DE2005672B2 - Frequenzdemodulator - Google Patents

Description

30

Die Erfindung betrifft die Weiterbildung eines Frequenzdemodulator nach Patent 19 19 545, der eine Schaltung zum linearen Umwandeln der Phasendifferenz zwischen der zur demodulierenden Eingangsfrequenz und einer insbesondere der Mittcnfrequcnz dieser Eingangsfrequenz entsprechenden Vergleichsfrequenz in eine Sägezahnspannung, eine anschließende Differenzierschaltung zum fortlaufenden Differenzieren dieser Sägezahnspannung sowie eine Schaltung zum Unterdrücken der beim Differenzieren entstehenden Spannungsspitzen umfaßt.

In dem Hauptpaterii wurde als Schaltung zum Unterdrücken der Spannungsspitzen eine an sich bekannte Klipper-Schaltung zum Abschneiden der Spannungsspitzen oder eine in Abhängigkeit von den steilen Flanken der Sägezahnspannung gesteuerte elektronische Schaltung zum Ausblenden dieser Spannungsspitzen vorgeschlagen. Diese Maßnahmen zum Unterdrücken der beim Differenzieren entstehenden Spannungsspitzen ist für verschiedene Zwecke nicht mehr ausreichend, da nach dem Vorschlag des Hauptpatents diese Störungen zwar mehr oder weniger gut eliminiert werden können, vom Prinzip her aber nach wie vor auch im Ausgangssignal enthalten sind, da das Eliminieren erst dann einsetzen kann, wenn die Spannungsspitze selbst begonnen hat aufzutreten. Da außerdem während der Unterdrückungszeit die Nachricht unterbrochen ist, ist der Frequenzdemodulator nach dem Hauptpatent nur bedingt für Nachrichtenübertragungssysteme geeignet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Frequenzdemodulator nach dem Hauptpatent so weiterzubilden und zu verbessern, daß in seinem Ausgangssignal keinerlei Störsignale mehr enthalten sind.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Frequenzdemodulator der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß gelöst durch zwei parallclgeschaltete Sägezahnumwandler- und Differcnzier-Zwcigc, denen jeweils die Eingangsfrequenz gleichphasig, die Vergleichsfrequenz jedoch gegenphasig zugeführt wird, sowie einen in Abhängigkeit von der insbesondere um 90° phasenverschobenen Vergleichsfrequenz gesteuerten Phasenbe reichsschalter, durch den wechselweise jeweils derjenige Zweig an den Ausgang geschaltet wird, in welchem gerade der mittlere Abschnitt der Sägezahnspannung differenziert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Frequenzdemodulator wird also jeweils nur die Ausgangsspannung desjenigen Zweiges an den eigentlichen Modulatorausgang geschaltet, der gerade denjenigen Abschnitt der Sägezahnspannung differenziert, in welchem keine Unstetigkeitsstelle vorhanden ist. Es kann daher niemals ein durch die Differentiation einer Unstetigkeitssteile der Sägezahnspannung auftretender Störimpuls am Ausgang des Modulators auftreten. Durch den Phasenbereicnsschalter werden vielmehr stets nur imnu-r diejenigen Ausgangsspannungen der beiden Zweige weitergeschaltet und lückenlos zu einem kontinuierlichen störungsfreien Ausgangssignal aneinandergereiht ausgegeben, die selbst keinerlei Störungen in Form von Störspannungsspitzen od. dgl. enthalten. Durch die Überlappung der beiden nur im mittleren Abschnitt /ur Bewertung herangezogenen Sägezahn^pannungs\ erlaufe können auch hochfrequenzmäßige Phasenschwankungen der Eingangsfrequenzen (Phasen-Jitter) auftreten, ohne daß Beeinträchtigungen der Nachricht /u befürchten sind. Ein erfindungsgemäßer Demodulator eignet sich aus diesem Grunde besonders zur Verwendung bei Schmalbandtelegrafie-Übertragungssystemen. bei denen eine Nachrichteneinheit in Bruchteilen einer Periode enthalten ist und es deshalb störend wäre, wenn auch nur ein kleiner Teil der Nachrichteneinheit im Demodulator durch Störimpulse oder Informationsliikken verzerrt würde.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Frequenzdemodulators;

F i g. 2 zeigt das zugehörige Impulsdiagramm.

Nach Fig. 1 wird dem Frequenzdemodulator, der auch als Momentan-Differenzfrequenzmesser bezeichnet werden kann, einerseits von eine.n Frequenznormal od. dgl. die Vergleichsfrequenz A und andererseits die zu demodulierende Eingangsfrequenz Λ zugeführt. Durch einen zwischengeschalteten Frequenzverdoppler 1 wird die doppelte Vergleichsfrequenz 2 A gebildet. Die doppelte Frequenz ist für den nachgeschalteten Phasenschieber 12 erforderlich. Über einen Frequenzteiler 2 werden aus 2 Λ die beiden gegenphasigen Frequenzen Ai und A2 gebildet, von denen die eine Ai dem einen Phasenmesser 3 und die andere A: dem Phasenmesser 4 zugeführt wird. Diesen beiden Phasenmessern 3 und 4 wird gleichzeitig auch die Eingangsfrequenz Λ zugeführt. Die Phasenmesser 3 und 4 sind als bistabile Multivibratoren ausgebildet, und jeder dieser Multivibratoren wird jeweils von der positiven Flanke der Frequenz Ai bzw. fm eingeschaltet und von der positiven Flanke von Λ wieder ausgeschaltet. Dadurch entstehen am Ausgang dieser Phasenmesser 3 bzw. 4 die Rechteckschwingungen X\ bzw. X 2, und zwar mit einem Impulsverhältnis, das der Phase q> 1 von Ai zu Λ bzw. ψ 2 von A2 zu Λ entspricht. Die zeitlichen Zusammenhänge dieser Größen werden aus dem Impulsplan nach Fig. 2 deutlich. Durch die nachgcschalteten Tiefpässe 5 und 6 wird jeweils der Mittelwert

Φ 1 bzw. Φ 2 der Impulszüge X 1 bzw. X2 gebildet, der ein analoges Maß für die jeweilige Phase darstellt. Die Tendenz der Phase ist die gesuchte Differenzfrequenz bzw. Modulationsauslenkung nämlich

I/

d/

Phasenbereichsschalter 11 bringt stets den Zustand vor, /öi auf den Ausgang 13 bzw. den Zustand von /iw auf den Ausgang 14, der zum Zeitpunkt der positiven Flanke der Eingangsfrequenz Λ herrscht, die ebenfalls dem Phasenbereichsschalter 11 zugeführt wird. Wenn die positiven Flanken der Eingangsfrequenz Λ in den Bereich /m = 0 fallen, so gilt:

Zur Ermittlung dieser Differenzfrequenzgröße ist jeweils die Differenzierschaltung 7 bzw. 8 vorgesehen. Die Phasenmesser 3 und 4 haben die Eigenschaft, zwischen 0 und 2 π jeweils linear zu sein und Sägezahnspannungen zu erzeugen, die sich im Abstand von 2 π jeweils periodisch wiederholen. Sofern die Unstetigkeitssteilen der Sägezahnspannungen unberücksichtigt bleiben, ergibt sich theoretisch aus der Differentiation der Sägezahnspannungen nach der Zeit direkt ein proportionales Maß für die momentane Differenzfrequenz. An den Sprungstellen entstehen jedoch durch die Differentiation stets störende Impulsspitzen, die auch nicht dadurch beseitigt werden können, daß beispielsweise über Begrenzerdioden diese Stellen nicht voll bewertet werden. Der Differenzierkondensator 9 bzw. 10 kann nämlich nicht in beliebig kurzer Zeit entladen werden. Während dieser Zeit erfolgt nicht nur eine Störung am Ausgang des Modulators, sondern es wird auch in gewissem Sinne der Informationsfluß unterbrochen, was vor allem bei Verwendung eines solchen Frequenzdemodulator zur Demodulation von Schmalbandtelegrafiesignalen störend ist.

Durch die erfindungsgemäße gegenphasige Ansteuerung der beiden Phasenmesser 3 und 4 wird erreicht, daß die Unstetigkeiten der Sägezahnspannungen niemals zur gleichen Zeit auftreten. Es braucht also nur noch dafür gesorgt werden, daß immer nur gerade derjenige Zweig mit dem Ausgang verbunden ist, dessen Störung mit Sicherheii abgeklungen bzw. gerade nicht vorhanden ist. Zu diesem Zweck ist noch der Phasenbereichsumschalter 11 vorgesehen, der eingangsseitig durch die Frequenzen ki und /i>4 angesteuert wird. Diese Frequenzen ki und /im sind gegenüber den zugeordneten Frequenzen k\ und ki durch den Phasenschieber 12 um einen vorbestimmten Betrag, vorzugsweise um 90°, phasenverschoben. Dadurch wird erreicht, daß fw immer dann Null ist, wenn /in die positive Flanke besitzt. Der 3.Ί

5 .7

7 -

Die kritische Stelle φ = 2 .τ = 0 liegt in diesem Fall also im unteren Zweig mit dem Phasenmesser 4. der in dieser Zeit über den elektronischen Schalter 16, der gesteuert wird über den Ausgang 14 des Phasenbereichsschalters 11, vom Ausgang 17 abgetrennt ist, während der obere Zweig mit dem Phasenmesser 3 über den elektronischen Schalter 15 auf den Ausgang 17 geschaltet ist. Wenn die positiven Flanken der Eingangsfrequenz Λ dagegen in den Bereich /■·; = 0 fallen, so wird analog der untere Zweig freigegeben und der obere Zweig gesperrt.

Die Differenzierschaltungen 7 b/w.8bestehen jeweils aus einem Operationsverstärker mit rückgeschaltetem Differenzierwiderstand und Begren/erdioden. Durch die Begrenzerdioden wird nicht nur die Kennlinie nach oben bzw. unten beschränkt, sondern es w ird auch eine rasche Entladung des Differenzierkondensators 9 bzw. 10 erreicht. Damit wird gewährleistet, daß auch bei höheren Differenzfrequenzen der Entladeimpuls abgeklungen ist, wenn der entsprechende Zweig auf den Ausgang 17 geschaltet wird. Der zusätzlich noch gestrichelt eingezeichnete parallelgeschaltete Kondensator mit dem ebenfalls gestrichelt vor dem Differenzierkondensator 9 bzw. 10 gezeichneten Widerstand sorgt für eine zusätzliche Unterdrückung der Eingangsfrequenz.

Der Impulsplan nach Fig. 2 zeigt deutlich, wie die jeweils eingeschalteten Bereiche Δ 1 bzw. Δ 2 aneinandergereiht die kontinuierliche Ausgangsspannung am Ausgang 17 ergeben, die der Differenzfrequenz bzw. Modulationsfrequenz proportional ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuimcn

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltung zur Demodulation einer frequenzmodulierten elektrischen Schwingung, bei der die Verwendung eines an sich bekannten Phasenmessers zur Demodulation dadurch ermöglicht ist, daß die sägezahnförmige Ausgangsspannung des mit der zu demodulierenden Schwingung und einer Bezugsschwingung gespeisten Phasenmessers einer Diffe- renzierschaltung zugeführt ist, die über eine nachgeschaltete Schaltung zum Unterdrücken der beim Differenzieren entstehenden Spannungsspitzen das Demodulationsprodukt liefert, nach Patent 19 19 545, gekennzeichnet durch zwei par- ausgeschaltete Sägezahnumwandler- und Differenzierzweige (3, 5, 9, 7; 4, 6, 10, 8), denen jeweils die Eingangstrequenz (f\) gleichphasig, die Vergleichsfrequenz (Ib) jedoch gegenphasig zugeführt wird, sowie einen in Abhängigkeit von der insbesondere um 90° phasenverschobenen Vergleichsfrequenz gesteuerten Phasenbereichsschalter (11), durch den wechselweise jeweils derjenige Zweig an den Ausgang (17) geschaltet wird, in welchem gerade der mittlere Abschnitt der Sägezahnspannung differenziert wird.