Analoge
Fernsehsignale bestehen üblicherweise
aus Informationen über
die Bildhelligkeit, oder Luminanz, und Farbinformationen, oder Chrominanz. Zusätzlich kommen
Toninformationen hinzu. Die Helligkeit-, Farb- und Toninformationen
werden bei analogen Fernsehübertragungen
auf jeweiligen Trägerfrequenzen übertragen.
Dabei ist die Toninformation frequenzmoduliert und die Helligkeit-
und Farbinformation ist amplitudenmoduliert. Die Trägerfrequenzen
der drei Komponenten liegen in einem Bereich nebeneinander, welcher
im allgemeinen als ein Kanal bezeichnet wird. Weiterhin weisen die
Trägersignale beziehungsweise
ihre zugehörigen
Frequenzen vorbestimmte Abstände
voneinander auf. Beim analogen Fernsehempfang werden üblicherweise
in der Zwischenfrequenzstufe die Bild- von den Toninformationen getrennt und
der jeweiligen Weiterverarbeitung zugeführt. Um eine möglichst
gute Selektion zu erreichen, werden die vom Mischer kommenden Zwischenfrequenzsignale
jeweiligen schmalbandigen Filtern, beispielsweise Oberflächenwellenfiltern,
für die
Tonsignale und die Videosignale zugeführt.
Oberflächenwellenfilter
sind eine spezielle Ausführungsform
von Filtern, welche scharf voneinander abgegrenzte Durchlass- und
Sperrbereiche aufweisen. Die Filter weisen üblicherweise sehr hohe Dämpfungsunterschiede
zwischen dem Sperr- und dem Durchlassbereich auf. Dabei ist der
Durchlassbereich im wesentlichen flach, der Sperrbereich kann eine
gewisse Welligkeit aufweisen.
In
modernen Fernsehgeräten
werden häufig die
Ton- und Videoinformationen von einer einzigen integrierten Schaltung
weiterverarbeitet. Bei analogen Fernsehempfängern werden die amplitudenmodulierten
Videoinformationen von einem regelbaren Verstärker auf einem erforderlichen
Pegel gehalten. Würde
nur ein einziger regelbarer Verstärker die Amplituden der Ton-
und Videoinformationen verstärken, so
würde die
Toninformation ebenfalls im gleichen Maß verstärkt. Während die frequenzmodulierte
Toninformation relativ unempfindlich auf Störungen reagiert, ist das amplitudenmodulierte
Videosignal relativ empfindlich gegenüber Störungen. Die nebeneinander liegenden
Trägerfrequenzen
der Ton- und Videosignale können
in der Eingangsstufe der Demodulatorschaltung zu Kreuzmodulationen
führen.
Kreuzmodulationen entstehen beispielsweise durch Übersteuerung
der Eingangsstufe. Um Kreuzmodulationen zu vermeiden oder zu verringern
wird das Audioträgersignal üblicherweise
um einen bestimmten Betrag abgesenkt. In herkömmlichen Fernsehempfängerschaltungen
geschieht die Absenkung durch Aufteilung der Zwischenfrequenzsignale
in Videosignale und Audiosignale, welche über jeweils eigene regelbare
Verstärker
geleitet werden. Es ist jedoch auch möglich, ein Filter für die Zwischenfrequenz
so auszulegen, dass der Bereich, in dem sich die Videoträgersignale
befinden, nicht gedämpft
wird und der Bereich in dem sich die Tonträgersignale befinden um einen
bestimmten Betrag gedämpft
weitergeleitet werden. Signale, welche sich außerhalb des Durchlassbereiches
befinden, werden weiterhin stark gedämpft. Eine solche Charakteristik
wird auch als Tontreppe oder im Englischen als Sound Shelf bezeichnet.
Zusätzlich
kann das Filter eine sogenannte Nyquist-Flanke aufweisen. Die Nyquist-Flanke
bezeichnet die abfallende Flanke zum oberen Sperrbereich, die eine
besondere Charakteristik aufweist. Die besondere Charakteristik
der Nyquist-Flanke besteht darin, dass der Abfall in den Sperrbereich
zunächst weniger
steil erfolgt und erst später
die übliche
Steilheit von Oberflächenwellenfiltern
erreicht.
Bei
digitalen Fernsehübertragungen
ist eine Trennung von Bild- und Toninformationen nicht notwendig.
