NL7906239A

NL7906239A - Werkwijze en stelsel voor het regelen van het nuttig effekt van een bron van met impulsen gemoduleerde sig- nalen of straling.

Info

Publication number: NL7906239A
Application number: NL7906239A
Authority: NL
Original assignee: Cselt Centro Studi Lab Telecom
Priority date: 1978-08-16
Filing date: 1979-08-16
Publication date: 1980-02-19
Also published as: FR2433789B1; DE2932990C2; ATA543779A; AU4965479A; BE878251A; NO792668L; NL177165B; AU529353B2; FR2433789A1; AT376082B; BR7904996A; ZA794063B; DE2932990A1; DK335779A; ES481942A1; IT7868910A0; US4319203A; GB2028572A; CA1124329A; SE7906782L

Description

^ «

Octrooibureau Lux

Lx 5533 Drs. J.H. Mommaerts '* ^

Aanvrager : CSIiLT - Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni

S.p.A., te Torino, IT

Titel : Werkwijze en stelsel voor het regelen van het nuttig effekt van een bron van met impulsen gemoduleerde signalen of straling.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een stelsel voor het automatisch verkrijgen van een signaal, dat evenredig is met het topvermogen van een impulsmodulatiesignaal voor het besturen van de bron van dit gemoduleerde signaal in een met grote 5 snelheid werkend digitaal overdrachtsstelsel.

Het is bekend, dat een volledige besturing van het nuttig effekt van een bron van elektromagnetische golven (radiogolven, mi-krogolven, lichtstraling e.d.) en van toestellen, die voor het verwerken van dergelijke signalen worden gebruikt, met het gemiddelde 10 vermogen en met het topvermogen evenredige signalen vereist. Wanneer dergelijke signalen in een terugkoppellus worden gevoerd, kunnen deze worden gebruikt om de instelling van versterkers of andere de bron besturende onderdelen (bijvoorbeeld vermogensversterkers, lopende golfbuizen, gestimuleerde stralingsbronnen e.d.) te besturen.

15 Onder het nuttig effekt van een bron of versterker zal hier worden verstaan het vermogens- en vormgedrag van de geleverde impulsen, als ook de verhouding tussen het minimale en het maximale vermogen in de beide impulstoestanden onder verschillende temperatuur-omstandigheden en bij een geleidelijk verloop van de eigenschappen 20 van het stelsel. Het is daarbij van belang over eenvoudige en nochtans nauwkeurige werkwijzen te beschikken, waarmede de vereiste stuursignalen van het impulsmodulatiesignaal kunnen worden afgeleid.

Het verkrijgen van een signaal, dat evenredig is met het gemiddelde vermogen, is niet zeer moeilijk. Een dergelijk signaal kan 25 bijvoorbeeld worden verkregen door de modulatie-omhullende van het uitgangssignaal van het te besturen toestel te integreren, en daarbij een geschikte keus van de integratieconstante te maken.

Ketens voor het vaststellen van het topvermogen zijn daarentegen veel ingewikkelder, daar voor het besturen van het topvermo-30 gen een klein gedeelte van het gemoduleerde signaal moet worden afgenomen, dat dan in een snel werkende omhullende-detector wordt onderzocht. Wegens het geringe vermogen is het nodig het signaal eerst te versterken met behulp van een versterker, waarvan het gedrag wat be- 7906239 É t Γ - 2 - treft bandbreedte en ruis van dezelfde aard is als dat van de in-gangstrap van de signaalontvanger* Dit betekent, dat een van de gevoeligste onderdelen moet worden verdubbeld, in het bijzonder wanneer de overdrachtssnelheid groot is. Dit leidt tot bijkomende kosten en 5 ingewikkelde ketens.

Deze nadelen worden door de uitvinding vermeden, waarbij gebruik wordt gemaakt van een eigenschap van naar nul terugkerende impulssignalen, waaruit gegevens ten aanzien van het topvermogen van het te besturen toestel kunnen worden afgeleid.

