DE102004005031A1 - Mikrofon-Empfänger - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Empfänger, welcher Teil eines Sender-Empfangssystems ist. Solche Empfänger, z. B. im Bereich von Mikrofonsystemen, insbesondere Drahtlosmikrofonsystemen, sind bereits bekannt und nur beispielhaft wird hier auf die Evolution Wireless Mikrofone der Firma Sennheiser electronic GmbH & Co. KG hingewiesen. Aber auch andere Hersteller von Mikrofonen haben entsprechende Drahtlosmikrofonsysteme bereits seit vielen Jahren im Angebot. DOLLAR A Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Materialkosten für den Tuner zu minimieren bei gleichzeitiger Minimierung der Leistungsaufnahme und der Maximierung des Hochfrequenz-Dynamikbereichs. DOLLAR A Empfänger, insbesondere für ein Drahtlosmikrofonsystem, wobei der Empfänger über eine Antenne Signale des Mikrofons empfängt und verarbeitet, wobei der Empfänger eine Oszillatoreinrichtung (LO) wie auch eine Tunereinrichtung mit einem Schalter aufweist, wobei der Schalter ein von der Oszillatoreinrichtung gesteuertes Antennensignal im Takt der Oszillatorfrequenz kurzschließt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Empfänger, welcher Teil eines Sender-Empfangssystems ist. Solche Empfänger, z. B. im Bereich von Mikrofonsystemen, insbesondere Drahtlosmikrofonsystemen, sind bereits bekannt und nur beispielhaft wird hier auf die Evolution Wireless Mikrofone der Firma Sennheiser electronic GmbH & Co. KG hingewiesen. Aber auch andere Hersteller von Mikrofonen haben entsprechende Drahtlosmikrofonsysteme bereits seit vielen Jahren im Angebot.
• Bei solchen Mikrofonsystemen ist der Sender im Mikrofon selbst enthalten und der Empfänger wird regelmäßig auch am Körper desjenigen, der das Mikrofon benutzt, getragen, so dass das Mikrofonsignal an den Empfänger geleitet wird, von wo es dann weiter an eine zentrale Station zur weiteren Verarbeitung und Wiedergabe der Audiosignale übertragen wird.
• Ein Nachteil bisheriger Mikrofonempfänger besteht darin, dass der in diesen Empfängern verwendete Tuner (Abstimmeinrichtung) hohe Gleichstromleistungen für einen großen Hochfrequenz-Dynamikbereich benötigt.
• Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Materialkosten für den Tuner zu minimieren bei gleichzeitiger Minimierung der Leistungsaufnahme und der Maximierung des Hochfrequenz-Dynamikbereichs.
• Dabei soll also der Hochfrequenz-Dynamikbereich, d. h. der Bereich zwischen Eigenrauschflur und Kompressionspunkt –3 dB möglichst groß sein.
• Die Erfindung wird mit einem Empfänger mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Die erfindungsgemäße Empfangseinrichtung, also z. B. eines Drahtlosmikrofons, enthält einen Tuner und einen Schalter, der das Antennensignal des Empfängers im Takt mit einer Lokal-Oszillatorfrequenz kurzschließt. Mithin schreibt die Erfindung eine Art der direkten Zwischenfrequenz-(ZF)Erzeugung, wie sie bislang noch nicht bei Empfängern, insbesondere für Mikrofone, eingesetzt wird. Als Folge der Erfindung liegt der Rauschflur bei –112 dBm, der Kompressionspunkt bei +1 dBm und mithin beträgt der Dynamikbereich 113 dB. Dabei können die Kosten für den Tuner durch das Prinzip der direkten ZF-Erzeugung minimiert werden. Die Stromaufnahme des Signalwegs von der Antenne bis zum Demodulatorausgang beträgt nur 16 mA/2,7 V.
• Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Kompromiss aus Kosten, Performance und Leistungsaufnahmen sehr gut ist.
• Die Erfindung ist nachfolgend ausführlich anhand einer Figur beschrieben.
• Die Figur zeigt den prinzipiellen Schaltungsaufbau und wesentliche Teile des Empfängers (eines Drahtlosmikrofonsystems). Dabei wird ein Antennensignal über einen Serienschwingkreis L1 und C1 einem Schalter S1 zugeführt. Der Schalter wird von einem Lokal-Oszillator LO gesteuert und schaltet im Takt der Frequenz des Lokal-Oszillators. Mithin wird das Antennensignal mit der LO-Frequenz kurzgeschlossen. Dies entspricht der Multiplikation der Amplitude des Antennensignals mit 0 oder 1 im Takt der LO-Frequenz. Die Multiplikation im Zeitbereich ist unmittelbar eine Mischung im Frequenzbereich, bei der Summen- und Differenzfrequenzen aus LO-Frequenz mit allen Oberwellen sowie der Eingangsfrequenz entstehen. Ein nachgeschalteter Schwingkreis L2, C2 filtert das gewünschte Mischprodukt – hier die Differenz aus der LO-Frequenz und der Eingangsfrequenz – aus, so dass am Ausgang der Mischerschaltung nur das gewünschte Mischprodukt und damit die direkte ZF (IF out) zur Verfügung steht.
• Wie bereits erwähnt, wird das Antennensignal nach rein passiver Vorselektion durch einen Schalter, vornehmlich einen GAAS-Schalter FET im Takt der LO-Frequenz kurzgeschlossen. Dabei entsteht unmittelbar die erste ZF von 243 mHz bei ca. 5 dB Konversionsverlust. Da nur ein einziges Bauelement – der Kurzschlussschalter – Intermodulationen generiert, ergibt sich wegen des Fehlens einer aktiven Vorstufe ein Eingangs-IP3 von typisch +13 dBm. Das Resultat ist ein minimalistisch einfacher Tuner mit dem Großsignalverhalten eines bekannten Empfängers (z. B. EM 1046 der Firma Sennheiser electronic GmbH & Co. KG) bei geringfügig besserer Empfindlichkeit.
• Ein nachfolgend rauscharmer Verstärker mit ca. 3 dB Rauschmaß verstärkt die ZF (ist in der Zeichnung nicht dargestellt). In Verbindung mit der Einfügungsdämpfung von 3 dB der Vorselektion ergibt sich ein Gesamtrauschmaß von typisch 12 dB. Mit diesen Werten erreicht der erfindungsgemäße Tuner die Werte:
• – Intermodulationsabstand 3. Ordnung 79 dB
• – Empfindlichkeit für 26 dB (A) S/N 1,2 μV
• – Kompressionspunkt –3 dB von +1 dBm = 250 mVeff
• Die Stromaufnahme des Signalzuges vom Antenneneingang bis zum Demodulatorenausgang beträgt dabei nur 16 mA/2,7 V.
• Die Ströme sind im Einzelnen:

