PL154067B1 - Radio transmitter - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 154 067

POLSKA

Patent dodatkowy do patentu nr----Zgłoszono: 86 02 12 (P. 28⁵439)

Int. Cl.⁵ H04BJZ68— H03C 1/60

Pierwszeństwo: 85 02 14 Szwajcaria

PATENTOWY

RP

URZĄD

Zgłoszenie ogłoszono: 86 10 21

Opis patentowy opublikowano: 1992 02 28

Twórca wynalazku —

Uprawniony z patentu: BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri and Cie, Baden (Szwajcaria)

Nadajnik radiofoniczny

Przedmiotem wynalazku jest nadajnik radiofoniczny.

Stan techniki zawarty jest w książce H. Meinke i F. W. Gundlach, Taschenbuch der Hochfreąuenztechnik, Springer-Verlag Berlin (Heidelberg), Nowy Jork 1968, str. 1323 - 1325. Przedstawiono tam i opisano modulator jednowstęgowy o dużym zakresie częstotliwości drgań fali nośnej i o szerokim paśmie niskich częstotliwości według Lenahana, w którym dla obu zakresów częstotliwości zastosowano rozdzielacze fazowe, które wytwarzają sygnały składowe przesunięte w fazie 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 lub 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 średnofalowego 600 kW przy jednej tylko tetrodzie wysokoczęstotliwościowej 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 modulujący wzmacniacz przełączający z modulacją impulsowostopniową lub odpowiednio duży dla nadawanej mocy przetwornik cyfrowo-analogowy, który wytwarza napięcie anodowe odpowiednio do chwilowej masy nadawanej.

Celem wynalazku jest opracowanie nadajnika radiofonicznego z modulacją jednowstęgową, który umożliwia pracę nadajnika jednowstęgowego dużej mocy z jedną tylko lampą nadawczą.

Nadajnik radiofoniczny z modulacją jednowstęgową posiadający wejście do modulującego sygnału wejściowego, modulator jednowstęgowy z wejściem, pierwszym wyjściem sygnał amplitudowego modulatora i drugim wyjściem sygnału fazowego modulatora, ponadto posiadający przet2

154 067 wornik cyfrowo-analogowy, filtr wysokiej częstotliwości oraz lampę stopnia końcowego z anodą i siatką sterującą, według wynalazku charakteryzuje się tym, że modulator jednowstęgowy zawiera rozdzielacz fazowy, który rozdziela modulujący sygnał wejściowy na kilka sygnałów składowych, mających względem siebie stałą zależność fazową, a mianowicie 360°/m, gdzie m%2 i jest liczbą całkowitą. Ponadto nadajnik zawiera przelicznik amplitudy, który w zależności od sygnałów składowych wytwarza sygnał amplitudowy modulatora oraz zawiera cykliczny przełącznik, który ma częstotliwość taktu, będącą całkowitą wielokrotnością częstotliwości nośnej, który to przełącznik jest połączony funkcjonalnie po stronie wyjściowej z wyjściami rozdzielacza fazowego, a po stronie wyjściowej jest z niego zdejmowany sygnał odczytu, stosowany do modulacji fazy.

Za cyklicznym przełącznikiem dołączony jest człon dzielący, który dzieli sygnał odczytu przez sygnał amplitudowy modulatora i wytwarza sygnał ilorazowy stosowany do modulacji fazy. Ponadto przewidziany jest filtr pasmowy, który po stronie wejściowej jest połączony funkcjonalnie z wyjściem cyklicznego przełącznika, a po jego stronie wyjściowej występuje sygnał fazowy modulatora.

Korzystnie rozdzielaczem fazowym jest transformator Hilberta, a częstotliwość taktu cyklicznego przełącznika jest równa czwartej wielokrotności częstotliwości nośnej.

Rozdzielacz fazowy po stronie wejściowej jest poprzez człon sumujący połączony funkcjonalnie z modulującym sygnałem wejściowym i jednocześnie z sygnałem szczątkowej fali nośnej, a 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.

Przetwornik cyfrowo-analogowy dołączony do jednego wyjścia modulatora jest korzystnie wzmacniaczem przyłączającym, z kilkoma dołączanymi i odłączanymi stopniami przełączania.

W korzystnym rozwiązaniu, według wynalazku, modulator jednowstęgowy stanowi modulator cyfrowy, a ponadto jest poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy połączony funkcjonalnie z wejściem modulującego sygnału wejściowego, przy czym przetwornik analogowo-cyfrowy traktowany jest wielokrotnością częstotliwości nośnej.

W odmiennym korzystnym rozwiązaniu, według wynalazku, modulator jednowstęgowy stanowi modulator analogowy, przy czym pomiędzy pierwszym wyjściem modulatora wstęgowego i wejściem przetwornika cyforow-analogowego znajduje się przetwornik analogowo-cyfrowy.