10 De uitvinding verschaft een werkwijze voor het automatisch door negatieve terugkoppeling besturen van een toestëL, dat aan de uitgang een signaal of elektromagnetische straling kan leveren, welk signaal of welke straling is gemoduleerd met impulsen, die in willekeurige reeksen van even waarschijnlijke en statistisch onafhankelij-15 ke golfvormen met terugkeer naar de nulwaarde zijn gerangschikt, waarbij een deel van het signaal of de straling van het te besturen toestel wordt afgenomen en gedemoduleerd om een omhullingssignaal te verkrijgen, waarop een selectieve filtering bij de impulsherhalings-frekwentie en een demodulatie en integratie worden uitgevoerd om een 20 met het topvermogen van het signaal of van de straling overeenkomend signaal te verkrijgen, waarbij tijdens deze bewerkingen versterking in een of meer trappen plaatsvindt, teneinde dit met het topvermogen evenredige signaal bruikbaar te maken voor het in negatieve terugkoppeling besturen van het te besturen toestel.

25 De uitvinding heeft verder betrekking op een besturingske- ten voor het uitvoeren van deze werkwijze.

De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld, waarvan een bloksche-ma in de tekening is weergegeven.

30 Het beschouwde uitvoeringsvoorbeeld omvat het besturen van een gestimuleerde halfgeleiderstralingsbron of halfgeleiderlaser, zoals veel wordt gebruikt voor signaaloverdracht door een stralingsge-leidervezel.

Een halfgeleiderlaser wordt meestal gevoed met een elek-35 trische stroom, die bestaat uit een instelgelijkstroom en een daarbij gevoegde veranderlijke raodulatiestroom. Wanneer het over te dragen bericht bestaat uit een reeks gegevens of gecodeerde spraaksignalen, heeft de modulatiestroom een verloop in de tijd in de vorm van tweewaardige impulsen, waarbij de ene waarde met 0, en de andere met 1 7906239 « - 3 - wordt aangegeven.

Het maximale peil van de modulatiestroom wordt bepaald door rekening te houden met zowel de opgegeven werking van de laser bij maximale uitstraling of met de hoedanigheid van de uitgezonden 5 signalen met betrekking tot de ruis en andere factoren van het stelsel. De instelgelijkstroom wordt daarentegen zodanig gekozen, dat een geschikt werkpunt bij afwezigheid van de modulatiestroom wordt verkregen.

De kenmerkende kromme, die het verband tussen het stra-10 lingsvermogen en de voedingsstroom weergeeft, bestaat in eerste benadering uit een nagenoeg horizontaal gedeelte, dat door de oorsprong loopt, waarop een ander schuin ten opzichte van de horizontale as verlopend gedeelte aansluit. Links van het overgangspunt tussen beide gedeelten werkt de halfgeleider als een gebruikelijke stralings-15 diode, terwijl rechts van deze overgang het lasereffekt plaatsvindt, en het stralingsvermogen snel met de stroom toeneemt. De met het overgangspunt overeenkomende stroomsterkte wordt gewoonlijk de drempel-stroom van de laser genoemd.

Onder praktische omstandigheden is het gunstig, wanneer het 20 werkpunt van de halfgeleider juist boven de drempelwaarde wordt gehouden, zodat een instelgelijkstroom moet worden gebruikt, die iets groter is dan de drempelstroomsterkte. Onder deze omstandigheden levert de laser betere uitkomsten wat betreft de doofverhouding, d.w.z. de verhouding tussen het minimale en het maximale vermogen in de bei-25 de impulstoestanden, bij hoge aandrijffrekwenties, zonder aanleiding te geven tot vervorming, die optreedt, wanneer het werkpunt beneden de drempelwaarde wordt gekozen.

Tengevolge van temperatuurveranderingen en/of geleidelijke achteruitgang van het halfgeleidermateriaal, ondergaat de kenmerken-30 de kromme van de halfgeleider zowel een verschuiving evenwijdig aan de stroomas als een draaiing van het hellende gedeelte. Dit komt neer op een verschuiving van de drempelwaarde, en op een verandering van het nuttig effekt van de laser, hetgeen een aanmerkelijke invloed op zowel de vorm als de energie van de stralingsimpulsen en op de 35 uitdoofverhouding van het signaal zal hebben. Om deze bezwaren zoveel mogelijk te beperken, wordt de amplitude van de instel- en modulatiestroom van de laser niet op een vaste waarde gehouden, doch wordt deze voortdurend met behulp van een automatisch besturingsstelsel bijgesteld, welk stelsel door verwerking van het door de laser uitgezon- 7906239 1 «* - k - den signaal de bekrachtigingsstroora ervan door negatieve terugkoppeling bestuurt. Door gebruik te maken van een signaal, dat evenredig is met het gemiddelde vermogen van de straling, kan het verlopen van de drempelwaarde worden tegengegaan, terwijl door het gebruik van 5 een met het topvermogen van de straling evenredig signaal het nuttig effekt van de stralingsvoortbrenging vast kan worden gehouden.

