DE1591263C3 - Überlagerungsempfänger - Google Patents

Description

Bei hochempfindlichen Empfängern sollen die empfangenen Signale innerhalb eines gegebenen Frequenzbandes ohne Auftreten von Intermodulationsanteilen ausgesiebt werden. Die gesuchten Signale können relativ schwach sein, und es können gleichzeitig stärkere Signale neben dem Band der gesuchten Signale auftreten. Schaltungen, mit denen die Frequenz der empfangenen Signale zur Erleichterung der Verstärkung in ein niedrigeres Band umgesetzt wird, haben häufig Nichtlinearitäten, denen zufolge Mischprodukte der stärkeren Signale außerhalb des gewünschten Bandes als Intermodulationsanteile entstehen. Diese Anteile fallen in das Band des Empfängers und durchlaufen ihn gleichzeitig mit den gewünschten Signalen.

Bandfilter mit piezoelektrischen Schwingern, wie sie in der DTPS 6 75 313 geneigt werden, stellen für dicht außerhalb des gewünschten Bandes liegende Frequenzen einen hohen Eingangswiderstand dar, der als BelasUingswiderstand für die unerwünschten Signale wirkt, die so zu erheblichen Amplituden anwachsen können. Obgleich diese außerhalb des Bandes liegenden Signale durch das Filter zurückgehalten werden, können sie in der vor dem Filter liegenden Schaltung Intcrmodulutionscrschcinungcn verursachen, wobei die Intcrmndulationsproduklc in den Durchlaßbereich des !•"ilters fallen und es zusammen mit den gewünschten

4-,

50

y,

Signalen durchlaufen.

Aus der Zeitschrift »Funkschau«, 1956, Heft 16, Seiten 677 bis 680, ist ein Überlagerungsempfänger mit einem Kristallfilter bekannt, welches an den zweiten Mischer über einen Transformator angekoppelt ist, dessen Primärwicklung und dessen Sekundärwicklung auf Resonanz bei der Zwischenfrequenz abgestimmt sind. Dadurch wird der Eingangswiderstand des Kristallfilters direkt proportional angekoppelt. Das Kristallfilter weist die Charakteristik auf, daß seine Eingangsimpedanz unmittelbar benachbart zu dem Durchlaßbereich auf beiden Seiten steil ansteigt. Demgemäß steigt zwangsläufig auch die Impedanz auf der Primärseite des Transformators in entsprechender Weise an. Dadurch wird ein Zustand herbeigeführt, welcher die Entstehung von Intermodulationsprodukten in zu dem Durchlaßbereich des Filters unmittelbar benachbarten Frequenzbereichen fördert. Da diese Intermodulationsprodukte praktisch immer Frequenzanteile aufweisen, die auch in den Durchlaßbereich des Filters fallen, wird dadurch bei dieser bekannten Anordnung das Auftreten von Störsignalen aus benachbarten Kanälen ermöglicht.

Auf diesem Stand der Technik aufbauend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Überlagerungsempfänger der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, welcher eine besonders starke Unterdrückung von Intermodulationsprodukten gewährleistet, welche infolge der stark ansteigenden Impedanz benachbart zu dem Durchlaßbereich entstehenkönnen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 niedergelegten Merkmale.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß die Nutzsignale im Vergleich zu gleichzeitig auftretenden, im Frequenzspektrum vorhandenen Störsignalen verhältnismäßig schwach sein können, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Intermodulationsprodukte das Nutzsignal nach der Mischung überdecken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung eines Schaltplanes der Misch- und Selektionsschal'ung eines Überlagerungsempfängers näher beschrieben.

