DE2706662C3

DE2706662C3 - FM-Modulator

Info

Publication number: DE2706662C3
Application number: DE2706662A
Authority: DE
Inventors: Hans Gerhard Dipl.-Ing. 7913 Senden Batz; Dietrich 7911 Unterelchingen Kubetzko
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-02-17
Filing date: 1977-02-17
Publication date: 1981-02-05
Also published as: DE2706662B2; DE2706662A1

Description

sich die relative Frequenzänderung und die relative Änderung der Kapazitätsänderung besagter Schwingkreiskapazität gegenläufig, d. h. mit entgegengesetzten Vorzeichen, ändern und daß das Verhältnis zwischen relativer Änderung der Kapazitätsänderung und relati- ~> ver Frequenzänderung dabei 3 :1 beträgt

Ein vorteilhaftes Ausfühmngsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert

Fig. 1 zeigt einen bekannten PLL-Frequenzmodula- in tor mit einem Quarzoszillator 1 der Frequenz /, und einer Regelschleife bestehend aus einem Phasendifferenzdetektor 2, einem Filter 3, das als Ausgangssignal eine Steuerspannung £/$, abgibt, einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO: Voltage Controlled Oscilla- tor) 4, dem eine Modulationssparinung Umou zuführbar ist, sowie einem Frequenzteiler 5 mit einstellbarem Teilerfaktor N. Die Trägerfrequenz /des spannungsgesteuerten Oszillators 4 ist über den Teilerfaktor N des Frequenzteilers 5 einstellbar, wobei gilt /=/,·//. Die Regelschleife hält den spannungsgesteuerten Oszillator 4 bei der eingestellten Trägerfrequenz f=f_q-N fest Der spannungsgesteuerte Oszillator 4 und der Quarzoszillator 1 sind dann phasenstarr miteinander verkoppelt Die Grenzfrequenz der Regelschleife wird so gewählt, >5 daß sie unterhalb des Modulationsfrequenzbandes liegt Zu diesem Zweck wird die Grenzfrequenz f_gr des Filters 3 sehr viel kleiner als die Modulationsfrequenzen fuai gewählt (fp<fM«0- Alle Störungen der Regelichleife, deren Frequenz außerhalb der Schleifenbandbreite liegt — und dazu zählt ja auch die Modulation —, können von der Schleife nicht mehr ausgeregelt werden und wirken sich somit voll auf die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 4 aus, weil die Regelschleife bezüglich dieser Störungen zu langsam ist Daraus folgt unmittelbar: Obersteigt die Frequenz der Modulationsspannung Uuod die Grenzfrequenz der Regelschleife, so wird diese unwirksam und die Trägerfrequenz / des spannungsgesteuerten Oszillators 4 wird dann von der Modulationsspannung UMod so moduliert, als ob keine Regelung vorgenommen würde. Die Regelschleife dient dann lediglich dazu, die mittlere Frequenz des Trägers konstant zu halten. Einschränkend gilt dabei, daß der Phasenhub am Phasendifferenzdektor 2 diesen nicht übersteuern darf, weil die Regelschleife sonst aus der Synchronisation fällt

F i g. 2 zeigt ein Beispiel für einen spannungsgesteuerten Oszillator 4 in Form eines mittels Kapazitätsdioden in der Frequenz steuerbaren LC-Oszillators. Der Oszillator weist einen Eingang 6 für die Modulationsspannung Uua) sowie einen Eingang 8 für die Steuerspannung Ust mit einem diesen beiden Eingängen gemeinsamen Masse-Eingang 7 sowie einen HF-Ausgang 9 mit dazugehörigem Masse-Ausgang 9' auf. Er besteht aus Kapazitäten C°°, C», Ci, Cj, G, ohmschen Widerständen Rt, R₁, Kapazitätsdioden Gi, G₂, Gj, einer Drossel Dr, Induktivität L, Diode D und einem Feldeffekttransistor F£T(ein Anschluß für die Batteriespannung ist mit + Ub bezeichnet). Die Frequenz des Oszillators läßt sich sowohl durch die Modulationsspan- go nung Umoö als auch durch die Steuerspannung Us, beeinflussen. Mittels der Steuerspannung Us, wird die Frequenz des Oszillators in einem vorgebbaren Bereich eingestellt Die Modulationsspannung LW dient der Modulation der iriifteis der Steuerspannung U_s< _bb gehaltenen Trägerfrequenz, wobei der Verstimmungsbereich der Modulationsapannung U_Mod gegenüber demjenigen der Steuerspannung Us, um mehrere Größenordnungen kleiner ist Die Einstellung der Trägerfrequenz f=f_q-N erfolgt mittels der Steuerspannung Us, über die Kapazitätsdioden G₂ und Gj. Die Modulation dieser Trägerfrequenz geschieht mittels der Modulationsspannung UMod über die Kapazitätsdiode G\. Der sich ergebende Frequenzhub H ist dem Kapazitätshub AQ der durch die Amplitude der Modulationsspannung UMod herbeigeführt wird, und der Trägerfrequenz /"proportional, wobei gilt:

»-Ϊ ·■£·'■

Hierbei ist Cdie wirksame Schwingkreiskapazität des Oszillators. Würde die Trägerfrequenz /unter Festhalten der wirksamen Schwingkreiskapazitäten C durch Variation der Schwingkreisinduktivität L geändert, so würde sich der Frequenzhub H gemäß Beziehung (1) proportional mit der Trägerfrequenz /ändern.

Beim kondereten Anwendungsfall wird die Trägerfrequenz allerdings durch Variation der ii-awingkreiskapazität Cgeändert Ausgehend von den Beziehungen

2 ~C~

η ' ^IC° r

Z. I,«

2 C₀ gilt dabei unter Berücksichtigung der Tatsache, daß

C =

C₀ =

und somit

H H₀

IC₀

/ο

wobei hier

H₀ der Frequenzhub, AC₀ die wirksame Kreiskapazitätsänderung und Co die wirksame Schwingkreiskapazität bei der

Trägerfrequenz /_o und ίο die mittlere Trägerfrequenz innerhalb des Durch-

stimmbereichs d?s Oszillators sindfai = 2π ■ Z₀Jl Gemäß Beziehung (2) gilt nun mit einer auf den Frequenzhub H₀ (bei der Trägerfrequenz /_OJ bezogenen Frsqu,-!)?hubänderung AH und der dazugehörigen, auf der Trägerfrequenz f_o bezogenen Änderung der Trägerfrequenz Af:

H₀+ \H _ J£ //„+ l/V IC₀ Λ /ο J

H₀

und somit

H_n Ί G₀ oder näherungsweise: IH IC

JZV

/o

ZV_

o/

H₀

IC₀

Jo

(3Ί

d. h. bei einer Änderung der Träeerfreauenz durch

Variation der Schwingkreiskapazität ändert sich der Frequenzhub überproportional mit der Trägerfrequenzänderung.

Der Erfindung liegt nun folgende Überlegung zugrunde:

Da der durch die Modulation bedingte Frequenzhub gemäß Beziehung (I) sowohl eine Funktion der

relativen Änderung ₍. der Schwingkreiskapazität als auch eine Funktion der Trägerfrequenz f ist, muß es möglich sein, die aus der Trägerfrequenzänderung resultierende Frequenzhubänderung durch eine entsprechende gegenläufige Änderung des Kapazitätshubes AC zu kompensieren. Dieses geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Gleichspannungs-Vorspannung der für die Modulation bestimmten Kapazitätsdiode (bzw. -dioden) in Abhängigkeit von der Trägerfrequenz so geändert wird, daß bei konstanter Amplitude der Modulationswechselspannung der Frequenzhub im gesamten Frequenzbereich der Trägerfrequenzen konstant bleibt. Da beim konkreten Anwendungsfall der zur Kompensation erforderliche Spannungsverlauf in Abhängigkeit von der Trägerfrequenz dem Spannungsverlauf der Steuerspannung Us, zur Steuerung der Trägerfrequenz ähnlich ist, wir die Kompensationsspannung zweckmäßigerweise mittels eines einfachen Widerstandsnetzwerkes unmittelbar aus der Steuerspannung Us, für den spannungsgesteuerten Oszillator 4 abgeleitet.

F i g. 3 zeigt einen durch ein derartiges Kompensationsnetzwerk 10 ergänzten PLL-Frequenzmodulator nach Fig. 1. Das Kompensationsnetzwerk 10 erzeugt aus der Steuerspannung Us, und der Modulationsspannung UMod eine modifizierte Modulationsspannung UniOd mit den geforderten Eigenschaften und führt diese dem Modulationseingang des spannungsgesteuerten Oszillators 4 zu (in F i g. 2 ist dieses der Eingang 6)

Fig.4 zeigt ein detailliertes Beispiel für den Aufbai eines solchen Kompensationsnetzwerkes 10. Die Modu lationsspannung Ut.,_ni und die Steuerspannung U< werden über eine Reihenschaltung aus einem ohmschei -. Widerstand R} und einer Kapazität C«> bzw. aus zwe ohmschen Widerständen R* und R·, einem Ausgang fü die modifizierte Modulationsspannung UmI<i zugeleitei Dabei ist der Anschluß zwischen den ohmschei Widerständen Ri, und Rs noch mit einem Anschlul

in zwischen zwei ohmschen Widerständen R₆ und R verbunden, wobei eine Batteriespannung +Ueüber dei Widerstand /?_f und eine Parallelschaltung aus den Widerstand Rj und einer Kapazität Cs an Masse geleg ist.

ι, Gemäß Beziehung (2) gilt bei einem konstanten, voi der Trägerfrequenz unabhängigen Frequenzhub:

//π IC₁, W ' "

.,. //..ν' ¹¹¹¹W-

Näherunpswcisc IaUi sich dafür schreiben:

r./ * "--ο ο

Definiert man die relative Änderung e der Kapazitäts änderung dCdurch die Beziehung AC — &C„(\ + ejts< erhält man daraus die Beziehung:

I/

/n

Der Beziehung (4) entnimmt man, daß der Frequenz hub dann konstant bleibt, wenn die prozentual Änderung der Kapazitätsänderung dreimal so groß um gegenläufig zur prozentualen Trägerfrequenzänderunj gewählt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Auf verschiedene Trägerfrequenzen umschaltbarer FM-Modulator mit konstantem Frequenzhub im gesamten Frequenzbereich bei konstanter Amplitude des Modulationssignals, der einen spannungsgesteuerten Oszillator mit spannungsabhängigen Schwingkreiskapazitäten enthält, dadurch gekennzeichnet, daß neben der an sich bekannten Phasensynchronisierung des spannungsgesteuerten Oszillators durch einen Quarzoszillator mit Hilfe einer Regelschleife, die einen einstellbaren Teiler enthält, zusätzlich die Gleichspannungs-Vorspannung der Schwingkreiskapazität in Abhängigkeit von der jeweils eingestellten Trägerfrequenz beeinflußt wird.

2. FM-Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungs-Vorspannung der besagten Schwingkreiskapazität (G\) mittels eines aktiven oder passiven Kompensationsnetzwerks (10) aus der Steuerspannung (UsO für die Phasen-Synchronisation des spannungsgesteuerten Oszillators (4) mit dem Quarzoszillator (1) abgeleitet ist (F ig. 2 und 3).

3. FM-Modulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsnetzwerk (10) je einen Eingang für die Modulationsspannung (UmoO, die Steuerspannung (Us₁), eine Batteriespannung (+ Ub) und die Masse sowie einen Ausgang für eine modifizkj-te Modulationsspannung (UuOd) und einen Masse-Ausgang aufweist, daß der Eingang für die Modulationsspannung (UMod) über eine Serienschaltung aus einem ersten, ohmschen Widerstand (R3) und einer Kapazität (CSo) u>id der Eingang für die Steuerspannung fLA^ über eine Reihenschaltung aus einem zweiten und dritten ohmschen Widerstand (Ri und Rs) mit dem Ausgang für die modifizierte Modulationsspannung (Uuod) verbunden sind, daß der Eingang für die Batteriespannung (+ Ub) über eine Serienschaltung aus einem vierten und fünften ohmschen Widerstand (Rt, und Ri) und der Eingang für die Masse direkt an den Masse-Aus· gang angeschlossen sind, daß der Anschluß zwischen dem zweiten und dritten ohmschen Widerstand (R* und A₅) direkt mit dem Anschluß zwischen dem vierten und fünften ohmschen Widerstand (R₆ und Rt) verbunden ist und beide Anschlüsse zusätzlich über eine weitere Kapazität (Q) an die Verbindung zwischen dem Eingang für die Masse und dem Masse-Ausgang angeschlossen sind und daß der Ausgang für die modifizierte Modulationsspannung (UmOo) mit einem Modulationseingang (6) des spannungsgesteuerten Oszillators (4) verbunden ist (F ig. 2 bis 4).

4. FM-Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungs-Vorspannung besagter Schwingkreiskapazität in der Weise in Abhängigkeit von der eingestellten Trägerfrequenz gewählt ist, daß sich die relative Frequenzänderung und die relative Änderung der Kapazitätsänderung besagter Schwingkreiskapazität gegenläufig ändern und daß das Verhältnis zwischen relativer Änderung der Kapazitätsänderung und relativer Frequenzänderung dabei 3 :1 beträgt.

FM-Modulator

Die Erfindung betrifft einen FM-Modulator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher FM-Modula tor ist bekannt aus der DE-PS12 65 238,

Aus der DE-AS 20 33 418 ist bekannt, bei einem FM-Modulator ein Korrekturglied einzufügen, welches die Frequenzanteile des Modulationssignais im Frequenzbereich zwischen 13,5 Hz und 2,1 kHz unabhängig

ι ο von der Trägerfrequenz dämpft

Die US-PS 38 82 412 beschreibt eine driftkompensierte Phasenregelschleife.

Aus der DE-OS 19 48 872 ist weiter bekannt, bei einem FM-Modulator die spannungsabhängige ächwingkreiskapazität mit einer Gleichspannungs-Vorspannung zu beaufschlagen, um damit die durch die Nichtlinearitätder Kennlinie der Schwingkreiskapazität bedingten Verzerrungen zu vermeiden. Aus den drei letztgenannten Schriften ist jedoch keine Maßnahme entnehmbar, den Frequenzhub eines

FM-Modulators trägerfrequenzunabhängig zu machen.

Es ist auch bereits bekannt, den Frequenzhub eines

FM-Modulators dadurch trägerfrequenzunabhängig zu

machen, daß die Amplitude der Modulationswechsel spannung in Abhängigkeit von der Trägerfrequenz geeignet geändert wird, was jedoch verhältnismäßig aufwendig und somitt/nwirtschaftlich ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen FM-Modulator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1

jo mit geringerem Aj-fwand zu erstellen und mit den Vorteilen einer Phasenregelschleife zu verbinden. Die Erfindung ist im Anspruch 1 beschrieben.

Eine bevorzugte Ausgestaltungsform ist dadurch gegeben, daß die Gleichspannungs-Vorspannung der besagten Schwingkreiskapazität mittels eines aktiven oder passiven Kompensationsnetzwerks aus der Steuerspannung für die Phasen-Synchronisation des spannungsgesteuerten Oszillators mit dem Quarzoszillator ableitbar ist

Bei einem vorteilhaft einfachen passiven Kompensationsnetzwerk dieser Art ist vorgesehen, daß es je einen Eingang für die Modulationsspannung UMod, die Steuerspannung Us,, eine Batteriespannung + Ub und die Masse sowie einen Ausgang für eine modifizierte Modulationsspannung U_Mod und einen Masse-Ausgang aufweist, daß der Eingang für die Modulationsspannung UMod über eine Serienschaltung aus einem ersten ohmschen Widerstand und einer Kapazität und der Eingang für die Steuerspannung Ust über eine Reihen schaltung aus einem zweiten und dritten ohmschen Widerstand mit dem Ausgang für die modifizierte Modulationsspannung UmOo verbunden sind, daß der Eingang für die Batteriespannung +Ub über eine Serienschaltung aus einem vierten und fünften ohm sehen Widerstand und der Eingang für die Masse direkt an den Masse-Ausgang angeschlossen sind, daß der Anschluß zwischen dem zweiten und dritten ohmschen Widerstand direkt mit dem Anschluß zwischen dem vierten und fünften ohmschen Widerstand verbunden ist

ag und beide Anschlüsse zusätzlich über eine weitere Kapazität an die Verbindung zwischen dem Eingang für die Masse und dem Masse-Ausgang angeschlossen sind und daß der Ausgang für die modifizierte Modulationsspannung UMod mit einem Modulationseingang des spannungsgesteuerten Oszillators verbunden ist.

Die Gleichspannungs-Vorspannung besagter Schwingkreiskapazität wird in der Weise in Abhängigkeit von der eingestellten Trägerfrequenz gewählt daß