Die jeweiligen Informationen werden senderseitig ineinander verschachtelt,
in einem einzigen Datenstrom übertragen
und empfängerseitig
wieder getrennt. Eine Tontreppe oder eine Nyquist-Flanke sind für das Zwischenfrequenzfilter
nicht erforderlich. Beim Empfang digitaler Fernsehübertragungen kommt
es vielmehr darauf an, einen möglichst
glatten Verlauf des Amplitudengangs im Durchlassbereich des Filters
zu erreichen. Weiterhin ist ein steilflankiger Abfall in die Sperrbereiche
für eine
hohe Kanaltrennung gefordert.
Heutige
Fernsehempfänger,
welche für
den Empfang analoger und digitaler Fernsehsignale geeignet sind,
haben üblicherweise
getrennte Filter für das
Audio- und das Videosignal. Dabei kann das Filter für das Videosignal
in der Bandbreite umschaltbar gestaltet sein. Beim Empfang analoger
Fernsehsignale wird die Bandbreite reduziert, so dass das Audiosignal
außerhalb
des Durchlassbereiches des Filters liegt. Das Audiosignal wird über ein
separates Filter geführt
und nach der Filterung getrennt verarbeitet.
In 1 ist ein Fernsehempfänger nach
dem Stand der Technik schematisch dargestellt. Ein Fernsehsignal
HF wird von einer Antenne 1 empfangen und an ein Filter 2 gelegt.
Das Filter teilt den breiten Bereich empfangener Frequenzen in schmalere
Bereiche auf. Dies kann notwendig sein, wenn der Abstimmbereich
einer Abstimmschaltung in einem Empfänger nicht über den gesamten Empfangsbereich
abstimmbar ist. In diesem Fall sind für die jeweiligen Bereiche jeweils
eigene Abstimmschaltungen vorgesehen. Aus Gründen der besseren Übersichtlichlichkeit
ist in der Figur nur ein Zweig für
einen Bereich dargestellt. Das Signal wird weiterhin an einen regelbaren
Verstärker 3 angelegt,
welcher den Signalpegel auf einen gewünschten Pegel einstellt. Das Signal
gelangt an ein abstimmbares Bandfilter 4, welches eine
Vorselektion des gewünschten
Signals bewirkt. Das von dem abstimmbaren Bandfilter 4 kommende
Signal ist an einen Mischer 6 angelegt. Der Mischer 6 setzt
das HF-Signal auf eine niedrigere, feste Frequenz um. Die Umsetzung
erfolgt mittels einer variablen Frequenz LO, welche dem Mischer ebenfalls
zugeführt
ist. Die variable Frequenz LO ist jeweils so wählbar, dass das heruntergemischte
gewünschte
Signal in den Durchlassbereich eines Filters 7, 9 fällt, welches
dem Mischer 6 nachgeschaltet ist. Das Filter 7 ist
in der Figur so ausgelegt, dass der Tonträger des heruntergemischten
Signals in dessen Durchlassbereich fällt. Das Filter 9 ist
in der Figur so ausgelegt, dass der Videoträger des heruntergemischten
Signals in dessen Durchlassbereich fällt. Den Filtern 7, 9 nachgeschaltete,
regelbare Verstärker 8, 11 stellen
erforderlichenfalls den Signalpegel so ein, dass nachfolgende Demodulatorschaltungen nicht übersteuert
werden. Die Audio- und
Videosignale können
in getrennten Demodulatorschaltungen weiterverarbeitet werden. Die
Stufen zur Weiterverarbeitung sind in der Figur nicht dargestellt.
Das Filter 9 ist als umschaltbares Filter ausgeführt. Zum
Empfang analoger Signale wird eine schmale Bandbreite gewählt, welche
den Tonträger
unterdrückt.
Zum Empfang digitaler Signale wird eine große Bandbreite gewählt. Beim
Empfang digitaler Signale wird, wie bereits weiter oben erwähnt, kein
Tonträger übertragen,
welcher zu unterdrücken
ist. Der Zweig mit dem Filter 7 kann daher abgeschaltet
sein. Die größere Bandbreite
des umschaltbaren Filters 9 ist in der Figur durch eine
gestrichelte Linie angedeutet, die schmalere Bandbreite durch eine
durchgezogene Linie.
Es
ist nunmehr wünschenswert,
ein verbessertes Filter und eine verbesserte Empfangsschaltung für analoge
und digitale Signale zur Verfügung zu
stellen.
