DE3732171C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischschaltung zum Erzeugen eines Modulationsprodukts nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die bekannten Mischschaltungen enthalten einen Modulator, der generell ein Oszillatorsignal mit einem Nutzsignal multipliziert. Als Modulatoren werden beispielsweise Dioden-Ringmodulatoren benutzt oder Transistormodulatoren. In der Praxis tritt bei den realen Modulatoren durch ungewollte Kopplungen oder Unsymmetrien ein Übersprechen des Oszillatorsignals auf, wodurch das Modulationsprodukt verfälscht wird. Wenn hohe Anforderungen an die Qualität des Modulationsproduktes gestellt werden, muß im Modulator selbst ein Symmetrieabgleich durchgeführt werden. Da handelsübliche Modulatoren in einem geschlossenen Gehäuse enthalten sind, ist ein Symmetrieabgleich hier mit großen Schwierigkeiten verbunden.

Beim Übersprechen des Oszillatorsignals auf das Modulatorausgangssignal sind zwei Fälle zu unterscheiden:

1. Orthogonales Übersprechen

Wenn u _A (t) das Modulatorausgangssignal, u _N (t) das Nutzsignal ist und ω₀/2π die Oszillatorfrequenz angibt, gilt für orthogonales Übersprechen:

u _A (t) = u _N (t) · cos( ω₀t) + jB cos( l₀t),

wobei t die Zeit ist und j angibt, daß der betreffende Term den Imaginäranteil darstellt. B ist eine Konstante. Der Term jB cos ( ω₀t) bewirkt eine Änderung der Trägeramplitude und eine Änderung der Trägerfrequenz in Abhängigkeit von _N (t) (Phasenmodulation), wobei _N (t) die erste Ableitung des Nutzsignals u _N (t) nach der Zeit ist. Der Fall, daß eine orthogonale Komponente im Modulatorausgangssignal auftritt, kann sehr unangenehm sein, wenn der Träger zur Umsetzung eines FM/PM-modulierten Signals herangezogen wird, weil dann ein zusätzlicher Störhub auftritt. Dies ist beispielsweise bei dem Intercarrier-Demodulator eines Fernsehgerätes der Fall.

2. Reales Übersprechen

Beim realen Übersprechen wird das Modulatorausgangssignal u _A (t) wie folgt gebildet:

u _A (t) = u _N (t) · cos( ω₀t) + A cos( ω₀t).

Hierbei ist A eine Konstante. Der Term A cos ω₀(t) bewirkt eine Änderung der Trägeramplitude.

Der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 geht aus von einer Mischschaltung, wie sie aus US 42 43 955 bekannt ist. Bei dieser Mischschaltung wird das Nutzsignal zusammen mit einem Oszillatorsignal dem Modulator zugeführt. Aus dem Modulatorsignal wird außerdem in einem Phasensplitter die 0°-Komponente und die 90°-Komponente gewonnen und beide Komponenten werden über je einen regelbaren Verstärker einem Zusammenführungsnetzwerk zugeführt. Die Eliminierung unerwünschter Oszillatoranteile im Modulationsprodukt erfolgt dadurch, daß Kompensationssignale erzeugt werden, die aus einem phasengleichen Anteil und einem um 90° phasenverschobenen Anteil bestehen. Die Kompensationssignale werden also ausschließlich aus dem Oszillatorsignal gewonnen. In der Regel ist das Nutzsignal niederfrequenter als das Oszialltorsignal. Wenn Kompensationssignale aus dem höherfrequenten Oszillatorsignal gewonnen werden, können dabei wiederum unerwünschte Phasenverschiebungen eintreten.

US 35 50 040 beschreibt einen Halbleiter-Modulator, bei dem das Oszialltorsignal und das Nutzsignal unterschiedlichen Transistoranordnungen zugeführt werden. Die Signale werden jeweils an die Basen verschiedener Transistoren derselben Transistoranordnung gelegt. Das Eingangssignal wird einer Gleichspannung überlagert, die als Vorspannung für die Basen der betreffenden Transistoren benötigt wird, damit diese Transistoren im linearen Bereich arbeiten. In Ringmodulatoren, die einen Diodenring enthalten, wird eine Vorspannung zur Einstellung des Arbeitspunktes nicht benötigt. Es besteht daher keine Funktionsnotwendigkeit, einem der Eingänge eines Ringmodulators eine Gleichspannung zu überlagern.

