PL152367B1 - Single sideband modulation process, single sideband modulator and radio-transmitter. - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA POLSKA	OPIS PATENTOWY	152 367
	Patent dodatkowy do patentu nr---	Int. Cl.5 H01C 1/60
	Zgłoszono: 86 02 12 /P. 257920/
	Pierwszeństwo;85 02 14 Szwajcaria	ΗΠΗΙΙΙ ISÓLIl
URZĄD PATENTOWY	Zgłoszenie ogłoszono: 86 10 21
RP	Opis patentowy opublikowano: 1991 05 31

Twórca wynalazku Uprawniony z patentu: BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri and Cle·, Baden /Szwajcaria/

SPOSÓB MODULACJI JEDNOWSTĘGOWEJ ORAZ MODULATOR JEDNOWSTĘGOWY

Przedmiotem wynalazku jest sposób modulacji jednowstęgowej oraz modulator jednowstęgowy.

Stan techniki zawarty jest w książce H. Meinke i F.IY. Gundlach: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer-Verlag, Berlin /Heidelberg/, Nowy Oork 1968, str«1323-1325· Przedstawiono tam i opisano modulator jednowstęgowy o dużym zakresie częstotliwości drgań feli nośnej i o szerokim paśmie niskich częstotliwości według Lenahana, w którym dla obu zakresów częstotliwości zastosowano rozdzielacze fazowe, które wytwarzają sygnały składowe przesunięte w fezie o 90°· Te sygnały składowe zasilają dwa modulatory pierścieniowe, które z kolei sterują trzy lampy wzmacniacza końcowego· Wadą takiego rozwiązania jest to, że potrzebne są trzy lampy, które muszą pracować w zakresie liniowym, to znaczy w klasie A i B.

Znane rozwiązanie tego rodzaju przedstawione Jest również w szwajcarskiej publikacji firmy Brown Boveri Mitteilungen 5, 1984, str· 202-205, gdzie opisano osiągnięcie w technice dwuwstęgowej wysokiej sprawności modulatora oraz wysokiej sprawności całkowitej nadajnika średniofalowego 600 kw przy jednej tylko tetrodzie wysokoczęstotllwościowej dużej mocy w stopniu końcowym, z całkowicie stranzystorowanym modulacyjnym wzmacniaczem przełączającym z modulacją impulsowo-stopniową· Potrzebny dla modulacji amplitudy iloczyn sygnału niskiej częstotliwości i fali nośnej wysokiej częstotliwości tworzy się tam bezpośrednio w stopniu końcowym wysokiej częstotliwości· Nośna wysokiej częstotliwości o stałej amplitudzie podawana jest przy tym na siatkę stopnia końcowego wysokiej częstotliwości· Modulujący sygnał niskiej częstotliwości steruje tak zwany pulsator, to znaczy modulacyjny wzmacniacz przełączający z modulacją impulsową-stopniową lub odpowiednio duży dla nadawanej mocy przetwornik cyfrowo-analogowy, który wytwarza napięcie anodowe odpowiednio do chwilowej mocy nadawanej·

152 367

152 367

Celem wynalazku Jest opracowanie sposobu modulacji jednowstęgowej oraz modulatora jednowstęgowego, które umożliwiają pracę nadajnika jednowstęgowego dużej mocy z jedną tylko lampą nadawczą·

Sposób modulacji jednowstęgowej, przy którym z modulującego sygnału wejściowego wyprowadza się z sygnałów składowych przesuniętych w fazie o 360°/m, gdzie m^ 2 jest liczbą całkowitą, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że sygnały składowe przesunięte w fazie o 360°/m sumuje się wektorowo w wektor sumacyjny, a następnie tworzy się wartość bezwzględną wektora sumacyjnego^ która stanowi sygnał amplitudy modulatora, a wszystkie m sygnałów składowych przesuniętych w fazie o 360°/m analizuje aię cyklicznie z częstotliwością taktu, która jest całkowitą wielokrotnością częstotliwości nośnej, przez co uzyskuje się sygnał analizowania, który wykorzystuje się do modulacji fazy·

Sygnał analizowania dzieli się przez sygnał amplitudy modulatora 1 uzyskuje się sygnał ilorazowy, a korzystnie sygnał ilorazowy przepuszcza się przez filtr pasmowy, następnie uzyskuje się sygnał fazowy modulatora, który stosuje 6lę do modulacji fazy·

Korzystnym rozwiązaniem jest, jeśli do modulującego sygnału wejściowego lub do przynajmniej jednego z przesuniętych wzajemnie o 360°/m sygnałów składowych dodaje się stały sygnał szczątkowej fali nośnej· ; Korzystnie liczba całkowita m równa się dwa, a częstotliwość taktu jest równa czwartej wielokrotności częstotliwości nośnej·

Modulujący sygnał wejściowy analizuje eię z wielokrotnością częstotliwości nośnej·

Modulator jednowstęgowy z rozdzielaczem fazowym, który rozdziela modulujący sygnał wejściowy na kilka sygnałów składowych mających względem siebie stałą zależność fazową 36O/m, gdzie 2 i jest liczbą całkowitą, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiera przelicznik amplitudy, który w zależności od sygnałów składowych wytwarza na wyjściu sygnał amplitudowy modulatora, a ponadto zawiera cykliczny przełącznik, który ma częstotliwość taktu będącą całkowitą wielokrotnością częstotliwości nośnej, który to przełącznik po stronie wejściowej jest połączony funkcyjnie z wyjściami rozdzielacza fazowego, a po jego stronie wyjściowej występuje sygnał odczytu, który nadaje się do wykorzystania do modulacji fazy·

Za przełącznikiem cyklicznym dołączony jest człon dzielący, który dzieli sygnał analizowania przez sygnał amplitudowy modulatora i wytwarza sygnał ilorazowy, nadający się do zastosowania do modulacji fazy, a zwłaszcza, że zastosowany jest filtr pasmowy, który po stronie wejściowej jest połączony funkcjonalnie z wyjściem przełącznika cyklicznego, a po jago stronie wyjściowej występuje sygnał fazy modulatora·

Rozdzielaczem fazowym jest korzystnie transformator Hilberta, a częstotliwość taktu cyklicznego przełącznika jest równa czwartej wielokrotności częstotliwości nośnej·

Rozdzielacz fazowy albo po stronie wejściowej jest poprzez człon sumujący połączony funkcjonalnie z modulującym sygnałem wejściowym oraz z sygnałem szczątkowej fali nośnej, albo po stronie wyjściowej jest poprzez przynajmniej jeden człon sumujący dla przynajmniej jednego sygnału składowego, połączony funkcjonalnie z przelicznikiem amplitudy, przy czym na ten człon sumujący po stronie wejściowej podawany jest sygnał szczątkowej fali nośnej i sygnał składowy·

Zaleta rozwiązania według wynalazku polega na tym, że lampa nadawcza nie musi pracować w swym zakresie liniowym, lecz może pracować przy dowolnym wysterowaniu w klasie C z wysoką sprawnością anody· Dalsza zaleta polega na tym, że nadajnik radiofoniczny o modulacji amplitudy w razie potrzeby można łatwo przerobić przez zastosowanie modulatora jednowstęgowego według wynalazku i przestawić na technikę jednowstęgową·

Przy zastosowaniu modulacyjnego wzmacniacza przełączającego z modulacją lmpulsowostopniową można osiągnąć w nadajniku radiofonicznym wysoką sprawność modulatora jek również lepszą sprawność całkowitą przy modulacji jednowstęgowej· Ponieważ modulacyjny wzmacniacz przełączający ma znacznie mniejsze straty niż porównywalne lampa modulacyjna, uzyskuje się w wyniku wyższą sprawność całkowitą nadajnika· Zwiększone koszty poniesione na modulacyjny wzmacniacz przełączający szybko zamortyzują się dzięki mniejszemu poborowi prądu· Modulacyjny