Die empfangenen Signale werden ausgesiebt und auf die Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors gegeben, dessen Quellelektrode die Oszillatorschwingungen mit einer relativ hohen Spannung zugeführt werden. Die empfangenen Signale liegen damit zwischen der Steuer- und der Quellelektrode und die Oszillatorschwingungen zwischen der Quellelektrode und der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors. An seine Senkenelektrode ist eine Ausgangsschaltung angekoppelt, die auf die Differenz der Frequenzen der ankommenden Signale und der Oszillatorschwingungen abgestimmt ist. Für die weitere Selektion der Differenzfrequenz ist ein hochempfindliches Bandfilter in Form eines Kreuzgliedfilters vorgesehen, das piezoelektrischer Schwinger, wie Quarzkristalle oder Bariumtitanatschwinger, enthält.

Das Bandfilter ist an die Ausgangsschaltung des Transistors über eine Impedanzwandlerschaltung mit einer Längsspule und einer Querkapazität angeschaltet. Der impedanzwandler wirkt wie eine λ/4-Leitung, so daß eine hohe Impedanz am Ausgang auf eine niedrige Impedanz am Eingang transformiert wird. Hierzu kann man die Längsinduktivitüt durch eine parallel zur effektiven Querkapazität des Filters liegenden Übcbrückiingskondensator abstimmen, so daß die Reso-

nanzfrequenz dieses Reihenschwingkreises in die Mittenfrequenz des auszuwählenden Bandes fällt. Über die Querkapazität kann ein Dämpfungswiderstand gelegt werden, so daß die Abstimmung unkritischer ist. Das Bandfilter hat eine sehr hohe Selektion und sperrt außerhalb des gewünschten Bandes liegende Frequenzen wirksam. Das Bandfilter hat jedoch für dicht außerhalb seines Durchlaßbereiches liegende Frequenzen einen relativ hohen Eingangswiderstand und könnte damit einen Belastungswiderstand darstellen, an dem starke Signale der außerhalb des Bandes liegenden Frequenzen entstehen können. Derartige Signale können mit anderen Signalen am nichtlinearen Ausgang des Feldeffekttransistors Intermodulationsprodukte bilden, die in den Durchlaßbereich des Filters fallen. Der Impedanzwandler erniedrigt die effektive Impedanz des Filters, die am abgestimmten Ausgangskreis des Feldeffekttransistors für außerhalb des Bandes liegende Frequenzen erscheint. Es existiert damit kein nennenswerter Belastungswiderstand, und die Möglichkeit, daß Intermodulationsanteile im Senkenelektrodenkreis des Feldeffekttransistors auftreten, die in den Durchlaßbereich des Bandfilters fielen, ist minimal.

Di ζ Figur zeigt einen Empfänger, in dem Funkwellen durch die Antenne 10 empfangen und in einer Resonanzschaltung 11 ausgewählt werden, die ein Wendel- oder Hohlraumresonator sein kann. Die selektierte Frequenz wird einer Anzapfung der Spule 12 zugeführt, die mittels des Kondensators 13 auf die gewünschte Frequenz abgestimmt ist.

Ein Kristalloszillator 15 liefert die Oszillatorschwingungen, die in einem Verstärker 16 verstärkt werden. Die Oszillatorschwingungen werden über einen Kondensator 17 auf eine aus der Kapazität 18 und der Induktivität 19 bestehende abgestimmte Schaltung geführt. Von der Induktivität 19 werden sie über eine Anzapfung 20 abgenommen, die mit Rücksicht auf einen geeigneten Oszillatorschwingungspegel für den Mischzweck bei guter Stabilität und Empfindlichkeit gewählt ist. Zwischen die Anzapfung 20 der Spule 19 und Masse ist zur Erhöhung der Stabilität ein Widerstand 21 geschaltet.

Die empfangene Frequenz wird der Steuerelektrode 26 eines Feldeffekttransistors 25 zugeführt, während die Oszillatorschwingungen über ein Vorspannungsnetz mit einem Widerstand 24 und einem Kondensator 23 seiner Quellelektrode 27 zugeführt werden. Die Senkenelektrode 28 ist mit einer abgestimmten Ausgangsschaltung, die einen Kondensator 29 und eine Spule 30 enthält, verbunden. Die Spule 30 liegt ferner an der positiven Betriebsspannung Λ+ ,die durch einen Kondensator 31 überbrückt ist. Die Ausgangsschaltung ist auf die Differenz der Empfangsfrequenz und der Oszillatorschwingung abgestimmt.

