單邊帶調製方法，單邊帶調製器及無線電發射機的製作方法

2023-11-03 15:00:57

專利名稱:單邊帶調製方法，單邊帶調製器及無線電發射機的製作方法
本發明涉及一種單邊帶調製方法，在該方法中使用一個待調製輸入信號(N)m分解出相移360°/m的信號分量(X，y)，其中m為≥2整數。本發明也涉及一個單邊帶調製器及一個具有單邊帶調製器的無線電發射機。
本發明的權利要求
前序部分涉及到這樣一種現有技術即如一本德國書籍「高頻技術手冊」的1323-1325頁中所描述的技術，(該書作者是H·MeinK及F·W·Gundlach，SPringer出版社，1968年柏林、海德堡、紐約發行)。書中描述了一種用於載波振蕩高頻區段及寬低頻帶的、按勒納漢(Lenehan)方式工作的一個單邊帶調製器，其中採用了用於兩個頻率區段的相分量，它們形成了相移為90°的分量信號。這些分量信號輸送給兩個環形調製器，它們各自調節三個終端放大管。這種方式的缺點在於需要使用三個放大管，且工作在它們的線性區域，即A類或B類工作方式。
本發明用如在權利要求
1，6，10及11中所確定的技術特徵來解決發明任務即給出一種單邊帶調製方法，一種單邊帶調製器及一種具有單邊帶調製的無線電發射機，這樣僅使用一個發射管就能讓單邊帶發射機工作在較大的功率上。
本發明的一個優點在於該發射管無需工作在它的線性工作範圍，而是可以在C類工作方式下進行任意的調節，因而具有較高的陽極效率。其優點還在於在需要時，可利用本發明的單邊帶調製器對調幅的無線電發射機進行改裝是很容易的，並且能改成單邊帶技術的發射機。
利用具有脈衝多級調製的一個調製開關放大器就能使一個無線電發射機達到較高的調製效率，並且得到一個改善了的單邊帶調製總效率。因為這種調製開關放大器具有比相應的調製管小得多的損耗，故得到發射機較高的總效率。這種調製開關放大器較高的電路費用將通過小的電流損耗很快的得到補償。這種調製開關放大器具有小的佔空位置及低的工作費用，因為無需花費備用管的費用。由於在一個無線電發射機中減少了大功率元件及損耗性部件的數目，除了高效率外還保證了高的有效利用率，低的維修費用及出色的維修方便性。
根據本發明的一種有利結構形式可以作到單邊帶信號與一個載波信號一起發射出去。
另外，對於有關的現有技術，還可以參考一家瑞士公司的雜誌「布朗-博韋裡通報」1984年第5期202-205頁，其中介紹了公知的一種600千瓦中波發射機，在它的末級中僅採用了一個HF-(高頻)大功率四極管以及採用了具有脈衝多級調製的一個全晶管化的調製開關放大器，在雙邊帶技術中作到了高的調製效率及高的發射機總效率。由該HF-末級上直接構成由LF-(低頻)信號與高頻載波產生的、對於調幅調製所必要的乘積。其中高頻載波以衡定的幅值輸送到該HF-末級的柵極上。這個受調到的NF-信號控制一個俗稱為脈衝發生器的裝置，也即一個帶有脈衝多級調製的調製開關放大器或一個相當於發射功率的大型數模轉換器，該數模轉換器能產生與瞬時發射功率相應的陽極電壓。
在下面將根據本發明實施例進行說明。其實施例的附圖為圖1一個單邊帶調製器;
圖2具有一個根據圖1的、數字形式表示的單邊帶調製器的無線電發射機的簡化原理圖;
圖3具有一個根據圖1的、模擬形式的單邊帶調製器的無線電發射機的簡化原理圖。
在圖1上，標號1表示一個單邊帶調製器，標號2表示用於一個待調製的LF-信號或一個輸入信號N(t)的第一輸入端，其輸入信號N(t)與時間t有關，4為一個加法元件，在該元件的第二輸入端上輸入一個剩餘載波信號R1。
在加法元件4的輸出端上聯接了一個分相器或分相變壓器5的輸入端，該分相器將一個輸入信號分解成多個分量信號，這些分量信號彼此間具有固定的相位關係。在該例中為了清楚起見將輸入信號N分解成不包含剩餘載波信號R1的、具有90°相移的兩個分量信號X(t)＝n(t)·Sinφ(t)及y(t)＝n(t)·cosφ(t)，它們的和與原始信號N(t)相當。在式中n(t)為X(t)的幅值，而φ(t)為X(t)的相位角。分相變壓器(Hilbert變壓器)在1979年第19期的「電子設計」雜誌第90-94頁中，及在1982年第7/8期第36卷的「電子及傳輸技術文集」的304-310頁中均有所介紹。
這個分量信號X輸入到加法元件6的一個輸入端，而分量信號y輸入到另一個加法元件7的一個輸入端。加法元件6的另一個輸入端輸入剩餘載波信號R2，而加法元件7的另一個輸入端輸入一個剩餘載波信號R3。這些剩餘載波信號R1，R2及R3均為衡定量。當剩餘載波信號R1藉助於加法元件4輸給LF-輸入信號N(t)時，則加法元件6及7就變成多餘的。另一方面如果剩餘載波信號R2僅藉助於加法元件6輸送給一個分量信號、如X時，則可以去掉加法元件4及必要時也可去掉加法元件7就夠用了。
該加法元件6的輸出端上輸出一個和信號X(t)＝X(t)+R2，並將其輸送給一個幅值計算器8的第一輸入端。而加法元件7在輸出端上輸出一個和信號Y(t)＝y(t)+R3，並將其輸送給幅值計算器8的第三輸入端上。在幅值計算器8中將X(t)及Y(t)這兩個輸入信號分別作平方運算，再將這兩個平方值相加並將該平方和開方，因此就在該幅值計算器8的輸出端9上，同時也即在單邊帶調製器1的輸出端上產生了一個調製幅值信號Z(t)=X2(t)+Y2(t)]]>以供使用，這個信號中不具有相位成分。
這個和信號X又在一方面與一個循環開關16的開關觸頭13直接相聯，而另一方面通過一個反相器10與循環開關16的開關觸頭15相聯接，觸頭15相對於觸頭13位移180°。
和信號Y一方面與循環開關16的開關觸頭12直接相聯，另一方面又通過一個反相器11與循環開關16的開關觸頭14相聯接。該觸頭14相對於觸頭12位移180°，而觸頭12相對於觸頭13位移90°。
在圖上利用一個箭頭P指示的觸頭13與該循環開關16的輸出端16′的開關聯接在利用下邊帶時，將順時針方向轉動，即該輸出端16′將依次與開關觸頭12，15，14，13，12等聯接。在利用上邊帶時，這種開關的聯接將反時針方向轉動，依次經過14，15，12等。該旋轉的頻率等於節拍頻率fT，其值為100KHz，相當於具有載波頻率f1＝25KHz的載波信號電路頻率的4倍。該循環的開關16是一個電子開關並無轉動的部件。假設沒有引入任何剩餘載波信號R1或R2或R3，利用這個旋轉頻率在輸出端16′就能得到一個掃描信號n(ti)·cos(ωti±φ(ti))，在式中「+」號適用於上邊帶，「-」號適用於下邊帶。
如果假設R1＝0，R2≠0，R3＝0對於其上邊帶及開關觸頭12……14來說，有12n(t1)·cosφ(t1)+0＝n(t1)·cosφ(t1)+R2·Sin(ωt1)，13n(t2)·Sinφ(t2)+R2＝n(t2)·Sinφ(t2)+R2·Sin(ωt2)，14-n(t3)·cosφ(t3)+0＝-n(t3)·cosφ(t3)+R2·Sin(ωt3)，15-n(t4)·Sinφ(t4)-R2＝-n(t4)·Sinφ(t4)+R2·Sin(ωt4)＝n(ti)·cos(ωti+φ(ti))+R2·Sin(ωti)上述方程中如果依次地用值0，π/2，π及3π/2代入到ωti，則方程就一目了然了。
在循環開關16輸出端的掃描信號輸入到一個求商電路或除法器17中，作為被除數，而調製幅度信號Z(t)由幅度計算器8的輸出端輸入來作為除數。在該除法器17的輸出端就得到了一個商信號，這個信號僅與相位有關而與幅值無關，它等於cos(ωti±φ(ti))。
該通過循環開關16並出現在除法器17輸出端上有時間離散性的輸出信號輸入到一個帶通濾波器18中，在它的輸出端上就得到一個可供使用的連續性的調製相位信號19，其中一些不希望要的寄生振蕩波就被帶通濾波器18濾去。該帶通濾波器的頻率設計在75KHz，即相對於50KHz(載波信號頻率25KHz的尼奎斯特頻率)的鏡象頻率。
