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Die Erfindung bezieht sich auf ein FM-Richtfunksystem für Einrichtungen
der elektrischen Nachrichtentechnik mit einem das ankommende hochfrequente Signal
in einer Zwischenfrequenzlage verstärkenden und anschließend über einen Begrenzer
einem Demodulator zuführenden Empfänger.
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Bei Richtfunksystemen, bei denen die elektrische Nachrichtenübertragung
auf drahtlosem Wege über sogenannte Funkstrecken erfolgt, ist der Empfang des sendeseitig
ausgestrahlten Signals sehr stark von atmosphärischen Einflüssen abhängig. In der
Regel sind derartige Systeme deshalb so ausgelegt, daß der Empfänger mit einer ausreichend
großen Verstärkungsreserve zum Ausregeln der Schwankungen der Funkfelddämpfung ausgestattet
ist. Die Grenze des Empfangs ist bei mit Frequenzmodulation arbeitenden Richtfunksystemen
da gegeben, wo die Signalleistung des zu empfangenden Signals den Wert der Rauschleistung,
bezogen auf den Empfängereingang, unterschreitet. Diese Grenze des Empfangs ist
allerdings nicht nur von der Signalleistung bestimmt, sondern auch von der bei einem
solchen FM-System zur Anwendung gelangenden Nutzbandbreite. Wie beispielsweise die
Literaturstelle E. G. Wo schni »Frequenzmodulation«, VEB-Verlag Technik, Berlin
1960, Seiten 50 und 51, angibt, nimmt die Rauschspannung mit der Wurzel aus der
Bandbreite zu, was bedeutet, daß sich der Funkfeldabstand bei konstanter Signalleistung
durch Herabsetzen der Nutzbandbreite vergrößern läßt. Die verringerte Bandbreite
hat allerdings einen Anstieg der auf der Übertragungsstrecke auftretenden störenden
Intermodulationsgeräusche zur Folge, so daß der durch die Bandbegrenzung erzielte
bessere Signal-Rauschabstand effektiv eine Minderung der Übertragungsqualität bedingt.
Zwar lassen sich auch die Intermodulationsgeräusche herabsetzen, wenn der Frequenzhub
verkleinert wird. Der verkleinerte Frequenzhub bedingt jedoch eine schlechtere Störunterdrückung.
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Die Vorteile einer Begrenzung der Übertragungsbandbreite lassen sich
dann bei möglichst geringer Auswirkung der damit gleichzeitig verbundenen Nachteile
dadurch zum Tragen bringen, daß, wie das die USA.-Patentschrift 2 927 997 angibt,
die Bandbreite des FM-Empfängers auf einen kleineren Wert umgeschaltet wird, sobald
der Pegel des empfangenen Nutzsignals unter den Rauschpegel absinkt und umgekehrt.
Hierzu weist der bekannte FM-Empfänger zwei Empfangskanäle unterschiedlicher Bandbreite
auf, von denen der Kanal mit der größeren Bandbreite das Signal so lange empfängt,
bis der Signalpegel unter den Rauschpegel absinkt. In diesem Zeitpunkt wird nach
Diversity-Manier das empfangene Signal auf den anderen Kanal mit der geringeren
Bandbreite umgeschaltet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
für den Empfänger eines FM-Richtfunksystems, der in Abhängigkeit der Signal-Rauschverhältnisse
das ankommende Signal mit unterschiedlicher Bandbreite empfängt, eine weitere Lösung
anzugeben, die den Aufwand an selektiven Mitteln wesentlich herabsetzt.
