DE1416457B1 - Symmetrischer Diskriminator für frequenzmodulierte Schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen symmetrischen Diskriminator für frequenzmodulierte Schwingungen mit zwei Verstärkern, einer beiden Verstärkern gemeinsamen Eingangsschaltung und zwei jeweils an den Ausgang der Verstärker angekoppelten Ausgangsresonanzkreisen, deren Resonanzfrequenz um einen Betrag Δ f₀ größer bzw. kleiner als die mittlere Frequenz f₀ der frequenzmodulierten Schwingungen ist. .

Die Demodulation frequenzmodulierter Schwingungen soll mit möglichst linearer Kennlinie, also möglichst verzerrungsfrei, erfolgen. In bekannter Weise lassen sich Verzerrungen gerader Ordnung durch einen symmetrischen Diskriminator der eingangs genannten Art vermeiden.

Es ist auch bereits bekannt, zur Beseitigung weiterer Verzerrungen Korrekturnetzwerke zwischen die Verstärker und Ausgangsresonanzkreise einzufügen. Die Kennwerte der Korrekturnetzwerke werden dabei mit Hilfe mathematischer Verfahren bestimmt. Wegen der für die Korrekturnetzwerke erforderlichen zusätzlichen Bauteile und der umständlichen Berechnung ihrer Werte ist ein solches Verfahren jedoch in der Praxis nicht befriedigend.

Die Erfindung will auf einfache Weise eine weitere Verbesserung der Linearität symmetrischer Diskriminatoren durch eine möglichst vollständige Beseitigung auch der Verzerrungen ungeradzahliger Ordnung, insbesondere der dritten Ordnung, erreichen. Daneben soll die Ausgangsleistung und die Stabilität, beispielsweise hinsichtlich der Alterung von Bauteilen und bei einem Austausch von Verstärkerröhren, verbessert werden.

Die Erfindung empfiehlt dazu, daß die Eingangsschaltung aus einem auf die mittlere Frequenz f₀ abgestimmten Eingangsresonanzkreis besteht und daß die Güte Q₂ der beiden Ausgangsresonanzkreise und die Güte Q₁ des Eingangsresonanzkreises annähernd entsprechend den Gleichungen

/0

Qz = 2,24 Q₁

40 hinaus fehlt bei der bekannten Anordnung die Lehre, daß die Güte der Resonanzkreise in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz der Ausgangskreise mit Bezug auf die mittlere Frequenz der frequenzmodulierten Schwingungen zu bemessen ist. Erst die Einhaltung auch dieser Bedingung führt erfindungsgemäß zu dem angestrebten Erfolg. .

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen Diskriminator" nach der Erfindung,

F i g. 2 eine grafische Darstellung zum Vergleich der Güte des Diskriminator nach der Erfindung und eines herkömmlichen symmetrischen Diskriminators. . -. - ·

Als Beispiel ist in F i g. 1 eine Diskriminatorschaltung nach der Erfindung dargestellt, bei der die Vakuumröhren 10 und 12 als Verstärker arbeiten. Die Steuergitter dieser beiden Röhren sind miteinander verbunden und über einen gemeinsamen Schwingkreis mit der Spule 16 und dem Kondensator 18 an den Ausgang eines herkömmlichen Begrenzers 14 angeschaltet. Die Spule 16 und der Kondensator 18 stellen einen Zweipolresonanzkreis dar. Der Kondensator kann aus der Eingangskapazität der Verstärkerröhren 10 und 12 bestehen. Der Eingarigsresonanzkreis ist auf die Mittelfrequenz f₀ des Zwischenfrequenzträgers abgestimmt, der durch das Informationssignal frequenzmoduliert ist. Im Anodenkreis der Röhren 10 und 12 liegen Schwingkreise 20 und 22, deren Resonanzfrequenzen, wie später noch erläutert werden soll, von f₀ um einen Betrag Δ f₀ abweichen. Die Ausgangsspannungen der beiden Verstärkerröhren 10 und 12 werden in bekannter Weise mit Hilfe der Dioden 24 und 26 gleichgerichtet und ergeben nach ihrer Kombination in den Widerständen 28 und 38 in üblicher Weise eine symmetrische Ausgangsspannung.