重要的是該單邊帶調製器由一個低頻信號構成了一個瞬時的高頻相位信號及一個瞬時幅度值信號，這樣，這兩個信號的乘積就得出了一個單邊帶的調製了的信號。該乘積信號的構成是在高頻末級上完成的，由此可使用對於調幅調製所公知的方法(陽極調製，柵極調製，陰極接地電路，柵極接地電路)。該調製器能夠按照模擬量的或數位技術形成裝置，也可以同時使用模擬量技術與數位技術混合的方式。
圖2所示為在一個大功率無線電發射機中應用該單邊帶調製器，在圖上僅描繪了與單邊帶調製器聯接的主要部件。標號20表示一個模數轉換器，使用100KHz的節拍頻率發出脈衝。LF信號N經過輸入端2傳送給該模數轉換器20，它的輸出端與一個數位技術構成的單邊帶調製器1的輸入端相聯接，這個單邊帶調製器1相當於圖1上的那個調製器。在分相變壓器5的輸出端上每10μs提供一個新的數據對。因為全部的計算需在掃描周期10μs中完成，其精確度要達到12比特，所以利用微處理機作為這些數字組件。
在圖3所示的大功率無線電發射機的實施例中，單邊帶調製器1是用模擬電路技術實施的。該單邊帶調製器1的輸入端信號N及輸出端信號均為模擬電壓量。在單邊帶調製器1後面利用一個模數轉換器20來產生用於數模轉換器21所需的數位化的量，該數模轉換器21是作為具有脈衝多級調製電路放大器而實施的。
調製幅值信號Z也可以不加到HF-末級管的陽極23上，而加到它的另一個柵極、如簾柵極上，從而輸入該末級管中。調製相位信號19也可不加到HF-末級管的控制柵極上，而加在它的陽極上形成控制聯接。帶通波波器也可不組裝在單邊帶調製器1中，而組裝在頻率轉換器25中。最後在單邊帶調製器1中的除法器17也可省去。
由此用於相位調製的掃描信號將具有一個幅值成分。
附圖標號對照表1.單邊帶調製器2.一個LF-信號或待調製的輸入信號N的輸入端3.用於剩餘載波信號R1的輸入端4，6，7.加法元件5.Hibert變壓器，分相器8.幅值計算器9.8的輸出端10，11.反相器12-15.16的開關觸頭16.循環開關16′.16的輸出端17.求商電路，除法器18.帶通濾波器19.調製相位信號20.模數轉換器21.數模轉換器，開關放大器22.HF-濾波器23.26的陽極25.頻率轉換器26.HF-末級管，四極管f1載波頻率f2發射頻率fT節拍頻率
N 輸入端信號P 箭頭R1，R2，R3.剩餘載波信號X，y.相位移的分量信號XY.6及7的和信號Z.調製幅值信號ω載波的電路頻率
權利要求
1.單邊帶調製方法a)利用該方法由一個待調製的輸入信號(N)m分解成相位移為360°/m的分量信號(X，y)，其中m≥2，為整數，其特徵在於b)這些相位移為360°/m的分量信號(X，y)按矢量方法相加得到一個和矢量，並接著求得該和矢量的模數，該模數即表示調製幅值信號(Z)，c)所有這些m個相位移為360°/m的分量信號被一個節拍頻率(fT)循環掃描，該節拍頻率為載波頻率(f1)的整數倍，用此方法得出一個掃描信號(16′)，它用於相位調製。
2.根據權利要求
1的單邊帶調製方法，其特徵在於a)該掃描信號(16′)被調製幅值信號(Z)相除後得到一個商信號，b)特別是，該商信號經過帶通濾波後，該信號即可作為相位調製使用的調製相位信號(19)以供應用。
3.根據權利要求
1或2的單邊帶調製方法，其特徵在於a)對於待調製的輸入信號(N)，或b)至少對於彼此相位移為360°/m的分量信號(X，y)中的一個，引入一個衡定的剩餘載波信號(R1，R2，R3)。
4.根據權利要求
1至3中一個權利要求
的單邊帶調製方法，其特徵在於其中m＝2並且節拍頻率(fT)等於載波頻率(ω)的4倍。
5.根據權利要求
1至4中一個權利要求
的單邊帶調製方法，其特徵在於待調製的輸入信號(N)被載波頻率(f1)整數倍的頻率掃描。
6.單邊帶調製器，a)利用一個分相器(5)將一個待調製的輸入信號(N)分解成彼此固定相移(360°/m)的多個分量信號(X，y)，其中m≥2為整數，其特徵在於b)具有一個幅值計算器(8)，它根據這些分量信號(X，y)在其輸出端產生一個調製幅值信號(Z)，c)設有一個循環開關(16)，它具有一個等於載波頻率(f1)整數倍的節拍頻率，該開關在輸出端上與分相器(5)的輸出端(X，y)形成了有效聯接，並且在輸出端上得到一個可掃描信號(16′)，該信號(16′)可用於相位調製。
7.根據權利要求
6的單邊帶調製器，其特徵在於a)在循環開關(16)後面設置了一個除法器17，它用來使掃描信號(16′)除以調製幅值信號(Z)，並得到商信號，該商信號可用於相位調製，b)特別是設置了一個帶通濾波器(18)，其輸入端與循環開關(16)的輸出端相聯接，而在其輸出端上形成了一個調製相位信號(19)。
8.根據權利要求
6或7中的一個權利要求
的單邊帶調製器，其特徵在於a)該分相器是一個分相變壓器(Hilbert變壓器(5)，b)該循環開關(16)的節拍頻率(fT)等於載波頻率(f1)的4倍。
9.根據權利要求
6至8中一個權利要求
的單邊帶調製器，其特徵在於該分相器(5)是a)在它的輸入端上經過一個加法元件(4)一方面與待調製信號(N)相聯接，另一方面與一個剩餘載波信號相聯接，或者該分相器(5)是b)在它的輸出端上經過至少一個加法元件(6，7)與幅值計算器(8)相聯接，該加法元件(6，7)至少是為一個分量信號(X，y)用的，在它的輸入端上輸入一個剩餘載波信號(R2，R3)及一個分量信號(X，y)。
10.根據權利要求
6至9中一個權利要求
的具有單邊帶調製器(1)的無線電發射機，其特徵在於a)該單邊帶調製器(1)是數字電路結構，b)該單邊帶調製器(1)經過一個模數轉換器(20)與待調製的輸入信號(N)聯接，該模數轉換器(20)使用與載波頻率(f1)整數倍頻率的節拍脈衝，c)單邊帶調製器的調製幅值信號(Z)通過一個數模轉換器(21)，d)一個後置聯接的高頻濾波器(22)，e)與末級管(26)，特別是與無線電發射機的末級管的陽極相聯接，f)用於相位調製用的輸出信號或單邊帶調製器(1)的調製相位信號(19)在需要時，通過一個頻率轉換器(25)與末級管(26)的一個控制柵極相聯接，g)特別是，該數模轉換器(21)是一個具有多級可接通及關斷的開關級的開關放大器。
11.根據權利要求
6至9中一個權利要求
的具有單邊帶調製器(1)的無線電發射機，其特徵在於a)該單邊帶調製器(1)的調製幅值信號(Z)經過一個模數轉換器(20)，b)又經過一過設置在後面的數模轉換器(21)及c)一個後置聯接的HF-濾波器(22)d)與一個末級管(26)，特別是和無線電發射機的末級管的陽極相聯接，e)特別是，該數模轉換器(21)是一個具有多級可接通與關斷的開關級的開關放大器。
專利摘要
為使單邊帶發射機在僅使用一個發射管時有高的功率，使用了一單邊帶調製器，它由一待調製的LF-信號產生出一與相位無關的調製幅值信號，再經過一數模轉換器及一HF-濾波器到一HF-末級管的陽極進行幅值調製。調製器還輸出一完全與幅值無關的調製相位信號，再經一頻率變換器傳送給HF-末級管的控制極。單邊帶調製器的輸入端有一分相變壓器將待調製的輸入信號分解成兩個相位移90°的分量信號，單邊帶調製器的輸出端還有一幅度計算器，一循環開關及一帶通濾波器和除法器。
文檔編號H03C1/00GK86100908SQ86100908
公開日1986年8月20日 申請日期1986年2月14日
發明者馬克斯·高斯博士 申請人:布朗-波維裡公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan