DE3242480C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines hochfrequenten phasenmodulierten Signals, bestehend aus einer Phasenregelschleife mit einem spannungs­ gesteuerten Oszillator und einem Phasendiskriminator, auf dessen einen Eingang das Ausgangssignal des spannungsgesteuer­ ten Oszillators zurückgeführt und an dessen anderem Eingang ein Phasenmodulator angeschlossen ist, der das Signal einer Referenzsignalquelle in Abhängikeit von einem Modulationssi­ gnal in seiner Phase moduliert.

Ein derartiger Phasenmodulator mit einer Phasenregelschleife ist aus der DE 28 01 525 A1 bekannt.

Bei der Erzeugung hochfrequenter phasenmodulierter Signale großer Leistung erweist sich eine solche indirekte Phasen­ modulation mit Hilfe einer Phasenregelschleife als vorteil­ haft, da mit einer geringen Steuerleistung eine große Oszil­ latorleistung verlustarm gesteuert werden kann.

Zwischen der Phase des Eingangssignals und der Phase des Aus­ gangssignals einer Phasenregelschleife besteht ein linearer Zusammenhang, solange nur der angestrebte Phasenhub im linea­ ren Kennlinienbereich des Phasendiskriminators der Phasenregel­ schleife bleibt. Der lineare, monotone Kennlinienbereich eines Phasendiskriminators überdeckt einen Winkelbereich von maximal 2 , häufig jedoch auch nur einen Bereich von π, wie z. B. bei üblicherweise verwendeten Ringmodulatoren. Die ausnutzbaren monotonen Winkelbereiche zwischen π/2 und -π/2 zweier typi­ scher Kennlinien zeigen die Fig. 1a und 1b. Außerhalb der Gren­ zen π/2 und -π/2 sind die Kennlinien, welche die Abhängigkeit des Ausgangssignals XD von der Phasendifferenz Δ ϕ der beiden Eingangssignale des Phasendiskriminators darstellen, mehrdeutig. Infolgedessen können herkömmliche Phasenregelanordnungen nur im Eindeutigkeitsbereich fehlerfrei arbeiten, andernfalls tre­ ten Phasensprünge im Oszillatorausgangssignal auf.

Um trotz des engen monotonen, eindeutigen Winkelbereichs größere Phasenhübe zu realisieren und dabei im Eindeutigkeitsbe­ reich zu bleiben, werden gemäß der DE 28 01 525 A1 beide dem Phasendiskriminator zugeführten Signale, also das Ausgangs­ signal des spannungsgesteuerten Oszillators und das Signal der Bezugssignalquelle, in ihrer Frequenz heruntergeteilt. Um das gleiche Verhältnis wie die Frequenzen teilt sich dadurch auch der Phasenhub. Mit einem genügend großen Teilerfaktor kann man somit prinzipiell stets den Betrieb im monotonen Kennlinienbe­ reich des Vergleichers sicherstellen.

Mit dieser Maßnahme ist jedoch ein Rückgang der ausnutzbaren Bandbreite und damit auch der größtmöglichen Modulationsfre­ quenz verbunden, einerseits wegen der unvermeidlichen Signal­ laufzeit über die Teilerschaltungen und andererseits wegen ei­ nes Tiefpaßfilters, das zwischen den Phasendiskriminator und den spannungsgesteuerten Oszillator geschaltet werden muß, um höherfrequentere Signalanteile vom spannungsgesteuerten Oszillator fernzuhalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungs­ anordnung zum Erzeugen eines hochfrequenten phasenmodulierten Signals der eingangs genannten Art anzugeben mit sowohl großem Phasenhub als auch einer sehr hohen Modulationsfrequenz.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unter­ ansprüchen hervor.

Aus der Druckschrift DE 25 40 497 A1 ist es an sich bekannt, bei einer Winkelmodulationsanordnung zur Erzielung eines großen Modulationsindexes, dem spannungsgeregelten Oszillator über einen Addierer sowohl das Modulationssignal als auch ein weiteres Signal zuzuführen, das aus einem Phasenvergleich des Oszillatorausgangs­ signals mit einem Bezugsoszillatorsignal hervorgegangen ist.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll nun die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1a, b zwei unterschiedliche Phasendiskriminatorkennlinien,

Fig. 2 eine Phasenmodulatorschaltung nach der Erfindung,

Fig. 3 ein RC-Glied als Differenzierer und

Fig. 4 eine Schaltung zur Ableitung der Amplitudensprünge eines wertdiskreten Modulationssignals,

Fig. 5 ein die Funktionsweise der Schaltung nach Fig. 4 erläuterndes Impulsdiagramm.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung zur Erzeugung eines phasen­ modulierten Signals enthält eine Phasenregelschleife, bestehend aus einem Phasendiskriminator PD, einem Tiefpaß TP, der bei einer sehr schnellen Regelschaltung auch entfallen kann, und einem spannungsgesteuerten Oszillator VCO. Das Ausgangssignal XA des spannungsgesteuerten Oszillators ist an einen der beiden Eingänge des Phasendiskriminators zurückge­ führt. An den anderen Eingang gelangt ein phasenmoduliertes Signal XIMOD. Dieses Signal wird in einem Phasenmodulator PM erzeugt, der das Signal einer Referenzsignalquelle XI in Ab­ hängigkeit von einem Modulationssignal XMOD in seiner Phase moduliert.

Sehr großen Phasensprüngen des modulierten Signals XIMOD würde der Phasenregelkreis allein nur sehr träge folgen. Deshalb ist noch eine zusätzliche Steuerung vorgesehen, die den spannungs­ gesteuerten Oszillator VCO ohne große Verzögerung etwa in die Nähe der Sollphasenlage zieht. Die Phasenregelschleife sorgt schließlich für eine Feinnachführung des spannungsgesteuerten Oszillators in die exakte Sollphasenlage.