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 impulsowostopniową można osiągnąć w nadajniku radiofonicznym wysoką sprawność modulatora, jak również lepszą sprawność całkowitą przy modulacji jednowstęgowej. Ponieważ modulacyjny wzmacniacz przełączający ma znacznie mniejsze straty niż porównywalna 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 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 jest objaśnione w przykładach wykonania a rysunku, na którym fig. 1 przedstawia modulator jednowstęgowy, fig. 2 - uproszczony schemat zasadniczy nadajnika radiofonicznego z modulatorem jednowstęgowym, według fig. 1, w wersji cyfrowej, a fig. 3 przedstawia schemat nadajnika z modulatorem jednowstęgowym, według fig. 1, w wersji analogowej.

Na figurze 1 przez 1 oznaczono modulator jednowstęgowy, przez 2 - pierwsze wejście dla modulującego sygnału niskiej częstotliwości lub sygnału wejściowego N, który jest zależny od czasu

154 067 3 t, a przez 4 - człon sumujący, do którego poprzez drugie wejście 3 doprowadzany jest sygnał Rl szczątkowej fali nośnej.

Po stronie wyjściowej człon sumujący 4 jest połączony z wejściem rozdzielacza fazowego lub transformatora Hilberta 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 Rl, rozdzielany jest na dwa przesunięte w fazie o 90° sygnały składowe x(t) = n(t) · sin φ (t) i y(t) = n(t) · cos φ (t), których suma jest równa pierwotnemu sygnałowi N(t), przy czym n(t) oznacza wartość szczytową, a φ (t) - kąt fazowy sygnału x(t). Transformatory Hilberta są znane z publikacji Elektronie Design 19, 13 września 1976 str. 90, 94 i z AEU (Archiv fur Elektronik und Obertragungstechnik) 36 (1982), zeszyt 7/8, str. 304 - 310.

Sygnał składowy x podawany jest na 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 człon sumujący 7.

Człon sumujący 6 daje po stronie wyjściowej sygnał sumujący 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) = x/X^Z(t) + Y*(tX który nie ma żadnej składowej fazowej.

Sygnał sumujący 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 sumujący Y jest ponadto doprowadzony bezpośrednio do styku 12 przełącznika cyklicznego 16, a jednocześnie, poprzez inwertor 11, do styku 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 wskazówek zegera kolejno poprzez styki 14,15,12 itd. Częstotliwość obrotu jest równa częstotliwości taktu fr= 100 kHz, odpowiadającej czterokrotnej częstotliwości sygnału fali nośnej przy częstotliwości nośnej fi — 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 szczątkowej fali nośnej Rl lub R2 lub R3, sygnał analizowania n(t,) -cos ω t, ± <(t,), przy czym znak plus obowiązuje dla górnej, a znak minus dla wstęgi dolnej.

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

12: nitij-cosip (ti) + 0 — n(ti)-cos<p (ti) + R2*sin(o ti),

13: n(t2)’sin<p (2) + R2 = n(t2) · sin φ (2) + R2 · sin(<u t2),

14: -n(t3)^cos φ (3) + 0 = -n(t3) -cos φ (t3) + R2 ’sin(ćj t3),

15:-n(t4)’sin<p (t4) — R2 = -n(l4) · sin φ (¼) + R2 ’sin(ć> 1₄), = n(ti) · cos(ćJt, + φ (t,)) + R2 · sin(cu t,).

Powyższe równania są przejrzyste, jeżeli za t, wstawi się kolejno wartość 0, 7/2, π i 3π/2.

Sygnał analizowania na wyjściu przełącznika cyklicznego 16 podawany jest na człon dzielący jako dzielna, a sygnał amplitudowy Z(t) modulatora z wyjścia przelicznika amplitudy 8 podawany jest jako dzielnik.

154 067

Na wyjściu człona dzielącego 7 otrzymuje się sygnał iloraz:wy zależny tylko fazowo, a nie amplitudowo, przedstawiony jako funkcja cos(w ί,±φ (tr)).

Sygnał wyjściowy członu dzielącego 7 uzyskiwany w postaci dyskretnej czasowo z cyklicznego przełącznika 16 podawany jest na filtr pasmowy 18, na którym po stronie wyjściowej występuje ciągły sygnał fazowy 19 modulatora, przy czym niepożądane ha. moniczne są odfiltrowane przez filtr pasmowy 18. 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 amplitudy, tak że iloczyn tych dwóch sygnałów daje sygnał zmodulowany jednowstęgowo. 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 figurze 2 pokazano zastosowanie modulatora jednowstęgowego w nadajniku radiofonicznym wysokiej mocy, przy czym dla przejrzystości pokazano tylko części istotne dla dołączenia modulatora jednowstęgowego.

