DE1010120B

DE1010120B - Diskriminatoranordnung fuer sehr hohe Frequenzen

Info

Publication number: DE1010120B
Application number: DET12030A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Erwin Willwacher
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1956-03-26
Filing date: 1956-03-26
Publication date: 1957-06-13

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Diskriminatoranordnung für sehr hohe Frequenzen. Für diesen Zweck ist es bekannt, einen Koaxialleitungs- oder Hohlrohrleitungsabschnitt total reflektierend abzuschließen und in stehenden Wellen zu erregen. An diesen Leitungsabschnitt werden dann, vorzugsweise im gegenseitigen Abstand von 1/4, zwei Gleichrichterorgane angeschaltet, die gleichstrommäßig in Differenzschaltung miteinander verbunden sind. Da auf jedes der Gleichrichterorgane die hinlaufende und die rücklaufende Welle — aus der sich die stehende Welle in der Leitung zusammensetzt — einwirkt und die elektrische Länge der Leitung frequenzabhängig ist, ergibt sich als Ausgangsprodukt der Differenzschaltung der Gleichrichterorgane eine Gleichspannung, deren Betrag nach einer periodischen Funktion von der Frequenz abhängt.

Diese bekannte Anordnung gibt eine relativ kleine Richtungsspannung ab, weil durch die Ankopplung der Dioden an die Leitung die Spannungsverteilung auf der Leitung nicht gestört werden darf, damit sich eine einwandfreie Diskriminatorkennlinie ergibt. Man erreicht mit der bekannten Anordnung eine einwandfreie Diskriminatorkennlinie nur dann, wenn man beide Diodenstrecken sehr lose an die Leitung ankoppelt. Außerdem ist es bei der bekannten Anordnung erforderlich, den Spannungsknoten in die Mitte zwischen die beiden Diodenabgriffe zu bringen, um eine symmetrische Diskriminatorkennlinie zu erzielen; was besonders bei Frequenzwechsel Schwierigkeiten bereitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, der es ermöglicht, diese Schwierigkeiten zu umgehen.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, die Wellen, deren Frequenzänderung in eine AmpHtuderänderung umzuwandeln ist, in einen Leitungsabschnitt einzuspeisen, der an seinem der Speisungsstelle abgewandten Ende reflexionsfrei abgeschlossen ist, des weiteren zwischen Speisungsstelle und reflexionsfreiem Abschluß ein frequenzabhängig reflektierendes Glied einzuschalten und außerdem die daran reflektierte Teilwelle und die daran zum reflexionsfreien Abschluß fortlauf er de Teilwelle mittels Richtungskoppler! getrennt dem Leitungsabschnitt zu entnehmen und Gleichrichteränordnungen zuzuführen, die miteinander in Differenzschaltung verbunden sind. Die aus der Differenzschaltung entnommene Gleichstromgröße, also ein Gleichstrom cder eine Gleichspannung, ist in ihrem Betrag von der Frequenz abhängig und kann je nach der Verwendung des Diskriminators entweder einer Anzeigevorrichtung, einer Regelanordnung oder einem Verstärker u. dgl. für die weitere Verarbeitung des Demodulationsprcduktes zugeführt werden. Besonders gut eignet sich eine Diskriminatorancrdnung nach der Lehre der Erfindung zur Verwendung als Demodulator für frequenzmodulierte Wellen.