Ein
Filter mit den gewünschten
Eigenschaften ist in Patentanspruch 1 angegeben. Eine verbesserte
Empfangsschaltung ist in Anspruch 7 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen
des Filters und der Empfangsschaltung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weiterhin ist in den Patentansprüchen
9 und 10 ein Fernsehempfänger
mit einem erfindungsgemäßen Filter
bzw. einer erfindungsgemäßen Empfangsschaltung
angegeben.
Ein
erfindungsgemäßes umschaltbares
Filter weist eine erste Frequenz-Amplituden-Charakteristik mit einem
im wesentlichen flach verlaufenden ersten Durchlassbereich auf.
Der erste Durchlassbereich ist außerdem so breitbandig, dass
der Empfang digitaler modulierter Signale ermöglicht ist. Der Übergang
in den Sperrbereich ist zum oberen und zum unteren Sperrbereich
hin steilflankig. Als steilflankig im Sinne der Erfindung ist ein Übergang
zu verstehen, welcher innerhalb eines Bruchteils der Breite des
Durchlassbereichs in den Sperrbereich abfällt. Ein typischer Übergang
fällt beispielsweise
innerhalb eines zehntels der Breite des Durchlassbereichs in den
Sperrbereich ab. Andere Filter weisen Übergänge innerhalb der Hälfte, eines
Viertels oder eines Achtels der Breite des Durchlassbereichs auf.
Andere Werte sind denkbar. Typische Werte für die Dämpfung der Sperrbereiche liegen
beispielsweise 40 dB unterhalb des Durchlassbereichs. Je nach Anforderung
sind auch hier höhere
oder niedrigere Werte möglich.
Der obere Sperrbereich liegt bei Frequenzen oberhalb des Durchlassbereiches,
der untere Sperrbereich liegt bei Frequenzen unterhalb des Durchlassbereiches.
Eine
zweite Frequenz-Amplituden-Charakteristik des umschaltbaren Filters
weist einen nicht steilflankigen Übergang vom Durchlassbereich
in den Sperrbereich auf. Der nicht steilflankige Übergang
ist in einer ersten Ausführung
des erfindungsgemäßen Filters
ein Übergang
in einen zweiten im wesentlichen flach verlaufenden Durchlassbereich. Der
zweite Durchlassbereich weist eine von der Dämpfung des ersten Durchlassbereichs
unterschiedliche Dämpfung
auf. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Dämpfung
des zweiten Durchlassbereichs höher
als die Dämpfung
des ersten Durchlassbereichs. Der Übergang von dem ersten Durchlassbereich
in den zweiten Durchlassbereich erfolgt ein einer bevorzugten Ausführungsform
im wesentlichen steilflankig. Der Übergang von dem zweiten Durchlassbereich
in den Sperrbereich erfolgt ebenfalls bevorzugt steilflankig. Ein
Filter mit der oben genannten Charakteristik wird auch als Tontreppe,
oder im Englischen als Sound Shelf bezeichnet.
In
einer anderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Filters
folgt bei der zweiten Frequenz-Amplituden-Charakteristik der nicht steilflankige Übergang
von dem ersten Durchlassbereich in den Sperrbereich einer sogenannten
Nyquist-Charakteristik. Die Nyquist-Charakteristik zeichnet sich durch einen
zunächst
relativ flachen Abfall in den Sperrbereich aus, welcher zunehmend
steiler verläuft.
In einer bevorzugten Ausführungsform
verläuft der Übergang
vom Durchlassbereich in den oberen Sperrbereich nach der Nyquist-Charakteristik.
In
einer weiteren Ausführungsform
weist das umschaltbare Filter bei der zweiten Frequenz-Amplituden-Charakteristik
einen Übergang
vom Durchlassbereich in den Sperrbereich auf, welcher eine Tontreppe
bildet und eine Übergang,
welcher einer Nyquist-Charakteristik folgt.
Eine
erfindungsgemäße Schaltung
zum Empfang modulierter HF-Signale
weist ein abstimmbares Bandfilter auf und einen Mischer, welcher
die modulierten HF-Signale auf eine erste Zwischenfrequenz umsetzt.
Die modulierten HF-Signale umfassen mehrere Nutzsignale, die auf
verschiedene Trägerfrequenzen
aufmoduliert sind. Die auf die Zwischenfrequenz umgesetzten Signale
werden einem Demodulator zugeführt.
