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Verfahren zum selbsttätigen Frequenzabgleich eines Empfängereingangskreises
Es ist vorteilhaft, als Eingangskreis in Empfängern für hochfrequente elektrische
Schwingungen ein n-Filter, .auch Collinsfilter genannt, zu verwenden. Seine Funktionen
sind: a) Vorselektion durch Frequenzabgleich, b) Anpassungsabgleich der Antenne
an den Empfängereingang und c) Aussieben von Oberwellen und damit Erhöhung der Spiegelselektion.
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Ein abgleichbares Collinsfilter zeigt die F i g. 1. Es enthält als
Elemente zwei einstellbare Kapazitäten Cl und C2 und die Induktivität L. Zu seinem
Abgleich ist die Änderung von mindestens zwei Schwingkreiselementen erforderlich,
da Frequenz-und Anpassungsabgleich mit denselben einstellbaren Elementen erfolgt.
Dadurch ergibt sich eine Vielzahl von Abgleichmöglichkeiten, von denen jedoch nur
eine die optimale Anpassung ergibt.
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Aus der USA: Patentschrift 2 631239 ist der automatische, durch Servomotorenantrieb
gesteuerte Abgleich eines HF-Leistungsoszillators bzw. HF-Senders bekannt, dessen
Energie der induktiven Erhitzung dient. Durch den Servomotor wird :der Resonanzkreis
des Oszillators in der Weise beeinflußt, daß ein Drehkondensator verstellt wird.
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Aus der USA.-Patentschrift 2 964 712 ist es bekannt, bei einem .als
Bandsperre dienenden Filter die Ausblendefrequenz dadurch nachzuführen, daß der
Magnetisierungsstrom eines Resonanztransformators primärseitig geändert wird. Hierdurch
wird die Resonanzfrequenz infolge Änderung der Primärinduktivität verschoben. Dieses
Verfahren dient zur Ausblendung von diskreten Tonfrequenzen aus elektrisch registrierten
Seismogrammen.
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Aus den USA.-Patentschriften 2745067 und 2838658 sind
Anordnungen bekannt, die bei Sendern die Energieübertragungsleitung an die Sendeantenne
automatisch anpassen. Der Anpassungsabgleich erfolgt durch Phasenmessung mittels
einer Stehwellenmeßbrücke, in deren Diagonale durch Diodengleichrichtung eine Gleichspannung
zur Steuerung eines Servomotors gewonnen wird. Diese Methode wird dadurch ermöglicht,
daß bei Sendern große Hochfrequenzenergien zur Verfügung stehen, aus denen die Energie
zur Betätigung eines Servomotors abgezweigt werden kann.
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Die Anwendung der Lehre der genannten USA.-Patentschriften .auf den
automatischen Abgleich eines Filters im Eingang eines Empfängers ist nicht möglich,
da im Empfängereingang keine Leistungen zur Verfügung stehen, die eine Energie benötigende
Phasenmessung nach der in diesen USA.-Patentschriften geschilderten Art ermöglichen
würden. Zumindest wäre ein im Verhältnis zum Erfolg kaum als tragbar zu bezeichnender
Aufwand von vier zusätzlichen phasenstarren Verstärkern erforderlich, um .die zum
Abgleich benötigte Leistung zu gewinnen. Die Probleme beim automatischen Abgleich
eines Filters am Ausgang eines Senders sind aus Energiegründen also anders gelagert
als beim Abgleich eines Filters im Eingang eines Empfängers.
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Der selbsttätige Abgleich eines im Empfängereingang angeordneten Filters
als Eingangsschwingkreis kann jedoch nach der deutschen Patentschrift 864 411 und
der entsprechenden inhaltsgleichen schweizerischen Patentschrift 227 277 so erreicht
werden, daß durch periodische Änderung der Resonanzfrequenz gegenüber der Frequenz
der empfangenen Wechselspannung eine zusätzliche Amplitudenmodulation hervorgerufen
wird - nach »Funk, Zeitschrift des Funkwesens« vom 1. Mai 1938, S. 229 bis 231 kann
auf diese Weise auch eine 50-Hz-Frequenzmodulation erzeugt werden -, die nach Gleichrichtung
und im Takt der Änderung erfolgende Umpolung die Nachführspannung für die Schwingkreiselemente
ergibt.
