DE1256272B - Modulator zur asynchronen Frequenzumtastung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H 03 c

Deutsche Kl.: 21 a4 -14/01

J 26730IX d/21a4
21. Oktober 1964
14. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft einen Modulator zur asynchronen Frequenzumtastung mit einem selbsterregten Oszillator, dessen Schwingkreis aus einem für sämtliche Frequenzen gleichen Element und einem für jede gewünschte Frequenz mittels eines Schalters zuschaltbaren dualen Element besteht.

Modulatoren zur Frequenzumtastung werden insbesondere bei der Datenübertragung benötigt. Sie haben dabei die Aufgabe, die im Sender digital, in Form von Rechteckimpulsen vorliegenden Daten in entsprechende Frequenzänderungen einer Sinusschwingung zwischen zwei Alternativwerten umzuwandeln. Die im Modulator erzeugte Sinusschwingung wird übertragen und im Empfänger mittels eines Demodulators in die ursprüngliche Rechteckschwingung zurückverwandelt. Die Höhe der beiden Frequenzen richtet sich insbesondere nach, der in der Zeiteinheit zu übertragenden Informationsmenge und nach den Ubertragungseigenschaften des zur Verfügung stehenden Ubertragungskanals.

Die gebräuchlichsten Demodulator«! werten nur die Information aus, die durch die Nulldurchgänge der ankommenden Sinusschwingungen charakterisiert ist, da die empfangene Sinusschwingung zunächst einen Begrenzer durchläuft, um Störungen zu eleminieren. Das heißt also, die Nulldurchgänge der ankommenden Sinusschwingung werden im Demodulator nach ihrer zeitlichen Folge auf ihren Signalinhalt hin beurteilt.

Es hat sich gezeigt, daß die gebräuchlichen Modulatoren beim Umtasten von der einen auf die andere Frequenz Phasenfehler und Einschwingvorgänge hervorrufen, die nach der übertragung im Demodulator unkontrollierbare zeitliche Verschiebungen der rückgewonnenen Rechteckimpulse hervorrufen und somit die übertragene Information verfälschen können. Die Phasenfehler treten vor allem deswegen auf, weil die beiden Frequenzen, zwischen denen der Modulator umgetastet wird, und die Grundwelle der modulierenden Rechteckschwingung normalerweise völlig asynchron zueinander sind. Bei langsamen Übertragungssystemen, bei denen also die in der Zeiteinheit übertragene Informationsmenge klein ist im Verhältnis zu der Frequenz der sie übermittelnden Sinusschwingung, sind diese Verzerrungen naturgemäß klein und können daher oft in Kauf genommen werden. Bei schnellen Ubertragungssystemen dagegen sind die entstehenden Verzerrungen nicht mehr zu vernachlässigen.

Es sind mehrere Modulatortypen bekannt, die prinzipiell für den genannten Zweck verwendbar sind. So sind Anordnungen bekannt, bei denen die Modulator zur asynchronen Frequenzumtastung

Anmelder:

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m. b. H.,

Sindelfingen, Tübinger Allee 49

Als Erfinder benannt:
Hans Spiro, Böblingen

Frequenz durch Umsteuerung einer oder mehrerer Reaktanzröhren umgetastet wird. Die Reaktanzröhren, die durch eine Ansteuerung mit phasenverschobenen Spannungen wie Induktivitäten oder Kapazitäten wirken, sind mit einem frequenzbestimmenden Schwingungskreis eines selbsterregten Oszillators so verbunden, daß die Frequenz des Oszillators entsprechend der Ansteuerung getastet wird.

Ebenso sind Modulatoren bekannt, bei denen die Frequenzumtastung mittels eines aktiven Elementes erfolgt, zu dessen Funktion die Schwingungserzeugung und die Veränderung der Frequenz gehören, d. h. also, es sind beide Funktionen in einem aktiven Element vereinigt. '

Diese beiden Modulatortypen erzeugen Verzerrungen, die in den meisten Fällen untragbar groß sind.

Noch größere Verzerrungen erzeugt aber der wohl gebräuchlichste Modulatortyp mit einem frequenzbestimmenden Schwingkreis, dessen Schwingfrequenz durch Zu- oder Abschalten von zusätzlichen Induktivitäten und Kapazitäten verändert wird.

Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, die im Prinzip aus einem astabilen Multivibrator besteht, dessen Frequenz durch Verändern einer Steuerspannung umgetastet wird. Zwar läßt sich ein solcher Modulator so dimensionieren, daß er bei der Umtastung möglichst geringe Verzerrungen hervorruft, da aber die erzeugte Rechteckschwingung zum Zweck der übertragung in eine Sinusschwingung umgewandelt werden muß, können durch das dazu erforderliche Filter Verzerrungen hervorgerufen werden, die ein fehlerloses Erkennen der übertragenen Daten nicht gewährleisten.

Es sind bereits Maßr.ahmen bekannt, durch die die im Modulator entstehenden Verzerrungen vermindert bzw. vermieden werden können.

Eine Maßnahme, besteht darin, daß beim Tasten von der einen auf die andere Frequenz eine Pause

709 708/135

eingelegt wird, in welcher der Schwingungskreis auf der einen Frequenz ausschwingen und nach seiner Veränderung auf der neuen Frequenz anschwingen kann. Die Amplitude der zu übertragenden Schwingung geht also während der Umtastung für eine gewisse Zeit auf Null zurück. Neben dem bei diesem Verfahren auftretenden Zeitverlust sind selbstverständlich umfangreiche zusätzliche Schaltungen erforderlich, die die einwandfreie übertragung gewährleisten.

Vielfache Anwendung finden weiterhin sogenannte zweistufige Modulatoren. Die Schwingfrequenzen der bekannten Modulatoren werden dabei wesentlich höher gewählt als die Grundschwingung der modulierenden Datenschwingung. Dadurch kann gewährleistet werden, daß die Verzerrungen durch Phasenfehler beim Umtasten ausreichend gering bleiben. Zusätzlich ist aber erforderlich, die hohen Frequenzen mittels eines dem Modulator nachgeschalteten Umsetzers in den gewünschten Ubertragungsbereich umzusetzen. Solche zweistufigen Modulatoren sind aber zweifellos sehr aufwendig, und man wird deshalb bestrebt sein, wenn möglich, einstufige Modulatoren zu verwenden.

Die prinzipiellen Bedingungen für verzerrungsfreie, asynchrone Frequenzumtastung bei Modulatoren mit frequenzbestimmendem Schwingkreis sind bekannt. Es muß gewährleistet sein, daß bei der Umtastung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises die Augenblickswerte von Schwingkreisstrom und Schwingkreisspannung vor und nach der Umtastung konstant sind. Außerdem muß die Bedingung erfüllt sein, daß das Verhältnis von Induktivität zu Kapazität des Schwingkreises, die ja bei der Umtastung verändert werden müssen, vor und nach der Umtastung konstant bleibt. .

Unter Einhaltung dieser Bedingungen wurden bereits Modulatoren gebaut, bei denen eine als Kapazität und eine als Induktivität benutzte Reaktanzröhre bzw. Reaktanztransistor parallel geschaltet werden und dann so moduliert wird, daß das Verhältnis von Induktivität konstant bleibt.

Neben dem erforderlichen verhältnismäßig großen Aufwand sind die bisher bekanntlich auftretenden Frequenzabweichungen sehr störend bzw. die Maßnahmen zu ihrer Vermeidung zusätzlich sehr aufwendig. Diese genannten Bedingungen werden auch von einer anderen, bereits bekannten Modulatorart erfüllt. Es handelt sich hierbei um einen Modulator zur asynchronen Frequenzumtastung, bestehend aus einem selbsterregten Oszillator mit einer für sämtliche Frequenzen gleichen Induktivität und einer mittels eines Schalters zuschaltbaren Kapazität. Mittels eines die Phase nicht drehenden Verstärkers, dessen Eingang hochohmig und dessen Ausgang niederohmig ist, wird die Entkopplung zwischen dem Schwingkreis und der gerade nicht frequenzbestimmenden Kapazität bewirkt.

Mit diesem Modulator können zwar unerwünschte Einschwingvorgänge bei der Frequenzumtastung vermieden werden, aber er erfordert in jedem Fall den verhältnismäßig aufwendigen Trennverstärker.