Die erfindungsgemäße Schaltung
weist außerdem
ein erfindungsgemäßes, umschaltbares
Filter auf, wie es vorstehend beschrieben wurde.
In
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Mischer als Image-Reject-Mischer
ausgelegt. Image-Reject-Mischer zeichnen sich durch eine hohe, prinzipbedingte
Unterdrückung
der Spiegelfrequenz aus. In Verbindung mit einem breitbandigen abstimmbaren
Filter ist so ein Empfänger
realisierbar, welcher nur eine einfache Umsetzung der Frequenz benötigt und
dennoch analoge und digitale Signale gleichermaßen gut empfangen und weiterverarbeiten
kann.
Ein
erfindungsgemäßer Fernsehempfänger weist
ein erfindungsgemäßes Filter
und/oder eine erfindungsgemäße Schaltung
zum Empfang modulierter HF-Signale auf. Die modulierten HF-Signale
sind in diesem Fall analoge oder digitale Fernsehsignale.
Das
erfindungsgemäße Filter
sowie die erfindungsgemäße Schaltung
zum Empfang modulierter HF-Signale eignen sich in vorteilhafter
Weise zur Verwendung in Fernsehempfängern. Sie sind jedoch nicht
auf diese Verwendung beschränkt,
sondern können überall dort
verwendet werden, wo verschiedene, alternativ zu empfangende Signale
oder Modulationsarten unterschiedliche Frequenz-Amplituden-Charakteristika eines
Filters erfordern.
Die
Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung genauer beschrieben
werden. In der Zeichnung zeigt
1 eine
Empfangsschaltung für
analoge und digitale Signale nach dem Stand der Technik;
2 eine
erfindungsgemäße Empfangsschaltung
bei einer ersten gewählten
Filtercharakteristik;
3 eine
erfindungsgemäße Empfangsschaltung
bei einer zweiten gewählten
Filtercharakteristik;
4a eine beispielhafte erste Frequenz-Amplituden-Charakteristik eines
erfindungsgemäßen Filters;
und
4b eine beispielhafte zweite Frequenz-Amplituden-Charakteristik eines
erfindungsgemäßen Filters.
In
den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente
mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 wurde
bereits weiter oben mit Bezug auf den Stand der Technik beschrieben.
Sie wird daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
In 2 ist
eine erfindungsgemäße Empfangsschaltung
bei einer ersten gewählten
Filtercharakteristik schematisch dargestellt. Ein Fernsehsignal
HF wird von einer Antenne 1 empfangen und an ein Filter 2 gelegt.
Das Filter 2 teilt den breiten Bereich empfangener Frequenzen
in schmalere Bereiche auf. Dies kann notwendig sein, wenn der Abstimmbereich
einer Abstimmschaltung in einem Empfänger nicht über den gesamten Empfangsbereich
abstimmbar ist. In diesem Fall sind für die jeweiligen Bereiche jeweils
eigene Abstimmschaltungen vorgesehen. Aus Gründen der besseren Übersichtlichlichkeit
ist in der Figur nur ein Zweig für
einen Bereich dargestellt. Das Signal wird weiterhin an einen regelbaren
Verstärker 3 angelegt,
welcher den Signalpegel auf einen gewünschten Pegel einstellt. Das Signal
gelangt an ein abstimmbares Bandfilter 4, welches eine
Vorselektion des gewünschten
Signals bewirkt. Das von dem abstimmbaren Bandfilter 4 kommende
Signal ist an einen Mischer 6 angelegt. Der Mischer 6 setzt
das HF-Signal auf eine niedrigere, feste Frequenz um. Die Umsetzung
erfolgt mittels einer variablen Frequenz LO, welche dem Mischer ebenfalls
zugeführt
ist. Die variable Frequenz LO ist jeweils so wählbar, dass das heruntergemischte
gewünschte
Signal in den Durchlassbereich eines Filters 12 fällt, welches
dem Mischer 6 nachgeschaltet ist. Das Filter 12 ist
ein erfindungsgemäßes, umschaltbares
Filter, welches in der Figur eine erste Frequenz-Amplituden-Charakteristik
aufweist, die so ausgelegt ist, dass beispielsweise ein heruntergemischtes
digitales Signal in dessen Durchlassbereich fällt. Ein dem Filter 12 nachgeschalteter,
regelbarer Verstärker 13 stellt
erforderlichenfalls den Signalpegel so ein, dass eine nachfolgende
Demodulatorschaltung (nicht gezeigt) nicht übersteuert wird.