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Empfänger für frequenz-, phasen- oder amplitudenmodulierte Schwingungen
mit einer Krachsperre Die Erlmdung betrifft einen Empfänger insbesondere für frequenzniodulierte,
jedoch auch für phasenufld amplitudenmodulierte Schwingungen, bei dem die Ausgangsspannung
von der Feldstärke weitgehend unabhängig ist und der eine Krachsperre aufweist,
bei der entweder die Regelspannung oder die gleichgerichtete Trägerspannung, -wenn
sie eine Schwelle überschreitet, zur Aufsteuerung des Niederfrequenzteiles benutzt
wird und bei der der für die Aufsteuerung des Niederfrequenzteiles benutzten Spannung
eine vom Rauschen abgeleitete Spannung entgegengeschaltet wird.
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Bei Empfängern für frequenzmodulierte Schwingungen wird eine von der
Feldstärke des Empfangssignals unabhängige Ausgangsspannung meist dadurch erzielt,
daß die Verstärkung des Empfängers so groß gewählt wird, daß auch bei kleinen Empfangssignalen
wenigstens die letzte Verstärkerstufe des Zwischenfrequenzverstärkers voll ausgesteuert
wird und damit eine Begrenzung bewirkt. Die Verstärkung der Verstärkerstufen ist
meist sogar so groß gewählt, daß bei fehlendem Eingangssignal des Empfängers das
Rauschen am Empfängerausgang genauso groß oder wenigstens nahezu so groß ist wie
das von einem empfangenen Signal beliebiger Feldstärke erzeugte Ausgangssignal.
Hierdurch können auch schwache Sender noch brauchbar empfangen werden. Eine von
der Feldstärke nahezu unabhängige Ausgangsspannung kann man auch dadurch erzielen,
daß man einen in der Verstärkung durch eine Regelspannung geregelten Verstärkerzug
benutzt.
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Derartige Empfänger haben den Nachteil, daß bei fehlendem Empfangssignäl
das Rauschen im Lautsprecher mit großer Lautstärke hörbar wird, was für den Funker
verständlicherweise sehr unangenehm ist. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es,
wie bereits oben erwähnt,bekannt, eine Krachsperre vorzusehen.
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Es sind Krachsperren bekannt,- in denen, wie eingangs bereits erwähnt,
die empfangene Trägerspan# nung gleichgerichtet und die hierbei gewonnene Gleichspannung,
wenn sie eine bestimmte Schwelle überschreitet, zur Entsperrung des Niederfrequenzteiles
des Empfängers benutzt wird (deutsche Patentschrift 888 870). An Hand der
F i g. 1 und 2 soll die Wirkungsweise einer derartigen Krachsperre erläutert
werden. Von dem Empfänger sind in der F i g. 1
lediglich der Zwischenfrequenzverstärker
1, der Frequenzdiskrimmator 2 und der Niederfrequenzverstärker
3 dargestellt. An einer Stelle des Zwischenfrequenzverstärkers, an der sich
die Zwischenfrequenzspannung noch in Abhängigkeit von der Eingangsspannung des Empfängers
ändert, wird die Spannung fürdie Krachsperre ausgekoppelt. Sie wird im Glied 4 gegebenenfalls
noch verstärkt und danach gleichgerichtet. Die Ausgangsspannung des Glieds 4 wird
über den einstellbaren Spannungsteiler 5 geführt. Die Gleichspannung wird
dann einer Schaltstafe 6 zugeführt, die bei einem bestimmten Pegel anspricht
und dann die Niederfrequenzstufe 3 entsperrt. Die Eingangsspannung, bei der
der Niederfrequenzteil 3 aufgesteuert wird, hängt einmal von der Ansprechspannung
der Schaltstufe 6, zum anderen aber auch von der Stellung des einstellbaren
Spannungsteilers 5 ab. Die Aufsteuerschwelle für den Niederfrequenzteil kann
also durch Einstellung des Potentiometers 5
variiert werden.
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In der F i g. 2 ist der Verlauf der Ausgangsgpanming des Gleichrichters
4 in Abhängigkeit von der Hochfrequenz-Eingangsspannung des 'Empfängers dargestellt.