Das Ziel der Erfindung ist ein einstufiger Modulator, der bei geringem technischem Aufwand völlige Verzerrungsfreiheit gewährleistet.

Gemäß der Erfindung wird ein Modulator zur asynchronen Frequenzumtastung mit einem selbsterregten Oszillator, dessen Schwingkreis aus einem für sämtliche Frequenzen gleichen Element und einem für jede gewünschte Frequenz mittels eines Schalters zuschaltbaren, zum ersten dualen Element besteht, vorgeschlagen, derart, daß jedes gerade nicht zugeschaltete Element phasengleich mit dem jeweils zugeschalteten Element und mit der gegebenen, nach seiner Zuschaltung bei konstant gehaltener Schwingkreisenergie auftretenden Schwingungsamplitude durch magnetische Verkettung vorerregt wird.

ίο Diese Maßnahmen bewirken, daß die Bedingungen für die Verzerrungsfreiheit in einfacher Weise jederzeit eingehalten werden und somit die Umtastung zu jedem beliebigen Zeitpunkt vorgenommen werden kann.

Vorteilhafterweise wird der erfindungsgemäße Modulator so ausgeführt, daß zur Frequenzumtastung zwischen beispielsweise zwei Frequenzen der Schwingkreis aus einem Kondensator und jeweils einer zuschaltbaren, frequenzbestimmenden Induktivitat zusammengesetzt ist und daß der die jeweils zugeschaltete Induktivität durchfließende Schwingkreisstrom zur phasen- und amplitudenrichtigen Vorerregung der nicht zugeschalteten, die zweite Frequenz bestimmenden Induktivität dient.

Eine besondere, einfache Ausführungsform des erfindungsgemäßen Modulators ergibt sich ferner dadurch, daß als frequenzbestimmende Induktivität bei der einen Frequenz die Primärwicklung und bei der anderen Frequenz die Sekundärwicklung eines Transformators am Kondensator liegt und die jeweils nicht zugeschaltete Wicklung entsprechend dem Übersetzungsverhältnis vorerregt.

Weitere den erfindungsgemäßen Modulator betreffende Einzelheiten sind der an Hand der F i g. 1 bis 6 erfolgenden Beschreibung zu entnehmen. Es zeigt

F i g. 1 die bei der Datenübertragung mit Hilfe von Frequenzumtastung im wesentlichen auftretenden Kurvenformen,

F i g. 2 bis 5 Prinzipschaltbilder erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele und

F i g. 6 einen funktionsfähigen Modulator, entsprechend dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel.

An Hand der F i g. 1 werden die wesentlichen Vorgänge bei der Datenübertragung durch Frequenzumtastung, die Aufgabe des Modulators und die Bedingungen für verzerrungsfreies Arbeiten des Modulators darlegt. Die Kurve I zeigt eine die zu übertragenden Daten mit der Bitlänge τ,,, kennzeichnende Rechteckschwingung. Diese Rechteckschwingung wird einem Modulator zugeführt, so daß dieser entsprechend der Kurve II während der Dauer eines ein Bit darstellenden Impulses eine Sinusschwingung mit der Frequenz/i und während der Dauer einer Impulslücke eine Sinusschwingung mit der Frequenz^ erzeugt. Die Umtastung erfolgt also zum Zeitpunkt i₀. Die Frequenzen f_x und f₂ werden übertragen. Im Empfänger durchlaufen sie einen Begrenzer, um Störungen zu eleminieren. Vor dem Demodulator steht daher im Idealfall nur eine Rechteckschwingung entsprechend der Kurve III zur Verfügung. Der Demodulator wertet den Abstand der Nulldurchgänge als Kriterium für den Signalinhalt aus. Die Rechteckschwingung hat dementsprechend einen Abstand der Nulldurchgänge T₁ bei Vorliegen der Frequenz Z₁ und einem Abstand T₂ bei Vorliegen der Frequenz^. Während des Umschaltens zum Zeit-

