et 42. Un circuit de sortie commun, comprenant une résistance 43, est prévu pour les tubes 39 et 40. Le circuit d'entrée du détecteur 16 peut être connecté en parallèle sur ce circuit. Ce circuit de sortie est adapté pour transmettre le signal et ses bandes latérales de modulation. Les batteries de polaristion 41, 42 sont réglées de telle façon que les gains relatifs des amplificateurs 39 et 40 compensent toute différence des amplitudes des signaux transmis par les deux canaux.
Le fonctionnement du système 15a se comprend facilement après la description ci-dessus. Le signal à une seule bande latérale est fourni au circuit d'entrée 19a et le canal contenant le tube 31 et le sélecteur 32 amplifie et transmet au circuit de sortie 21a l'onde porteuse et ses composantes de fréquence de bande latérale. Dans l'autre canal, cependant, comme le signal d'entrée est aussi amplifié et transmis par le tube 31a et le sélecteur 32a, les diodes 34 et 35 agissent avec une caractéristique de rapport de répétition égale à celle montrée par la courbe R2 de la fig.l, c'est-à-dire avec un rapport de répétition non-linéaire tel que le signal d'entrée est distordu et qu'on peut en dériver les composantes de fréquence de bande latérale manquantes.
Ces composantes de fréquence dérivées sont transmises sélectivement par le sélecteur 59 au circuit de sortie et
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ce dernier agit pour les combiner l'onde porteuse et à d'autres composantes de fréquence de bande transmises par le canal 31,32, Il est donc développé dans le circuit de sortie le signal complet comprenant l'onde porteuse et les bandes latérales de modulation, et ce signal peut après cela être fourni au détecteur pour démodulation.
Bien que la description ci-dessus se rapporte à des modes de réalisation préférés de la présente invention, il est évident pour les experts que diverses modifications et divers changements peuvent y être apportés sans s'écarter de l'esprit de l'invention.
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Module carrier signal transmission system.
The present invention relates to modulated carrier signal transmission systems and, in particular, to systems of the single sideband type using a carrier wave and only one sideband of modulation frequencies or one carrier wave and one excluding modulation frequency band. at least a large part of one of the sidebands of modulation frequencies.
In accordance with the usual practice in
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Modulated carrier signal transmission systems, it is developed, at the transmitter, a high frequency carrier wave and a low frequency signal wave representing the information to be communicated. The signal wave is printed as modulation on the carrier wave and there is developed a modulated carrier wave comprising the carrier frequency component and the upper and lower sideband modulation frequency components whose frequencies are respectively equal to the frequency components. sums of the carrier frequency and each signal frequency and the difference between the carrier frequency and each signal frequency.
Since the carrier frequency component and each separate modulation sideband include components representing all of the information transmitted, at the receiver the carrier wave and both sidebands are generally detected to derive the original modulation signal for reproduction.
For various reasons, it is often desirable to transmit the carrier wave and only one of the modulation sidebands. In television systems, for example, where the frequencies of the modulating signals extend over an excessively large range, especially of the order of four megacycles, the modulated carrier requires a relatively large portion of the limited portion of the frequency spectrum. available. For reasons of economy in relation to the available part of the frequency spectrum it has, therefore, been proposed to develop and transmit signals at only one sideband.
Although in a few systems single sideband signals have been transmitted, received and reproduced with favorable results, it is known that these systems are imperfect both theoretically and in practice. A perfect replica of the modulating signal cannot be derived from a single sideband and carrier wave in all cases. This is explained as follows:
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By detecting the usual modulated carrier wave with its two modulation sidebands, the detector derives the signal input from sideband frequency components.
Corresponding upper and lower sideband frequency components together with the carrier wave produce the same interference sounds that represent the modulating signal, and they add up in the detector output circuit. This also produces interference sounds between each of the sideband frequency components and all the others which do not represent the modulating signal but constitute unwanted distortion components. When both sidebands are present at the same time, interference sounds caused by one sideband however suppress those caused by the other sideband.
Yet when the signal input to the detector includes the carrier wave and only a modulation sideband, these unwanted interference sounds are not removed, but are present in the signal output and tend to destroy the fidelity of reproduction of the components of the signal. derivative modulation.
One mode of minimizing such undesirable results in single sideband systems has been to develop and transmit a signal having a carrier wave of much greater amplitude than any other of the sideband frequency components.
As a result, in these systems, the interference sounds between the sideband frequency components themselves have much less amplitudes than the interference sounds between the sideband frequency components and the carrier wave, and unwanted effects are reduced. .
In some single sideband systems, however, it is desirable that certain components of the
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sideband frequency have an amplitude relative to that of the carrier wave such that the interference sounds between them have an appreciable value compared to the useful interference sounds, so that the detection is not satisfactory.
For example, in television systems where there is a sharp contrast between additional adjacent areas of the transmitted image, the boundary between these areas is represented in the signal by high frequency modulating components comprising a relatively large percentage modulation, so that the interference sounds between these sideband frequency components are large enough to be detrimental under certain conditions to the reproduction of a single sideband signal.
It can therefore be stated, in general, that only in cases where the signal printed on the detector includes the carrier wave and its modulation bands, the exact replica of the original modulation signal can be derived under all conditions. For this reason, it has been customary to use two sideband signals, except in cases where special considerations make the compromise of using single sideband signals useful.
An object of the present invention is to provide a system for transmitting modulated carrier signals by which it is possible to derive and use a signal comprising a carrier wave and a modulation frequency band excluding at least a large part of one of the side bands. modulation, the modulation frequency components excluded.
Another object of the present invention is to provide a system for transmitting modulated carrier signals in which the frequency components can be derived from a signal with only one available sideband.
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This modulation corresponds to the sideband components which the available signal lacks.
Another object of the present invention is to provide a modulated carrier signal transmission system in which benefits can be obtained depending on both single sideband transmission and two sideband reception.
In accordance with the present invention, there is provided a system for transmitting modulated carrier signals comprising an output circuit suitable for printing on it a signal comprising a carrier wave and a modulation frequency band excluding at least a large part of the signal. one of the modulation frequency sidebands.
Signal transmission members are coupled to the input circuit to distort the printed signal, in order to derive therefrom frequency components of the signal corresponding to the excluded part of said sideband. An output circuit is coupled to the signal transmitters for utilizing the derived modulation frequency components.
The following description in relation to the attached drawing will make it possible to better understand the present invention and its objects.
On the plan, fig. 1 shows, in diagram, a complete broadcasting receiver of the superheterodyne type comprising a signal transmission system representing the present invention and FIG. 2 shows, in diagram, a modified form of the signal transmission system.
Concerning more particularly FIG. 1, the system shown in this figure comprises a receiver of the superheterodyne type having an antenna 10,11 connected to a high frequency amplifier 12 to which are connected, in the order indicated: an oscillator-modulator 13
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an average frequency amplifier 14, a signal transmission system indicated generally by 15 and representing the present invention, a detector 16, a modulation signal amplifier 17 and a signal reproduction apparatus 18. When the signal receiver fig.
1 comprises a television receiver, the signal reproducing apparatus may include scanning wave generators and a reproducing cathode ray tube.
Concerning the general operation of the system which has just been described, it is noted that a signal picked up by the antenna 10, 11 is selected and amplified in the high frequency amplifier 12 and supplied to the oscillator-modulator 13, wherein it is converted into a medium frequency signal which is, in turn, selectively amplified in the medium frequency amplifier 14 and supplied to the medium frequency signal transmission system 15. This system operates, in accordance with the. present invention, as explained in more detail later, for providing a medium frequency signal to the detector 16 in which the modulation signal is derived and through which it is supplied to the modulation signal amplifier 17 which amplifies this signal and supplies it to the signal reproducing apparatus 18 for reproduction.
It should be noted that the receiver of fig. 1 is suitable for receiving a single sideband signal comprising a carrier wave and a modulation frequency band excluding at least a large part of one of the sidebands of modulation frequencies. The medium frequency amplifier 14 is, therefore, constructed to pass the medium frequency components corresponding to the received signal and developed from them by the oscillator-modulator 13.
Concerning more particularly the part of the receiver of FIG. 1 incorporating the present invention, it is found that the medium frequency signal transmission system
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ne 15 comprises an input circuit 19, a non-linear signal transmission device 20 and an output circuit 21. The input circuit is preferably a band filter selector comprising a double transformer. ably tuned 22, the primary circuit of which is coupled to the output circuit of the medium frequency amplifier 14, as shown. The response characteristic of the input circuit or selector 19 is indicated by the curve R1 shown above the selector in fig.l, the average frequency of the selector being indicated by o and the place of the carrier being indicated. Park.
Although any suitable elements, eg suitably biased multiple grid tubes, in the arrangement shown two diodes 23 and 24 are connected in opposite directions in parallel, may be employed for the non-linear signal transmission device. to bias batteries 25 and 26 included in their cathode circuits. The device 20 interconnects the high potential terminals of the input circuit 19 and of the output circuit 21 which have a common low potential terminal. The response characteristic of device 20 is indicated by curve R2 shown above the device of FIG. 1. More particularly, the upper and lower halves r1 and r2 of the curve R represent the characteristics of the biased diodes 23 and 24 taken individually.
For clarity, the r1 and r2 curves are shown with the same zero baseline but extending in opposite directions because the diodes are connected in opposite directions and pass half cycles of signals of opposite polarities. . Obviously, device 20 has a non-linear response characteristic such that the transmitted signal is distorted in a predetermined manner, as described more fully below.
The output circuit of the signal transmission system is preferably a bade filter selector.
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of the type with dead end arranged to transmit a wide band of frequencies. This circuit can comprise two doubly tuned transformers 27 and 28 and a terminal resistor 29 interposed between them. The detector 16 is connected in parallel to the secondary circuit of the transformer 27. The response characteristic of the output circuit or selector 21 is shown by the curve R3 located above the selector of fig.l, which shows that the average frequency of the band transmitted by the selector is the same as the frequency of the average carrier wave and the selector responds uniformly on the two modulation sidebands.
When the signal transmission system 15 is in operation, a single sideband signal is printed on the input circuit 19 and is transmitted by it with a fully uniform response over the single sideband modulation frequency, as shown by curve R1. The signal is then transmitted by device 20 with a non-linear signal transmission ratio as shown by curve R2, in order to obtain a predetermined distortion of the signal waveform. By virtue of the non-linear characteristic of the device 15, the latter not only transmits the input or printed signal frequency components, but also derives from the input signal the excluded or missing sideband frequency components.
The complete signal comprising the carrier wave and the two modulation frequency sidebands is therefore transmitted to the output circuit 21 and this circuit, as explained above with a band filter characteristic shown by the curve R, transmits all frequency components of the complete signal, comprising the carrier wave and its two sidebands, with fully uniform response to detector 16.
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The operation of the system can be best judged by considering the simple waves representing the signals transmitted by the system and the response characteristic of the non-linear transmission members. Consequently, assuming a carrier wave f1 modulated by a sine wave modulation f2, the carrier wave is represented by E 1 cos # 1t (1) where # 1 = 2 Ò f1 and the modulation frequency wave is represented by
E 2 cos # 2t (2) whose Lô = 2 Ò f
2 2 and the modulated carrier wave is represented by:
EMI9.1
em = E 1 1 + E2 cos W 2t cosw 1 t which extends, gives
EMI9.2
em = E 1Cos 0 1 t + E2 / 2 cos (i 1 t + E2 / 2 cos (al 2) t (3)
If the low frequency sideband is removed, the resulting carrier equation with only the upper frequency sideband is: e = E1 cos # t + E2 / 2 cos (# 1 + w2) t (4)
Now, the non-linear device 20 has an input voltage versus output current characteristic which is represented by the general equation:
EMI9.3
i = ac + alc + a2e2 + ases + a4e + a 5e5 ... etc. (5)
It can be shown that only the odd power terms contribute to the reproduction of the sideband frequency component missing in equation (4).
The characteristic of the non-linear device 20 of the present invention has a form such that the even power terms are deleted, and its general equation, (which de-
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also ends the curve of fig. 1 of the plane) is: i = a1 e + a3e3 + a 5 e5 + a7e7 +,. . etc. (6) The expression a represents the linearly repeated component of the applied signal, while each of the other expressions contributes to the production of the shunting sideband frequency components.
For the sake of simplicity, it is shown that this is the case for the expression a3e3 by rewriting equation (4) as follows:
3 a3e3 = a3 [E1 cos t + E2 cos (# + #) t] 3 (7) 1 2 1 2 This has the form (x + y) 3 = x3 + 3x2y + 3xy2 + y3 (8) and we can show that only the second term is of interest as representing frequencies lower than the carrier.
For this reason: 2 2 E 3x2y = 3E12 cos2wqt 2 / @ cos (# 1 + # 2) t =
2 2
E E E E 3 1 2 cos (w1 + # 2) t + 3 12/4 cos (3 # 1 +) t 4 1 2 4 1 2
2
E E +3 12/4 cos (# 1 #w) t (9) E being constant, the last term can be entered
1 in the following form:
KE2 cos (# 1 # 2) t (10) which is the third term in equation (3) representing the suppressed sideband component.
Analogously, it can be shown that when the upper or opposite sideband is removed and when only the lower sideband is transmitted, the upper sideband can be derived by the apparatus of the present invention. Therefore, conform
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Even with the system of the present invention, when a signal comprising a carrier wave and a modulation frequency sideband excluding one or at least a large part of one of the modulation frequency sidebands is printed thereon, the excluded sideband frequency components are derived from this signal and reinserted into the output signal.
It can be shown that device 20 develops from the input signal, in addition to the desired suppressed modulation sideband, modulation products corresponding to the high terms of its characteristic equation which constitute high frequency carrier waves together with their bands. respective modulation frequency sides. In some cases it may be desired to use the high frequency carrier waves and their modulation sidebands. This can be easily achieved by simply adjusting the output circuit 21 such that it responds uniformly over the desired high frequency band.
Further, although the device 20 is arranged in such a way that its characteristic equation includes only odd power terms, it is pleasing that it is in the spirit of the present invention to arrange the device 20 in such a way. that its characteristic equation includes only even power terms or includes both even and odd terms and to arrange the output circuit in such a way that it responds to the derived modulated carrier waves under these conditions, which waves include the carrier wave and its sideband components at various harmonics of the original signal input frequencies.
Fig. 2 shows a signal transmission system 15a which is a modified form of the system 15 of fig. 1 and can therefore be substituted for it in
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receiver of fig.l. The system 15a includes an attenuation resistor 33b and is adjusted to achieve a band filter characteristic like that shown by curve R, its average frequency being absolutely at the center frequency of the single sideband of frequencies. of the input signal, as shown by 0 and the carrier frequency being located near an edge of the transmitted band.
The other channel of section 20a has a vacuum tube amplifier 31a and a selector 32, which can be the same as amplifier 31 and selector 32.
Here, however, a middle tap of the second circuit of the doubly tuned transformer 33a is grounded and its opposite terminals are connected, by way of non-linear signal transmitting devices, for example diodes 34 and 35 with batteries of Suitable polarizations 36 and 37 in series therewith, at the opposite terminals of the primary circuit of the double tuned transformer 38. This transformer constitutes a band filter selector 39 similar to the selectors 32 and 32a. A center tap of the primary winding of transformer 38 is grounded.
Diodes 34 and 35 act in a manner analogous to that of diodes 23 and 24 of Fig. 1, their repeat ratio characteristic being the same as that shown by curve R2 of Fig. 1 being connected to the opposite terminals selectors 32a and 39, the diodes 34, 35 are connected in the same direction. Proper adjustment of the batteries 36 and 37 serves to move the curves r1 and r2 laterally in opposite directions, so that the best total characteristic desired can be obtained for deriving the marauding sideband frequency components from the input signal. .
Selector 39 has a band filter characteristic shown by curve R5 and analogous to that of selector 32, but having a frequency.
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average frequency fully corresponding to the average frequency of the missing sideband derived by the non-linear devices 34 and 35. In addition, the carrier frequency is located near the edge of the transmitted band opposite to that of the selector 32.
The output circuit 2a can comprise two combination amplifiers 39 and 40, the input electrodes of which are coupled in parallel on the secondary circuits of the transformers 35 and 38 via the bias batteries 41 and 42. A common output circuit , comprising a resistor 43, is provided for the tubes 39 and 40. The input circuit of the detector 16 can be connected in parallel on this circuit. This output circuit is suitable for transmitting the signal and its modulation sidebands. Bias batteries 41, 42 are adjusted so that the relative gains of amplifiers 39 and 40 compensate for any difference in the amplitudes of the signals transmitted by the two channels.
The operation of the system 15a is easily understood from the above description. The single sideband signal is supplied to the input circuit 19a and the channel containing the tube 31 and the selector 32 amplifies and transmits to the output circuit 21a the carrier wave and its sideband frequency components. In the other channel, however, as the input signal is also amplified and transmitted through tube 31a and selector 32a, diodes 34 and 35 act with a repeat ratio characteristic equal to that shown by curve R2 of Fig. 1, i.e. with a non-linear repetition ratio such that the input signal is distorted and that the missing sideband frequency components can be derived.
These derived frequency components are selectively transmitted by the selector 59 to the output circuit and
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the latter acts to combine the carrier wave and other band frequency components transmitted through the channel 31,32, It is therefore developed in the output circuit the complete signal comprising the carrier wave and the sidebands of modulation, and this signal may thereafter be supplied to the detector for demodulation.
Although the above description relates to preferred embodiments of the present invention, it is evident to those skilled in the art that various modifications and changes can be made thereto without departing from the spirit of the invention.