152 367 wzmacniacz przełączający ma mniejsze zapotrzebowanie miejsca i mniejsze koszty eksploatacji# ponieważ odpadają koszty wymiany lamp*

W nadajniku radiofonicznym mała liczba elementów mocy i części zużywających się, oprócz wysokiej sprawności zapewnia wysoki stopień dyspozycyjności, małe koszty utrzymania i łatwość konserwacji·

Według korzystnego przykładu wykonania wynalazku możliwe jest nadawanie sygnału jednowstęgowego również wraz z falą nośną.

Rozwiązanie według wynalazku, w przykładach wykonania jest odtworzona na rysunku, na którym fig.l przedstawia modulator jednowstęgowy, fig.2 - uproszczony schemat zasadniczy nadajnika radiofonicznego z modulatorem jednowstęgowym według fig.l w wersji cyfrowej, a fig.3 przedstawia schemat nadajnika z modulatorem z fig.l w wersji analogowej.

Na fig.l przez 1 oznaczono modulator jednowstęgowy, przez 2 pierwsze wejście dla modulującego sygnału niskiej częstotliwości lub sygnału wejściowego N, który jest zależny od czasu t, a przez 4 człon sumujący, do którego poprzez drugie wejście 3 doprowadzany jest sygnał R1 szczątkowej fali nośnej.

Po stronie wyjściowej człon sumujący 4 jest połączony z wejściem rozdzielacza fazowego lub transformatora Hllberta 5, który rozdziela sygnał wejściowy na wiele sygnałów składowych, mających względem siebie stałą zależność fazową. W przedstawionym przykładzie sygnał wejściowy N dla przejrzystości bez sygnału szczątkowej fali nośnej R1 rozdzielany jest na dwa przesunięte w fazie o 90° sygnały składowe x/t/ n/t/.sin 1^/t/ i y /t/ n/t/.cos Z/t/, których suma jest równa pierwotnemu sygnałowi N/t/, przy czym n/t/ oznacza wartość szczytową, a Z/t/ kąt fazowy sygnału x/t/. Transformatory Hilberta są znane z publikacji Electronic Desing, t.19, 13 września 1976 str.90-94 i z AeO /Archiv fur Elektronik und Uebertragungstechnik/, t.36 /1982/, zeszyt 7/8, str. 304 - 310.

Sygnał składowy x podawany jest ne wejście sumujące członu sumującego 6 a sygnał składowy y podawany jest na wejście sumujące drugiego członu sumującego 7. Na drugie wejście sumujące członu sumującego 6 podawany jest sygnał szczątkowej fali nośnej R2, a na drugie wejście sumujące członu sumującego 7 podawany jest sygnał szczątkowej fali nośnej R3.

Sygnały szczątkowej fali nośnej Rl, R2, R3 są stałe. Kiedy sygnał szczątkowej fali nośnej Rl jest dodawany za pomocą członu sumującego 4 do sygnału wejściowego niskiej częstotliwości N/t/, wówczas zbędne są człony sumujące 6 i 7. Wystarczy natomiast, jeżeli sygnał szczątkowej fali nośnej R2 dodawany jest tylko do jednego sygnału składowego, np. x, za pomocą członu sumującego 6. Wówczas mogą odpaść człon sumujący 4 i ewentualnie również człon sumujący 7.

Człon sumujący 6 daje po stronie wyjściowej sygnał sumacyjny X/t/ « x /t/ ♦ R2, który podawany jest na pierwsze wejście przelicznika amplitudy 8. Człon sumujący 7 daje na wyjściu sygnał sumacyjny Y/t/ » y/t/ ♦ R3, który podawany jest na trzecie wejście przelicznika amplitudy 8. W przeliczniku amplitudy 8 sygnały wejściowe X/t/ i Y/t/ są podnoszone do kwadratu, kwadraty są sumowane, a z sumy kwadratów wyciągany jest pierwiastek tak, że na wyjściu 9 przelicznika amplitudy 8 i równocześnie na wyjściu modulatora jednowstęgowego 1 występuje sygnał amplitudowy modulatora Z/t/ «V X²/1/ + Y²/1/i który nie ks żadnej składowej fazowej.