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Ausgehend von einem FM-Richtfunksystem für Einrichtungen der elektrischen
Nachrichtentechnik mit einem das ankommende hochfrequente Signal in einer Zwischenfrequenzlage
verstärkenden und anschließend über einen Begrenzer einem Demodulator zuführenden
Empfänger, bei dem der Empfänger zusätzlich mit unterschiedliche Bandbreite aufweisenden
selektiven Mitteln ausgestattet ist, die wechselweise in Abhängigkeit der Größe
des empfangenen Signals, unter Zuhilfenahme einer Schalteinrichtung dann für das
Signal mit ihrer größeren oder kleineren Bandbreite wirksam sind, je nachdem das
empfangene Signal einen vorgeschriebenen Schwellwert über- oder unterschreitet,
wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Selektionsmittel
ein im Signalweg in der Zwischenfrequenzebene angeordnetes, in seiner Bandbreite
umschaltbares Netzwerk sind, das hierbei aus einem Parallelschwingkreis und zwei
unterschiedlich bemessenen Reihenschwingkreisen besteht, die in Reihe mit als Schalter
dienenden Gleichrichtern mit dem Parallelschwingkreis über eine Übertragerkopplung
in Verbindung stehen und daß die Gleichrichter im Steuerkreis einer Umschalteinrichtung
angeordnet sind.
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Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß die Bandbreitenumschaltung
trotz der bei solchen FM-Richtfunkempfängern zur Anwendung gelangenden hohen Frequenzen
auch unter Verzicht auf zwei besondere Empfangskanäle unterschiedlicher Bandbreite
in außerordentlich einfacher Weise dadurch herbeigeführt werden kann, daß die Bandbreitenumschaltung
im ZF-Kanal durch wechselweises Anlegen zweier unterschiedlich bemessener Reihenschwingkreise
an einen Parallelresonanzkreis durchgeführt wird, und zwar mit Hilfe von Schalterdioden,
die zu diesen Reihenschwingkreisen in Reihe geschaltet sind.
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An sich ist es, wie beispielsweise die deutsche Patentschrift 1063
218 sowie die Literaturstelle »Cables et Transmission«, Oktober 1956, Seiten 268
und 269 zeigen, bereits bekannt, die Bandbreite von Bandfiltern mit zwei Parallelkreisen
und einem weiteren das Koppelglied darstellenden Schwingkreis dadurch umzuschalten,
daß entweder die Kopplung zwischen den beiden Parallelkreisen wahlweise über eines
von zwei Koppelgliedern erfolgt, oder aber das Koppelglied über eine umschaltbare
Übertragerkopplung an die beiden Parallelschwingkreise anschaltbar ist. Die Umschaltung
erfordert bei diesen bekannten Bandfilterschaltungen wenigstens zwei Umschalter,
die die praktische Realisierung eines solchen Filters bei hohen Frequenzen, beispielsweise
im Bereich von 70 MHz, nicht unerheblich erschweren. Zwar ist es, wie beispielsweise
die USA.-Patentschrift 2 933 694 und die Literaturstelle »Proceedings of the IEE«,
part B, Vol. 108, 1961, Seiten 201 bis 204, zeigen, auch bereits bekannt, die Bandbreite
eines Übertragungskanals mit Hilfe von Schalterdioden umzuschalten, jedoch wird
bei diesen bekannten Anordnungen von den Schalterdioden in einer anderen Weise Gebrauch
gemacht als beim Erfindungsgegenstand. Auch geben sie dem Fachmann keine unmittelbare
Anregung, wie bei einem umschaltbaren Bandpaß für sehr kurze elektromagnetische
Wellen zur Realisierung der hierfür erforderlichen Umschalter mit einer minimalen
Anzahl solcher Schalterdioden ausgekommen werden kann.
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Beim Erfindungsgegenstand ist das Problem der Umschaltung auf eine
einfache Ein-Aus-Schaltung dadurch reduziert, daß der hier zur Anwendung kommende
Bandpaß lediglich einen Parallelkreis aufweist, an den über eine Übertragerkopplung
wahlweise einer von zwei unterschiedlich bemessenen Reihenschwingkreisen mittels
einer Schalterdiode anschaltbar ist. Der Erfindungsgegenstand kommt mit anderen
Worten mit nur zwei Schalterelementen aus, wodurch sich das Problem unerwünschter
Kopplungen leicht beherrschen läßt. Auch vereinfacht sich hierdurch in außerordentlicher
Weise die Ansteuerung der Schalterdioden, da sie ihrer gemeinsamen Funktion nach
als Umschalter aufzufassen sind und durch ihre Anordnung in Reihe mit je einem Reihenschwingkreis
auch keine besonderen Maßnahmen zur gegenseitigen Entkopplung der Steuerströme getroffen
werden müssen.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform für eine Umschaltevorrichtung
sind zwei Transistoren in Emitterschaltung mit gemeinsamem Emitterwiderstand vorgesehen,
deren Kollektoren gleichstrommäßig mit je einem der Gleichrichter verbunden sind
und bei der die Basis des einen Transistors auf einem vorzugsweise einstellbaren
Potential liegt und die Basis des anderen Transistors den Steuereingang der Umschaltevorrichung
abgibt.
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Die Flankensteilheit des Übergangs beim Umschalten der Umschaltevorrichtung
von ihrer einen Schaltstellung in die andere, ist der Größe des Emitterwiderstandes
proportional. Soll der Übergang nach Art einer Sprungfunktion erfolgen, dann kann
dies in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Kollektorspannung des den
Steuereingang aufweisenden Transistors auf die Basis des anderen Transistors rückgekoppelt
wird.
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An Stelle einer elektronischen Umschaltevorrichtung kann mit Vorteil
auch ein elektromechanischer Schalter, vorzugsweise ein Relais, vorgesehen sein.
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Besonders zweckmäßig ist es, die Übertragerkopplung zwischen dem Parallelschwingkreis
und den beiden Reihenschwingkreisen durch Anzapfungen der Induktivität des Parallelschwingkreises
zu verwirklichen. Soll gleichzeitig mit der Umschaltung des Netzwerkes auch die
Verstärkung umgeschaltet werden, dann kann dies dadurch vorgenommen sein, daß das
Übersetzungsverhältnis der Übertragerkopplung für die beiden Reihenschwingkreise
unterschiedlich gewählt ist.
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Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich dann, wenn das Netzwerk
zwischen zwei Transistoren in Basis-Basisschaltung angeordnet ist, weil in diesem
Falle mit der Wahl des Übersetzungsverhältnisses der Übertragerkopplung die Verstärkung,
bezogen auf den vom Netzwerk einschließlich seines eingangsseitigen und seines ausgangsseitigen
Transistors gebildeten Vierpols exakt festgelegt ist.
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Als Schaltkriterium für die Umschaltevorrichtun kann die Größe der
Rauschspannung verwendet sein. Zu diesem Zweck ist der Steuereingang der Umschaltevorrichtung
mit dem Ausgang eines Niederfrequenzverstärkers verbunden, dem eingangsseitig ein
Teil des ZF-Signaleingangspegels über einen
Gleichrichter zugeführt
ist und an dessen Ausgang die verstärkte und gleichgerichtete Rauschspannung auftritt.
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An Hand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt
ist, soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.
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Es zeigt F i g. 1 ein vergleichendes Diagramm, F i g. 2 ein weiteres
vergleichendes Diagramm, F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, Fig.
4 ein die Umschaltung der Bandbreite erläuterndes Frequenzdiagramm nach der Erfindung.
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Im Diagramm der F i g. 1 ist in Abhängigkeit der Signaleingangsleistung
vom Geräuschabstand im Meßkanal eines FM-Richtfunksystems aufgetragen. Die Kurve
a spiegelt die Verhältnisse bei einem Empfänger ohne die erfindungsgemäße Bandbreitenregelung
wider. Im Bereich kleiner Funkfelddämpfungen (größere Signaleingangsleistungen)
ist der Geräuschabstand der Funkfelddämpfung proportional. Bei einer eingangsseitigen
Signalleistung von etwa - 84 dBm und einem Geräuschabstand im Meßkanal von etwa
60 dB, ist die Eingangssignalleistung in etwa auf den Wert der Rauschleistung am
Empfängereingang abgesunken. Unterschreitet die- Signaleingangsleistung diesen Wert,
dann wird das Signal auf Kosten des Rauschens unterdrückt, und der Geräuschabstand
im Meßkanal sinkt sehr rasch ab. Aus diesem Grunde ist ein ausreichender Empfang
unterhalb dieses Schwellwerts nicht mehr möglich. Durch die erfindungsgemäße Bandbreitenregelung
kann dieser Schwellwert um praktisch 5 dBm der Signaleingangsleistung (Kurve b)
verbessert werden. Um diesen Betrag kann also die sendeseitig aufzubringende Leistung,
im Vergleich zu einem System ohne die erfindungsgemäße Bandbreitenregelung, auf
der Empfangsseite kleiner bemessen sein.
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Die entsprechenden Verhältnisse am Ausgang des Demodulators sind im
Diagramm der F i g. 2 dargestellt. Auf der Ordinate ist nunmehr der Signalpegel
bezogen auf den relativen Pegel Null aufgetragen. Die Kurve ä gibt den Verlauf der
Signalspannung bei einem System ohne Bandbreitenregelung und die Kurve b' den Spannungsverlauf
beim gleichen System, jedoch mit der Regelung nach der Erfindung, an.
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Die Verbesserung des Schwellwertes nach dem Diagramm der F i g. 1
und 2 wurden bei dem den Messungen zugrundeliegenden System mit einem Bandbreitenverhältnis
von 3,5 zu 1 erzielt.
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In der Fi g. 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein hinsichtlich
seiner Bandbreite umschaltbares Netzwerk einschließlich der zugehörigen Schalteinrichtung
dargestellt. Das Netzwerk selbst besteht aus einem Parallelschwingkreis 1 und zwei
Reihenschwingkreisen 2, 2', die über die Anzapfungen 3 und 3' der Induktivität des
Parallelschwingkreises an den Parallelschwingkreis 1 angeschlossen sind. Dem Netzwerk
wird eingangsseitig das empfangene Signal S in der Zwischenfrequenzlage über einen
Transistor Tr l in Basis-Basisschaltung zugeführt In gleicher Weise bildet
ein weiterer Transistor Tr 2 in Basis-Basisschaltung, an dessen Kollektor
das Signal S' zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung steht, den Ausgang des Netzwerkes.
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In den Verbindungsweg der Reihenschwingkreise 2 und 2' zum Parallelschwingkeis
1 sind zwei Gleichrichter 4 und 4' eingefügt, die von der im folgenden nunmehr zu
beschreibenden Umschaltevorrichtung wechselseitig in Sperr-. oder Durchlaßrichtung
vorspannbar sind. Die Umschaltevorrichtung weist zwei, Transistoren Tr
3 und Tr 4 in Emitterschaltung mit gemeinsamem Emitterwiderstand 5
auf. Die Basis des Transistors Tr 3 stellt den eigentlichen Steuereingang
dar und ist mit dem Ausgang eines Niederfrequenzverstärkers 6 verbunden, dem eingangsseitig
ein Teil des am Eingang des Transistors Tr 1 anliegenden Signals S über einen
Gleichrichter 7 zugeführt ist. Die Kollektoren der Transistoren Tr 3 und
Tr 4 sind über Hochfrequenzdrosseln 8 und 9 an die Verbindungspunkte der
Gleichrichter 4 und 4' mit den ReihenschwingkreisenZund 2' angeschlossen. Ferner
weist der Transistor Tr 3 in seiner Kollektorzuleitung einen regelbaren Widerstand
10 auf, dessen Regleranschluß über einen weiteren Widerstand 11 mit der Basis des
Transistors Tr 4 in leitender Verbindung steht. Ein weiterer, die Basis des
Transistors Tr 4 mit Bezugspotential verbindender Widerstand 12 bildet zusammen
mit dem Widerstand 10 und dem Widerstand 11 einen das Potential der Basis des Transistors
Tr 4
festlegenden Spannungsteiler.