Diskriminatoranordnung
für sehr hohe Frequenzen

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr.71

Dipl.-Ing. Erwin Willwacher, Backnang (Württ),
ist als Erfinder genannt worden

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

In Fig. 1 ist eine Diskriminatoranordnung schematisch dargestellt, die eine Hauptleitung L₁ umfaßt, welche am linken Ende von einem Generator mit dem Innenwiderstand Z gespeist und rechts am anderen Ende mit einem reflexionsfreien Abschlußwiderstand vom gleichen Wert Z verbunden ist. Die vom Generator am linken Ende eingespeisten Wellen w₀ seien beispielsweise frequenzmoduliert, und von ihnen soll eine Gleichstromgröße abgeleitet werden, die den der Frequenzmodulation entsprechenden Nachrichteninhalt enthält. Zur Gewinnung dieser Modulation ist an den Leitungsabschnitt L₁ in Form einer Verzweigung eine Nebenleitung L₂ mit der elektrischen Länge I₂ angeschlossen, die einen vom Wellenwiderstand Z der Hauptleitung L₁ abweichenden Wellenwiderstand Z' besitzt und am Ende beispielsweise mittels eines Kurzschlußschiebers total reflektierend abgeschlossen ist. Diese Nebenleitung bildet infolge ihrer Anschaltung an den Leitungsabschnitt L₁ ein frequenzabhängig reflektierendes Glied und stellt somit das frequenzbestimmende Element in der Diskriminatoranordnung dar. Die Länge dieser Nebenleitung L₂ betrage zur Erzeugung der gewünschten Selektionseigenschaften z. B. eine gewisse Anzahl von Wellenlängen. Die Nebenleitung L₂ verhält sich an der Verzweigungsstelle T je nach ihrer elektrischen Länge I₂ bei bestimmten Frequenzen dann wie ein Paralleloder wie ein Serienresonanzkreis. Es wird also durch die Wirkung der Nebenleitung an der Stelle T von der der Hauptleitung L₁ aufgeprägten Welle W₀ ein gewisser Anteil Wr reflektiert und der übrige Anteil wj> hindurchgelassen. Diese beiden Anteile, d. h. der reflektierte Wellenanteil Wß und der durchgelassene Wellenanteil Wd werden mittels zweier Richtungskoppler Rk₁ bzw. Rk₂ getrennt ausgekoppelt und durch Detektoren D₁ bzw. D₂ getrennt gleichgerichtet. Die Detektoren sind in Differenz-

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Claims

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schaltung angeordnet, was beispielsweise durch geeignete Parallelverzweigung bilden und von denen die eine eine Wahl ihrer Polarität in der Schaltung erreicht wird. Die kapazitive Blende B besitzt. Durch Wahl der Größe von beiden durch die Detektoren gewonnenen Gleichspannun- B wird die Bandbreite eingestellt. Der Schwingungsgen U₁ und U₂ ergeben dann die Ausgangsamplitude kreis S kann, wie vorerwähnt, ein A/2-Leitungsabschnitt A = U₁ — M₂. 5 mit beliebigem Wellenwiderstand Z" sein, er kann aber

Wählt man bei T eine Parallelverzweigung, wie für das auch durch jede mögliche andere Form eines Topf kreises Ausführungsbeispiel angenommen, und macht man des oder Hohlrohrkreises ersetzt werden, welche an der weiteren den Wellenwiderstand Z' der Nebenleitung L₂ Stelle der Blende B Parallelresonanzcharakter besitzt, nur halb so groß wie den Wellenwiderstand Z der Haupt- Die an Hand der bisherigen Ausführungsbeispiele

leitung L₁, so erhält man für den Fall linearer Gleichrich- io beschriebenen Diskriminatoranordnungen besitzen die tang in den Detektoren eine Ausgangsamplitude A an Eigenschaft, an der Anschlußstelle E, die der Einspeisung den beiden, symmetrisch für die Mikrowellen kapazitiv der zu untersuchenden Wellen dient, einen frequenzverblockten Widerständen A₁ und R₂, die sich in folgender abhängigen Reflexionsfaktor zu haben. Oft ist es jedoch Weise errechnet: erwünscht, einen Diskriminator zu haben, der an den

15 Eingangsklemmen einen konstanten Eingangswider-

A=K- [sin ψ_% — cos φ₂] stand Z_e hat und folglich breitbandig angepaßt ist. Dies

__ γ ■ ( ^π\ läßt sich in Weiterbildung der Erfindung durch Anwendung

" |/2 sin ^₂ — —j (Jg₁- Lehre _auf _ej_ne Brückenanordnung erzielen (Fig. 4).