Das zusätzliche Steuersignal für den spannungsgesteuerten Os­ zillator VCO wird aus dem Modulationssginal XMOD abgeleitet. Und zwar gewinnt eine Schaltung D aus dem Modulationssignal XMOD ein Signal XVCO 2, das den Amplitudenänderungen des Modu­ lationssignals, die bei der Modulation entsprechende Phasen­ änderungen hervorrufen, proportional ist.

Zusammen mit dem Steuersignal XVCO 2 wird das Ausgangssignal XVCO 1 des Tiefpaßfilters TP, oder wenn dieses fehlt, das Ausgangssignal XD des Phasendiskriminators PD auf einen Summierer SUM gegeben. Das aus der Addition der beiden Signale XVCO 1 und XVCO 2 hervorgehende Signal XVCO stellt das Ein­ gangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators VCO dar.

Die einfachste Schaltung zum Gewinnen eines den Amplituden­ änderungen des Modulationssginals XMOD proportionalen Signals XVCO 2 ist ein Differenzierer in Form eines RC-Gliedes, wie es die Fig. 3 zeigt.

Man kann die oben beschriebene Schaltungsanordnung auch als Phasenumtast (PSK)-Modulator betreiben. Das Modulationssignal XMOD ist dann ein wertdiskretes Signal, dessen einzelnen Amp­ litudenstufen je ein bestimmter Phasenzustand zugeordnet ist. Der Schaltblock D hat hier die Aufgabe, ein Signal XVCO 2 zu erzeugen, das zu jedem Zeitpunkt, in dem ein Übergang von einer Amplitudenstufe zur nächsten erfolgt, einen Impuls aufweist. Der Impuls soll in Abhängigkeit der Amplitudenstufenhöhe so polarisiert und/oder gewichtet sein, daß der spannungsgesteuer­ te Oszillator in die gewünschte Richtung und um den gewünschten Betrag phasenmäßig nachgestimmt wird. Die Impulsbreite ist so zu wählen, daß der Oszillator möglichst schnell und fehlerfrei auf die Sollphasenlage einschwingt.

Für z. B. eine zweiwertige Phasenumtastung mit den Phasenzu­ ständen +π und -π ist in Fig. 4 eine Schaltung D angegeben, die die obengenannten Voraussetzungen erfüllt. Diese Schal­ tung besteht aus einem Exklusiv-Oder-Gatter EXOR, an dessen einem Eingang das Modulationssignal XMOD direkt und an dessen anderem Eingang es über ein Verzögerungsglied VZ geführt ist. Ein Verstärker V besorgt eine gewünschte Wichtung des Gatter- Ausgangssignals XDIF.

Das Impulsdiagramm in Fig. 5 macht die Bildung des Signals XDIF durch die oben angeführte Schaltung deutlich. Das Modulations­ signal XMOD besitzt entsprechend den zwei möglichen Phasenzu­ ständen +π und -π zwei Amplitudenstufen. XMOD′ ist das um eine Zeit τ verzögerte Modulationssignal. Aus den beiden zeitlich gegeneinander verschobenen Signalen XMOD und XMOD′ erzeugt das Exklusiv-Oder-Gatter das Signal XDIF, welches immer dort einen Impuls aufweist, wo das Modulationssignal von einer Amplituden­ stufe in die nächste übergeht. Sämtliche Impulse besitzen die gleiche Polarität und Wichtung, da bei den Phasenzuständen +π und -π der Betrag, um den der spannungsgesteuerte Oszillator auf seine Sollphase nachgezogen wird, immer gleich und die Richtung der Nachstimmung egal ist auf Grund der Periodizität der Diskri­ minatorkennlinie (siehe Fig. 1a, 1b).

Es ist vorteilhaft, wenn die Phasenregelschleife nicht in der Hochfrequenzlage, sondern im Zwischenfrequenzbereich betrieben wird. Dazu ist, wie in Fig. 2 angedeutet, in den Rückführungs­ zweig vom spannungsgesteuerten Oszillator VCO auf den Phasen­ diskriminator PD ein Umsetzer UMS eingefügt.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines hochfrequenten phasenmodulierten Signals, bestehend aus einer Phasenregelschleife mit einem spannungsgesteuerten Oszillator und einem Phasendiskriminator, auf dessen einen Eingang das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators zurückgeführt und an dessen anderem Eingang ein Phasenmodulator angeschlossen ist, der das Signal einer Referenzsignalquelle in Abhängigkeit von einem Modulationssignal in seiner Phase moduliert, dadurch gekennzeichnet, daß dem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) ein Summierer (SUM) vorgeschaltet ist, der zum Ausgangssignal (XD) des Phasendiskriminators (PD) ein Signal (XVCO 2) addiert, welches proportional zu der Amplitudenänderung des Modulationssignals (XMOD) ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Differenzierer (D) aus dem Modulationssignal (XMOD) das zu dessen Amplitudenänderungen proportionale Signal (XVCO 2) ableitet.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Differenzierer ein RC-Glied ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß bei einem wertdiskreten Modulationssignal (XMOD) für zwei Phasenzustände die Schaltung zur Ableitung der den Phasenübergängen entsprechenden Amplitudensprünge des Modulationssignals aus einem Exklusiv-Oder-Gatter (EXOR) besteht, dem das Modulationssignal (XMOD) an einem Ein­ gang direkt und am anderen Eingang über ein Verzögerungs­ glied (VZ) zugeführt ist.