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Bei der Schaltung nach der F i g. 3 liegen die Gleichrichter 4 und
4' über die Induktivität des Parallelschwingkreises 1, die Hochfrequenzdrosseln
8 und 9, die Transistoren Tr 3 und Tr 4 und den Emitterwiderstand
5 an der Betriebsgleichspannung. Je nachdem, welcher der beiden Transistoren Tr
3 und Tr 4 leitend ist, ist der Gleichrichter 4 und 4' leitend und
der entsprechende Reihenschwingkreis 2 oder 2' des Netzwerkes wirksam. Die Reihenschwingkreise
2 und 2' sind in der Weise unterschiedlich bemessen, daß im Falle der Wirksamkeit
des Reihenschwingkreises 2' die Bandbreite des Netzwerkes erheblich größer und im
Falle der Wirksamkeit des Reihenschwingkreises 2 erheblich kleiner ist als die Bandbreite
des Zwischenfrequenzverstärkers. Zur besseren Veranschaulichung dieses Sachverhaltes
sind in der F i g. 4 in einem Frequenzdiagramm der Kurvenverlauf des Netzwerkes
in seiner Stellung »breit« (d')
und in seiner Stellung »schmal« (b") angeführt.
Außerdem ist im Diagramm der F i g. 4 der Frequenzverlauf des Zwischenfrequenzverstärkers
(z) mit der Mittenfrequenz fo eingetragen. Die Überhöhung der Kurve b" kommt dadurch
zustande, daß das Übersetzungsverhältnis hinsichtlich des Reihenschwinb kreises
2 (Anzapfung 3) kleiner gewählt ist als das des Reihenschwingkreises 2' (Anzapfung
3'). Mit der höheren Verstärkung in Stellung »schmal« des Netzwerkes kann in vorteilhafter
Weise ein vorzeitiger Verstärkungsabfall im Bereich des Schwellwertes entsprechend
der F i g. 2 verhindert werden.
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Die Umschaltevorrichtung wird von der am Ausgang des Niederfrequenzverstärkers
6 stehenden gleichgerichteten Rauschspannung betätigt. Bei kleineren Rauschspannungen
ist der Transistor Tr 4 leitend und der Reihenschwingkreis 2' über den Gleichrichter
4' mit dem Parallelschwingkreis 1 verbunden. Sobald die gleichgerichtete Rauschspannung
an der Basis des Transistors Tr 3 die durch den Regelwiderstand 13 eingestellte
Schwelle überschreitet, übernimmt der Transistor Tr 3 den bisher durch den
Transistor Tr 4 fließenden Emitterstrom. Damit wird der Transistor Tr
4 stromlos und der Gleichrichter 4' in Sperrichtung vorgespannt, während
der nunmehr Strom liefernde Transistor Tr3 den Gleichrichter 4 entsperrt und damit
das Netzwerk auf seine Stellung
»schmal<, umschaltet. Der Umschaltevor(Yanz
verläuft um so steiler, je größer einerseits der Emitterwiderstand 5 und andererseits
die Rückkopplun, über den Widerstand 17. gewählt sind. Für einen einwandfreien Betrieb
der erfindungsgemäßen BandbreitenumschaltunQ ist die sprunghafte Umschaltung keineswegs
Voraussetzung. Da der Parallelschwingkreis 1 und die Reihenschwingkreise 2 und 2'
einander elektrisch äquivalent sind, können auch bei einer allmählichen Umschaltung
keine Störungen auftreten. Die Durchlaßkurven der beiden Reihenschwingkreise sind
auch im Übergangsgebiet infolge der gleichen Phasenbedincrunaen@für die Frequenzen
nahe der Mittenfrequenz symmetrisch.