Der entsprechende Kurvenverlauf ist mit 7 bezeichnet. In der F'i
g. 2 ist au& ein #Störspannungsverlauf miteingezeichnet, wie er beispielsweise
durch Funkenstörungen erzeugt' wird. Man # erkennt aus der F i g. 2, daß
mit Rücksicht auf diese hier an-genommene Störung,die Schwelle für die Entsperrung
des Niederfrequenzteils oberhalb 0,5 [X liegen muß, da sonst auch eine von
einer Funkenstörung herrührende Spannung den Niederfrequenzverstärker aufsteuern
könnte. Der mit 9 bezeichnete Einstellpunkt ist noch kritisch, denn bei ihm
kann sowohl eine entsprechend große Eingangsspannung als auch das Störsignal die
Niederfrequenzstafe aufsteuern. Da sich Nutz- und Störspannung überlagern, kommt
dann, wann man die Schwelle in den Punkt 10 verlegt, bei gleichzeitigem Auftreten
eines Störsignals eine Verlagerung des Punktes 10 für die Nutzspannung
etwa
in den Punkt 9 zustande. Erst der Punkt 11, bei dem die ÄÜs'p'r-e«chschweRei-bberhalb
3 RV lieA erlaubt einen Empfang ohne merkliche Beeinträchtigung.
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Die oben dargelegten Überlegungen gelten auch dort, wo die konstante
Ausgangsspannung durch eine Regelung aller#Verstärkerstufen, mittels-einer Regelspannung
erzielt wird. In diesem Falle kann man, wie eingangs bereits erwähnt, an Stelle
der gleichgerichteten Trägerspannung die Regelspannung zur Steuerung der Krachsperre
ausnutzen. Bei lang anhaltenden Störungen, wie sie - z. B. durch den
Ab-
nahmebügel von E-Lokomotiven bewirkt werden, erzeugen diesc Störungen
eine Regelspannung, -durch die wiederum fär die Krachsperre ein Eingangssignal vorgetäuscht
wird und eine Entsperrung des Niederfrequenzteils zustande kommt. Nur bei sehr unemp-Imdlicher
Einstellung ddr Krachsperre liegt auch hier ein einwandfreies Funktionieren der
Krachsperre vor.
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Bei der aus der deutschen Patentschrift 888 870
bekannten Krachsperre
wird vermieden, daß bei fehlender Trägerspannung die dann vorhandene große Rauschspannung
den Niederfrequenzverstärker entsperren kann. Bei dieser bekannten Anordnung wird
davon ausgegangen, daß man durch Gleichrichten der Trägerspannung- nicht nur eine
Gleichspannung, sondern auch.eine vom Rauschen herrührende Ni#derfr equenzspannung
erhält. Diese vom Rauschen herrührende Niederfrequenzspannung wird (gegebenenfalls
nach Verstärkung) erneut gleichgerichtet und der Entsperrungsgleichspannung in einer
solchen Größe gegengeschaltet, daß die Rauschspannung keine Entsperrung hervorrufen
kann. Tritt also am Ausgang des Empfängers lediglich eine Rauschspanilung auf,'so,
wird 'du , ,rch die Gegenschaltung dei bei-: den Spannungen: bewirkt" daß,
eine. Entsperrung -nicht zustande'kommt. *Diese bekannte- Krachsperre, kann jedoch
den nachteiligenEinfluß von Funkenstörungeri u. dgl. nicht austeichend beseitigen,
weil nicht immer Störungen mit eindm->Modulationsgr-ad' 100% auftreten und derartige-,
nicht, 100 % durchraddulierte Störungen: von - def- -h>Ckaiintee Krachsperre
nicht unterdrückt werden.
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üblicherweise wdxden bei-'Empfäng#m -für frequenzmodulierte
Sch#vingung--en sogenannte -rauschgesteuerte --Krachsperrän -erwendet (»Lehrbuch
der Funkempfangstechnik«, Bd. 2, vön I-1. P i t s ch, erschienen in der Akademischen
Verlagsgesellschaft Geest & Portig KG, Leipzig, 1960,' S. 449
und 450). Das Prinzip - diner derartigen Raüschäperre soll an Hand der F
ig.3 erläutert werden.'- Vom gesamteii Empfänger sind hiet-wiäderum nur der Zwischenfreequenzverstätker
1,-, dei Diskriminätor 2 -und -die Niedeifrequenzstufe 3 r dargestellt.