Die Resonanzkreise werden nun im einzelnen betrachtet. Die Resonanzkurve des Scheinwiderstandes Z₁ bzw. Z₂ für den Gitter- bzw. Anodenkreis des einzelnen Verstärkers, z. B. des Verstärkers 10, läßt sich wie folgt beschreiben:

bemessen ist.-

Bei gleichzeitiger Verwirklichung dieser Merkmale läßt sich eine wesentliche Verbesserung der Linearität bei gleichzeitiger Erhöhung der Ausgangsleistung und größerer Stabilität erreichen. Für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung haben Messungen eine gegenüber bekannten Diskriminatoren um 15 db kleinere Verzerrung sowie eine um 7 db größere Ausgangsleistung ergeben.

Es ist auch bereits ein symmetrischer Diskriminator (Travis-Diskriminator) bekannt, bei dem die beiden Ausgangsresonanzkreise induktiv, also direkt und nicht rückwirkungsfrei, mit einem Eingangsresonanzkreis gekoppelt sind. Für diesen Diskriminator, ist als Erfahrungswert für gute Demodulationskurven angegeben, daß die Ausgangsresonanzkreise in übereinstimmung mit der Erfindung die doppelte Kreisgüte wie der Eingangsresonanzkreis haben sollen. Wegen der induktiven Kopplung zwischen den beiden Ausgangsresonanzkreisen beeinflussen diese sich gegenseitig, so daß der angegebene Erfahrungswert nicht auf den Diskriminator nach der Erfindung übertragbar ist, bei dem die Ausgangsresonanzkreise durch die Verstärker voneinander entkoppelt sind. Darüber > R R

KUf₂ ²'

wobei ZlZ₁ bzw. Δ/₂ die Frequenzdifferenz zwischen der tatsächlichen Frequenz und der Resonanzfrequenz Z₁ bzw. f₂ des abgestimmten Gitter- bzw. Anodenkreises und

2Q₁

K₁ =

/1

_ 2Q₂

/2

Q₁ bzw. Q₂ stellen die Kreisgüte des Gitter- bzw. Anodenkreises dar, und R ist der jeweilige Resonanzwiderstand der beiden Kreise.

Die Gleichungen (1) und (2) werden in Taylorreihen entwickelt und deren Produkt bestimmt. Faßt man die Ausdrücke dritter Ordnung aus diesem Produkt zusammen, so kann der Ausdruck für die

Verzerrung dritter Ordnung wie folgt geschrieben werden:

³ ~ ^{2 2 6 6} (3)

Erfindungsgemäß soll die Verzerrung dritter Ordnung beseitigt werden. Zu diesem Zweck wird angenommen, daß Δ Z₁ Null ist. Δ f₂ wird als Veränderliche behandelt. Hierdurch wird eine Bestimmung der relativen Lage der beiden Resonanzfrequenzen des abgestimmten Anodenkreises möglich, bei der die Verzerrung dritter Ordnung verschwindet.

Wenn die jeweiligen Ableitungen der Gleichung (1·) in Gleichung (3) eingesetzt werden und D₃ gleich Null gesetzt wird, erhält man eine quadratische Gleichung, deren Lösungen zu den Resonanzfrequenzen, für die die Verzerrung dritter Ordnung verschwindet, führen:

oder

Qi

(10a)

Die Güte des Diskriminators nach der Erfindung im Vergleich zu bekannten symmetrischen Diskriminatoren ist an Hand der Fehlerkurve in F i g. 2 gezeigt, wobei die rechte Kurve dem erfindungsgemäßen Diskriminator zugeordnet ist. In F i g. 2 ist

die Abweichung der Diskriminatoren von der Linearität gegen -Λ- aufgetragen. Zur Gewinnung der Fehlerkurven wird jeweils von der tatsächlichen