Eine ähnliche Modulatorschaltung mit zwei Gegentaktmodulatoren ist aus DE 24 05 040 A1 bekannt. Auch hierbei wird dem Eingangssignal eine Vorspannung überlagert, die dazu dient, den Basen zweier Transistoren eines Transistormodulators eine geeignete Vorspannung zuzuführen, damit diese Transistoren im linearen Bereich betrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mischschaltung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei der zur Verhinderung des realen Übersprechens keine Modifikation des Oszillatorsignals erforderlich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei der erfindungsgemäßen Mischschaltung erfolgt die Kompensation des orthogonalen Übersprechens (wie beim Stand der Technik) durch eine Phasenschieberschaltung, der das Osziallatorsignal u _T (t) zugeführt wird, jedoch wird zur Kompensation des realen Übersprechens nicht das Oszillatorsignal modifiziert, sondern das Nutzsignal u _N (t). Hierzu sind die Signal-Eingangsanschlüsse der Nutzsignalquelle in Reihe mit einer Gleichspannungsquelle an den Modulator angeschlossen. Dem Nutzsignal wird also eine steuerbare Gleichspannung überlagert. Dies bedeutet, daß in der oben angegebenen Gleichung für das Ausgangssignal u _A bei realem Übersprechen der Ausdruck u _N (t) ersetzt wird durch (u _N (t) - A), wobei A der überlagerte Gleichspannungsanteil ist. Auf diese Weise wird das Modulatorausgangssignal u _A (t) zu

u _A (t) = u _N (t) cos ω₀t.

Während das orthogonale Übersprechen dadurch kompensiert wird, daß die 90°-Komponente des Oszillatorsignals dem Zusammenführungsnetzwerk zugeführt wird, wird das reale Übersprechen gewissermaßen "an der Quelle" dadurch kompensiert, daß dem Modulator das von einer Gleichspannung überlagerte Nutzsignal zugeführt wird. Dies ergibt eine Vereinfachung insbesondere in dem Fall, daß das Oszillatorsignal wesentlich höherfrequent ist als das Nutzsignal. Da eine 0°-Komponente des Oszillatorsignals für die Kompensation nicht benötigt wird, sind auch keine besonderen Maßnahmen für die exakte Einhaltung der Phasenlage einer solchen 0°-Komponente erforderlich. Die Gleichspannungsquelle ist sehr einfach zu realisieren und auch das Zusammenführungsnetzwerk kann gemäß Fig. 4 relativ einfach aufgebaut sein, da in ihm nur zwei Spannungen kombiniert werden müssen.

Der erfindungsgemäße reale Modulator weist folgende "ideale" Eigenschaften auf:

• - die Amplitude des Trägers ist nur vom Gleichanteil des Nutzsignals abhängig,
• - der Träger weist keine zusätzliche Phasenmodulation auf,
• - der Träger wird vollständig unterdrückt, wenn das Nutzsignal keinen Gleichanteil aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Mischschaltung sind in den Unteransprüchen 2-5 angegeben.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Mischschaltung, in der sowohl das orthogonale als auch reale Übersprechen des Modulators kompensiert wird,

Fig. 2 ein Schaltbild der Gleichspannungsquelle,

Fig. 3 ein Schaltbild der Phasenschieberschaltung,

Fig. 4 ein Schaltbild des Zusammenführungsnetzwerks,

Fig. 5 ein Schaltbild des verwendeten Ringmodulators.

In Fig. 1 ist das Blockschaltbild der gesamten Schaltung dargestellt. Der Modulator 10 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein bekannter Ringmodulator, der später noch im einzelnen erläutert wird. Die Anschlüsse 1 und 2 des Modulators 10 bilden den Eingang für das vom Oszillator 11 gelieferte Oszillatorsignal u _T (t). Eingangsanschluß 2 liegt auf Masse.

Die Eingangsanschlüsse 3 und 4 bilden den Signaleingang des Modulators 10. An diese Eingangsanschlüsse werden normalerweise die beiden Pole der Signalquelle 12 angeschlossen, die das Nutzsignal u _N (t) liefert. Nach der Erfindung ist in Reihe mit der Signalquelle 12 eine Gleichspannungsquelle 13 geschaltet, deren Gleich­ spannung sowohl hinsichtlich ihrer Polung als auch hin­ sichtlich ihrer Amplitude verändert werden kann. Der Verbindungspunkt zwischen Signalquelle 12 und Gleich­ spannungsquelle 13 ist mit Massepotential verbunden.

An den Anschlüssen 5 und 6 des Modulators 10 entsteht das Modulatorausgangssignal u _A (t). Diese Anschlüsse 5 und 6 sind potentialfrei.