Przez 20 oznaczono przetwornik analogowo-cyfrowy, który jest synchronizowany częstotliwością taktu ίτ = 100 kHz. Poprzez wejście 2 do przetwornika analogowo-cyfrowego 20 doprowadzany jest sygnał niskiej częstotliwości N, a po stronie wyjściowej przetwornik jest połączony z wejściem cyfrowego modulatora jednowstęgowego 1, według fig. 1, do którego sygnał wejściowy podawany jest w postaci cyfrowej. Na wyjściach transformatora Hilberta 5 co 10 ps występuje nowa para wartości. Ponieważ wszystkie obliczenia muszą być przeprowadzone w czasie analizowania 10ps 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 są napięciami analogowymi. Zamiana ma postać cyfrową dla przetwornika cyfrowo-analogowego 21 wykonanego jako wzmacniacz przełączający z modulacją impulsowo-stopniową, następuje za modulatorem jednowstęgowym 1, za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego 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 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 dzielący 17 może być w modulatorze jednowstęgowym pominięty, przy czym sygnał analizowania stosowany dla modulacji fazy ma składową amplitudową.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Nadajnik radiofoniczny z modulacją j ednowstęgową, zawierający wejście dla modulującego sygnału wejściowego, modulator jednowstęgowy z wejściem, pierwszym wyjściem dla sygnału amplitudowego modulatora i drugim wyjściem dla sygnału fazowego modulatora, ponadto zawierający przetwornik cyfrowo-analogowy z wejściem i wyjściem, filtr wysokiej częstotliwości z wejściem i wyjściem oraz lampę stopnia końcowego z anodą i siatkę sterującą, przy czym wejście dla modulującego sygnału wejściowego jest połączone funkcjonalnie z wejściem modulatora jednowstęgowego, pierwsze wyjście modulatora amplitudy jest połączone funkcjonalnie z wejściem przetwornika cyfrowo-analogowego, wyjście przetwornik cyfrowo-analogowego jest połączone, filtr wysokiej częstotliwości, z anodą lampy stopnia końcowego, a drugie wyjście modulatora jednowstęgowego jest połączone funkcjonalnie z siatką sterującą lampy stopnia końcowego,

   154 067 znamienny tym, że modulator jednowstęgowy (1) zawiera rozdzielacz fazowy (5) który rozdziela modulujący sygnał wejściowy (N) na kilka sygnałów składowych (x, y), mających względem siebie stałą zależność fazową 360°/m, gdzie m>2 i stanowi liczbę całkowitą, ponadto zawiera przelicznik amplitudowy (8), który w zależności od sygnałów składowych (x, y) wytwarza sygnał amplitudowy (Z) modulatora oraz cykliczny przełącznik (16), który ma częstotliwość taktu (f-r), będącą całkowitą wielokrotnością częstotliwości nośnej (fi), który to przełącznik (16) jest połączony funkcjonalnie po stronie wyjściowej z wyjściami (x, y) rozdzielacza fazowego (5), a po stronie wyjściowej jest z niego zdejmowany sygnał odczytu (16'), stosowany do modulacji fazy.
2. 2. Nadajnik według zastrz. 1, znamienny tym, że za cykliczyn przełącznikiem (16) dołączony jest człon dzielący (18), który dzieli sygnał odczytu (16') przez sygnał amplitudowy (Z) modulatora i wytwarza sygnał ilorazowy, stosowany do modulacji fazy, a ponadto przewidziany jest filtr pasmowy (18), który po stronie wejściowej jest połączony funkcjonalnie z wyjściem cyklicznego przełącznika (16), a po jego stronie wyjściowej występuje sygnał fazowy (19) modulatora.
3. 3. Nadajnik według zastrz. 2, znamienny tym, że rozdzielaczem fazowym (5) jest transformator Hilberta, a częstotliwość taktu (ίτ) cyklicznego przełącznika (16) jest równa czwartej wielokrotności częstotliwości nośnej (fi).
4. 4. Nadajnik według zastrz. 3, znamienny tym, że rozdzielacz fazowy (5) po stronie wejściowej jest poprzez człon sumujący (4) połączony funkcjonalnie z modulującym sygnałem wejściowym (N) i jednocześnie z sygnałem (Ri) szczątkowej fali nośnej, a po stronie wyjściowej jest poprzez przynajmniej jeden człon sumujący (6, 7) dla przynajmniej jednego sygnału składowego (x, y) połączony funkcjonalnie z przelicznikiem amplitudy (8), przy czym na ten sumujący (6, 7) po stronie wejściowej podawany jest sygnał (R2, R3) szczątkowej fali nośnej i sygnał składowy (x, y).
5. 5. Nadajnik według zastrz. 1, znamienny tym, że przetwornik cyfrowo-analogowy (21) dołączony do wyjścia (9) modulatora (1) jest wzmacniaczem przyłączającym, z kilkoma dołączanymi i odłączanymi stopniami przełączania.
6. 6. Nadajnik według zastrz. 5, znamienny tym, że modulator jednowstęgowy (1) jest wykonany jako cyfrowy, a ponadto modulator jednowstęgowy (1) jest poprzez przetwornik analogowocyfrowy (20) połączony funkcjonalnie z wejściem (2) dla modulującego sygnału wejściowego (N), przy czym przetwornik analogowo-cyfrowy (20) traktowany jest wielokrotnością częstotliwości nośnej (fi).
7. 7. Nadajnik według zastrz. 5, znamienny tym, że modulator jednowstęgowy (1) jest wykonany jako analogowy, a ponadto pomiędzy pierwszym wyjściem (9) modulatora wstęgowego (1) i wejściem przetwornika cyfrowo-analogowego (21) znajduje się przetwornik analogowo-cyfrowy (20).

   15-4067

   F1G.1

   Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 3000 zł