punkt ί₀ tritt jedoch eine einmalige Zwischengröße mit dem Abstand r_z auf. Bei verzerrungsfreiem Arbeiten des Modulators liegt die Größe des Abstandes r₂ zwischen der Größe des Abstandes T₁ und T₂. Aus den Größen der Abstände der Nulldurchgänge kann der Demodulator den exakten Umschaltzeitpunkt f₀ rekonstruieren. Der Demodulator erzeugt demnach eine Rechteckschwingung entsprechend der das ursprüngliche Signal darstellenden Kurve I mit der Bitlänge T_n. Da der Umschaltzeitpunkt J₀ und die Nulldurchgänge der Schwingung mit der Frequenz^ und der Schwingung mit der Frequenz^ völlig asynchron zueinander liegen können, entstehen im Modulator selbstverständlich Ein- bzw. Ausschwingvorgänge und Phasensprünge. Das Auftreten eines solchen Phasensprunges ist in der Kurve II durch den punktierten Schwingungsverlauf aufgezeigt. Die Verschiebung des Nulldurchganges der Schwingung mit der Frequenz^ bewirkt im Demodulator das Auftreten einer einmaligen Zwischengröße τ'_ζ, die größer oder kleiner als die im Fall keines Phasensprunges gebildete Größe t_z ist. Demgemäß rekonstruiert der Demodulator aus der falschen Zwischengröße ί'_ζ des Abstandes der Nulldurchgänge eine falsche Bitlänge r'„„ die sich von der richtigen Bitlänge t„, um den Betrag Δ τ unterscheidet. Das Verhältnis Δτ\τ_η ist aber ein direktes Maß für die Datenverzerrung. Auch ein phasenrichtiges Umschalten führt zu Verzerrungen, wenn die Amplituden U₁ und U₂ der beiden übertragenen Sinusschwingungen nicht gleich sind. Amplitudensprünge lassen sich in äquivalente Phasensprünge umrechnen, da Einschwingvorgänge ablaufen müssen. Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Modulators ist dadurch gekennzeichnet, daß er, wie in der Kurve II durch den ausgezogenen Linienzug gezeigt, keine Phasensprünge hervorruft. Die beiden Schwingungen gehen zu jedem beliebigen Umschaltzeitpunkt ohne Ausgleichvorgänge ineinander über.

Die an sich bekannten Bedingungen für verzerrungsfreies Arbeiten eines Modulators zur Frequenzumtastung bestehen darin, daß im Umschaltzeitpunkt

(Phasenbedingung)

C₁ U₁ y C₂

ist und daß die Schwingkreisenergie vor, während und nach dem Umschalten konstant bleibt. Dabei bedeuten Z₁ und U₂ bzw. I₂ und U₂ die im Umschaltzeitpunkt auftretenden Augenblickswerte von Schwingkreisstrom und Schwingkreisspannung der aus den Induktivitäten und Kapazitäten L₁ und C₁ bzw. L₂ und C₂ gebildeten Schwingkreise. Die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele stellen Modulatoren dar, in denen ein solcher Schwingkreis verwendet wird, daß in jedem beliebigen Umschaltzeitpunkt beide Bedingungen ohne großen Aufwand gleichzeitig streng erfüllt sind und somit keine Datenverzerrungen erzeugt werden.

Der erfindungsgemäße Modulator nach F i g. 2 besteht aus einer im einzelnen nicht dargestellten, in bekannter Weise aufgebauten Rückkopplungsschaltung RS in Verbindung mit einem Parallelschwingkreis. Der Schwingkreis setzt sich zusammen aus einem Kondensator C, dem mittels eines Schalters S₁ in der einen Schaltstellung (1) die Induktivitat L₁ und in der anderen Schaltstellung (2) die Induktivität L₂ als frequenzbestimmendes Element parallel geschaltet wird. Gleichzeitig finden zwei Verstärker A₁ und A₂ Verwendung, deren Eingang höchohmig und deren Ausgang niederohmig ist. Die Induktivität L₁ liegt im Eingang des Verstärkers A₁, und die Induktivität L₂ liegt im Eingang des Verstärkers A₂. Außerdem ist in der Schalterstellung 1 der Ausgang des Verstärkers A₁ mit der Induktivität L₂ bzw. dem Eingang des Verstärkers A₂ und in der Schalterstellung 2 der Ausgang des Verstärkers A₂ mit der Induktivität L₁ bzw. dem Eingang des Verstärkers A₁ verbunden. Die eigentliche Frequenzumtastung erfolgt durch Betätigung des Schalters S₁, der im Rhythmus der die Daten darstellenden Rechteckschwingung umgeschaltet wird. In der Schalterstellung 1 schwingt der Oszillator mit der Frequenz^ und in der Schalterstellung 2 mit der Frequenz J₂. Die in einem frei schwingenden Kreis gespeicherte Energie ist

sofern u und i die Augenblickswerte und U und / die Spitzenwerte und Spannung und Strom sind.

