DE1261561B - Schaltungsanordnung zur Verminderung der Unsicherheit im Frequenzumschlag bei der Demodulation zweitonfrequenzmodulierter Signale - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H04b

Deutsche Kl.: 21 a4- 22/05

Nummer: 1261561

Aktenzeichen: A 42538IX d/21 a4

Anmeldetag: 8. März 1963

Auslegetag: 22. Februar 1968

Bei Wechselstrom-Telegraphiesystemen werden die empfangenen Telegraphiesignale, gegebenenfalls nach Verstärkung und Amplitudenbegrenzung, einem Diskriminatornetzwerk zugeführt, das an zwei Ausgängen je ein Wechselstromzeichen abgibt. Diese Wechselstromzeichen werden nach ihrer Gleichrichtung einem weiteren Netzwerk zugeführt, das durch Differenzbildung zwischen den beiden Einfachgleichstromzeichen Doppelstromzeichen erzeugt.

Bei Telegraphiesendern kann das Umschwingen von der einen Frequenz auf die andere zeitlos geschehen. Im Übertragungsweg, vor allem im Empfänger, sind jedoch Filter vorhanden, die die Flanken der einzelnen Zeichen mehr oder weniger abflachen. Nach der Detektion zeigt sich dies, indem der Umschlag einen mehr oder weniger flachen Übergang zeigt. Sind die Frequenzen der Signale nach der Begrenzung von statistischen Störungen betroffen, so ist der Zeitpunkt des ungestörten Umschlages nicht mehr feststellbar.

Gleiche Probleme treten auch bei einer weiteren Anwendung dieser Zweitonfrequenzmodulation auf, nämlich bei der Infrarotortung bewegter Ziele in Verbindung mit der Raumfilterung. Dabei wird der geortete Strahler auf eine Scheibe projiziert und dessen Lage durch rotierende Abtastscheiben in den gewünschten Koordinaten angegeben. Der Abtastfigur wird ein Speichenmuster aus abwechselnd hellen und dunklen Streifen überlagert. Ein Punktstrahler ruft

Schaltungsanordnung zur Verminderung der Unsicherheit im Frequenzumschlag bei der Demodulation
zweitonfrequenzmodulierter Signale

Anmelder:

Albiswerk Zürich A. G., Zürich (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. W. J. Berg und Dipl.-Ing. O. F. Stapf, Patentanwälte, 8000 München 2, Hilblestr. 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Peter Aemmer, Zürich (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 15. August 1962 (9771)

breitbandig sind. Mit Rücksicht auf eine gleichmäßige Raumfilterung soll das Verhältnis der beiden Frequenzen nicht zu groß sein (kleiner als 2). Ein guter Kompromiß zwischen der relativen Bandbreite der

dabei eine Impulsfolge hervor, während Flächen- 30 Bandpaßfilter und dem Frequenzverhältnis für die strahler je nach Form und Ausdehnung ein mehr oder Raumfilterung ist das Frequenzverhältnis 1:1,5. Es weniger konstantes Gleichstromsignal ergeben. lassen sich dabei relative Bandbreiten von 30 °/o er-

Durch geeignete Wahl der Abtastfigur kann aus reichen. Ein größerer Frequenzhub bei gleichblei-Impulsverhältnissen direkt auf kartesische Koordi- benden Bandbreiten ergäbe eine Verbesserung des naten geschlossen werden. Derartige Speichenmuster 35 Signal- zu Rauschverhältnisses. Aus diesem Grund geben am Ausgang des Bildzerhackers Impulszüge wurde bei bekannten Geräten auf die günstige Raumab, die analog zur Zweitontelegraphie in Form von filterung verzichtet und ein Frequenzverhältnis von frequenzmodulierten Signalen auskoppelbar sind. Die 1:4 gewählt.

Auswertung dieses Signals kann ebenfalls ent- Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung

sprechend der in der Zweitontelegraphie üblichen 40 zur Verminderung der Unsicherheit im Frequenz-Technik erfolgen. Die einzelnen Koordinaten ergeben umschlag bei der Demodulation zweitonfrequenzsich beispielsweise aus dem Verhältnis der Impuls- modulierter Signale, deren Frequenzumschläge angelänge zur Impulslücke. Nachteilig wirken sich dabei nähert durch Vergleich der Ausgangsspannungen die statistischen Störungen aus, die sich als ein den zweier auf die beiden Modulationsschwingungen Signalen überlagertes Rauschen zeigen. Damit der 45 abgestimmter Frequenzdiskriminatoren festgestellt Ort des Strahlers genau vermeßbar ist, muß der Fre- werden. Die Erfindung bezweckt die Verbesserung quenzumschlag zeitlich genau feststellbar sein, der der bekannten Lösungen, so daß die Frequenz-Umschlag muß daher mit einer möglichst steilen umschläge sicher feststellbar sind. Zur Lösung dieser Flanke erfolgen. Aufgabe wird die Tatsache benutzt, daß die Fre-

Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Bandpaß- 50 quenzumschläge immer in einem ausgezeichneten filter für die zwei Frequenzen genügend schnell ein- Punkt der Schwingungen stattfinden. Beispielsweise und ausschwingen können und deshalb genügend trete bei der Frequenzmodulation ein plötzlicher Um-

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schlag von der Frequenz Ω1 auf die Frequenz Ω 2 dagegen einzuwenden. Die Zweitonfrequenzmoduauf. Die Ausgangsfunktion kann für den betrachteten lation ist eine sprungartige Änderung der Frequenz speziellen Fall zusammengesetzt werden aus einer einer Schwingung und somit der Winkelgeschwindig-Dauerschwingung mit der Frequenz Ω1, einer im keit des Spannungsvektors. Nach der Begrenzung Umschlagzeitpunkt plötzlich auftretenden Schwin- 5 äußert sich die statistische Unstetigkeit in Ideinen gung gleicher Frequenz und gleicher Amplitude, aber spontanen Änderungen der Winkelgeschwindigkeit entgegengesetzter Phase und der im gleichen Zeit- des gleichen Spannungsvektors. Das Verhältnis der punkt plötzlich auftretenden Schwingung mit der Fre- von der Unstetigkeit herrührenden kleinen Ändequenz Ω 2. Somit verläuft die Signalspannung im Um- rungen zu der von der Modulation herrührenden schlag stetig. io großen Änderung kann zwangläufig nie kleiner sein

Für die Ausführung sind zwei verschiedene Anord- als das Verhältnis der kleinen Änderung der Winkelnungen denkbar. Nach der einen werden die in den geschwindigkeit zur Winkelgeschwindigkeit selbst. Frequenzdiskriminatoren ausgefilterten Modulations- Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß aus

schwingungen über Verzögerungsglieder geführt, um den durch die Frequenzdiskriminatoren ausgefilterten so mit dem angenäherten Umschlag zu koinzidieren. 15 Modulationsschwingungen zwei Impulsreihen erzeugt Die Impulse für das Zurückkippen des Multivibrators werden, die phasenstarr zu den Nulldurchgängen je werden jeweils aus der Impulsreihe entnommen, die einer Modulationsschwingung sind, daß jeweils mit aus der Modulationsschwingung, die vor dem Fre- dem angenähert festgestellten Frequenzumschlag ein quenzumschlag Informationsträger ist, hervorgeht. bistabiler Multivibrator in den einen Zustand gekippt

Nach der zweiten Anordnung ist eine Verzögerung 20 und durch den nächstfolgenden Impuls einer der der Impulsreihen nicht notwendig, indem die Erzeu- beiden Impulsreihen in den anderen Zustand zurückgung des angenäherten Frequenzumschlages ein Tief- gekippt wird, und daß die durch das Zuruckkippen paßfilter enthält, das eine Verzögerung des Um- des Multivibrators erhaltene Impulsflanke als Freschlages selbst bewirkt. Zur Steuerung des Multi- quenzumschlag verwendet wird, vibrators wird dementsprechend die Impulsreihe ver- 25 Die beschriebenen Ausführungsbeispiele eignen wendet, die aus der Modulationsschwingung hervor- sich besonders für Infrarot-Vermessungsgeräte, die geht, die nach dem Umschlag Informationsträger ist. die Aufgabe haben, einen Infrarotstrahler mit An Hand der Zeichnung wird nachfolgend die Er- kartesischen Koordinaten zu vermessen* Das findung näher erläutert. Dabei zeigt Speichenmuster der Raumfilter-Zerhackerfigur läßt

F i g. 1 die oben beschriebene bekannte Anord- 30 sich derart bemessen, daß die Schwingungen beim nung, Frequenzumschlag übergangslos aufeinander folgen.

Fig. 2, 3 und 4 je ein Blockschaltbild von Detek- Die Gleichrichtung des Signals erfolgt gemäß

toren nach der Erfindung. F i g. 2 in der gleichen Weise wie in der Anordnung

In einer bekannten Schaltungsanordnung in F i g. 1 gemäß F i g. 1 mit dem Begrenzer 11, den Bandpaßwerden die Signale vom Begrenzer 11 auf Bandpaß- 35 filtern 12 und 13, den Gleichrichtern 14 und 15 sofilterl2 und 13 und von dort auf Gleichrichter 14 wie dem Tiefpaßfilter 16. Von den Bandpaßfiltern 12 und 15 geführt. Die gleichgerichteten Signale werden und 13 wird je eine Spannung abgezweigt, die auf addiert und über ein Tiefpaßfilter 16 auf eine Impuls- Verzögerungsleitungen 21 und 22 geführt werden, formerstufe 17 geführt. Alle drei Spannungen werden auf Nullindikatoren 23,

