-
FM-Demodulator Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Demodulation
frequenzmodulierter Signale in niederer Frequenzlage, insbe sondere des ZF-Bereichs.
-
Bei FM-Disriminatoren tritt stets das Problem von Verzerrungen auf.
Die statischen wie dynamischen Verzerflingen wacll.sen hierbei mit dem Hub zu Trägerverhältnis
# ###. Um insbesondere für kommerzielle Anwendungen ausreiche.ld kleine Verzerruxgen
zu erhalten, L'ind bei der Demodulation nur Hub zu Trägerverhält nisse der Größe
um 0,1 brauchbar. Bei Trägern mit absolut großen Hüben muß deshalb die Demodulation
in entsprechend hohen Frequenzlagen erfolgen, wobei der Aufbau geeigneter Demodulatoren
schwierig ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen FM-Deodulator zu schaffen,
bei dem die vorstehend genannten Probleme in einS facher Weise gelöst werden.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Schaltung gelöst,
die zwei parallele, an ihren beiderseitigen Enden mit einander verbundene Leitungszüge
unterschiedlicher Übertragungscharakteristik enthält, denen je ein Signalteil des
aufgespaltenen modulierten Signals zugeführt wird, wobei jeder Leitungszug ein Filterglied
und ein nachgeschaltetes Gleichrichterelement und wenigstens der eine Leitungszug
zusätzlich einen die Frequenz in einem tieferen Bereich herabsetzenden Frequenzumsetzer
vor dem Filterglied in Serienschaltung mit diesem und dem Gleichrichterelement enthält
und bei der beide Leitungszüge ausgangsseitig an ein Subtraktionsglied angeschaltet
sind.
-
Der Vorteil dieser Schaltung gemäß der Erfindung besteht in einer
verzerrungsfreien FM-Demodulation bei einem Hub zu Trägerverhältnis bis iii die
Nähe von eins Dadurch sind auch Träger mit absolut großen Hüben in niedriger ZE«-Lage
demodulierbar, beispielsweise ein Träger mit 50 IWIæ Hub bei einer Zwischenfrequenz
von 70 Eine. Eine solche Schaltung ist ferner in ihrem Aufbau sehr einfach und auch
voll integrierbar.
-
In vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sind die
Filterglieder als EL-Schaltung mit einem Folgeverstärker ausgebildet, wobei die
Filterglieder insbesondere in T-Schaltung aufgebaut sind, in deren Querzweig die
Induktiv vität und in deren Längszweigen eingangsseitig der Widerstand und ausgangsseitig
der Folgeverstärker angeordnet sind.
-
Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes
sind die Filterglieder als induktiv rückgekoppelte Operationsverstärker realisiert.
-
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Filterglieder aus einem rückgekoppelten
Operationsverstärker bestehen, in des-sen Rückkopplungsleitung ein Integrator eingeschaltet
ist.
-
Eine Verbesserung der Schaltung bezüglich von Verzerrungen, die auf
der Auswirkung endlicher Balance des Frequenzumsetzers beruhen, wird dadurch erreicht,
daß im zweiten Leitungszug ebenfalls ein Frequenzumsetzer vor dem Filterglied eingeschaltet
ist, mit solcher Umsetzung, daß das Ausgangssignal dieses Umsetzers bei gleichem
Frequenzbereich unterschiedliche Seitenbandlage zum Ausgangssignal des Frequenzumsetzers
des ersten Leitungszuges aufweist.
-
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
-
Es zeigen Fig. 1 einen FM-Demodulator mit einem Frequenzumsetzer in
einem Leitungszug, Fig. 2 die Demodulationskennlinie des FM-Demodulators, Fig. 3
- 5 verschiedene Ausführungsformen von Filtergliedern, Fig. 6 einen FM-Demodulator
mit je einem Frequenzumsetzer in beiden Leitungszügen, Fig. 7 das Frequenzumsetzerschema
des FM-Demedulators nach Fig. 6.
-
Anhand des in Fig. 1 dargestellten FM-Demodulators soll zugleich das
Arbeitsprinzip des Fj-Demodulators erläutert tterden.
-
Das FM-modulierte ZF-Signal # # # ## (t) wird aufgespalten und zwei
parallelen lweitungszügen zugeführt. In dem einen Leitungszug sind ein Frequenzumsetzer
FU2, ein Filterglied F2 und ein Gleichrichterelement G2 in der aufgeführten Rei.henfolge
eingeschaltet, im anderen Leitungszug sind ein Filter.-glied F1 und ein Gleichrichterelement
Gl eingeschaltet. Das aufgespaltene FM-modulierte ZF-Signal wird also dem einen
Filterglied F1 direkt und dem anderen Filterglied F2 über einen Frequenzumsetzer
FU2 zugeführt. Die Umsetzer-Trägerfrequenz 4 ist z.B. doppelt so groß gewählt wie
die nominelle ZF-Trägerfrequenz01( = 2 t). 2). Der Frequenzumsetzer ist mit einem
Tiefpaß versehen, der nur das unter Modulationsprodukt durchläßt. Das unter Modulationsseitenband
# - (###(t)) hat dann die gleiche Frequenzlage wie das ZF-Signal, ist aber zu diesem
seitenverkehrt. Die beiden Filterglieder F1 und F2 haben im Frequenzbereich von
w = O bis 2## gleiches Ubertragungsmaß der Funktion Ua/Ue = C w, wobei C eine Konstante
ist.