Bei einem entsprechend F i g. 2 aufgebauten Modulator ergibt sich folgendes: Die Kreiskapazität C ist in beiden Schalterstellungen gleich. Sorgt man für entsprechende Kreisgüte und/oder Rückkopplungsbedingungen, dann ist, wie für ideale Frequenzumtastung gefordert, auch die Gleichheit der Spannungsamplituden U₁ = U₂ gewährleistet. Dementsprechend ist die Schwingkreisenergie für beide Frequenzen konstant, und im Umschaltpunkt gilt auch für die Augenblickswerte der Spannungsn U₁ = U₂. Die für verzerrungsfreie Frequenzumtastung geforderte Phasenbedingung läßt sich bei einem Schwingkreis nach F i g. 2 daher reduzieren: Z₁1/L₁ = I₂ 1/L₂ .

Solange sich der Schalter S₁ in der Schalterstellung 1 befindet, schwingt der Kreis mit der Frequenz^,

entsprechend Cu₁2 = . Wird umgeschaltet, dann schwingt der Kreis mit der Frequenz^, entsprechend ω₂ 2— -j—pr. Bezeichnet man das . Frequenzver-

^2 \<- . ry—

CU₁ Ί / ji-2

hältnis mit F, so ergibt sich F = ~~^~ ⁼ ι/χ~".

Spannungsverstärkung V₁ des Verstärkers A₁ ist gleich dem Frequenzverhältnis F gewählt. Infolge des großen Eingangswiderstandes und des niedrigen Ausgangswiderstandes des Verstärkers A₁ wird der Schwingungskreis nicht belastet, und der Verstärker gibt eine belastungsunabhängige starre Spannung ab. Während der Schwingkreis mit der Frequenz^ schwingt, wird demnach durch die Induktivität L₂ ein Wechselstrom geschickt, der phasengleich mit .dem Schwingkreisstrom durch L₁ ist. Die Amplitude dieses Stromes

U ■ γ
hat die Größe I₂₀ — —r—. Die Amplitude des

Schwingkreisstromes durch die Induktivität L₁ ist I₁ = f—, wenn der Schwingungskreis mit der

O)₁ · U₁

FrequenzJ₁ schwingt. Schwingt dagegen der Schwingungskreis mit der Frequenz^ (Schalterstellung 2), dann ist die Amplitude des Schwingkreisstromes

durch die Induktivität L₂ I₂ — f—· Aus diesen

² U)₂-L₂

Zusammenhängen ergibt sich, daß I₂₀ = I₂ ist. Da im Verstärker keine Phasendrehungen auftreten, gilt demnach auch für die Augenblickswerte i₂₀ = I₂. Damit sind nun beide Bedingungen für verzerrungsfreies Umschalten von der Frequenz^ auf die Fre-