Die Empfangsfrequenz erscheint zwischen der γ, Steuerelektrode 26 und der Quellelektrode 27 des Feldeffekttransistors, da die Anzapfung 20 der Spule 19 eine niedrige Impedanz nach Masse darstellt. Die Oszillatorschwingungen erscheinen zwischen der Quellelektrode 27 und der Steuerelektrode 26, da der mi Kondensator 13 für die Oszillatorfrequenz eine niedrige Impedanz ist. Der Feldeffekttransistor hat bezüglich der ihm zugeführten Signale eine quadratische Kennlinie, und der Senkenstrom stellt das Produkt der beiden zugeführten Signale dar und enthält somit deren 1,, Summen und Differenzfrequenzen. Die Spule 30 ist mit den angekoppelten Kapazitäten auf die Differen/frequenz abgestimmt.

Von einer Anzapfung der Spule 30 werden die Ausgangssignale abgenommen und der Koppelschaltung mit der Induktivität 32, der Kapazität 33 und dem Belastungswiderstand 34 zugeführt. Das an diesem Widerstand erscheinende Signal wird dem Filter 35 mit den Schwingern 36 und 37 zugeführt. Das Filter ist ein bekanntes Kreuzgliedfilter und hat einen Ausgangstransformator mit einer angezapften Primärwicklung 39. Die Anzapfung ist über einen mit einem Widerstand 42 parallelgeschalteten Kondensator 41 mit Masse verbunden. Die Sekundärwicklung 40 des Transformators liegt zwischen dieser Spulenmittelanzapfang und der Basis des Transistors 45. Der Emitter dieses Transistors liegt über einen Widerstand 46 an positiver Spannung, und seine Basis ist durch den aus den Widerständen 42 und 43 gebildeten Spannungsteiler vorgespannt. Ein Kondensator 47 überbrückt den Emitter. Der Transistor 45 bildet einen Verstärker und führt die durch das Kristallfilter selektierten Signale einem zweiten Mischer 50 zu.

Das Kristallfilter hat eine sehr hohe Selektion und außerhalb seines Durchlaßbereiches eine sehr hohe Impedanz, die für im Senkenkreis des Feldeffekttransistors entstehende Signale einen sehr hohen Belastungswiderstand bildet, so daß beträchtliche Intermodulationserscheinungen auftreten können. Die Koppelschaltung mit der Spule 32 und dem Kondensator 33 wirkt mit der Ausgangsschaltung, die die Spule 30 und den Kondensator 29 umfaßt, zur Bildung eines Impedanzwandlers zusammen, dessen Charakteristik der eines λ/4-Transformators gleicht. Hierdurch wird die hohe Impedanz des Filters außerhalb seines Durchlaßbereiches auf niedrige Impedanz heruntertransformiert, so daß die außerhalb des Durchlaßbereiches vorhandenen Signale sich nicht zu einer störenden Höhe aufbauen können. Die Wirkung der Impedanzwandlung dieser Koppelschaltung beruht auf der Reihenresonanz der Spule 32 mit dem Kondensator 33, der parallel zur äquivalenten Querkapazität des Kristallfilters bei der Bandmittenfrequenz liegt. Die Querkapazität des Filters ist durch die gestrichelt dargestellte Kapazität 44 veranschaulicht. Der Widerstand 34 wirkt als Dämpfungswiderstand, so daß die Abstimmung unkritisch ist.

Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel arbeitet das Kristallfilter bei einer Bandmittenfrequenz von 8 MHz und hat eine Bandbreite von ±8 kHz. Die Impedanz des Filters bei der Mittenfrequenz beträgt etwa 1,8 kOhm, für den Nachbarkanal (30 kHz Abstand) ist sie erheblich höher, nämlich 100 kOhm. Infolge der Verwendung der Impedanzwandlerschaltung ist die der Senkenelektrode des Feldeffekttransistors 25 dargebotene Impedanz etwa 10 kOhm bei Bandmittenfrequenz und nur etwa 5 kOhm für den um 30 kHz danebenliegenden Nachbarkanal. Die erhöhte Impedanz des Filters außerhalb seines Durchlaßbereiches ist damit für die Senkenelektrode des Feldeffekttransistors auf eine niedrige! e Impedanz heruntertransformiert.

Diese Impedanzwandlung kann statt mit Hilfe des dargestellten Reihenschwingkreises auch durch andere Schaltungen erzielt werden. Beispielsweise kann zur Nachbildung eines λ/4-Transformators ein π- oder T-Glied verwendet werden. Der dargestellte Reihenschwingkreis kann zusammen mit der abgestimmten Ausgangsschaltung des Feldeffekttransistors als π-Schaltung angesehen werden. Auch eine tatsächliche Λ/4-Leitung, die hier nicht unangemessen lang und teuer werden würde, kann verwendet werden.

Durch die Verwendung der Impcdan/wandlerschal-

tung wird die Größe der außerhalb des Filterdurchlaßbereiches liegenden Signale im Senkenkreis des Feldeffekttransistors stark verringert. Dadurch wird die Intermodulation im Senkenkreis herabgesetzt, und das Auftreten von Intermodulationsanteiien mit in den Filterdurchlaßbereich fallenden Frequenzen ist auf ein Minimum gebracht.

Die erfindungsgemäße Mischschaltung hat sich in sehr empfindlichen Empfängern als außerordentlich wirksam erwiesen. Die Eingangssignale können unmittelbar von der Antenne durch einen Hohlraumresonator oder eine andere Abstimmeinrichtung auf die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors gegeben werden. Ein Hochfrequenzverstärker ist daher nicht notwendig, so daß in einem solchen H F-Verstärker auftretende Intermodulationserscheinungen von vornherein entfallen. Die Ausgangssignale des Feldeffekttransistors werden in einem Bandpaßfilter weiter selektiert, das piezoelektrische Schwinger hoher Selektion enthält und über eine Impedanzwandlerschaltung an den Feldeffekttransistor angekoppelt ist. Die der Senkenelektrode des Feldeffekttransistors für neben dem Durchlaßbereich liegende Frequenzen dargebotene Impedanz ist niedrig, so daß Signale dieser Frequenzen sich nicht auf hohe Amplituden aufbauen können und die unerwünschte Intermodulation auf einem Minimum gehalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Überlagerungsempfänger mit doppelter Überlagerung und mit einem Mischelement zur ersten Überlagerung, das eine quadratische Kennlinie besitzt und dem ein Eingangssignal und eine Oszillatorschwingung zugeführt werden, mit einer an den Ausgang des Mischelementes angekoppelten Ausgangsschaltung zur Selektion von Signalen mit der Differenzfrequenz der empfangenen Signale und der Oszillatorschwingung und mit einem piezoelektrische Schwinger aufweisenden Bandpaßfilter zur Selektion der Differenzfrequenzsignale innerhalb eines bestimmten Bandes, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltung einen nach Art einer λ/4-Leitung wirkenden Impedanzwandler (32,33,34) aufweist, der den Eingangswiderstand des nachgeschalteten Filters (35) auf den Ausgang des Mischelementes derart transformiert, daß der Ausgangswiderstand für das Mischelement unmittelbar neben dem Filterdurchlaßbereich wesentlich kleiner ist als in der Mitte des Durchlaßbereiches.

2. Überlagerungsempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwandler eine mit dem Eingang des Filters verbundene Serieninduktivität (32) und eine über den Eingang des Filters geschaltete Querkapazität (33) aufweist, wobei die Querkapazität (33) zusammen mit der resultierenden Querkapazität (44) des Filters und der jo Serieninduktivität (32) einen auf die Mittenfrequenz des Bandpaßfilters abgestimmten Reihenschwingkreis bildet.

3. Überlagerungsempfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Querkapazität (33) ein Widerstand (34) geschaltet ist.