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Frequenzdemodulator
Die Erfindung betrifft einen Frequenzdemodulator, der allgemein zum Messen der Wiederholungsfre- quenz einer Schwingung verwendet werden kann. Er eignet sich besonders zur Demodulation der Modula- tionsschwingung der Unterträgerwelle eines FM-MultipIexsignals und wird in dieser Anwendung erläutert.
Das Multiplexsignal kann einen Unterträger von 50 kHz umfassen, der mit einer Modulationsschwin- gung frequenzmoduliert ist. Der Hauptträger. z. B. 100 MHz, ist sowohl mit dem Unterträger wie mit einer Hauptmodulationsschwingung frequenzmoduliert. Es werden somit im selben Kanal euf gemeinsa- mem Träger zwei Modulationsschwingungen übertragen. Im Empfänger werden durch Demodulation die Hauptmodulationsschwingung und der Unterträger zuruckgewonnen und voneinander getrennt, wonach durch Demodulation des Unterträgers die von demselben getragene Modulationsschwingung gewonnen wird.
Die Modulationsinhalte können verschiedene Programme darstellen oder verschiedene Teile eines stereophonischen Programms.
In einem integrierenden Demodulator herkömmlicher Art erfolgt eine Verstärkung und danach eine Begrenzung und eine Differenzierung derEingangsschwingung. Danach werden entweder die positiven oder die negativen differenzierten Impulse integriert und hiedurch eine tonfrequenzte Schwingung gewonnen, deren Amplitude die Wiederholungsfrequenz der Impulse und somit den Modulationsinhalt wiedergibt. Diese Amplitude wird selbstverständlich vom Flächen-oder Energieinhalt der differenzierten Impulse abhängig.
Der Versuch, die Ausgangsstärke der Tonfrequenzschwingung durch Erhöhung der Zeitkonstante des Differenzierkreises zu erhöhen, um dadurch differenzierte Impulse längerer Dauer und grösserer Mittelampli- tude zu erzeugen, führt zu einer Herabsetzung der Linearität des Detektors, weil bei hohen Frequenzen die differenzierten Impulse nicht genug Zeit zur Verfügung haben, um auf den Nullwert abzusinken, bis der nächste differenzierte Impuls einsetzt. Der Energieinhalt der Impulse soll daher möglichst konstant gehalten werden.
Nach der Erfindung ergibt sich ein grösserer Flächeninhalt der zu integrierenden Impulse, ohne dass hiemit eine verschlechterte Linearität des Demodulators verbunden wäre. Die Ausgangsleistung wird somit ohne Qualitätseinbusse erhöht.
Die Erfindung setzt voraus, dass die genannte Differenzierung mittels eines Differenzierkreises erfolgt, der einen Kondensator und einen Widerstand enthält zur Erzeugung einer Reihe Impulse aus der zugeführten amplitudenbegrenzten Schwingung, wobei diese Impulse einem Integrierkreis zur Gewinnung der Modulationsschwingung zugeführt werden. Gemäss der Erfindung enthält der Differenzierkreis ausserdem eine Spule, die so bemessen ist, dass jeder einzelne Impuls einen verlangsamten Abfall im Anfangsteil und einen schnelleren Abfall im Endteil des Nullrückganges erhält. Geeigneterweise enthält der Differenzierkreis auch eine Diode zum Unterdrücken der Impulse einer Polarität und zum Durchlassen der Impulse der entgegengesetzten Polarität durch den Differenzierkreis.
In der Zeichnung zeigen Fig. 1 einen Empfänger mit nach der Erfindung ausgebildetemFrequenzde- modulator und die Fig. 2a und 2b Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise.
In Fig. 1 ist mit 10 ein an eine Antenne 11 angeschlossener FM-Empfänger bezeichnet. der in üblicher Weise mit Hochfrequenzverstärker, Überlagererstufe, Zwischenfrequenzverstärker, Demodulator, Tonfrequenzverstärker und Lautsprecher 12 ausgerüstet ist. Die genannten Teile dienen zur Übertragung
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und Wiedergabe des Modulationsinhaltes des Hauptträgers.
Der Empfänger 10 umfasst ferner einen Unterträgerkanal mit Pufferverstärker 13, Bandpass 14, Unter- trägerverstärker 15, Begrenzer 16, Demodulator 17, Tonfrequenzverstärker 18 und Lautsprecher 19. Ausser dem Demodulator 17 sind diese Teile üblicher Ausführung. Der Pufferverstärker 13 dient zur Entkopplung des verhältnismässig niedrigen Widerstandes des Bandpasses 14 vom hohen Widerstand des Demodulators der
Einheit 10. DerPufferverstärker 13 sollte mit niedriger Verzerrung arbeiten, da Obertöne der Hauptmodu- lationsschwingung in den Frequenzbereich des Unterträgers fallen und dadurch ein Übersprechen verur- sachen können. Der Bandpass 14 überträgt den moduliertenUnterträger und trägt zur Unterdrückung der Hauptmodulationsschwingung bei.
Der Detektor 17 umfasst einen Differenzierkreis 20 mit einer Spule zur Erzeugung einer Reihe von
Impulsen aus der amplitudenbegrenzten Schwingung, die vom Begrenzer 16 zum Eingang des Demodu- lators gelangt. Dieser Kreis 20 kann auch einen Kondensator 22 und einen Widerstand 23 umfassen. Eine Diode 24 dient zur Gleichrichtung der differenzierten Impulse. Die Einrichtung zur Gewinnung der Modulationsschwingung umfasst einen Integrierkreis 25 mit einem Widerstand 26 und einem Kondensator 27.
Wenn die Spule 21 und die Diode 24 nicht vorhanden wären, würde der Differenzierkreis 20 auf her- kömmlicheArt eine Reihe positiver und negativer differenzierter Impulse nach der Kurve A der Fig. 2a erzeugen. Die Einschaltung der Spule 21 nach Fig. l führt einen verlangsamten Abfall im Anfangsteil und einen schnelleren Abfall im Endteil des. Nullrückganges herbei, und durch passende Bemessung der Spule 21, des Kondensators 22 und des Widerstandes 23 kann eine Kurve nach B in Fig. 2a erhalten werden. Der Endteil des Nullrückganges dieser Impulse ist schneller, weil sie einen Nulldurchgang aufweisen, während in herkömmlicher Weise erzeugte differenzierte Impulse sich asymptotisch dem Nullwert nähern.
Die Hinzufügung der Diode 24 zur Schaltung bewirkt eine Gleichrichtung der differenzierten Impulse.
Bei der in Fig. l dargestellten Polarität werden die positiven Impulsteile durch dieDiode 24 kurzgeschlossen. Die Diode bewirkt auch eine Dämpfung, wodurch die mit den negativen Impulsteilen verbundenen positiven Schwingungen unterdrückt werden. Diese in Fig. 2a gezeigten negativen Schwingungen entstehen somit nicht in der nach Fig. l ausgebildeten Schaltung. Der Mittelwert der durch die Diode nicht unterdrückten negativen Impulse entspricht dem Modulationsinhalt. Dieser Mittelwert wird durch den Integrierkreis 25 gewonnen, in dem die tonfrequente Schwingung über den Kondensator 27 entsteht. Die Amplitude dieser Schwingung gibt die Wiederholungsfrequenz der Impulse und somit den Modulationsinhalt wieder.
Der schnellere Abfall im Endteil des Nullrückganges fürht zu einer Verbesserung der Linearität, wie nachstehend an Hand der Fig. 2a und 2b erläutert wird. Die in Fig. 2b gezeigten differenzierten Impulse A entsprechen einer höheren Wiederholungsfrequenz als die Impulse der Fig. 2a und können daher nicht mit guter Annäherung den Nullwert erreichen, ehe der nächste differenzierte Impuls einsetzt. Des weiteren entsteht eine Herabsetzung der Totalamplitude der differenzierten Impulse von Spitze zu Spitze gemessen nach Fig. 2b. Beide diese Erscheinungen setzen den Energieinhalt der Impulse herab, wie teilweise durch die Schraffierung in Fig. 2b angedeutet.
Die Amplitude der aus diesen Impulsen hergeleiteten Tonfrequenzschwingung ist auch vom Energieinhalt der Impulse abhängig, wodurch die Linearität des Detektors verschlechtert wird. Es liegt auf der Hand, dass dieser Verschlechterung durch Herabsetzung der Zeitkonstante des Differenzierkreises entgegengewirkt werden kann, da der Nullrückgang dann schneller stattfindet. Die Linearität kann jedoch in dieser Weise nicht völlig wiederhergestellt werden, da die differenzierten Impulse jedenfalls den Nullwert nur asymptotisch erreichen. Auch die Stärke des Ausgangssignals wird durch die Herabsetzung der Zeitkonstante kleiner, da der Flächeninhalt gemindert wird. Die Hinzufügung der Spule 21 führt dazu, dass die Impulse tatsächlich auf den Nullwert zurückgehen und vor dem Einsetzen der folgenden Impulse abgeschlossen sind.
Durch passende Bemessung kann erreicht werden, dass der Nullrückgang auch bei der höchsten zu demodulierenden Frequenz stattfinden kann, wodurch die Linearität auch bei diesen hohen Frequenzen erhalten bleibt. Diese Verhältnisse sind durch die gestrichelte Kurve B in Fig. 2 angedeutet. Wegen des langsameren Abfalles dieser Impulse im Anfangsteil ist der Energieinhalt gleich gross oder sogar grösser als der der in üblicher Weise abgeleiteten Impulse. Die Verbesserung der Linearität ergibt sich somit ohne Herabsetzung der Stärke des Ausgangssignals.
Sollte es sich herausstellen, dass die tonfrequente Ausgangsleitung eines Demodulators nach der Erfindung unbefriedigend ist, dann kann die Zeitkonstante des Differenzierkreises 20 erhöht werden, wobei jedoch eine gewisse Verschlechterung der Linearität in Kauf genommen werden muss, da die Impulse nicht ganz denNullwert erreichen können, wie durch die punktgestrichelte Kurve C in Fig. 2b angedeutet. Wenn die Zeitkonstante des Differenzierkreises 20 auf den Wert erhöht wird, bei dem die Linearität des De-
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modulators der Linearität eines herkömmlichen integrierenden Demodulators ohne Spule 21 entspricht, ergibt sich im Endergebnis eine erhöhteAusgangsleistung ohne zusätzliche Verschlechterung der Lineartät.
Dies ist möglich, weil der erfindungsgemässe Demodulator grundsätzlich bessere Linearität aufweist als die üblichen integrierenden Demodulatoren.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Demodulator für frequenzmodulierte Wellen mit einemDifferenzierkreis, der einen Kondensator und einen Widerstand enthält, zur Erzeugung einer Reihe Impulse aus der zugeführten amplitudenbegrenzten Schwingung, die einem Integrierkreis zur Gewinnung der Modulationsschwingung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzierkreis (20) ausserdem eine Spule (21) enthält, die so bemessen ist, dass jeder einzelne Impuls einen verlangsamten Abfall im Anfangsteil und einen schnelleren Abfall im Endteil des Nullrückganges erhält.