Het afgebeelde blokschema omvat een normale halfgeleider-laser LA met een ingang voor de bekrachtigingsstroom (die bestaat uit de som van de instelstroom en van de modulatiestroom), die over een 10 verbinding 5 wordt toegevoerd, terwijl aan de uitgang straling verschijnt, die door een golvende lijn 6 is voorgesteld. Het grootste gedeelte van deze straling treedt door een gedeeltelijk doorlatende spiegel BS, en bereikt het uiteinde van een stralingsgeleidervezel FO, die het overdrachtskanaal vormt. Een klein gedeelte van de stra-15 ling wordt door BS teruggekaatst, zoals bij 7 is voorgesteld, en bereikt een voor straling gevoelig onderdeel FR. Het vermogen van de teruggekaatste straling dient uiteraard slechts een gering gedeelte te zijn van het totale stralingsvermogen, daar deze straling voor de overdracht verloren gaat, zodat het besturingsstelsel, dat deze stra-20 ling gebruikt voor het verkrijgen van geschikte terugkoppelsignalen, zeer gevoelig moet zijn. Met de uitgang van FR is een verbinding 9 verbonden, waarop een elektrisch'signaal verschijnt, dat met de modulatie -omhullende van de door de laser uitgezonden straling overeenkomt, welk signaal wordt gebruikt om enerzijds op de gebruikelijke 25 wijze de instelstroom, en anderzijds op een bijzondere wijze de aan-drijfstroom van de lager te besturen, zoals nog nader zal worden toegelicht.

Het door FR geleverde signaal wordt enerzijds naar een laagdoorlatend filter BP1 gevoerd, aan de uitgang 15 waarvan een 30 spanning verschijnt, die met de gemiddelde waarde van het uitgezonden stralingsvermogen overeenkomt. Deze spanning wordt in een versterker AM1 met goede gevoeligheid en een gering verloop (bijvoorbeeld een aftastversterker) versterkt, waarna de versterkte stroom wordt gebruikt voor het besturen van een door middel van een verbin-35 ding 1*t daarmede verbonden keten BI, die de instelstroom kan leveren. Deze stroom wordt door middel van een verbinding 4- naar een opteller A gevoerd, en vandaar naar de laser LA, waarbij deze stroom het werkpunt van de laser instelt, en wel juist boven de drempelstroomwaarde. Bij een verloop van de drempelwaarde, bijvoorbeeld door temperatuur- 790 62 39 - 5 - * schommelingen en/of de geleidelijke achteruitgang van de halfgeleider, verandert ook de gemiddelde waarde van het uitgestraalde vermogen, waarvan een gedeelte door FE wordt opgevangen, in BP1 wordt geïntegreerd, door AM1 wordt versterkt, en tenslotte door middel van 5 BI weer wordt teruggekoppeld, en wel zodanig, dat de geleverde stroom zodanig wordt versterkt of verzwakt, dat het werkpunt van de laser weer naar de oorspronkelijke toestand wordt teruggebracht.

Om het topvermogen van het optische signaal te meten wordt gebruik gemaakt van een spectrale eigenschap van golfvormen met terug-10 keer naar nul. Het door de laser voortgebrachte signaal heeft een lijnenspectrum, waarvan een lijn samenvalt met de impulsherhalings-frekwentie, terwijl de amplitude ervan recht evenredig is met het topvermogen van het stralingssignaal. Het is dan ook voldoende de amplitude van de met de impulsherhalingsfrekwentie overeenkomende 15 frekwentie te meten om verder alle gegevens ten aanzien van het topvermogen te kunnen afleiden. Het voordeel is, dat de vereiste versterking nu kan plaatsvinden bij een welbepaalde frekwentie, zonder de noodzaak van toepassing van bredeband- of andere bijzondere versterkers, die bij grote overdrachtssnelheden kostbaar zijn en tot in-20 stelmoeilijkheden aanleiding geven.