Das von dem Oszillator 11 gelieferte Signal u _T (t) wird über die Phasenschieberschaltung 20 dem Eingang E 2 des Zusammenführungsnetzwerkes 14 zugeführt. Der Eingang E 1 des Zusammenführungsnetzwerkes 14 ist mit den Ausgangs­ anschlüssen 5 und 6 des Modulators 10 verbunden. Der Ausgang A des Zusammenführungsnetzwerkes 14 ist an eine Last 40 angeschlossen, deren Widerstand dem Wellen­ widerstand Z _W des Systems entspricht. An der Last 40 steht das Modulationsprodukt u _M (t) an.

Der Aufbau der Gleichspannungsquelle 13 ist in Fig. 2 dargestellt. Zwischen dem positiven Pol +U _B und dem negativen Pol -U _B einer auf Masse bezogen symmetrischen Versorgungsspannung ist ein Spannungsteiler 15 ge­ schaltet, der aus der Reihenschaltung der Widerstände 15 a, 15 b und des dazwischen angeordneten Potentiometers 15 c besteht. Der Abgriff des Potentiometers 15 c ist mit dem nicht-invertierenden Eingang eines Operations­ verstärkers 16 verbunden, dessen Ausgang 18 über den Widerstand 17 mit dem invertierenden Eingang verbunden ist, so daß eine Gegenkopplung des Verstärkers erfolgt. Der Ausgang 18 ist über den Kondensator 19 mit Masse­ potential verbunden. Die Werte von Widerstand 17 und Kondensator 19 sind so gewählt, daß die Spannung am Ausgang 18 konstant bleibt, insbesondere bei tief­ frequenten Änderungen von u _N (t). Der Spannungsteiler 15 ist so bemessen, daß die Polarität der Spannung am Ausgang 18 gewechselt werden kann. Am Ausgang 18 steht niederohmig die gleiche Spannung zur Verfügung, die am Potentiometer 15 c abgegriffen wird. Der Ausgang 18 ist mit dem Eingangsanschluß 3 des Modulators 10 verbunden.

Durch geeignete Einstellung des Potentiometers 15 c kann das reale Übersprechen kompensiert werden.

Zur Kompensation des orthogonalen Übersprechens dient die Phasenschieberschaltung 20, die in Fig. 3 dar­ gestellt ist. Die Phasenschieberschaltung 20, deren Eingang 21 mit dem Eingangsanschluß 1 des Modulators 10 verbunden ist, enthält zwischen Eingang 21 und Ausgang 22 zwei parallele Schaltungszweige, von denen der eine die Kapazität 23 und der andere die Induktivität 24 enthält. Beide Schaltungszweige sind durch das Potentiometer 25 verbunden, dessen Abgriff den Ausgang 22 bildet. Beide Enden des Potentiometers 25 sind über Widerstände 26 mit Massepotential verbunden. Kapazität 23 und Induktivität 24 sind so bemessen, daß nahezu die gesamte Spannung u _T (t) an ihnen abfällt und daß ihr Blindwiderstand für die Oszillatorfrequenz groß gegen­ über dem Oszillator-Innenwiderstand ist. Ein Netzwerk zur Leistungsaufteilung ist also nicht erforderlich.

Während die Kapazität 23 am Widerstand 26 a eine gegen­ über der Spannung am Eingang 21 um 90° voreilende Spannung erzeugt, erzeugt die Induktivität 24 am Widerstand 26 b eine um 90° nacheilende Spannung. Mit dem Potentiometer 25 kann die Amplitude der Spannung am Ausgang 22 eingestellt werden. Weiterhin kann mit dem Potentiometer 25 die Phasenlage der Spannung am Ausgang 22 gegenüber der Spannung am Eingang 21 von etwa +90° auf etwa -90° gewechselt werden. Durch geeignete Ein­ stellung des Potentiometers 25 kann das orthogonale Übersprechen kompensiert werden. Der Ausgang 22 der Phasenschieberschaltung 20 ist mit dem ersten Pol des Eingangs E 2 des Zusammenführungsnetzwerkes 14 verbunden, das in Fig. 4 dargestellt ist.

Der zweite Pol des Eingangs E 2 des Zusammenführungs­ netzwerks 14 ist an Masse geschaltet, während der erste Pol des Eingangs E 2 über den Widerstand 33 mit dem ersten Pol des Eingangs E 1 verbunden ist. Der erste Pol des Eingangs E 2 ist ferner mit dem Widerstand 34 ver­ bunden, dessen anderer Anschluß an dem mit Masse­ potential verbundenen Widerstand 35 sowie an dem zweiten Pol des Eingangs E 1 liegt. Der erste Pol des Ausgangs A des Zusammenführungsnetzwerkes ist mit dem Widerstand 33 und dem ersten Pol des Eingangs E 1 ver­ bunden, während der zweite Pol des Ausgangs A an Masse­ potential liegt. Der Ausgang A ist mit dem Widerstand 40 abgeschlossen.