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Aus der deutschen Patentschrift 655152 ist ferner bekannt, zur Konstanthaltung
der Resonanzfrequenz eines zweikreisigen Bandfilters entweder die Fror quenz der
zugeführten HF-Wechselspannung oder die Filterabstimmung zu ändern. Die normalerweise
zwischen
Eingang und Ausgang des Bandfilters für HF-Wechselspannungen bestehende Phasenverschiebung
von 90° wird in eine solche von 0° für eine niederfrequentere Wechselspannung (Netzfrequenz)
umgewandelt, mit der ein Servomotor zur Nachführung der Resonanzfrequenz angetrieben
werden kann.
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Diese Verfahren beziehen sich jedoch sämtlich lediglich auf die Frequenznachführung
bzw. die Frequenzkonstanthaltung. Wie eingangs geschildert, ist jedoch bei vz-Filtern
auch der Anpassungsabgleich von Wichtigkeit.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, gleichzeitig Frequenz und
Anpassung eines n-Filters selbsttätig abgleichbar und dadurch eindeutig zu machen,
wobei der Frequenzabgleich in der aus dem genannten Stand der Technik bekannten
Weise vorgenommen werden soll.
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Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum selbsttätigen Frequenzabgleich
des Eingangsschwingkreises eines Empfängers für hochfrequente elektrische Schwingungen,
bei dem die empfangene Schwingung durch periodische Änderung der Resonanzfrequenz
des Schwingkreises mit einer Hilfsschwingung amplitudenmoduliert wird und bei dem
die so .entstehende Amplitudenmodulation so lange auf die Frequenzabstimmung des
Eingangsschwingkreises einwirkt, bis der Eingangskreis die Sollabstimmung aufweist.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei
Verwendung eines mit Kapazitätsdioden aufgebauten -c-Filters als Eingangsschwingkreis
zusätzlich auf Anpassung dadurch abgeglichen wird"daß die Resonanzfrequenz des n-Filtersdurch
eine zweite Hilfsschwingung zier Frequenz f2 periodisch geändert wird und daß mittels
der so erhaltenen zusätzlichen Amplitudenmodulation durch Phasenvergleich mit der
zweiten Hilfsschwingung -eine zweite Regelspannung erzeugt wird, die gegenphasig
:auf die beiden Kapazitätsdioden einwirkt.
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Die Lösung der Aufgabe geht also nach der Erfindung von dem Gedanken
aus, die Kapazitäten des Collinsfilters durch in Sperrichtung vorgespannte Halbleiterdioden
zu ersetzen, deren Übergangskapazitäten bekanntlich spannungsabhängig sind. Wenn
auch andere elektronische Bauelemente bekannt sind, deren Übergangskapazitäten spannungsabhängig
sind, so werden im allgemeinen in Sperrichtung vorgespannte Halbleiterdioden als
spannungsabhängige Kapazitäten bevorzugt, schon allein auf Grund des geringen Raumbedarfes.
Im Hinblick auf die Anwendung soll deshalb die Erfindung unter Verwendung von Halbleiterdioden
als spannungsabhängige Kapazitäten beschrieben werden.
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Die F i g. 2 der Zeichnung zeigt ein Collinsfilter mit zwei Halbleiterdioden
Dl und D2. Das Collinsfilter liegt im Antennenkreis eines Kurzwellenempfängers vor
einer Vor- oder Mischstufe, die durch die Röhre Rö angedeutet wird. Über die Punkte
A, B und C ,erhalten die Halbleiterdioden ihre Vorspannungen in Sperrichtung. Zum
Abgleich des Collinsfilters müssen diese Vorspannungen auf bestimmte Werte eingeregelt
werden. Der Spannungsteiler R mit den Teilwiderständen. Ri und R2 dient zur Einstellung
von Symmetrierungsbedingungen.
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Die Erfindung gibt eine Möglichkeit an, den Abgleich des Collmsfilters
automatisch durchzuführen. Es sei erwähnt, daß in Empfängern für frequenzmodulierte
Schwingungen bekanntlich keine Amplitudendemodulation des hochfrequenten Signals
stattfindet und deshalb in einem derartigen Empfänger zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung eine zusätzliche Stufe zur Amplitudenmodulation des hochfrequenten
Signals vorgesehen werden muß.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in F i g. 3 dargestellten
Blockschaltbildes zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung erläutert.
Zunächst wird zur Erleichterung des Verständnisses auf den bekannten selbsttätigen
Frequenzabgleich näher eingegangen.
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Die Halbleiterdioden Di und D2 erhalten über die Punkte
A, B und C neben ihren Vorspannungen die Regelspannungen und fliesen überlagert
Hilfsschwingungen fier Frequenzen f 1 und f 2 zugeführt, die in den beiden Generatoren
G1 und G2 erzeugt werden. Die Frequenzen f, und f2 dürfen keine ganzen Vielfachen
voneinander sein, um eine Unabhängigkeit des Frequenz- und Anpassungsabgleiches
voneinander zu gewährleisten und um eine Trennung der nach der Amplitudendemodulation
am Punkt 4 auftretenden Spannungen der Frequenzen f, und f2 zu ermöglichen.
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Soll der Empfänger zum Empfang von tonfrequenzmodulierten Hochfrequenzschwingungen
dienen, so werden die Frequenzen f, und f2 außerhalb des Hörbereiches gewählt. Zum
Empfang von frequenzmodulierten Hochfrequenzschwingungen erhält der Empfänger eine
Stufe FM zur Frequenzdemodulation.
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Sollen dagegen amplitudenmodulierte Hochfrequenzschwingungen empfangen
werden, so wird die amplitudendemodulierte Tonfrequenz unmittelbar nach der Amplitudendemodulationsstufe
AM über einen zur Ausschaltung der Frequenzen fI und f2 vorgesehenen Tiefpaß
TP gewonnen.
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Den Halbleiterdioden wird über den Punkt B neben der zum Frequenzabgleich
dienenden Regelspannung eine Hilfsschwingung der Frequenz f1 zugeführt, die die
Übergangskapazitäten der Halbleiterdioden gleichphasig und periodisch verändert
und die Resonanzkurve des Collinsfilters bezüglich des durch die Regelspannung gegebenen
stationären Zustandes periodisch verschiebt. Wird der Empfänger auf die Frequenz
eines zu empfangenen Senders abgestimmt, so wird die hochfrequente Schwingung des
Senders auf Grund der durch die Frequenz f1 periodisch erfolgenden Verschiebung
der Resonanzkurve des Collinsfilters mit der Hilfsschwingung der Frequenz f1 amplitudenmoduliert.
Nach der Gleichrichtung der verstärkten hochfrequenten Schwingung in der Stufe
AM wird aus den erhaltenen überlagerungsprodukten ein Hilfswechselspannungssignal
der Frequenz f1 mit Hilfe der Frequenzweiche W ausgefiltert. Ist das Collinsfilter
abgeglichen, so enthalten die Überlagerungsprodukte lediglich einen Anteil der Frequenz
2 f _I anstatt der Frequenz f l. Auf Grund der Filterung in der Frequenzweiche
W ergibt sich in diesem Fall also kein Hilfswechselspannungssignal am Eingang 5
der Phasenvergleichsstufe Pi. Ist der Frequenzabgleich nicht gewährleistet, so erscheint
am Punkt 5 ein Hilfswechselspannungssignal der Frequenz f,.
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Als Phasenvergleichsstufen Pl bzw. P2 finden vorzugsweise solche Verwendung,
die ein gleichphasiges Paar von Wechselspannunen jeweils in eine Re,-%-,11-Z)
spannurig
umsetzen, deren Vorzeichen entgegengesetzt zu demjenigen ist, welches sich bei der
Zuführung eines Paares von gegenphasigen Wechselspannungen ergibt. Schaltungen für
derartige Phasenvergleichsstufen sind bekannt.
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Finden Phasenvergleichsstufen der genannten Art Verwendung, so wird
die Phasenänderung des Hilfswechselspannungssignals f 1, welche im Empfänger und
dem zur Ausfilterung dienenden Zweig W1 der Frequenzweiche W erfolgt, mit Hilfe
der Phasendrehstufe S1 so ausgeglichen, daß die am Punkt 7 liegende Wechselspannung
;der Frequenz f1 mit dem am Punkt 5 liegenden Hilfswechselspannungssignal gleicher
Frequenz entweder gleich- oder gegenphasig ist. Ist das Collinsfilter nicht auf
die Frequenz der über die Antenne 9 einfallenden hochfrequenten Schwingung abgestimmt,
d. h. ist die Resonanzkurve des Collinsfilters nicht symmetrisch zur Frequenz der
hochfrequenten Schwingung, so ist in diesem Fall je nach der Art der Fehlabstimmung
(Resonanzfrequenz des Collinsfilters oberhalb oder unterhalb der Frequenz des zu
empfangenen Signals) die Wechselspannung (am Punkt 7) in bezug auf das Hilfswechselspannungssignal
(am Punkt 5) in gleicher oder in entgegengesetzter Phase.
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Bei Durchführung der genannten Maßnahmen und bei Verwendung einer
Phasenvergleichsstufe der genannten Art ändert sich die Spannung am Punkt B so lange,
bis die Resonanzfrequenz des Collinsfilters mit der Frequenz der hochfrequenten
Schwingung an der Antenne 9 übereinstimmt. In diesem Augenblick verschwindet am
Punkt 5 das Hilfswechselspannungssignal der Frequenz f l, wie bereits ausgeführt.
Das Vorzeichen der Regelspannungsänderung ist selbstverständlich der Polurig der
Halbleiterdioden anzupassen.
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Die Amplitude der im Generator G1 erzeugten Hilfsschwingung der Frequenz
fl kann so geregelt werden, daß sie bei optimalem Frequenzabgleich des Collinsfilters
minimal wird. Zu diesem Zweck wird die normalerweise in der Stufe zur Amplitudemodulation
AM erzeugte Schwundregelspannung über die Leitung 3 .einer Stufe H zur Wobbelhubregelung
zugeführt. Die Stufe H wird so ausgelegt, daß die Amplitude der Hilfsschwingung
f1 bei maximaler Schwundregelspannung und damit bei optimalem Frequenzabgleich minimal
wird. Die maximale Amplitude der Hilfsschwingung f, wird so gewählt, daß das Collinsfilter
über den gesamten Frequenzbereich des Empfängers durchgestimmt wird. Damit ergibt
sich der Vorteil, daß mit .der Hilfsschwingung f1 periodisch der gesamte Frequenzbereich
überstrichen wird und erst bei Einfall eines Senders, dessen Frequenz im Empfänger
eingestellt wird, die Resonanzfrequenz des Collinsfilters mit der Senderfrequenz
zur Deckung gebracht wird.
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Der erfindungsgemäße selbsttätige Anpassungsabgleich ,des Collinsfilters
erfolgt auf ähnliche Weise mit Hilfe der im Generator G2 erzeugten Hilfsschwingung
der Frequenz f2, die im Fall eines Empfängers für Tonfrequenz oberhalb des Hörbereiches
gewählt wird und kein ganzzahliges Vielfaches von f1 sein darf. Hier werden nun
jedoch die Hilfsschwingungen zusammen mit den entsprechenden Regelspannungen den
beiden Halbleiterdioden über die Punkte A und C gegenphasig zugeführt. Zur Durchführung
dieser Funktion ist in F i g. 3 die Phasenumkehrstufe D vorgesehen. Im Fall eines
optimalen Anpassungsabgleiches enthalten die am Punkt 4 auftretenden überlagerungsprodukte
lediglich einen Anteil der Frequenz 2f2, so daß am Punkt 6 nach der Filterung im
Zweig WZ der Frequenzweiche W kein Hilfswechselspannungssignal auftritt.
Es tritt erst bei Fehlanpassung am Punkt 6 auf; seine Phasenlage in bezug auf die
Hilfsschwingung der Frequenz f2, wird in gleicher Weise, wie bereits beim Frequenzabgleich
beschrieben, mittels der Phasenvergleichsstufe P2 und der Phasendrehstufe S2 zur
Gewinnung .der den Halbleiterdioden an den Punkten A und C zuzuführenden gegenphasigen
Regelspannungen ausgenutzt. Die Amplitude der Hilfsschwingung der Frequenz f z wird
fest vorgegeben und kann leicht durch Probieren ermittelt werden, da die Ausgangsleistung
nur bei optimalem Anpassungsabgleich ein Maximum aufweist.
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Es ist noch zu beachten, daß die Zeitkonstante der Schwundregelung
des Empfängers so groß gewählt wird, daß die mit den Frequenzen f1 und f. erfolgende
Amplitudenmodulation des hochfrequenten Signals nicht ausgeregelt wird. Das ist
jedoch normalerweise bereits der Fall.
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Das Verfahren nach der Erfindung .ermöglicht somit, den Frequenz-
und Anpassungsabgleich eines als Eingangsschwingkreis eines Empfängers für hochfrequente
elektrische Schwingungen angeordneten Collinsfilters automatisch und eindeutig vorzunehmen.
Damit ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung der Bedienung. Ferner wird im Fall
eines Überlagerungsempfängers mit zwei variablen Kreisen (Vor- und Oszillatorkreis)
die Empfindlichkeit über den gesamten Abstimmbereich wesentlich erhöht, da sämtliche
Gleichlaufschwierigkeiten zwischen den Kreisen entfallen. In diesem Fall ist nur
ein Einfach-Drehkondensator im Oszillatorkreis notwendig.