Die Rauschspannung wird hier am Diskrirninator abgenömmen, im Ver--m st«a*rker'12
verstärkt,-luüd- einem frequeniselektiven Glied13 zugdfähit.-Das freqüenzselekfive
Glied.13 ein , lb de§" ausgenutiten Frequenzbäreichs läßt ' oherha
liegendes Rauschspektrum durch. Am Ausgang des Gliedes13 erhält man7 also dann eine
verwertbare Spannung,- wenn dü#,-'Eingang#signal des BliJPfäggers sehr klein, ist
und, -da§ -Rä'ugchen in den'V6rstäikerri entsprechend verstärkt wird. Die Ausgang§spaünung
des frequenzselektiven Glieds 13 v&-d über - deii Einstellwiderstand
M'binem Gleichjichter 15 zugeführt Steigt- dessen Ausgang'ssp-anuung über
eine bestimmte Schwdlle 'an, dänn spricht -die Schältstufe 16 ah und sperrt
-den Niederfßd4ue&verstärker,3. Damit wird Niederfrequenzteil 3 eris#Milt.
Der Schwehwert der Eingangsspannung des-Iiefängers, bei dem der Niederfrequenzverstärker
geöffnet wird, wird durch die Einstellung des Glieds 14 bestimmt. -
Diese
bekannte. Krachsperre hat bei den bisher üblichen Empfängern für frequenzmodulierte
Schwingungen zur weitgehenden Zufriedenheit gearbeitet. Die schnelle Entwicklung
des Funksprechwesens macht jedoch eine immer dichtere Belegung der Funksprechbänder
notwendig. Als Folge hiervor wird der Kanalabstand beispielsweise von Funksprechgeräten
immer mehr verringert. Mit der Verringerung des Kanalabstandes -ist eine Verringerung
der Durchlaßbreite des Empfängers verbunden. Mit der Verringerung der Durchlaßbreite
verringert sich auch das übertragene _ Rauschspektrum. - Iherdurch
wird das Verhältnis des zur Steuerung-des Niederfrequenzverstärkers, 3 ausgenutzten
Rauschfrequenzbandes und der unvörmeid15aren KUMrodukte des demoduliert6n Nutzsignals
immer kleiner. Hierdurch ist die Schaltschwelle bei rauschgesteuerten Krachsperren
nicht mehr auf großen Rauschabstand einstellbar. Gerade dies - wird
- jedoch wegen der immer dichteren Belegung der Frequenzbänder und der damit
verursachten häufigen Fehlansprache gefordert. -
In der- F ig. 4 der Zeichnung
ist der Verlauf der Rauschspannung vor dem Regler 14 in, Abhängigkeit von der Hochfrequenz-Eingangsspannung
eingezeichnet und mit 17 bezeichnet. In diese grafische Darstellung ist auch
der Verlauf der von den Mirrprodukten herrührenden Spannung eingezeichnet und mit
18 bezeichnet.-Es sind-Iiier'--vier'Einstellpunkte, algo -einstellbare Ansprechschwellen
eingezeichnet und mit 19 bis 22 -bezeichnet., Der Einstellpunkt
19
liegt bei etwa 0,1 #tV. Der Signal- zu.- Rauschabstand ist in diesem
Fall gleich'3 db. Mei dieser- Ansprechschwelle 19 wird also eine Entsperrung
de§ Empfängers vorgenommen" wenn die-Eingangsspannung des Empfängers den
Wert 0,1 RV überschreitet. Die Einstellung wird durch -das Potentiometer
14 vorgenommen. Bei dieser Ansprechschwel16 spielen möglicherweise auftretende Klirrprodukte
praktisch noch keine Rolle. Bei- der Ansprechschwelle 20, die bei einer Eingangsspannung
von etwa 0,35 [tV liegt, was einem Signal- zu Rauschabstand von etwa
15 db entspricht, wird durch ein zusätzlich in den Durchlaßbereich des frequenzselektiven
Glieds 13 f allenden Y.IiiTprodukt der Einsätzpunkt etwa auf den Wert
0,5 #X nach rechts verschoben. Die Ansprechschwelle 21 ist bereits
- kritisch, d. fi., so*ohl ein Eingangssignal von 1 #X als
auch ein auftretendes Klirrprodukt kann den Niederfrequenzverstärker sperren. '-
Die Ansprechschwelle 22 kann -überhaupt nicht mehr ausgenutzt werden.
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- Wie oben gezeig Weisen beide Arten vän Xrachsperren Nachteile auf.