Der Wert des Widerstandes 35 ist kleiner als der Wellenwiderstand Z _W , damit die Durchgangsdämpfung von E 1 nach A gering bleibt.

Der Wert des Widerstandes 34 ist gleich dem Wellen­ widerstand Z _W und der Wert des Widerstandes 33 ist gleich Z² _W geteilt durch den Wert des Widerstandes 35.

Wenn der Widerstand 40 gleich dem Wellenwiderstand Z _W des Systems ist, sind die beiden Eingänge E 1 und E 2 voneinander entkoppelt. Der Eingangswiderstand von E 1 und E 2 ist dann gleich Z _W .

Fig. 5 zeigt den Aufbau des verwendeten Modulators 10, der als Ringmodulator ausgebildet ist. Der Modulator 10 weist einen ersten Übertrager 30 auf, dessen Primär­ wicklung mit ihren Enden die Pole 1 und 2 bildet, sowie einen zweiten Übertrager 31, dessen Primärwicklung mit ihren Enden die Pole 5 und 6 bildet. Die Enden der Sekundärwicklung des Übertragers 30 sind mit den einen gegenüberliegenden Polen eines Diodenrings 32 ver­ bunden, und die Enden der Sekundärwicklung des Über­ tragers 31 sind mit den anderen gegenüberliegenden Polen des Diodenrings 32 verbunden. Der Pol 3 ist an dem Mittelabgriff der Sekundärwicklung des Übertragers 30 angeschlossen und der Pol 4 ist an dem Mittelabgriff der Sekundärwicklung des Übertragers 31 angeschlossen. Das Windungsverhältnis von Primär- zu Sekundärwicklung ist 1 : 2.

Der Modulator ist, sofern der Oszillator- Innenwiderstand gleich dem Wellenwiderstand Z _W ist und der Innenwiderstand der Nutzsignalquelle ebenfalls Z _W ist, an allen Toren wellenwiderstandsgerecht be­ schaltet.

Claims (5)

1. Mischschaltung zum Erzeugen eines Modulationsprodukts aus einem Nutzsignal und einem Oszillatorsignal, mit einem Modulator (10), dem das Oszillatorsignal (u _T (t)) und das Nutzsignal (u _N (t)) zugeführt sind, einer die Phase des Oszillatorsignals um etwa 90° drehenden Phasenschieberschaltung (20) und einem Zusammenführungsnetzwerk (14), in dem das Ausgangssignal der Phasenschieberschaltung (20) zum Ausgangssignal des Modulators (10) addiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (10) ein Ringmodulator ist, an dessen Signal-Eingangsanschlüsse (3, 4) die Nutzsignalquelle (12) in Reihe mit einer Gleichspannungsquelle (13) angeschlossen ist.

2. Mischschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (10) potentialfreie Ausgangsanschlüsse (5, 6) aufweist.

3. Mischschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenführungsnetzwerk (14) einen potentialfrei zu beschaltenden zweipoligen ersten Eingang (E 1), dem das Ausgangssignal des Modulators (10) zugeführt ist, einen zweiten Eingang (E 2), dem das Ausgangssignal der Phasenschieberschaltung (20) zugeführt ist, und einen Ausgang (A) aufweist, daß der erste Eingang (E 1) im Nullzweig einer Brückenschaltung liegt, deren einer Hauptzweig eine Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand (33) und dem Abschlußwiderstand (40) des Ausgangs (A) und deren anderer Hauptzweig eine Reihenschaltung aus einem zweiten Widerstand (34) und einem dritten Widerstand (35) enthält, wobei der zweite Eingang (E 2) an die oberen Enden der beiden Hauptzweige angeschlossen ist, während die unteren Enden der Hauptzweige an Massepotential gelegt sind, daß der Wert des zweiten Widerstandes (34) gleich dem Wert des Wellenwiderstandes (Z _W ) ist und daß der Wert des ersten Widerstandes (33) gleich dem Quotienten aus dem Quadrat des Wellenwiderstandes (Z _W ) und dem Wert des dritten Widerstandes (35) ist.

4. Mischschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschieberschaltung (20) einen eine Kapazität (23) enthaltenden Zweig und einen hierzu parallel verlaufenden, eine Induktivität (24) enthaltenden Zweig aufweist und daß beide Zweige durch ein Potentiometer (25) miteinander verbunden sind, dessen Abgriff den Ausgang (22) der Phasenschieberschaltung bildet.

5. Mischschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle (13) einen an ein Referenzpotential angeschlossenen gegengekoppelten Operationsverstärker (16) aufweist.