DE1950824A1 - Schaltungsanordnung zum Mischen frequenzmodulierter elektrischer Signale - Google Patents

Description

Paten tanmeldun

Schaltungsanordnung zum Mischen frequenzmodulierter elektrischer Signale

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Mischen frequenzmodulierter elektrischer Signale.

In Pernsehnormenwandlern,wie sie beispielsweise in den britischen Patentschriften I,o2 458 und 1 068 lol beschrieben sind, werden Persehsignale über Ultraschallverzögerungsglieder übertragen, die Frequenzmodulation verwenden. In der britischen Patentanmeldung 46246/67 wird erläutert, daß es manchmal wünschenswert ist^ zwei dieser frequenzmodulierten Signale zu mitteln; da das resultierende Signal manchmal selbst durch weitere Ultraschallverzögerungsleitungen laufen oder sogar in einer Schleife zurückgeführt werden muß, sollte eine derartige Mittelwertbildung ohne Demodulation der frequenzmodulierten Signale erfolgen.

Die Mittelwertbildung umfasst zwei Stufen, die in der einen oder anderen Reihenfolge durchgeführt werden können. Die eine Stufe besteht in dem Mischen zweier Eingi^ignale, sodaß ein Ausgangssignal entsteht, dessen Augenblicksfrequenz gleich

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ORIGINAL INSPECTED

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der Summe der Augenblickfrequenz der beiden Eingangssignale ist. Die andere Stufe ist das Teilen der Frequenz entweder beider Eingangssignale oder aber des Ausgangssignals durch

zwei. .

Bei Fernsehnormenwandlern soll eine derartige Mittelwertbildung mit möglichst großer Genauigkeit erfolgen, d.h. ohne Erzeugung von Störungssignalen* Es ist deshalb wichtig, daß die Stufe des Mischens zweier frequenzmodulierter Signale ohne Entstehen unerwünschter Signale durchgeführt wird.

Wird ein idealer quadratisch arbeitender Mischer zum Mischen verwendet, dann werden nur Signale erzeugt, deren Frequenzen gleich der Summe bzw. der Differenz der Eingangssignale sind. Mittels Bandpassfilter können diese Signale mit sehr unterschiedlichen Frequenzen getrennt werden« Die üblichen Vorrichtungen erzeugen jedoch Harmonische der Eingangssignale. Insbesondere die Härmorischen, die die doppelte Frequenz der Eingangssignale besitzen, haben Frequenzen, die sehr dicht am gewünschten Signal liegen (dessen Frequenz gleich der Summe der Eingangsfrequensen ist) und es ist nicht möglich, diese mit einem Bandpassfilter zu trennen.

Die Erfindung bringt deshalb eine Anordnung zum Erzeugen eines Ausgangssignals aus zwei frequenzmodulierten jsingangssignalen gleicher Amplitude, wobei die Aüsgangssignalfrequenz gleich der Summe der Frequenzen der Eingaiigssignale ist; die Schaltungsanordnung ist gkennzeichnet durch einen abgeglichenen Mischer (Brüekenmischeri Gegentaktmischstufe), ein Bandpassfilter und einen Begrenzer, die an dem Ausgang des Mischers, angeschaltet sind, um die Amplitudenmodulation y des Ausgangssignals zu entfernen.

Der Grundgedanke der Erfindung beruht auf der Feststellung, daß bei genau abgeglichenem Mischer und bei gleicher Amplitude der beiden Eingangssignale die vom Mischer infolge seiner Abweichung vom idealen quadratischen Mischer erzeugten uner-

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wünschten Ausdrücke oder Harmonsichen nur eine Amplrfcudenmod, lation der Summenfrequenz ergeben, die durch den Begrenzer entfernt wird.

In Weiterbildung der Erfindung besitzt die oben angegebene Schaltungsanordnung zusätzlich Vorrichtungen, mit denen die Amplituden ihren beiden Eingangssignale einander angeglichen werden. .

Gemäß der Erfindung wird auch ein abgeglichener Mischer gezeigt, der entweder zusammen mit der oben angegebenen Schaltungsanordnung aber auch ganz unabhängig von dieser zum Erzeugen eines Ausgangssignals aus zwei frequenzmodulierten Eingangssignalen verwendet werden kann, wobei das Ausgangssignal eine Frequenzkompetente besitzt, die gleich der Summe der Frequenzen der Eingangssignale ist; ^eder erfindungsgemäße Mischer ist gekennzeichnet durch 'Vorrichtungen zum Erzeugen zweier Signale, deren Amplituden proportional zu der Summe bzw» der Differenz der Augenblicksamplituden von zwei Eingangssignalen sind, durch zwei Gleichrichter zur ,jeweiligen Doppelweg-Gleichrichtung der Summen- bzw. Frequenzsignale und durch Vorrichtungen zum Bilden eines Ausgangssignals, das proportional zu der Augenblicksdifferehz zwischen den beiden gleichgerichteten Signalen ist.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Kittelwertsbiläunes-Schalttung, die die erflndungsgemäße Schaltungsanordnung vewendet und

Fig* 2 ein Schaltungsdiagramm des Mischers 1> gemäi.Fig. 1

Die Mittelwertbildungs-Schaltung nach Fig. 1 besitrt zwei Eingänge loA Und loB an die zwei Eingangssignäle angelegt werden, welche auf dem gleichen" Träger frequenzmoduliert sind. Das Signal am Eingang |GA besitzt eine Frequenz f_c+fj und das Signal atn Eingang IcE eine Frequenz f+:V Kcfcei T die Trägerfrequenz und f, und f₂ Modulations fr eqyenzen sir.c.

Die Einsänge loA und loE sind j'evreils an eine Tellerschaltuhn

-H-

HA bzw. HB angeschlossen, die die Frequenz der Eingangssignale durch zwei teilt, wobei die Modulation erhalten, dia Frequenzabweichung und die nominelle Trägerfrequenz Jedoch halbiert werden. Die Amplituden der Ausgangssignale der Teil er schaltungen HA und HB sind konstant und gleich sowie unabhängig von den Amplituden der Eingangssignale (unter der Voraussetzung, daß letztere in einem vorgegebenen Arbeitsbereich liegen). Je ein Bandpassfilter 12A bzw» 12B ist an den Ausgang der Teilerschaltungen HA und HB geschaltet, um durch die Teilerschaltung£n HA und HB erzeugte unerwünschte Harmonische zu entfernen.

™ Die Ausgangssignale der Filter 12A und 12B besitzen eine Frequenz von 1/2 (f + f.) tizw. l/2(f +f_o). Diese beiden Signale werden an einen geglichenen bzw. im Gleichgewicht befindlichen , . /(Brückenmischer)

(balanced) Mischer 12/angelegt, der ein Signal mit einer Frequenz erzeugt, die gleich der Summe der beiden Eingangsfrequenzen ist, nämlich 1/2(^+1^) + l/2<f_Q+f₂).

Der Mischer 13 -erzeugt jedoch auch gewisse unerwünschte Signale; diese werden mittels eines Bandpassfilters l6 und eines Amplitudenbegrenzers 17 entfernt, die in Reihe an den Ausgang des Mischers 13 geschaltet sind. Der Ausgang des Begrenzers ist mit einer Ausgangsklemme 2o verbunden. Das Bandpassfilter entfernt insbesondere die Differenzfrequenz l/2(f,-f_o). - , .12

Unter der Voraussetzung, daß der Mischer 13 genau abgeglichen oderausbalanciert ist und die an die Eingänge des Mischers angelegten Signale gleiche Amplitude besitzen, hat sich nun gezeigt, dai die unerwünschten Harmonischen der Eingangsfrequenzen, die Frequenzen nahe der Summenfrequenz f_o+l/2(f^+i'₂) haben und damit vom Bandpassfilter l6 durchgelassen werden nur als Amplitudenmodulation der Summenfrequenz erscheinen und somit durch den Begrenzer I7 entfernt werden.

Der genau abgeglichene Mischer 13 ist im einzelnen inder

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Fig.. 2 gezeigt. Der Mischer besitzt zwei Eingangakiemmen zum Anlegen der Ausgangssignale der Filter 12A und 12B über Koaxialleitungen« Die Eingangsklemmen 21 sind an die Enden der Primärwicklung 22 eines Transformators 23 angeschlossen. Eine Sekundärwicklung 24 mit Mittelanzapfung ist über Koaxialleitungen und Abschußwiderstände mit einem Doppelweggleiehrienter verbunden. ·

Die Primärwicklung 22 des Tranformators 23 besitzt ebenfalls eine Mittelanzapfung, die mit der Primärwicklung 26 eines Transformators 27 verbunden ist. Die Sekundärwicklung 28 des Transformators 27 ist ebenfalls über Koaxialleitungen und Abschlußimpedanzen an einen Doppelweggleichriehter angeschlossen. Die Augänge der Doppelweggleichrichter 25 und sind an einen Differenzialverstärker 3o geführt, dessen Ausgang an einer Ausgangsklemme 31 liegt.

Werden die an die zwei Eingänge 21 angelegten Signale mit A bzw. B bezeichnet, dann ist das Signal an der Sekundärwicklung 24 des Tranformators 23 proportional zu A-B. Das Signal an der Sekundärwicklung 28 des Transformators 27 ist proportional zu A+B. Somit ergeben sich an den Ausgängen der Gleichrichter 25 und 29 Signale A-BI bzw.] A+3$J»das Signal am Ausgang 31 ist dann gleich der Differenz zwischen diesen beiden Signalen, nämlich [A+B [ - | A-B,|«.

Die Frequenzen dieses Ausgangssignals sind gleich den ■ Summen- und Differenzfrequenzen, die aus den Frequenzen der beiden Signale A+B gebildet wurden; auch fist die Schaltung bezüglich A+B genau abgeglichen.

Dies zeigt sich, wenn man ^die Eingassignale A+B wie folgt ausdrückt:

A - COs(W₁ + W₂) t

B= COS(W₁ - W₂) t

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Die Beziehung zu f „ f, und f„ ist wie folgt:

f _o +

a*

^fa "

an

woraus sich die gewünschte Ausgangsfrequenz ergibt als f_o + 1/2(X¹^f₂) ^ 2W₁

Aus den öligen Definitionen zu A und B ergibt sich nun:

.1
2

A + Bj =

cos (w, + w_o)t + cos (vi, - w_o)t'i

= 2 cos W₁1, cos w_oti = 2 I cos W-,'

,| cos W₂1

Der Ausdruck ccs w-t bann als 55urierreihe entwickelt werden, die nur Cosinus-Glieder enthält, da sie symetrisch um t=0 ist und die nur gerade Vielfache Wjt besitzt, da die Halbperioden von cos w.t identisch werden, wenn sie modulo genommen werden^ somit ist die Frequenz von cos w-, t gleica der doppelteR Frequenz von cos W^t. Dies bedeutet :

A + E = 2 cos w_ot| .Ja + a_t cos 2W₁1 + a₀cos 4w,t +.«.«|

ähnlieh ist:

Ia-b

- 2

¹ Γ

sin Wot! »ja - 9-1 cos2w-,t + a₂ cos

somit ergibt sich? A + B j - I A - B j = 2a_o

cos

cos

- \ ^sin »a* I I

+ 2a« cos 4w»t

cos

2 + I sin

T cos W₂1 J - j sin W₂1 Jl

Betrachtet man nunjd^iese Reihe,, so zeigt sich, daß das erste

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.„ γ -

Glied niederfrequent ist, so daß es von.dem Bandpassfilter nicht durchgelassen wird. Das zweite Glied stellt ein Signal mit einer Frequenz 2W₁ /2/1 dar, das bis zu einer Tiefe (Modulationsgrad) von ungefähr 15 % amplitudenmoduliert wird.Die übrigen Glieder liegen bei höheren Frequenzen in der Reihenfolge ganzer Vielfacher der gewünschten Frequenz. Somit wird der gewünschte Ausdruck cos 2w.t leicht von den Übrigen Gliedern mittels des Bandpsssfilters 16 getrennt. Der Begrenzer 17 entfernt dann die Amplitudenmodulation, so daid nur ein Signal mit der Frequenz 2w_n / 2/Γ= f + 1/2 Cf₁ + f_o) bestehen bleibt.

- rt -

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ORlSiNAL

Claims (4)

1. P a t e η t a η s ρ r ü c h e

   Abgeglichener (balanced)

   Ausgangssignals mit einer Frequenzkomponente, die gleich

   frequenzmodulierbar der Summe der Frequenzen zweier/Eingangssignale ist, g ekennzeichnet durch Vorrichtungen (22-24, 26-28) zum Erzeugen zweier Signale deren Amplituden proportional der Summe bzw. der Differenz der Augenblicksamplituden der zwei Eingangssignale sind, durch zwei Gleichrichter (25,29) zur Doppelweggleichrichtung der Summen bzw. der Differenzsignale und durch Vorrichtungen (Jo) die ein Ausgangssignal erzeugen, das proportional zu den Augenblicksdifferenzen zwischen den beiden gleichgerichteten Signalen ist. ·
2. 2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch ge ken η ζ ei c hn e t, daß die ersten Vorrichtungen ein Tranformator.(23) mit Primär (22) -/Sekundär (24)-Wicklungen mit jeweiligier Mittelanzapfung enthalten, wobei die Primärwicklung.(22) das eine Einganagssignal an ihrem einen und das andere Einggangssignal an ihrem anderen Ende (21) empfängt, und da3 die Gldchrichter (25,29) mit der Mittelanzapfung der Primärwicklung (22) bzv/.^ mit den Enden der Sekundärwicklung (24-) verbunden sind.
3. Jj. Mischer nach Anspruch 2 dadurch g e k en η ζ ei c hn e t, da_:3 die r-iittBlanzapl'une der Primärwicklung (22) rit der Priniärv.'icklune: (2.6) eines zweiten Transformators (2t) verbunden j π 1-., dessen Sekundärwinklur-L (2") f.ine Kittel anzapfung besitzt und deren Ender, mit dem entsprechenden Gleichrichter (29) verbunden sind. /
4. 4. Mischer nach Arispruol· 1, 2 oder J> g e k e η η ζ e I ? l·- η et durch ein Eandpassfilter (l6) das an seinem Aus£ang angeschaltet ist.

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   5*. Mischer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4ge kennzeichnet durch einen an seinem Ausgang angeschalteten Begrenzer. (17)«»

   6* Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Äusgangssighals
   dessen Frequenz gleich ist der Summe der Frequenzen zweier frequenzmoduliert er Eingangssignale gleicher Amplitude g ekenzeichnet durch einen abgeglichenen Mischer (13)i ein Bandpassfilter (ΐ$) und einen Begrenzer (1?)
   die an den Ausgang des Mischers [13) zur Entfernung der Amplitudenmodulation des Ausgangssignals angeschaltet
   sind (Figo 1)» .

   7* Schaltungsanordnung nach Anspruch 6gekenhzelch»» net durch Vorrichtungen (I1A->11B) durch die die Amplituden der zwei Eingangssignale gleich gemacht werden»

   Ö» Schaltungsanordnung nach Anspruch β oder 7 dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (Ij) ein abgeglichener Mischer gemäß den Ansprüchen 1, 2 öder 5 ist»

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