Der Nachteil der zuerst erläuterten Art voh Krachsperren besteht darin, daß die
Ansprechschwelleii wegen möglicherweise auftretender Funkehstörungen nicht in den-
Bereich niedriger Empfänger-Eingangsspanüung gelegt weiden können.-Demgegenüber
ist es bei der zweitenArt von bekannten Krachsperren wegen der Klirrprodukte 'nicht
möglich, die Anspiechschwelle in -den Bereich hoher Eingaügs§pannungeb# des Empfängers
zu legen. Es ist jedoch in -vielen Fällen- iDrwünscht, - die Ansprechschwelle
-für die Krachspdrre in- emiein weiten -Bereich variieren..zii können:
Die
der Erfindung zugrunde -Iiegende'Aufgabe besteht darin,- -eine Krachsperre zu schaffen,
bei der diese Erscheinungen nicht auftreten, bei der also die Ansprechschwelle in
weiten Grenzen variiert werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß zur Gewinnung der der Entsperrungsspannung
entgegengeschalteten Gleichspannung zusätzlich zu der trägergesteuerten Krachsperre
eine an sich bekannte Krachsperre vorgesehen ist, die eine von der Größe des Rauschens
in einem außerhalb des Signalfrequenzbereiches liegenden Frequenzbereich abhängige
Gleichspannung abgibt, daß eine Additionsstufe vorgesehen ist, in der zu den beiden
einander entgegengeschalteten Gleichspannungen eine feste Gleichspannung addiert
wird, und daß die Spannungssumme über ein Einstellglied geführt ist, das die Einstellung
der Größe der zur Steuerung des Niederfrequenzteiles benutzten Summenspannung und
damit die Einstellung der Ansprechschwelle der Krachsperre erlaubt.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Krachsperre ist in
prinzipieller Darstellung in der F i g. 5 wiedergegeben. Der Zwischenfrequenzteil
ist wiederum mit 1, der Diskriminator mit 2 und der Niederfrequenzteil mit
3 bezeichnet. Vor dem Begrenzer im Zwischenfrequenzteil wird auch hier eine
Spannung entnommen, die über einen Verstärker 23
einem Gleichrichter 24 zugeführt
wird. Am Ausgang dieses Gleichrichters erhält man eine Spannung, die vom Eingangssignal
abhängt. Neben dieser vom Träger abgeleiteten Spannung wird bei der erfindungsgemäßen
Krachsperre noch eine Spannung vom Rauschen abgeleitet. Wie bei der F i
g. 3 ist der Diskriminatorausgang mit einem Verstärker und einem frequenzselektiven
Glied 25 verbunden. Der Durchlaßbereich des frequenzselektiven Glieds liegt
wiederum oberhalb des ausgenutzten Signalfrequenzbereichs. Die von diesem frequenzselektiven
Glied durchgelassene Rauschspannung wird im Gleichrichter 26
gleichgerichtet.
Die Gleichrichter 24 und 26 sind so ausgelegt, daß ihre Ausgangsspannung
entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen. Gleichzeitig wird hier eine feste Gleichspannung
zu den beiden Spannungen mit entgegengesetztem Vorzeichen addiert. Die Summenspannung
wird -über eine Trennstufe 27 dem Einstellregler 28 zugeführt, dessen Ausgangsspannung
wiederum der Schaltstufe 29 zugeführt wird. Die zu den Ausgangsspannungen
der Gleichrichter 24 und 26 zuaddierte feste Gleichspannung kann bei entsprechender
Ausbildung der folgenden Stufen auch Null sein.
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In der F i g. 6 der Zeichnung ist der Verlauf der Summenspannung
aus den in den Gleichrichtern 24 und 26 gleichgerichteten Spannung und der
festen Gleichspannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung des Empfängers dargestellt
und mit 30 bezeichnet. Diese Summenspannung setzt sich aus der festen Gleichspannung
31, der hierzu addierten, über Widerstände geteilten Ausgangsspannung
32 des Gleichrichters 24 und der mit negativem Vorzeichen addierten, aber
ebenfalls heruntergeteilten Ausgangsspannung 33 des Gleichrichters
26 zusammen. Der Verlauf 32 der F i g. 6 entspricht (sieht
man von der Herunterteilung ab) dem Verlauf 7 der F i g. 2 (allerdings
um die feste Spannung 31 versetzt), während der Verlauf 33 der F i
g. 6 dem Verlauf 17 der F i g. 4, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen
und ebenfalls um die feste Spannung 31 versetzt, *entspiicht. Außer-'-dein
sind auch, hier die Spannungswerte über, Wi&r.-; stände heruhtergeteilt. Man,
erkennt aus der Darstellung der F i -g-. 6# daß- üunmehr die, Einstellschwelle beliebig
zwischen 0,1 und 3 #X gewählt werden kann. Der Verlauf der Klirrprodukte
34 sowie der von Funkenstörungen hervorgerufene Spannungsverläüf 35 sind
ebenfalls in der F i g. 6 miteingezeichnet, Die Auswirkungen'dieser Störkomponenten
spielen hier praktisch keine Rolle mehr.