Om te lange reeksen van nulwaarden te vermijden, kan een gangbare mengtrap worden gebruikt, die de van de bron afkomstige signalen op een geschikte wijze kan bewerken, welke trap ook met het oog op andere eisen van het stelsel vereist is.

25 Het door FE geleverde signaal op de verbinding 9 wordt ver der naar een selectieve versterker BPF gezonden, waarvan de midden-frekwentie samenvalt met de impulsherhalingsfrekwentie. De selectiviteit van dit filter behoeft niet groot te zijn, daar de taak ervan in hoofdzaak een geringe filterwerking is, teneinde overbelastings-30 schade bij de volgende ketens te vermijden, welke ketens de vereiste frekwentie van naburige frekwenties kunnen scheiden.

Het bij 10 aan de uitgang van BPF verkregen signaal wordt naar een coherente demodulator CD gezonden. Een van een niet nader aangeduide rechthoekgolfbron afkomstig signaal wordt bij 20 aan een 35 tweede ingang van CD toegevoerd. Dit laatste signaal werkt als een kloksignaal voor de bron van modulatie-impulsen. Aan de uitgang van CD zijn enige signalen aanwezig, en wel een signaal met een frekwentie, die gelijk is aan het verschil tussen de ingangsfrekwenties, een signaal met een frekwentie, die gelijk is aan de som van de in- 790 62 39 * * β - 6 - gangsfrekwenti.es, en nog andere signalen, die een gevolg zijn van lineaire combinaties van harmonischen van hogere orde. Onder al deze signalen is een gelijkstroomsignaal aanwezig, dat gemakkelijk van de andere kan worden gescheiden. Dit signaal is een gevolg van die sig-5 nalen aan de ingang van CD, die dezelfde frekwentie hebben, d.w.z. het tijdsignaal aan de ingang 20 en die frekwentie in het ingangssignaal, die met de impulsherhalingsfrekwentie overeenkomt.

Door nu het voornoemde signaal uit het bij 11 verkregen uitgangssignaal van CD te filteren met behulp van een laagdoorlatend 10 filter BP2, wordt een gelijkstroomsignaal verkregen, dat evenredig is met de amplitude van die spectrumlijn, waarvan de frekwentie overeenkomt met de herhalingsfrekwentie, zodat dit signaal ook evenredig zal zijn met het topvermogen van het stralingssignaal. Het door BP2 geleverde gelijkstroomsignaal bereikt over een verbinding 12 een ver-15 sterker AM2 met een goede gevoeligheid en een gering verloop, in welke versterker het signaal op het voor het besturen vereiste peil wordt gebracht. Dit signaal wordt over een verbinding 2 naar een trap DB gevoerd, die een aandrijfketen vormt, d.w.z. een keten,'waarin de aan een ingang 1 ervan toegevoerde gegevensstroom kan worden 20 omgezet in een impulsstroom aan de uitgang 3· Deze stroom heeft een sterkte en duur, die aan de eisen van de lafer zijn aangepast.

De sterkte van de door DB geleverde impulsstroom wordt automatisch geregeld in overeenstemming met het gelijkstroomsignaal aan de ingang 2, en wel zodanig, dat het topvermogen van de door de 25 laser uitgezonden stralingsimpulsen vast blijft, ongeacht van de temperatuur afhankelijke en/of door veroudering veroorzaakte veranderingen. De door DB afgegeven impulsen drijven de laser LA niet rechtstreeks aan, doch worden eerst bij de van BI afkomstige instelstroom gevoegd door middel van de opteller A. De bekrachtigingsstroom van 30 de laser, die door de voornoemde somstroom wordt gevormd, verschijnt aan de uitgang van A, en wordt over de verbinding 5 naar LA gevoerd.

Het zal duidelijk zijn, dat in het voorgaande slechts een niet beperkend voorbeeld van de uitvinding is beschreven, en dat binnen de omvang van de uitvinding nog vele wijzigingen daarin kunnen 35 worden aangebracht. Zo kan het besturingsstelsel niet alleen op een halfgeleiderlaser, doch ook op andere bronnen van elektromagnetische golven of elke andere hoogfrekwentversterker worden toegepast, waarvan het topvermogen (en eventueel ook het gemiddelde vermogen) moet worden bestuurd, mits de te verwerken gegevens aan de voornoemde 790 62 39 \ - 7 - t eisen voldoen. Hetzelfde beginsel kan ook worden toegepast bij gebruik van een omhullingsdetector inplaats van een coherente demodulator, mits een voldoende signaalpeil aan de ingang daarvan aanwezig is.

7906239

Claims

1. Werkwijze voor het door negatieve terugkoppeling automatisch besturen van een bron van signalen of elektromagnetische straling met modulatie door impulsen, die in reeksen van even waarschijnlijke en statistisch onafhankelijke golfvormen met terugkeer naar de 5 nulwaarden zijn gerangschikt, met het kenmerk, dat een deel van het signaal of van de straling van het te besturen toestel wordt afgenomen en gedemoduleerd, teneinde een omhullingssignaal te verkrijgen, waarop een selectieve filtering bij de impulsherhalingsfrekwen-tie, alsmede een demodulatie en integratie wordt uitgevoerd, tenein-10 de een signaal te verkrijgen, dat evenredig is met het topvermogen van het door het te besturen toestel geleverde signaal of straling, tijdens welke bewerkingen een versterking in een of meer trappen wordt uitgevoerd, teneinde het verkregen signaal voor het in negatieve terugkoppeling besturen van het te besturen toestel geschikt 15 te maken·

2. Stelsel voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, gekenmerkt door een middel (BS) voor het uit het door het te besturen toestel (LA) geleverde signaal of straling afleiden van een deel daarvan, en het voor het zenden daarvan naar een daarvoor 20 gevoelig onderdeel (FR), die een elektrisch signaal kan leveren, dat met de modulatie-omhullende van het voornoemde uitgangssignaal of straling overeenkomt, door een bandfilter (BPF) voor dit elektrische signaal, waarvan de middenfrekwentie met de impulsherhalingsfrekwen-tie van het uitgangssignaal of de uitgangsstraling overeenkomt, door 25 een met dit filter verbonden demodulator (CD) met een uitgangssignaal, dat evenredig is met het topvermogen, door een met deze demodulator verbonden laagdoorlatend filter (BP2), door een daarmede verbonden tweede versterker (AM2), en door een door deze versterker bestuurde aandrijfketen (DR), waaraan tevens de over te dragen gegevens 30 worden toegevoerd, terwijl de uitgang ervan met het te besturen toestel (LA) is verbonden, zonodig onder tussenschakeling van een optellen (A) waaraan tevens een instelsignaal kan worden toegevoerd*

3· Stelsel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het te besturen toestel (LA) een halfgeleiderlaser is, die elektromagne-35 tische straling kan voortbrengen, en dat het afleidingsmiddel (BS) een gedeeltelijk doorlatende spiegel is, die een deel van de straling naar een voor deze straling gevoelig onderdeel (FR) kan richten. k· Stelsel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het 790 62 39 - 9 - te besturen toestel (LA) een bron van hoogfrekwente elektrische signalen is, en dat het afleidingsmiddel (BS) een capacitieve, inductieve of resistieve koppeling is.

5· Stelsel volgens een van de conclusies 2..^, met het ken-5 merk, dat de demodulator (CD) een coherente demodulator is, die het inkomende signaal kan demoduleren door zwevingen met een periodiek signaal, waarvan de frekwentie gelijk is aan de impulsherhalingsfre-kwentie.

6. Stelsel volgens een van de conclusies 2··^, met het ken-10 merk, dat de demodulator (CD) een omhullingsdetector is.

7· Stelsel volgens een van de conclusies 2..6, met het kenmerk, dat het bandfilter (BPF) een selectieve versterker is. 7905239 * 1/1 1 ^ Α ς r BS Λ FO —2 -4 W^7 FR -1. -- 14 IS “"9 BI H AMI BP1 C-1 * —9 -— Yl - n 10 - AM2 -*i- BP2 -*i- CD BPF «- - -1 —— - — 20. o 790 6 2 39