Die Wirkungsweise bei einem Umschlag ist die 40 24 und 25 geführt. Die bistabilen Schaltungen 26 und folgende: 27 werden durch die Ausgangssignale der Nullindi-

Das Signal schwingt mit der Frequenz ft, die katoren gesteuert. Die Ausgangssignale dieser bidurch das Bandpaßfilter 12 geleitet wird. Nach dem stabilen Schaltungen steuern eine weitere bistabile Gleichrichter 14 entsteht damit eine positive Gleich- Schaltung 28.

spannung. Die Spannung nach dem Gleichrichter 15 45 Die Spannung im Punkt A wird dazu verwendet, ist 0 Volt. Beim Umschlag auf die Schwingung mit denjenigen der Nulldurchgänge des ursprünglichen der Frequenz/2 schwingt das Bandpaßfilter 13 ein. Signals auszuwählen, der als erster am Punkt B Hinter dem Gleichrichter 15 baut sich eine negative oder C nach dem Nulldurchgang im Punkt A erSpannung auf. Das Bandpaßfilter 12 schwingt aus, scheint. Dieser aus einer Impulsreihe ausgewählte und die positive Gleichspannung nach dem Gleich- 50 Nulldurchgang bestimmt dann den Nulldurchgang richter 14 baut sich ab. Da die Gleichrichter 14 und des gleichgerichteten Signals, Wenn der Frequenz-15 seriengeschaltet sind, kann am Verbindungspunkt umschlag im Punkt A angezeigt wird, ist das Banddie Summenspannung abgenommen werden, die von paßfilter für die zugehörige Frequenz im ausschwineiner positiven Spannung auf eine negative Spannung genden Zustand und hat ein beträchtliches Maß umschlägt. Das Tiefpaßfilter 16 wirkt als Siebschal- 55 seiner Signalenergie verloren. Damit ist die Unsichertung für den Gleichstrom. Der Impulsformer ist eine heit der Nulldurchgänge der Impulsreihe größer gebistabile Schaltung, beispielsweise ein Schmitt- worden als im eingeschwungenen Zustand des Band-Trigger, der bei positiver Steuerspannung in der einen paßfilters. Die Laufzeit der Verzögerungsleitungen Stellung und bei negativer Steuerspannung in der 21 und 22 wird derart gewählt, daß die Nulldurchanderen Stellung verharrt. Beim Nulldurchgang der 60 gänge, die zur Bestimmung des Frequenzumschlages Summenspannung im Punkt vi kippt der Schmitt- verwendet werden, vom Frequenzumschlag nicht beTrigger, einträchtigt sind.

Bei dieser Anordnung zeigt es sich, daß bei Die Wirkungsweise geschieht wie folgt: Auf die

statistischen Streuungen der Frequenzen die Null- Verzögerungsleitungen 21 und 22 folgen Nullindidurchgänge des gleichgerichteten Signals viel stärker 65 katoren. Dies sind Schaltungsanordnungen, die z. B. streuen als die Nulldurchgänge der Tonschwingungen. für den Nullindikator 23 bei jedem Nulldurchgang Obwohl dieses Verhalten zunächst widersinnig von der negativen zur positiven Halbwelle einen posischeint, ist von der physikalischen Anschauung nichts tiven kurzzeitigen Impuls und für den Nullindikator

25 in jedem Nulldurchgang von der positiven zur negativen Halbwelle einen ebensolchen negativen Impuls abgeben. Der Nullindikator 24 gibt bei jedem Nulldurchgang abwechselnd an jedem Ausgang einen Impuls. Bei eingeschwungenem Zustand auf der Frequenz /1 liefert der Nullindikator 23 angenähert periodisch Impulse. Die bistabile Schaltung 26 ist dadurch ständig in einem bestimmten Schaltungszustand, der beispielsweise mit geschlossen bezeichnet wird. Beim Frequenzumschlag von /1 nach /2 erhält die bistabile Schaltung 26 einen Impuls vom Nullindikator 24 und öffnet damit. Beim nächsten Impuls aus dem Nullindikator 23 kippt die bistabile Schaltung 26 wieder in den geschlossenen Zustand. Über ein nachfolgendes Differenzierglied und einen Gleichrichter wird nur der Impuls vom Schalten in den geschlossenen Zustand weitergeleitet. Die bistabile Schaltung 28 schaltet mit Impulsen aus der bistabilen Schaltung 26 in den geschlossenen Zustand. -

Die bistabile Schaltung 27 arbeitet in der entsprechenden Weise wie die bistabile Schaltung 26 und liefert einen Ausgangsimpuls bei jedem Frequenzumschlag von /2 nach /1. Ein solcher Impuls bewirkt das öffnen der bistabilen Schaltung 28. Am Ausgang derselben kann somit eine Spannung ausgekoppelt werden, die derjenigen am Punkt A entspricht, deren Nulldurchgänge jedoch viel weniger den Streuungen unterworfen sind.