Güte Z

AL

die Güte bei. idealer Linearität

χ -

^X-

Kj(3KlTW)

X steht hier für Af₀, also den Abstand zwischen den Resonanzfrequenzen der Anodenkreise 20 und 22 und der Mittenfrequenz f₀ des Zwischenfrequenzträgers. Nur die beiden positiven Werte von X werden als Lösungen verwendet. Sie können willkürlich dicht zueinander gebracht werden, indem man setzt:

K\ (3 K² ₂ + K²)

wobei δ sich Null nähert. Die Lösung der Gleichung (5) kann geschrieben werden:

K₂ & VBiC₁(I-I-0,3 δ).

Der beste Wert von δ ist derjenige, bei dem die Verzerrungen höherer Ordnung möglichst klein werden, dabei aber der Ausdruck dritter Ordnung gleich oder nahe Null bleibt. Dies wird experimentell bestimmt.

Für die folgende Rechnung wird jedoch δ = 0 gesetzt. Dann ergibt sich aus (6)

Κι-ί-,λ ₍₇₎

Setzt man die Gleichung (7) in die Gleichung (4) ein, so erhält man k₂X = 2 und mit X = Af₀ ergibt sich '■■'■■■

= 2. (8)

Unter Verwendung der oben angegebenen Beziehung JC₂ = -f erhält man mit f₂ = J₀ + Δ f₀ aus Gleichung(8)

-Jj- Z' (0) abgezogen^ Z bedeutet die Impedanz des jeweiligen Diskriminators, und Z' (0) ist die erste Ableitung von Z (/) bei derjenigen Frequenz,

bei der die Verzerrung dritter Ordnung Null ist.

Es sei ein Beispiel für einen Diskriminator nach

der Erfindung betrachtet, der für eine Bandbreite von 10 MHz bei einer Mittelfrequenz f₀ von 70 MHz und einem Spitzenfrequenzhub A f von ± 2,5 MHz bemessen ist. Wählt man mit Rücksicht auf eine gute Linearität auch bei einer gewissen Abwanderung

der Trägerfrequenz für -jj- einen Wert von 0,45, so wird A f₀ gleich 5,5 MHz, und die Resonanzfrequenzen der beiden Anodenkreise liegen bei 64,45 und 75,55 MHz. Die Güte der beiden Kreise ergibt sich aus Gleichung (9 a) zu Q₂ = 12,6, und aus Gleichung (10) erhält man für die GUtCQ₁ des Gitterresonanzkreises Q₁ = 5,6.

Eine Nachprüfung zeigt, daß die so bemessene Diskriminatorschaltung bei gleicher Linearität in einem Durchlaßband von 10 MHz 7 db mehr Ausgangsleistung als herkömmliche Diskriminatorschaltungen abgibt. Weiterhin ist die zu beseitigende harmonische Verzerrung um 15 db kleiner.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Symmetrischer Diskriminator für frequenzmodulierte Schwingungen mit zwei Verstärkern, einer beiden Verstärkern gemeinsamen Eingangsschaltung und zwei jeweils an den Ausgang der Verstärker angekoppelten Ausgangsresonanzkreisen, deren Resonanzfrequenz um einen Betrag A JS) größer bzw. kleiner als die mittlere Frequenz f₀ der frequenzmodulierten Schwingung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschaltung aus einem auf die mittlere Frequenz f₀ abgestimmten Eingangsresonanzkreis (16, 18) besteht und daß die Güte Q₂ der beiden Ausgangsresonanzkreise (20, 22) und die Güte Q₁ des Eingangsresonanzkreises (16, 18) annähernd entsprechend den Gleichungen

K₂Af₀ J

Qi =

h
/o

Aus Gleichung (7) ergibt sich
^2 _ 0λ_ _ 2

(9)
(9 a)

(10)

/0

und

Qi = 2,24Q₁
bemessen sind.

2. Symmetrischer Diskriminator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsresonanzkreis (16, 18) ein Serienresonanzkreis ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen