DE1766036B2 - Demodulator für einen FM-Multiplexempfänger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Demodulator für FM-Multiplexempfänger.

Bekannte Demodulatoren für FM-Multiplexempfänger weisen einen Schalttransformator mit Spulen und Kondensatoren auf. Nachteilig ist, daß die Spulen schlechte Toleranzen haben, temperaturabhängig sind und altern, so daß die Spulen genau abgeglichen werden müssen, damit das modulierte Signal mit hoher Wiedergabegüte wiedergewonnen wird (vgl. NL-PS 77 477).

Piezoelektrische Keramikresonatoren sind bekannt. In der US-PS 21 55 035 ist eine dünne piezoelektrische Platte beschrieben, die mehrere elektrisch miteinander verbundene Elektrodenpaare aufweist. In der NL-PS 163 ist ein piezoelektrischer Resonator beschrieben, der mehrere Anschlüsse aufweist. In der Zeitschrift Acoustical Society of America, Bd. 38, Nr. 4, April 1966, S. 576 bis 582, sind Schwingungsarten einer dünnen piezoelektrischen Keramikresonatorplatte beschrieben, die ebenfalls mehrere Elektroden aufweist.

Solche bekannten piezoelektrischen Keramikresonatoren werden bislang aber nur als elektrische Wellenfilter oder als frequenzselektive Transformatoren verwendet, nicht aber als Schaltelement für einen Empfänger und insbesondere nicht als Demodulator in einem FM-Multiplexempfänger.

Der Grund liegt darin, daß herkömmliche piezoelektrische Keramikresonatoren bisher nicht die Anforderungen, beispielsweise eine saubere Kanaltrennung, erfüllen konnten, die an einen solchen Demodulator gestellt werden.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Demodulator für einen FM-Multiplexempfänger zu schaffen, der keine temperaturabhängigen Bauelemente aufweist, alterungsbeständig ist und eine saubere Kanaltrennung vornimmt.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein Demodulator für einen FM-Multiplexempfänger gekennzeichnet durch einen piezoelektrischen Keramikresonator, der aus einer dünnen, rechteckigen Platte besteht und dessen Resonanzfrequenz die der Grundlängsausdehnungsschwingungsart ist und der drei Eingangsanschlüsse aufweist, die mit einander gegenüberliegenden Plattenelektroden verbunden sind und von denen zwei ein Stereosignalgemisch erhalten und eine ein Hilfsträgersignal erhält und zwei als Ausgangsanschlüsse dienen, und dadurch, daß der Resonator bei der Frequenz des Hilfsträger in Resonanz ist.

Durch die Verwendung eines derart aufgebauten piezoelektrischen Keramikresonators, der in der Lage ist, eine Polaritätsunterscheidung vorzunehmen, eine bestimmte Polarität auszuwählen und ein unerwünschtes Ansprechen zu unterdrücken, wird eine saubere Kanaltrennung mit hoher Temperatur- und Zeitsiabilität erreicht. Außerdem ist der Demodulator nach der Erfindung in geringerer Baugröße und einfacher herstellbar als herkömmliche Demodulatoren.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines FM-Multiplexempfängers mit einem Demodulator nach der Erfindung,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines in der Längsrichtung schwingenden piezoelektrischen Keramikresonators mit sechs Anschlüssen, der in dem Demodulator nach der Erfindung verwendbar ist,

F i g. 3 die Durchlaßkennlinie des Resonators vor Fig. 2,

F i g. 4 die Schaltung der Anschlüsse des Resonators von F i g. 2,

F i g. 5 einen an die Anschlüsse des Resonators angeschlossenen Schaltkreis,

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht eines in derr Demodulator nach der Erfindung verwendbarer Resonators mit zehn Anschlüssen,

F i g. 7 die Schaltung der Anschlüsse des Reso· nators von F i g. 6 und

F i g. 8 die Durchlaßkennlinie des Resonators vor F i g. 6.

Unter Bezugnahme auf F i g. 1 wird zuerst dei Demodulationsvorgang für ein Signalgemisch mi Trägerunterdrückung, z. B. für ein slereophonische:

Tonsignal aus einer FM-Stereo-Sendeanlage, be- «•hrieben.

T_n der F i g· 1 »^st symbolisch dargestellt bei 1 ein zum Ableiten eines gewünschten Stereowobei ist

y_cp L, und R

(3)

FM-Tuner

rienalgemisches, das aus zwei verschiedenen Signalen besteht und durch die folgende Gleichung (1) aus- «drückt werden kann:

_ωί

= (L + R) + (^L — ^R) ^{cos (ot} +P ^cos 1

i ist

Λ die Amplitude des Stereosignalgemisches,

^L f A^mP^^{eeineSeinZelnenSi}^^alsfürden

R die Amplitude eines einzelnen Signals für den

rechten Kanal, die Winkelfrequenz des Hilfs-

. ~J _d

A₁ die Amplitude des ersten Signals, und Vc die Amplitude des durch den piezoelektrischen Resonator 8 abgeleiteten Hilfstiägersignals.

Das zweite Signal kann ungefähr durch die nachstehende Gleichung (4) ausgedrückt werden:

A, = (L+R) + (L-R) coswt — Vc coscoi (4) L, und R (5)

_wobei _A, die Amplitude des zweiten Signals ist. Das ^firf^{s Si}8^{nal wird v0}" dem Schaltkreis 9 in ein ein^zelnf^s abgeprägtes Signal A₁ = 2L verwandelt und zu dem Ausgangsanschluß 11 fur dieses Signal durch ^{ein Filter 10} geleitet, das unerwünschte Signale ent-

^die

iS da«

^HilMbenrawei,_tre Signa! übe, ein FiUer .2 ,ugerüh«, das une,

In dem modulierten Signal einer FM-Stereosendung wird das Hilfskanalsignal des stereophonischen Signals •n ein Zweiseitenband-Trägerunterdrückungssignal ¹ wandelt

nas eewünschte Stereosignalgemisch wird von einem Soerrfilter 2 so abgeändert, daß das SCA-Signal 5 ent-

ommen und einem Verstärker 3 zugeführt wird, von dessen zwei Ausgängen ein Ausgang über ein Dämp-, .„lied 4 mit einem ersten und einem zweiten Eineanesanschluß E und F eines piezoelektrischen Keramikresonators 8 verbunden ist, der einen Erdungsnnschluß G aufweist, während ein weiterer Ausgang Zl Verstärkers 3 mit einem Pilotsignalabgreifer 5 ver^ae

an

bunden ist, der ein Pilotsignal ρ cos -^- aufnimmt.

Dieses Pilotsignal wird anschließend von einem Ver-Honoler 6 in ein Hilfsträgersignal umgewandelt. Das Hilfsträeersignal wird von einem an den Verdoppler 6 TnBeschlossenen Verstärker 7 verstärkt. Des verstärkte Hilfsträgersignal wird einem Eingangsanschluß C des niSektrischen Keramikresonators 8 zugeführt, dessS Resonanzfrequenz gleich der Frequenz des HH sträeersignals ist. Das Hilfsträgersignal versetzt to^KWrtriKtai Resonator! in Resonanzschwingungen.

S"st wichtig, daß der piezoelektrische Keramikresonätor aus einer dünnen rechteckigen Platte besteht und bei der Frequenz des Hilfsträgersignals in

"Tm Ausgangsanschluß U des Resonators 8 wird ein erstes Sal abgeleitet, das ein Hilfsträgersignal mit Se? Soßen Amplitude enthält, das einen Schaltkre 9 bergen kann. An dem Ausgangsanschluß V S ein zweites Signal abgeleitet, das einen Hilfsträger mit einer großen Amplitude enthält, den Schalt-

^ ^^^ _{in seiDer Gesamtheit mit} g

bezeichneten piezoelektrischen Keramikresonator, der einen piezoelektrischen Keramikkörper in Form einer rechteckigen dünnen Platte 14 aufweist. An den großen Seiten des Keramikkörpers 14 sind parallel zu seiner Längsachse drei Paare einander gegenüberliegender Elektroden 15,16,17,18 und 19, 20 angeordnet. Diese Elektrodenpaare 15,16, 17,18 und 19, 20 sind im wesentlichen symmetrisch zur Längsmittelachse X-X des Körpers 14 angeordnet und mit Anschlüssen C, G; E, U und V, F versehen. Der piezoelektrische Keramikkörper 14 ist in Richtung der Dicke polarisiert. Wird an zwei Anschlüssen, z. B. C und G, ein elektrisches Eingangssignal angelegt, so wird an je zwei anderen Anschlüssen E, U und F, V ein elektrisches Signal abgegeben, dessen Höchstwert bei der Reso_nanzf_requenz der Längsausdehnungsschwingungsart erreicht wird, wie F i g. 3 zeigt.

In der F i g. 3 ist V₁ eine an den Eingangsanschluß C und an den Erdanschluß G angelegte Eingangsspannung, während V₂ eine Ausgangsspannung ist, die von den Anschlüssen E, V oder F, V abgeleitet wird. In der F i g. 3 zeigt die senkrechte Achse das Verhältnis VJV₁ in dB an, während die waagerechte Achse die Frequenz anzeigt. Der piezoelektrische Resonators weist fünf charaktensUsche Frequenzen

^auf- ^{und 2}^¹" Λ· /^ci· -^' ^ ^und, ^f> ^W1C '£ ^d F i g. 3 dargestellt. Die Frequenz Λ ist eine Resonanzfrequenz der Längsausdehnungsschwingungsart und eine Betriebsfrequenz des Resonators 8.

gedrückt werden:

_{Ai = {L+R}) + (L

„achsunend.

^^^^^^ zen fs, und fs, sind Frequenzen des Grundtons und des ersten Obertons bei Resonanz in Flachenbiegeschwingungsart. D,e Frequenzen /C₁ und /c, sind

Frequenzen am Pol der Dämp ung durch. etektrostatische Kopplung zwischen -nem ^der ξ^n₈ sanschlüsse und einem der Ausgangsanschlusse, z. b.

l^ KmmiJ-

,2, aus- S₅

R) cosojt + Vc coscot (2) . nj, £J£ £££ J₅₁₆ ^ _l?_'_lg ^ _w__{20 angebrachl sin}d. Die in. der Mitte gelegenen beiden Anschlüsse C-G sind die

5 6

Eingangsanschlüsse für ein Hilfsträgersignal bzw. für Eingang und Erdungsverbindung für das vorgenannte ein Erdungssignal. Von den übrigen Anschlüssen wirkt Hilfsträgersignal. Die Elektroden 28 und 36 an beiden ein Paar, z. B. E-U, als ein erster Eingangsanschluß Enden einer Seite wirken zusammengeschaltet als für ein Signalgemisch bzw. als ein erster Ausgangs- erster Eingang E für das vorgenannte Signalgemisch. anschluß. Zum Beispiel kann der Anschluß U einen s Die Elektroden 30 und 35 beiderseits der Elektrode 32 ersten Ausgangsanschluß und Anschluß E einen ersten wirken zusammengeschaltet als zweiter Ausgang V. Eingangsanschluß darstellen. Die letzten beiden An- Die Elektroden 29 und 37 an beiden Enden der anderen Schlüsse F-V wirken als zweiter Eingangsanschluß für Seite des Körpers sind zusammengeschaltet und wirken das Signalgemisch bzw. als zweiter Ausgangsanschluß. als erster Ausgang U. Die Elektroden 31 und 35 beider-Es ist wichtig, daß der erste Eingangsanschluß nicht io seits der Mittelelektrode 33 sind zusammengeschaltet gegenüber dem zweiten Eingangsanschluß angeordnet und wirken als zweiter Eingang E für das vorgenannte wird, z. B. F als zweiter Eingang und V als zweiter Signalgemisch. Es ist wichtig, daß die Eingangselek-Ausgang. troden 28 und 36 an der einen Seite des keramischen

Ein Beispiel für den Schaltkreis 9 ist eine Brücken- Körpers nicht gegenüber den Eingangselektroden 31 schaltung mit vier Zweigen. Jeder Brückenzweig hat 15 und 35 an der anderen Seite angeordnet sind, eine Reihenschaltung aus einer Diode und einem Ein solcher Resonator mit fünf Paaren von Elek-

Widerstand. Es kann jeder Schaltkreis verwendet troden weist eine weit bessere Frequenzcharakteristik werden, der imstande ist, das vorgenannte erste und auf, wie in F i g. 8 dargestellt, in der J₁ eine Resonanzzweite Signal in ein einzelnes ausgeprägtes Signal um- grundfrequenz der Längsschwingungsart ist. Wie leicht zuwandeln. ²⁰ einzusehen ist, erzeugt ein Resonator 8 mit fünf

Es hat sich gezeigt, daß der piezoelektrische Kara- Paaren von Elektroden keine unerwünschten Resomikresonator als Schaltelement die besten Leistungen nanzfrequenzen der Flächenbiegeschwingungsart. erreicht, wenn er mit einer Brückenschaltung F i g. 5 Der Resonator von F i g. 6 wird mit einem Schalt-

zusammengeschaltet ist. kreis mit Eingangsschlüssen und Ausgangsanschlüssen

F i g. 5 zeigt eine in ihrer Gesamtheit mit 9 be- 25 in gleicher Weise wie in den F i g. 1 und 5 zusammenzeichnete Brückenschaltung mit vier Zweigen, von geschaltet und bildet ausgezeichneten Demodulator, denen jeder Zweig eine Diode 21 in Reihe mit einem Piezoelektrische Keramikresonatoren der oben beWiderstand 22 enthält. Die Verbindungspunkte 23 schriebeuen Art können beispielsweise unter Verwen- und 24 zwischen je zwei Zweigen wirken als Eingänge, dung eines piezoelektrischen Keramikmaterials herwährend die Verbindungspunkte 25 und 26 als Aus- 30 gestellt werden, das in der US-PS 3 26 843 beschrieben gänge dienen. An die Verbindungspunkte zwischen ist, und Abmessungen von 47,7 · 6,0 · 0,7 mm aufden Dioden 21 und den Widerständen 22 sind zwei weisen. Dieses piezoelektrische Keramikmaterial weist Kondensatoren 27 so angeschlossen, daß sie parallel die in der nachstehenden Tabelle 1 angeführten Kennzu einer Schaltungsverbindung zwischen den beiden daten auf: Eingangsanschlüssen 23 und 24 liegen. 35

Eine solche Brückenschaltung wird an den piezoelektrischen Keramikresonator 8 angeschlossen, der Tabelle 1 einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß E, F,
einen Eingangsanschluß C, einen ersten und einen

zweiten Ausgangsanschluß U, V und einen Erdungs- 40 Frequenzkonstante 1800 kHs-mm

anschluß G aufweist, und zwar derart, daß der Ein- Frequenzstabilität bzgl. Zeit und

gang 23 der Brückenschaltung mit dem Ausgangs- Temperatur 0,05 %/Dekade

anschluß U und der Eingang 24 mit dem zweiten Aus- 37 · 10-^e/°C

gangsanschluß V verbunden ist. Dielektrizitätskonstante 1350

Zwecks Vereinfachung können in der Brücken- 45 Kapazitätsverhältnis 25

schaltung die Widerstände 22 und/oder die Konden- mechanischer Q-Wert 500

satoren 27 weggelassen werden.

Nach der bisherigen Beschreibung war der piezoelektrische Keramikresonator mit sechs Anschlüssen

versehen. Jedoch kann mit einem, zehn Anschlüsse 50 Ein solcher piezoelektrischer Keramikresonatoi aufweisenden piezoelektrischen Keramikresonator eine weist drei Paare von Anschlüssen auf, die an drei bessere Leistung in bezug auf die Frequenzcharak- Paaren von Elektroden nach F i g. 2 angebracht sind, teristik erzielt werden, wenn der Resonator mit irgend- und ist mit einer Brückenschaltung nach der F i g. 3 einem vorhandenen Schaltkreis, vorzugsweise jedoch zusammengeschaltet, die die nachstehend angeführter mit der Brückenschaltung von F i g. 5 zusammen- 55 Schaltungselemente enthält: geschaltet wird.

Die F i g. 6 zeigt einen in seiner Gesamtheit mit 8 Diode 21 Tvt>e 0A79

bezeichneten piezoelektrischen Keramikresonator mit widerstand 22 '.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 47Kiloohm

einem aus einer rechteckigen dünnen Platte bestehen- Kondensator 27 1000 pF

den Keramikkörper 14, an dessen beiden großen Seiten 60 ^r

fünf Paare von Elektroden 28-29, 30-31, 32-33, 34-35

und 36-37 parallel und symmetrisch zur Längsmittel- Ein Demodulator, der den genannten Resonator unc

achse X-X' des Körpers angeordnet sind. An diesen die Brückenschaltung enthält, kann eine Kanaltren fünf Paar Elektroden sind fünf Paar Anschlüsse E-U, nung mit mehr als 20 dB in einem Frequenzbereicl V-F, C-G, V-F' und E-U' angebracht. Der Keramik- 65 von 100 Hz bis 10 kHz vornehmen, die beispielsweisi körper 14 ist in einer Dickenrichtung polarisiert. Temperatur, Zeit und Feuchtigkeit und eine hohe Sta

Nach der F i g. 7 wirken die an den beiden Elek- bilität aufweist, wie aus der nachstehenden Tabelle '. troden 32-33 angebrachten beiden Schlüsse C-G als zu ersehen ist.

Tabelle 2

Schwankungen bei der Kanaltrennung

Zeit 0.1 "₀ Dekade

Temperatur 0.03";,/ C

Feuchtigkeit 0,1 °₀ bei 90% rcl. Feuchtigkeit und 4O⁰C während 500 Stunden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Demodulator für einen FM-Multiplexempfanger, gekennzeichnet durch einen piezoelektrischen Keramikresonator (8), der aus einer dünnen, rechteckigen Platte (14) besteht und dessen Resonanzfrequenz die der Grundlängsausdehnungsschwingungsart ist und der drei Eingang*.-anschlüsse, einen geerdeten Anschluß und zwei Ausgangsanschlüsse aufweist, die mit einander gegenüberliegenden Plattenelektroden verbunden sind und von denen zwei ein Sterecsignalgemisch erhalten und eine ein Hilfsträgersignal erhält und zwei als Ausgangsanschlüsse dienen, und dadurch, daß der Resonator bei der Frequenz des Hilfsträgers in Resonanz ist.

2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator drei Paare einander gegenüberliegende Plattenelektroden (15 bis 20) hat, die parallel zur Längsachse des Resonators verlaufen, daß von den beiden mittleren Elektroden (17, 18) die eine (17) das Hilfsträgersignal erhält und die andere (18) geerdet ist, und daß von den beiden anderen Elektrodenpaaren die eine Elektrode (15) des einen Paars und die andere, auf der gegenüberliegenden Seite liegende Elektrode (20) des anderen Paars das Stereosignalgemisch erhalten und die übrigen Elektroden (16, 19) mit den Ausgangsanschlüssen verbunden sind (F i g. 4).

3. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator fünf Paare einander gegenüberliegender Plattenelektroden (28 bis 37) aufweist, die parallel zur Längsachse des Resonators verlaufen, daß von den beiden mittleren Elektroden (32, 33) die eine (32) das Hilfsträgersignal erhält und die andere geerdet ist, daß von den übrigen Plattenelektrodenpaaren die äußeren Elektroden (28, 36) auf der einen Seite und die inneren (31, 35) auf der anderen Seite das Stereosignalgemisch erhalten und die übrigen Elektroden (30, 34) auf der einen bzw. (29, 37) auf der anderen Seite mit den Ausgangsanschlüssen verbunden sind (F i g. 7).

4. Demodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Dioden-Brücken-Gleichrichterschaltung (9), die mit den Ausgangsanschlüssen des Resonators verbunden ist.