  7,5 mA	1. Mischer mit ZF-Verstärker und LO AGC
  1 mA	24l MHz ZF-Verstärker mit Q100
  6 mA	2. Mischer + ZF-Verstärker + Demodulator
  1 mA	230,3 MHz Quarzoszillator
  0,5 mA	10.7 MHz ZF-Verstärker mit Q6
  insgesamt	Tunersignalweg
  16 mA

• Eine Schwierigkeit kann die Anpassung des Kurzschlussschalters (im Baustein CMY213) an den ZF-Folgeverstärker und die Vorselektion sein. Theoretisch entsteht ein Konversionsverlust von 3,8 dB, da beim Schaltvorgang die Antennenleistung auf ZF-Leistung, Leistung auf der Spiegelfrequenz sowie Leistung auf allen Oberwellenmischprodukten umgesetzt wird. Theoretisch ist der Schalter jedoch verlustlos und daher prinzipiell nicht beidseitig anpassbar. Leistungsanpassung am Eingang kann nur zu Fehlanpassung am Ausgang führen. Der Folge-ZF-Verstärker hat jedoch ein breites Rauschmaßminimum, weshalb die Leistungsanpassung nicht notwendig ist.
• Die Vorselektion des Tuners ist mit einem Vierkreisfilter realisiert. Das gesamte Filter ist abgleichfrei mit Chipspulen der Baugröße 0603 ausgeführt und hat bereichsabhängig ca. 70 MHz–150 MHz Bandbreite bei 3 dB Einfügungsdämpfung. Das Filter muss die LO1 Störleistung des Mischers von –5 dBm auf < 57 dBm am Antenneneingang absenken und ausreichend Selektion gegen ZF1 Durchschlag (> 60 dB) sowie Oberwellenmischung (> 60 dB) erzeugen.
• Nebenbei wird durch die Weitabselektion des Vierkreisfilters ein IP2 des Empfängers von +72 dBm (Messwert bei 370 MHz und 372,5 MHz, Summe im Bereich 3) generiert. Somit sind bezüglich IP2 Störungen erst ab ca. 50 mV Antennenspannung auf fe/2 zu erwarten.
• Die Erfindung betrifft zwar vornehmlich eine Empfängerschaltung für drahtlose Mikrofone, sie ist aber auch in anderen Empfängerschaltungen einsetzbar, da nicht von vornherein auf ein Sender-Empfängersystem für drahtlose Mikrofone beschränkt.

Claims (2)

1. Empfänger, insbesondere für ein Drahtlosmikrofonsystem, wobei der Empfänger über eine Antenne Signale des Mikrofons empfängt und verarbeitet, wobei der Empfänger eine Oszillatoreinrichtung (LO) wie auch eine Tunereinrichtung mit einem Schalter aufweist, wobei der Schalter ein von der Oszillatoreinrichtung gesteuertes Antennensignal im Takt der Oszillatorfrequenz kurzschließt.
2. Sender-Empfängereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sender in einem Mikrofon und der Empfänger ein dem Mikrofon zugeordneter Empfänger ist.