Sygnał sumacyjny X jest ponadto doprowadzony bezpośrednio do styku 13 przełącznika cyklicznego 16, a jednocześnie poprzez inwertor 10, ze stykiem 15 przełącznika cyklicznego 16, który jest przesunięty w fazie względem styku 13 o 180 ·

Sygnał sumacyjny Y jest ponadto doprowadzony bezpośrednio do styku 12 przełącznika cyklicznego 16, a jednocześnie poprzez inwertor 11 ze stykiem 14 przełącznika cyklicznego 16, który Jest przesunięty w fazie o 180° względem styku 12, przy czym styk 12 jest przesunięty w fazie względem styku 13 o 90°·

Oznaczone strzałką P połączenie styku 13 z wyjściem 16* przełącznika cyklicznego 16 wiruje przy wykorzystaniu wstęgi dolnej w kierunku ruchu wskazówek zegara, to znaczy wyjście 16* Jest kolejno łączone ze stykami 12, 15, 14, 13, 12 itd. Przy wykorzystaniu wstęgi górnej połączenie to wiruje w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara kolejno poprzez styki 14, 15, 12 itd. Częstotliwość obrotu jest równa częstotliwości taktu fy 100 kHz,

152 367 odpowiadającej czterokrotnej częstotliwości sygnału fali nośnej przy częstotliwości nośnej 25 kHz. Przełącznik cykliczny 16 jest przełącznikiem elektronicznym bez wirujących części· Przy takiej częstotliwości obrotu otrzymuje się na wyjściu 16* przy założeniu, że nie był podany żaden sygnał szczętkowej fali nośnej Rl, lub R2, lub R3, sygnał analizowania n/t^ «= cos^?wt_i ♦ V /tj/)· P^rzY ^czY^{ro znak plus ot}>^owi3^zuje dla górnej, a znak minus dla dolnej wstęgi·

Przyjmując: Rl - 0, R2 ί 0, R3 0 dla wstęgi górnej i styków 12 ,.,14 obowiązuje:

12: n/tj/ · cos F /t^/^O-n/t^/.cos (^/t^/^Rg^sin/c^^t1/·

13: n/t₂/ · sin f /t₂/*R₂«l/t₂/.sin ^/t₂/*R₂.sin/o2 t₂/,

14: -n/tg/.coe f/t^^O—n/t^/.cos /tg/^Rg.sin/ 13/.

15: -n/t₄/.sin f/t₄/-R₂»-n/t₄/.sin <//t ₄/*R₂ · sin/u; t₄/, n/tjAcos/ω //t*/ ♦R₂.sin/to t_i/,

Powyższe równania są przejrzyste, jeżeli zacut^ wstawi się kolejno wartość 0, JT/2,