7 8 j

quenz/ erfüllt. Man kann demnach zu jedem be- beispiels gemäß F i g. 2 mit dem Unterschied, daß liebigen Zeitpunkt umschalten und wird immer pha- die Spannungsverstärkung V₁ und V₂ der beiden i senrein von der Frequenz/! auf die Frequenz/₂ Verstärker A₁ und A₂ in F i g. 2 auf die beiden übergehen, da die Induktivität L₂ ständig phasen- Transformatoren T₁ und T₂ verlegt wurde. Hiermit richtig vorerregt wird, über den Verstärker A₁ ist 5 benötigt man im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 i ständig für die richtigen Anfangsbedingungen gesorgt, nur noch einen einzigen Verstärker mit der Spanso daß kein Einschwingvorgang stattfinden kann. nungsverstärkung V = 1. Es ergibt sich insbesondere Nach erfolgter Umschaltung schwingt der Kreis mit auch der Vorteil, daß der Schalter S₂ jetzt einseitig '^l der Frequenz J₂. Über den Verstärker A₂, dessen am »kalten Ende« liegt und daher einfacher als Eingangswiderstand wiederum sehr groß und dessen io elektrischer Schalter realisierbar ist. Ausgangswiderstand sehr klein ist, wird hierbei die In F i g. 4 ist ein erfindungsgemäßer Modulator vom Schwingkreis abgetrennte Induktivität L₁ vor- gezeigt, der unter Beibehaltung des Prinzips der erregt, so daß auch das Zurückschalten von der Ausführungsbeispiele nach F i g. 2 und 3 weitere I Frequenz/ auf die Frequenz/_x phasenrichtig zu Vereinfachungen aufweist. Der wesentliche Teil des jedem beliebigen Zeitpunkt erfolgen kann. Es ergibt 15 Modulators besteht wiederum aus einer Rückkoppsich in entsprechender Weise, daß der Verstärker A₂ lungsschaltung RS in Verbindung mit einem Parallel-

eine Spannungsverstärkung V₂ = ± aufweisen muß. schwingkreis der sich aus einer Kapazität C und j

^{F 6} & 2 ρ _aus ^_{6n mi}ttels des Schalters S₃ zuschaltbaren Induk- ;

In der Praxis wird man selbstverständlich den tivitäten L₁ und L₂ zusammensetzt. Diese beiden j

Schalter S₁ durch einen elektronischen Schalter er- 20 Induktivitäten werden durch die Primärwicklung ;

setzen. Dabei erweist sich in der Schaltung gemäß und die Sekundärwicklung eines Transformators T₃

F i g. 2 als nachteilig, daß alle Schalteranschlüsse gebildet. Bei der Erregung der Frequenz/ liegt ;

am »heißen Ende« liegen. Außerdem läßt sich, wie die Induktivität L₁ am Kondensator, während die j

das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 zeigt, der Sekundärwicklung des Transformators vorerregt wird. j

durch die Verwendung von zwei Verstärkern ge- 25 Nach der Umschaltung des Schalters S₃ in Schalt- j

gebene Aufwand vermindern. stellung 2 liegt die Induktivität L₂ am Kondensator C, ;