Es werden zwei Mikrowellenbrücken Br₁ und Br₂ benutzt,

^w0 ao wobei die Energie in. Klemme 1 bzw. 1' im Gleichtakt

_ I_{2 9} __ I_{2 9} j. auf 3 und 4 bzw. 3' und 4' und die Energie in Klemme 2

^φ X " "^π— "7"' -^π' ι bzw. 2' im Gegentakt auf 3 und 4 bzw. 3' und 4' verteilt

j_st wird. 3 ist mit 3' über die Leitung L₃ und 4 mit 4' über

die Leitung L₁ verbunden, in deren Mitten jeweils die

K ist eine Konstante, c ist die Lichtgeschwindigkeit 25 oben beschriebene Nebenleitungsanordnung S ange- und f ist die Frequenz. schlossen ist. L_i ist durch zwei symmetrisch angebrachte

Für die Mittelfrequenz f_a (gleichbedeutend A = 0) A/4-Umwegleitungen L_n gegenüber L₃ verlängert. Die muß also die Leitungslänge I₂ = λ/8 + η ■ /1/4 gewählt Klemmen 1 und 1' sind durch die Detektoren D₁ und D₂ werden, wobei η noch in besonderer Weise zu wählen ist. reflexionsfrei abgeschlossen (die Detektoren sind breit-Aus der vorstehenden Gleichung für A ist erkennbar, 30 bandig an die Leitung angepaßt). Die Klemme 2' ist daß die Ausgangsamplitude A symmetrisch zur Mittel- durch einen Absorber ebenfalls reflexionsfrei abgefrequenz f₀ verläuft, so wie in Fig. 2 gezeigt. Die Fre- schlossen, während in 2 eingespeist wird. Die eingespeiste quenzbreite (das ist der Spitzenabstand in der Diskrimi- Welle w_Q verteilt sich im Gegentakt auf L₃ und L₁. Die natorkurve) wird durch die Anzahl η der A/4-Stücke „ _n . ,. , . , .. vor .

bestimmt. Bei kurzgeschlossener Leitung muß η eine 35 ^n S reflektierten Antede—gelangen m die Klemme 1,

gerade Anzahl sein, also η = 2, 4, 6 usw., während bei ihre Summe wird an D₁ gleichgerichtet (CZ₁). Die durchoffenem Leitungsende η eine ungerade Anzahl sein muß, , . ... u>d ... ■-,·*, j ·,

1 t> ι -2 c τ?·· j- n/r-j. j. if -4.J- gelassenen Anteile addieren sich m 1 . und ihre

also z.B. 1, 3, 5 usw. Fur die Mittelfrequenz ist die ^b 2

reflektierte Welle jeweils gerade gleich der durchge- Summe wird von D₂ gleichgerichtet [U₂). Da die refieklassenen Welle [U₁ = M₂), für die eine Frequenzseite 40 tierten Wellenanteile nicht nach 4 zurückkommen, ist überwiegt der gleichgerichtete Anteil der reflektierten der Eingangswiderstand bei 4 gleich dem Wellenwider-Welle [U₁ > U₂), während für die andere Seite der gleich- stand Z, die gesamte angebotene Energie wird in D₁ und gerichtete Anteil der durchgelassenen Welle [u₂ > Zi₁) D₂ umgesetzt. An R₁ und R₂ wird die Gleichstromgröße A überwiegt. entnommen, die sich in gleicher Weise, wie an Hand der

Wählt man an der Stelle T anstatt einer Parallel- 45 Fig. 1 erläutert, zusammensetzt.

verzweigung eine Serien verzweigung, so ergibt sich die Die für eine Diskriminatoranordnung nach der Lehre

gleiche Kurve, wenn Z' = 2 Z gewählt wird. der Erfindung zu verwendende Leitungsart ist an sich

Die vorstehend erwähnte Wahl von Z und Z' ist beliebig. Es können also hierfür Koaxialleitungen, Hohlnatürlich nur dann maßgebend, wenn die Richtkoppler rohrleitungen und auch sogenannte Oberflächenwellen- und die Schaltungsorgane zur Gewinnung der einzelnen 50 leiter und andere Leitungsarten Verwendung finden. Gleichstromkomponenten genau gleich sind. Die Wellen- An Stelle einer Brückenanordnung zur Erzielung widerstände können auch anders gewählt werden, wenn konstanter Eingangsimpedanz einer Diskriminatorandementsprechend die Richtungskoppler und/oder die Ordnung, vorzugsweise einer nach Fig. 1, kann auch mit zugehörigen Schaltungsorgane anders dimensioniert Vorteil ein sogenannter Lastisolator unter Verwendung werden oder wenn eine in vorbestimmter Weise un- 55 eines an sich bekannten Gyrators vorgesehen werden, symmetrische Diskriminatorkennlinie gewünscht wird. der in die Zuführungsleitung für die Hochfrequenz, bei-

Kommt es darauf an, in einem relativ schmalen spielsweise an der Stelle E, eingeschaltet wird und nur

Frequenzband, verglichen mit der Mittelfrequenz des Wellen, die zum Diskriminator hin sich ausbreiten,

Bandes, im Diskriminator zu arbeiten, so erfordert dies durchläßt,
unter Umständen eine relativ große elektrische Länge I₂ 60

der Nebenleitung L₂. In diesem Fall empfiehlt es sich, Patentansprüchean die Stelle der Stichleitung L₂ einen Schwingungskreis 5,

beispielsweise aus einem einzelnen A/2-Stück, zu setzen, 1. Diskriminatoranordnung für sehr hohe Frequenwelcher auf der Eingangsseite eine Blende B besitzt und zen mit einem in stehenden Wellen erregten Leitungsso, wie in Fig. 3 gezeigt, über eine Zwischenleitung der 65 abschnitt (Hauptleitung), dadurch gekennzeichnet, elektrischen Länge l_z mit dem Wellenwiderstand Z' an daß der Leitungsabschnitt an seinem der Speisungsdie Hauptleitung L₁ anzuschalten. Die Länge Iz wird stelle abgewandten Ende reflexionsfrei abgeschlossen zweckmäßig gleich 3 A/8 gewählt. Bei dem Ausführungs- ist, daß zwischen Speisungsstelle und reflexionsbeispiel der Fig. 3 sind für die einzelnen Leitungs- freiem Abschluß ein frequenzabhängig reflektierendes abschnitte Koaxialleitungen verwendet, die in T eine 70 Glied eingeschaltet ist und daß die daran reflektierte

Teilwelle und die daran zum reflexionsfreien Abschluß weiterlaufende Teilwelle mittels Richtungskopplern getrennt dem Leitungsabschnitt entnommen und Gleichrichteranordnungen zugeführt sind, die miteinander in Differenzschaltung verbunden sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als frequenzabhängig reflektierendes Glied eine total reflektierende Leitung vorgesehen ist, die bei Parallelverzweigung an der Anschaltungsstelle den halben Wellenwiderstand und bei Serienschaltung den doppelten Wellenwiderstand der Hauptleitung besitzt, und daß in beiden Fällen die elektrische Länge dieser Nebenleitung derart gewählt ist, daß für die vorgegebene Mittelfrequenz die halbe eingespeiste Leistung an der Anschaltungsstelle reflektiert bzw. durchgelassen wird.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kurzschluß der Nebenleitung die elektrische Länge /l_o/8 + 2« · /l_o/4 beträgt (λ₀ = mittlere Betriebswellenlänge, η — 0, 1, 2, 3 ... ganze Zahl).
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei offenem Ende der Nebenleitung die elektrische Länge 3 l_o/8 + (2w — 1) A₀/4 beträgt (A₀ = mittlere Betriebswellenlänge; η = 1, 2, 3 ... ganze Zahl).
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur räumlichen Verkürzung der Nebenleitung in deren Leitungszug wenigstens eine Kopplungsblende eingeschaltet ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur getrennten Entnahme des reflektierten und des durchgelassenen Wellenanteils je eine Brückenanordnung in die Hauptleitung eingeschaltet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die erste der Brücken die Wellen eingespeist und über die beiden Nebenleitungen dieser Brücke zu den beiden Nebenleitungen der anderen Brücke geführt sind, unter Zwischenschaltung je eines frequenzabhängig reflektierenden Gliedes in den Verbindungsleitungen, derart, daß in der einen Verbindungsleitung vor, unter, hinter dem frequenzabhängig reflektierenden Glied je eine Viertelwellenlängen-Umwegleitung eingefügt ist, und daß an die beiden Ausgangsanschlüsse beider Brücken je eine angepaßte Gleichrichteranordnung angeschlossen ist, die gleichstrommäßig in Differenzschaltung arbeiten.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der entkoppelte Anschluß der zweiten Brücke reflexionsfrei abgeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 855 578;
USA.-Patentschrift Nr. 2 499 742;
französische Patentschrift Nr. 950 801.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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