Die Anordnung in F i g. 3 entspricht genau derjenigen in F i g. 2, nur daß die Verzögerungsleitungen 21 und 22 wegfallen. Die Impulsreihen zur Festlegung des Frequenzumschlages werden dabei aus dem gerade eingeschwungenen Signal entnommen. Damit dies möglich ist, muß der Nulldurchgang im Punkt A genügend verzögert sein. Dies läßt sich aber ohne weiteres durch entsprechende Dimensionierung des Tiefpaßfilters 16 erreichen.

Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin: Jedes Tiefpaßfilter wirkt als Verzögerungsleitung. Die An-Ordnung nach F i g. 2 braucht zwei Verzögerungsleitungen 21 und 22, um die verzögernde Wirkung des Tiefpaßfilters 16 sowie die Einschwingvorgänge der Bandpaßfilter 12 und 13 zu überbrücken. Diese Verzögerungsleitungen müssen zudem bedeutend breitbandiger gebaut sein als das Tiefpaßfilter und sind dementsprechend aufwendig.

Die Anordnung gemäß F i g. 4 eignet sich besonders, wenn man vom eintreffenden Signal weiß, daß es nach einem Frequenzumschlag eine gewisse minimale Zeit im neuen Frequenzzustand verharrt, die wesentlich langer dauert als die Ein- bzw. Ausschwingzeit der Bandpaßfilter 12 und 13. Die beiden weiteren Bandpaßfilter 41 und 42 werden dann derart dimensioniert, daß sie während der Zeit des dauernden Signals beispielsweise auf mindestens 9O°/o eingeschwungen sind. Damit können die Bandpaßfilter 41 und 42 wesentlich schmaler gebaut werden als die Bandpaßfilter 12 und 13. Die Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses, über die gesamte Schaltungsanordnung gesehen, ist umgekehrt proportional zum Verhältnis der Bandbreiten der Bandpaßfilter 41 zu 12 bzw. 42 zu 13. Für vernünftige Filtercharakteristiken wird die Gruppenverzögerung der Bandpaßfilter 41 bzw. 42 gerade so groß gewählt, daß die Signale in den Punkten B und C dann genügend eingeschwungen sind, wenn in Punkte frühestens wieder ein Frequenzumschlag angezeigt werden kann.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Verminderung der Unsicherheit im Frequenzumschlag bei der Demodulation zweitonfrequenzmodulierter Signale, deren Frequenzumschläge angenähert durch Vergleich der Ausgangsspannungen zweier auf die beiden Modulationsschwingungen abgestimmter Frequenzdiskriminatoren festgestellt werden, d a durchgekennzeichnet, daß aus den durch die Frequenzdiskriminatoren ausgefilterten Modulationsschwingungen zwei Impulsreihen erzeugt werden, die phasenstarr zu den Nulldurchgängen je einer Modulationsschwingung sind, daß jeweils mit dem angenähert festgestellten Frequenzumschlag ein bistabiler Multivibrator in den einen Zustand gekippt und durch den nächstfolgenden Impuls einer der beiden Impulsreihen in den anderen Zustand zurückgekippt wird, und daß die durch das Zurückkippen des Multivibrators erhaltene Impulsflanke als Frequenzumschlag verwendet wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Frequenzdiskriminatoren ausgefilterten Modulationsschwingungen über Verzögerungsglieder geführt sind, um so eine Koinzidenz zwischen angenähertem Umschlag und eingeschwungenem Zustand der Modulationsschwingung zu erzeugen, und daß die Impulse für das Zurückkippen des Multivibrators jeweils aus der Impulsreihe entnommen werden, die aus der Modulationsschwingung, die vor dem Frequenzumschlag Informationsträger war, erzeugt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Frequenzdiskriminatoren ausgefilterten und in Impulsreihen umgewandelten Modulationsschwingungen zur Steuerung des Multivibrators verwendet sind, daß die Impulse für das Zurückkippen des Multivibrators jeweils aus der Impulsreihe entnommen werden, die auf der Modulationsschwingung, die nach dem Frequenzumschlag Informationsträger ist, erzeugt ist, und daß die Koinzidenz zwischen angenähertem Frequenzumschlag und eingeschwungenem Zustand der Modulationsschwingungen durch die verzögernde Wirkung eines Tiefpaßfilters im Frequenzdiskriminator erhalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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