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das wiederum und gleichzeitig ist die Primärwicklung des Trans- ; aus einer Rückkopplungsschaltung RS in Verbin- formators erfindungsgemäß vorerregt. Daß auch bei dung mit einem Parallelschwingungskreis besteht. diesem Ausführungsbeispiel die Bedingungen für ver- ^! Der Schwingkreis ist gebildet aus der Kapazität C, 30 zerrungsfreies Arbeiten exakt eingehalten werden, ' der für jede Frequenz die erforderliche frequenz- zeigt sich durch einen Vergleich mit dem Ausführungsbestimmende Induktivität zugeschaltet wird. Als zu- beispiel in Fig. 3. Da die beiden Transformatoren T₁ : schaltbare. Induktivität L₁ und L₂ dient für die eine und T₂ in F i g. 3 völlig identisch sind, kann der zur Frequenz die Primärwicklung und für die andere Vorerregung der jeweils nicht zugeschalteten Induk- j Frequenz die. Sekundärwicklung zweier identischer 35 tivität dienende Transformator eingespart werden. Transformatoren T₁: und T₂. Bei Erregung der Fre- In der Schalterstellung !fließt durch die Induktivität L₁ ι quenz/ . liegt entsprechend der Schalterstellung 1 des Transformators T₁ exakt der gleiche Strom wie des Schalters S₂ die Primärwicklung des Transfor- durch die Induktivität L₁ des Transformators T₂. \ matörs T_x und über einen Verstärker A₃ mit hoch- Der durch die Induktivität L₁ des Transformators T₂ j ohmigem Eingang und niederohmigem Ausgang die 4° fließende Strom wird aber zur Vorerregung der \ Primärwicklung des Transformators T₂ parallel zur Sekundärwicklung des Transformators T₂ herange- | Kapazität Q. Bei Erregung der Frequenz/ entspre- zogen. Man kann demnach, wie in F i g. 4 gezeigt, ctiend der: Schalterstellung 2 liegt die Sekundär- die Primärwicklung des Transformators T₃ direkt zur j wicklung des Transformators T₂ und über den Ver- Schwingungserzeugung und zur Vorerregung der j stärker A4 die Sekundärwicklung des Transforma- 45 Sekundärwicklung verwenden. Dieselben Uberlegun- j tors T₁ parallel: zum Kondensator C. gen gelten bei Schalterstellung 2, also der Erregung ι ■Während die Induktivität L_r der Primärwicklung der Frequenz/. Man kann demnach, wie in Fig. 4 | des Transformators T₁ die Schwingfrequenz bestimmt, gezeigt, den Verstärker A₃ und einen der Transfor- j wird gleichzeitig über die Primärwicklung des Trans- matoren des in F i g. 3 dargestellten Ausführungs- j formators T₂ die Sekundärwicklung des Transforma- 5° beispiels einsparen. I tors T₂ vorerregt. Nach der Umschaltung bestimmt Es läßt sich nachweisen, daß die Bedingungen für j die Induktivität L₂ der Sekundärwicklung des Trans- verzerrungsfreies Arbeiten des erfindungsgemäßen i formators T₂ die Schwingfrequenz, und gleichzeitig Modulators auch bei Verwendung von verlustbehafwird über die Sekundärwicklung des Transformators T₁ teten Schwingkreisen hinreichend erfüllt sind. Man dessen Primärwicklung vorerregt. Die beiden iden- 55 kann in erster Näherung die Kapazität als verlustfrei tischen Transformatoren T₁ und T₂ sind durch ent- und nur die Induktivitäten, in erster Linie durch die sprechende Wickeltechnik so aufgebaut, daß die ohmschen Widerstände der Wicklungen bedingt, als Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung verlustbehaftet betrachten. Unter diesen Vorausso eng wie möglich ist. Das übersetzungsverhältnis Setzungen ergibt sich lediglich die Forderung, daß ist durch die Windungszahlen bestimmt und ergibt ^6o sich die ohmschen Widerstände der Wicklungen wie sich zu die Windungszahlen verhalten müssen.

W₁ ] ALT" Bei Einhaltung dieser Forderung ist gewährleistet,

~\y~ — y ~JT ■ daß die Güte des Schwingkreises und damit auch

die Rückkopplungsbedingungen für beide Frequenzen

Das übersetzungsverhältnis u entspricht demnach ⁶5 gleich sind.

dem reziproken Wert des Frequenzverhältnisses F. Das in F i g. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel ist Das Prinzip des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 3 mit dem in F i g. 4 gezeigten identisch mit der Ausentspricht demnach genau dem des Ausführungs- nähme, daß als Transformator ein Spartransforma-

u =

tor T₄ eingesetzt ist. Dieser Transformatortyp erweist sich für den erfindungsgemäßen Modulator als besonders vorteilhaft, da er sich einfach herstellen läßt und außerdem die bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines Transformators bestehende Forderung nach möglichst enger magnetischer Kopplung zwischen den beiden Wicklungen in einfacher Weise erfüllt.

In Fig. 6 ist das in Fig. 5 im Prinzip aufgezeigte Ausführungsbeispiel zu einem funktionsfähigen Modulator vervollständigt. Die Rückkopplungsschaltung wird durch den npn-Transistor Tr₃ in Verbindung mit den Widerständen R₄, R₅, R₆ und den Dioden D_x und D₂ gebildet. Die Schwingkreiskapazität C ist in C₁ und C₂ aufgeteilt, um nahe dem Schwingkreisfußpunkt eine Möglichkeit zum Einkoppeln der Rückkopplungsspannung zu erhalten. Die Siliziumdioden D₁ und D₂ dienen in bekannter Weise der Begrenzung, um die Rückkopplung und damit die Schwingkreisamplitude zu stabilisieren. Die Wicklung des Spartransformators T₄. bildet die der Schwingkreiskapazität für jede Schwingfrequenz zuschaltbaren Induktivitäten L₁ und L₂.