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Im Bereich von 0,5 bis etwa 3 RV wird die erfindungsgemäße
Rauschsperre Überwiegend vom Träger gesteuert. Damit sind in diesem Bereich die
Nachteile der rauschgesteuerten Krachsperre, nämlich das Sperren des Niederfrequenzverstärkers
bei Auftreten von Klirrprodukten auf ein Minimum reduziert.
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Treten bei der -erfindungsgemäßen Rauschsperre starke Fremdstörungen
auf, wie sie bei Eisenbahn-Fahrleitungen usw. vorkommen, so fällt ein Energieanteil
dieser Störungen auch in das Empfängerdurchlaßband, und es wird ein Träger vorgetäuscht,
der über den trägergesteuerten Rauschsperrenteil den NF-Teil entsperren will. Störungen
dieser Art beinhalten auch ein niederfrequentes Störspektrum, das mit Rauschen vergleichbar
ist. Deshalb würde eine rauschgesteuerte Rauschsperre beim Einfall solcher Störungen
die Sperrung einleiten und erst wieder entsperren, wenn der Nutzträger so stark
angewachsen ist, daß der durch die Einstellung vorgewählte Signalzu Rauschabstand
wieder überschritten wird. Entsprechend will der rauschgesteuerte Rauschsperrenteil
der F i g. 5 die Sperrung einleiten.
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Bei praktischen Versuchen hat sich nun gezeigt, daß die Rauschstörungen
überwiegen und daß selbst bei ganz unempfindlicher Einstellung, wo ja im Normalfall
die Trägerspannung vorherrschend ist, bei Auftreten der Störung den NF-Teil gesperrt
wird. Die kombinierte Rauschsperre öffnet bei bleibender Störung erst wieder, wenn
der Nutzträger so stark angewachsen ist, daß ein etwa 3 bis 10 db
geringerer Signal- zu Rauschabstand, als auf Grund der Einstellung des Potentiometers
28 gewollt, erreicht wird. Diese bei Auftreten eines Störers auftretende Eigenschaft
der erfindungsgemäßen Rauschsperre ist sehr vorteilhaft, da man in der Praxis bei
Vorhandensein eines Störers die Gegenstelle noch hören möchte, auch wenn man deswegen
eine geringfügige Zunahme der Störungen in Kauf nehmen muß. Bei einer nur rauschgesteuerten
Rauschsperre ist es bei Vorhandensein solcher Störungen oft nicht mehr möglich,
den Nutzträger zu empfangen, da dieser erst eine Entsperrung bewirkt, wenn das Rauschen,
d. h. in diesem Fall die Störung, den für den Rauschabstand ohne Störungen
eingestellten Schwellwert unterschreitet.
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In F i g. 7 ist eine Schaltung dargestellt, die die Stufen
24, 26, 27, 28 und 29 der F i g. 5 umfaßt. An der Klemme
36 wird die Ausgangsspannung des Verstärkers 23 und an der Klemme
37 die Ausgangsspannung des frequenzselektiven Glieds 25 zugeführt.
Die feste Gleichspannung wird durch den Spannungsteiler 38 erzeugt. In den
verschieden gepolten Dioden 39
werden die beiden Ausgangsspannungen der Glieder
23 und 25 gleichgerichtet. An der Basis des Transistors 40 werden
die drei Gleichspannungen addiert, wobei eine der Spannungen negatives Vorzeichen
aufweist. Der durch den Transistor 40 fließende Strom wird durch die Spannungssumme
bestimmt.
Mittels. de's-PotentimetQrabgh"-»ges-4l-'#vArd festOleg;
beimälcher#EmpfängersEiggangsspännung eine Eiltsperrung -,der Niederfrequenzstde
-"bewirkt werden soll, Beim A--üsführungsbeispiel der - F ig.
7 -kommt diese Entsperrung dann zustande, wenn der #SirÖm durch,den TransistorAZ
sogroß;wird, daß Relais 43--anspricht.--.- Wie .-bereits -oben -erwähnt, kann die
feste Gl#ichspannung bei entsprechender Düne-Usionierung auch Null werden. Allerdings
müssen danndie -P#otentiäle in -der F i g. 7 geändert werden. -
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Die Erfindung isteelbstverständlich auch bei.Anwendung dei Phasenmodulation em-setzbar,
aber auch bei amplitudenmodulierten Empfängern anwendbar,-bei.denen Krachsperren
benötigt werden.