-
An den Ausgängen der beiden Filterglieder F1 und F2 stehen danach
folgende Signalgrößen an: U1 = U0 C (#0 # ##(t)) U2 = U0 C (#0 - (###(t))) Beide
Signalgrößen werden in den nachfolgenden Gleichrichterelementen G1 bzw.G2 gleichgerichtet.
Die Gleichrichtung erfolgt dabei unter der Annahme vernachlässigbarer Amplitudenfehler,
z.B. unter der Bedingung daß die Signalamplituden groß gegen die Diodensciileusenspannung
ist, oder bei Verwendung von 1 inearisierten Gleichrichterschaltungen. Die Ausgänge
der Gleichrichtereleinente G1 und G2 sind an ein Subtraktionsglied geschaltet. Durch
diese abschließende Subtraktion erhält man also das gewünschte Demodulationssignal
UDemod = 2 UO C (+AJ?(t)). (3) Fig. 2 zeigt die Demodulationskennlinie des FM-Demodulators,
wobei auf der Ordinate die Demodulationsspannung UDemod Und auf der Abszisse der
Hub##(t) aufgetragen sind. Die Demodulationskennlinie hat im Bereich von wi bis
w2 einen linearen Verlauf.
-
Die Fig. 3 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Filtergliedern.
Das Filterglied nach Fig. 3 besteht aus einer RL-Kombination mit einem Folgeverstärker
V, wobei die Induktivität L im Querzweig und der Widerstand R und der Folgeverstärker
V in den Längszweigen eingangs- bzw. ausgangsseitig einer T-Schaltung angeordnet
sind. Das Filterglied nach Fig. 4 besteht aus einem induktiv rückgekoppelten Operationsverstärker
OV. Von den beiden Eingangsklemmen des Operationsverstärkers ist die eine an Masse
geführt, während die andere
über einen Widerstand R an die Spannungsklemme
der Eingangs spannung Ue angeschlossen ist. Vom Ausgang des Operationsverstärkers
ist eine Rückkopplungsleitung mit der eingeschalteten Induktivität L an die auf
Spannungspotential liegende Eingangsklemme geführt. Das Filterglied nach Fig. 5
ist durch eine Differenzierschaltung, nämlich einen Operationsverstärker OV mit
einem Integrator 1 in der Rückkopplungsleitung realisiert. Bei dieser Schaltung
sind an die beiden Eingänge des Operationsverstärkers die Spannungskleinme Ue der
Eingangsspannung und die Rückkopplungsleitung angeschlossen. Alle drei Filterschaltungen
besitzen dieselbe übertragungsfunktion Ua/Ue = C z. Für eine verzerrungsfreie Dcmodulation
genügt es, diese Übertragungsfunktion im Frequenzbereich von bis #2 mit den Werten
@1 = #0 - ## und #2 = #0+## zu erfüllen. Da die Übertragungsfunktion im Gegensatz
zu denen der Filterglieder Ublicher EM-Demodulatoren keinen Anteil mit dem Frequenzgang
W enthält, ist diese Art von FM-Demodulatoren vom Prinzip her verzerrungsfrei.
-
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfinciungsgemäßen Schaltung,
mit der auch auf der Auswirkung endlicher Balance des Frequenzumsetzers beruhende
Verzerrungen vermie den werden. Frequenzumsetzer mit idealer Balance sind nämlich
derzeit noch nicht gegeben. Bei der Schaltung nach Fig. 6 ist, unterschiedlich zur
Demodulatorschaltung nach Fig. 1, auch im zweiten Leitungszug ein Frequenzumsetzer
an gleicher Stelle wie im ersten Leitungszug eingefügt. Beide Frequenzumsetzer sind
mit einem Tiefpaß versehen, der jeweils nur das untere Nodulationsprodukt - entsprechend
Fig. 6 - durchläßt. Das zu demodulierende ZF-Signal #(t) = #0###(t) wird über zwei
verschiedene Umsetzungen aus einer höheren Frequenzlage #e(t) = #e + ##(t) heruntergesetzt.
Das dazugehörige Umsetzerschema ist in Fig. 7 dargestellt. Es entstehen, wie bei
der Demodulationsschaltung nach Fig. 1, zwei ZF-Signale gleichen Frequenzbereiches,
jedoch unterschiedlicher Seitenbandlage.
Wie aus dem Umsetzerschema
ersichtlich ist, hat die endliche Balance der beiden Frequenzumsetzer keinen Einfluß
mehr auf die Linearität der Demodulation. Die weitere Signalverarbeitung in den
nachfolgenden Filtergliedern Fl bzw. F2, den Gleichrichterelementen G1 -bzw. G2
und dem Subtraktionsglied S erfolgt in der gleichen Weise wie bei der Schaltung
nach Fig. 1.
-
Anstelle von Filtergliedern mit der Übertragungsfunktion Ua/Ue Zt
C # können auch solche mit der Funktion Ua/Ue C a e a e # benutzt werden. Die Demodulationskennlinie
ist in diesem Falle dann nicht mehr linear proportional zu U und sie besitzt zwei
Pole bei w = O und 2w .
-
6 P a t e n t a n s p r ü c h e 7 Figuren