Der elektronische Schalter zur Frequenzumtastung besteht aus dem pnp-Transistor Tr_x und dem npn-Transistor Tr₂. Die in F i g. 1 in Kurve I dargestellte, die zu übertragenden Daten charakterisierende Rechteckschwingung wird dem Eingang E des Modulators zugeführt und liegt über die Widerstände R_x und R₂ gleichzeitig an den Basen der beiden Transistoren Tr_x und Ti₂. Die Amplituden der Rechteckschwingung sind so gewählt, daß bei negativer Polung der Transistor Tr_x in Sättigung leitend und der Transistor Tj₂ gesperrt ist. Damit liegt die Induktivität L₁ parallel zur Schwingkreiskapazität, und der aus Schwingkreis und Rückkopplungsschaltung gebildete Oszillator schwingt mit der Frequenz/], die am Kollektor des Transistors Tr₃ über den Widerstand R₃ und. die Kapazität C₃ an der Klemme A zur Verfügung steht. Während der Oszillator mit der Frequenz/ schwingt, wird gleichzeitig die Induktivität L₂ durch den Schwingkreisstrom erfindungsgemäß phasen- und amplitudenrichtig vorerregt. Beim übergang zur positiven Polung am Eingang E, also zum Umschaltzeitpunkt t₀, wird der Transistor Tr_x gesperrt und gleichzeitig der Transistor Tr₂ in Sättigung leitend. Damit liegt nur noch die Induktivität L₂ parallel zur Schwingkreiskapazität. Der Oszillator schwingt nunmehr mit der Frequenz/. Der übergang von der Frequenz/ auf die Frequenz/ erfolgt völlig störungsfrei. Während der Oszillator mit der Frequenz/ schwingt, wird durch den durch die Induktivität L₂ fließenden Schwingkreisstrom die Induktivität L₁ wiederum phasen- und amplitudenrichtig vorerregt, so daß auch beim Umschalten von der Schwingfrequenz von / auf/ keinerlei Verzerrungen entstehen.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Modulators haben das gemeinsame Merkmal, daß der Schwingkreis jeweils durch einen Kondensator und zuschaltbare Induktivitäten gebildet wird. Selbstverständlich kann bei analogem Vorgehen in entsprechender Weise ein Modulator aufgebaut werden, dessen Schwingkreis aus einer Induktivität und zuschaltbaren Kapazitäten gebildet wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Modulator zur asynchronen Frequenzumtastung mit einem selbsterregten Oszillator, dessen Schwingkreis aus einem für sämtliche Frequenzen gleichen Element und einem für jede gewünschte Frequenz mittels eines Schalters zuschaltbaren, zum ersten dualen Element besteht, dadurch gekennzeichnet, daß jedes gerade nicht zugeschaltete Element (L₁ bzw. L₂) phasengleich mit dem jeweils zugeschalteten Element (L₂ bzw. L₁) und mit der gegebenen, nach seiner Zuschaltung bei konstant gehaltener Schwingkreisenergie auftretenden Schwingungsamplitude durch magnetische Verkettung vorerregt wird.

2. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Frequenzumtastung zwischen beispielsweise zwei Frequenzen (f_x, f₂) der Schwingkreis aus einem Kondensator (C) und jeweils einer zuschaltbaren, frequenzbestimmenden Induktivität (L₁, L₂) zusammengesetzt ist und daß der die jeweils zugeschaltete Induktivität durchfließende Schwingkreisstrom zur phasen- und amplitudenrichtigen Vorerregung der nicht zugeschalteten, die zweite Frequenz bestimmenden Induktivität dient.

3. Modulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als frequenzbestimmende Induktivität bei der einen Frequenz (f_x) die Primärwicklung und bei der anderen Frequenz (f₂) die Sekundärwicklung eines Transformators (T₃ ¹) am Kondensator (C) liegt und die jeweils nicht zugeschaltete Wicklung entsprechend dem übersetzungsverhältnis vorerregt.

4. Modulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Transformators (T₃)'eng magnetisch gekoppelt sind.

5. Modulator, nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator als Spartransformator (T₄) ausgebildet ist.

6. Modulator nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmschen Widerstände der Wicklungen des Transformators den Windungszahlen proportional sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Electronics«, Vol. 35, Nr. 45 (9. November 1962), S. 58 und 59.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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