JT i 3 T/2·

Sygnał analizowania na wyjściu przełącznika cyklicznego 16 podawany jest na człon dzielący 17 jako dzielna, a sygnał amplitudowy Z/t/ modulatora z wyjścia przelicznika amplitudy 6 podawany jest jako dzielnik· Na wyjściu członu dzielącego 7 otrzymuje elę sygnał ilorazowy zależny tylko fazowo, a nie amplitudowo, przedstawiony Jako funkcja cos ^t* ♦ f/*1/) · Sygnał wyjściowy członu dzielącego 7 uzyskiwany w postaci dyskretnej czasowo z cyklicznego przełącznika 16 podawany jest na filtr pasmowy 16, na którym po stronie wyjściowej występuje ciągły sygnał fazowy 19 modulatora, przy czym niepożądana harmoniczne eę odfiltrowane przez filtr pasmowy 1Θ· Filtr pasmowy 18 jest zaprojektowany na 75 kHz, to znaczy jest zwierciadlany względem częstotliwości 50 kHz /równej częstotliwości Nyąuista dla częstotliwości fali nośnej 25 kHz/· Ważne jest, że modulator jednowstęgowy tworzy z sygnału niskiej częstotliwości chwilowy sygnał fazowy wysokiej częstotliwości i chwilową wartość ampltudy tak, że iloczyn tych dwóch sygnałów daje sygnał zmodulowany Jodnowatęgowo· Tworzenie iloczynu odbywa się w stopniu końcowym wysokiej częstotliwości, przy czym można tu zastosować wszystkie sposoby znane w technice modulacji amplitudy /modulacja anodowa, modulacja siatkowa· układ o wspólnej katodzie, układ o wspólnej siatce/· Modulator może być zbudowany w technice analogowej lub cyfrowej· Możliwe są również rozwiązania mieszane z równoczesnym zastosowaniem techniki analogowej i cyfrowej·

Na fig«2 pokazano zastosowanie modulatora jednowstęgowego w nadajniku radiofonicznym wysokiej mocy, prży czym dla przejrzystości pokazano tylko części istotne dla dołęczenia modulatora jednowstęgowego·

Przez 20 oznaczono przetwornik analogowo-cyfrowy, który jest synchronizowany częstotliwością taktu fj - 100 kHz· Poprzez wejście 2 do przetwornika analogowo-cyfrowego 20 doprowadzany jest sygnał niskiej częstotliwości N, a po stronie wyjściowej przetwornik ten jest połączony z wejściem cyfrowego modulatora jednowstęgowego 1, według flg«l, do którego sygnał wejściowy podawany jest w postaci cyfrowej· Na wyjściach transformatora Hilberta 5 co 10yus występuje nowa para wartości· Ponieważ wszystkie obliczenia muszę być przeprowadzona w czasie analizowania 10 yus z dokładnością 12 bitów, jako zespoły cyfrowe zastosowano procesory·

Przy wykonaniu nadajnika radiofonicznego wysokiej mocy według fig«3, modulator jednowstęgowy 1 wykonany jest w technice analogowej· Sygnał wejściowy N jak również sygnały wyjściowe modulatora jednowstęgowego 1 eę napięciami analogowymi· Zamiana na postać cyfrową dla przetwornika cyfrowo-analogowego 21 wykonanego jako wzmacniacz przełączający z modulację impuleowo-stopniowę następuje za modulatorem jednowstęgowym 1 za pomocą przetwornika analogowocyfrowego 20·

Sygnał amplitudowy Z modulatora zamiast na anodę 23 lampy stopnia końcowego wysokiej częstotliwości może być również podawany na dalszą siatkę lampy, na przykład na siatkę ekranującą· Sygnał fazowy 19 modulatora zamiast na siatkę sterującą lampy 26 stopnia końcowego

152 367 wysokiej częstotliwości może być również podawany na jej katodę· Filtr pasmowy zamiast w modulatorze jednowstęgowym 1 może być również zintegrowany w przemienniku częstotliwości 25· Wreszcie człon dzielęcy 17 może być w modulatorze jednowstęgowym pominięty, przy czym sygnał analizowania stosowany dla modulacji fazy ma składowę amplitudowy·

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób modulacji jednowstęgowej, przy którym z modulującego sygnału wejściowego wyprowadza się m sygnałów składowych przesuniętych w fazie o 360°/m, gdzie m jest liczbę całkowitę i 2, znamienny tym, że sygnały składowe przesunięte w fazie o 360°/m sumuje się wektorowo w wektor sumacyjny, a następnie tworzy się wartość bezwzględnę wektora sumacyjnego, która stanowi sygnał amplitudowy modulatora, a wszystkie m sygnałów składowych przesuniętych w fazie o 360°/m analizuje się cyklicznie z częstotliwościę taktu, która jest całkowitę wielokrotnościę częstotliwości nośnej, przez co uzyskuje się sygnał analizowania, który wykorzystuje się do modulacji fazy·
2. 2· Sposób według zastrz.l, znamienny tym, że sygnał analizowania dzieli się przez sygnał amplitudowy modulatora i uzyskuje się sygnał ilorazowy, a w szczególności sygnał ilorazowy przepuszcza się przez filtr pasmowy, po czym uzyskuje się sygnał fazowy modulatora, który stosuje się do modulacji fazy·
3. 3· Sposób według zastrzel albo 2, znamienny tym, że do modulujęcego sygnału wejściowego lub do przynajmniej jednego z przesuniętych wzajemnie o 360°/m sygnałów składowych dodaje się stały sygnał szczętkowej fali nośnej.
4. 4· Sposób według zastrz»3, znamienny tym, że liczba całkowita m » 2, a częstotliwość taktu jest równa czwartej wielokrotności częstotliwości nośnej·
5. 5· Sposób według zastrz.3, znamienny tym, że modulujęcy sygnał wejściowy analizuje się z wielokrotnościę częstotliwości nośnej·
6. 6· Modulator jednowstęgowy z rozdzielaczem fazowym, który rozdziela modulujęcy sygnał wejściowy na kilka sygnałów składowych majęcych względem siebie stałę zależność fazowę 26O/m, gdzie m^ 2 i jest liczbę całkowitę, znamienny tym, że zawiera przelicznik amplitudy /8/, który w zależności od sygnałów składowych /x, y/ wytwarza na wyjściu sygnał amplitudowy /Z/ modulatora, a ponadto zawiera cykliczny przełęcznik /16/, który ma częstotliwość taktu /fy/, będęcę całkowitę wielokrotnościę częstotliwości nośnej /f^/, który to przełęcznik po stronie wejściowej jest połęczony funkcjonalnie z wyjściami /x, y/ rozdzielacza fazowego /5/, a po jego stronie wyjściowej występuje sygnał odczytu /16/, który nadaje się do wykorzystania do modulacji fazy·
7. 7· Modulator według zastrz.6, znamienny tym, że za przełęcznikiem cyklicznym /16/ dołęczony jest człon dzielęcy /18/, który dzieli sygnał analizowanie /16*/ przez sygnał amplitudowy /2/ modulatora i wytwarza sygnał ilorazowy, nodajęcy 6ię do zastosowania do modulacji fazy, a zwłaszcza że zastosowany jest filtr pasmowy /18/, który po stronie wejścio wej jest połęczony funkcjonalnie z wyjściem przełęcznika cyklicznego /16/, a po Jego stronie wyjściowej występuje sygnał fazowy /19/ modulatora·
8. 8· Modulator według zastrz.6 albo 7, znamienny tym, że rozdzielaczem fazowym jest transformator Hilberta /5/, a częstotliwość taktu /fy/ cyklicznego przełęcznika /16/ jest równa czwartej wielokrotności częstotliwości nośnej /f^/·
9. 9· Modulator według zastrz.8, znamienny tym, że rozdzielacz fazowy /5/ albo po stronie wejściowej jest poprzez człon sumujęcy /4/, połęczony funkcjonalnie z moduluję·* cym sygnałem wejściowym /N/ oraz z sygnałem /Rl/ szczętkowej fali nośnej, albo po stronie wyjściowej jest poprzez przynajmniej jeden człon sumujęcy /6, 7/ dla przynajmniej jednego sygnału składowego /x, y/, połęczony funkcjonalnie z przelicznikiem amplitudy /8/, przy czym na ten człon sumujęcy /6, 7/ po stronie wejściowej podawany jest sygnał /R2, R3/ szczętkowej fali nośnej i sygnał składowy /x, y/·

   152 367

   I____

   FIG. 1

   Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz. Cena 3000 zł