DE2136018C3 - FM-Demodulator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Demodulator für frequenzmodulierle elektrische Schwingungen, bei dem

die zu demoduiierenden Schwingungen zwei Übertragungswegen zugeführt sind, die Übertragungsnetzwerke mit frequenzabhängiger Amplitudencharakteristik aufweisen, deren Ausgangsspannungen über jeweils einen Amplitudendemodulator einem differenzbildenden Glied zugeführt sind, dessen Ausgangsspannung das Demodulationsprodukt darstellt Ein derartiger Demodulator ist beispielsweise durch die FR-PS 12 90 764 bekannt.

Bei FM-Diskriminatoreri tritt stets das Problem von Verzerrungen auf. Die statischen wie dynamischen Verzerrungen wachsen hierbei mit dem Hub zu Trägerverhältnis ΔΩ/Ωο. Um insbesondere für kommerzielle Anwendung ausreichend kleine Verzerrungen zu erhalten, sind bei der Demodulation nur Hub zu Trägerverhältnisse 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-Demodulator zu schaffen, mit dem die Demodulation trotz hohen Frequenzhubes auch in niedrigen Frequenzjagen möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß bei einem Demodulator der eingangs genannten Art die Übertragungsnetzwerke beider Übertragungswege dieselbe Übertragungscharakteristik aufweisen und in einem der Übertragungswege eine Einrichtung zur Umsetzung der frequenzmodulierten elektrischen Schwingungen mit der doppelten Mittenfrequenz der frequenzmodulierten elektrischen Schwingungen vorgesehen ist.

Der Vorteil dieser Schaltung gemäß der Erfindung besteht in einer verzerrungsfreien FM-Demodulation bei einem Hub zu Trägerverhältnis bis in die Nähe von εϊπ5(4Ω/Ωο- 1).

Dadurch sind auch Träger mit absolut großen Hüben in niedriger ZF-Lage deniodulierbar, beispielsweise ein Träger mit 50 MHz Hub bei einer Zwischenfrequenz von 70 MHz. Eine solche Schaltung ist ferner in ihrem Aufbau sehr einfach und auch voll integrierbar.

Eine Verbesserung des Demodulators hinsichtlich Verzerrungen, die auf der Auswirkung endlicher Balance des Frequenzumsetzers beruhen, wird dadurch erreicht, daß die Übertragungsnetzwerke beider Übertragungswege dieselbe Übertragungscharakteristik aufweisen und daß in beiden Übertragungswegen jeweils eine Einrichtung zur Umsetzung der frequenzmodulierten elektrischen Schwingungen vorgesehen ist und die zur Umsetzung verwendeten Frequenzen symmetrisch zur Mittenfrequenz der frequenzmodulierten elektrischen Schwingungen liegen und diese derart in eine niedrigere Frequenzlage umsetzen, daß die Ausgangssignale der beiden Einrichtungen bei gleicher Frequenzlage unterschiedliche Seitenbandlage aufweisen.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sind die Übertragungsnetzwerke als flL-Schaltung mit einem Folgeverstärker ausgebildet, wobei die Übertragungsnetzwerke insbesondere in T-Schaltung aufgebaut sind, in deren Querzweig die Induktivität und in deren Längszweigen eingangsseitig der Widerstand und ausgangsseitig der Folgeverstärker angeordnet sind.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sind die Übertragungsnetzwerke als induktiv rückgekoppelte Operationsverstärker realisiert.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Übertragungsnetzwerke aus einem rückgekoppelten Operationsverstärker bestehen, in dessen Rückkopplungsleitung ein Integrator eingeschaltet ist

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Alisführungsbeispielen näher erläutert

Es zeigt

Fig. 1 einen FM-Demodulator mit einem Frequenzumsetzer in einem Leitungszug,

Fi g. 2 die Demodulationskennlinie des FM-Demodu-I a tors,

Fig.3 bis 5 verschiedene Ausführungsformen von Übertragungsnetzwerken,

Fig.6 einen FM-Demodulator mit je einem Frequenzumsetzer in beiden Leitungszügen,

Fig.7 das Frequenzumsetzerschema des FM-Demodulators nach F i g. 6.

Anhand des in Fig. 1 dargestellten FM-Demodulators soll zugleich das Arbeitsprinzip des FM-Demodulators erläutert werden. Das frequenzmod;iierte ZF-Signal Ωο ± ΔΩ(ί) wird aufgespalten und zwei parallelen Leitungszügen zugeführt. In dem einen Leitungszug sind ein Frequenzumsetzer FU2, ein Übertragungsnetzwerk FI mit frequenzabhängiger Amplitudencharakteristik und ein Gleichrichterelement G 2 in der aufgeführten Reihenfolge eingeschaltet, im anderen Leitungszug sind ein Übertragungsruizwerk Fl mit frequenzabhängiger Amplitudencharakteristik und ein Gleichrichte-element G 1 eingeschaltet. Das aufgespaltene frequenzmodulierte ZF-Signal wird also dem einen Übertragungsnetzwerk Fl direkt und dem anderen Übertragungsnetzwerk F2 über einen Frequenzumsetzer FU2 zugeführt. Die Umsetzer-Trägerfrequenz Qr ist doppelt so groß gewählt wie die nominelle ZF-Trägerfrequenz Ω<ι (Mittenfrequenz der frequenzmodulierten elektrischen Schwingungen; Ωγ = 2 Ωο). Der Frequenzumsetzer ist mit einem Tiefpaß versehen, der nur das untere Modulationsprodukt durchläßt. Das untere Moduiationsseitenbanri Ωο — (± ΔΩ(ί/} hat dann die gleiche Frequenzlage wie das ZF-Signal, ist aber zu diesem seitenverkehrt. Die beiden Übertragungsnetzwerke Fl und F2 haben im Frequenzbereich von ω = Q_n bis 2 Ωο gleiches Übertragungsmaß der Funktion 1/,ZtZ₁- = C · ω, wobei Ceine Konstante ist.

An den Ausgängen der beiden Übertragungsnetzwerke Fl und F2 stehen danach folgende Signalgrößen an:

U₁ =

t ι o(0).

(D

U₂ = U_nC(U_n

± LO

U_OemaJ = 2U_nCi t ι ο(o).

(3)

Beide Signalgrößen werden in den nachfolgenden Gleichrichterelementen (Amplitudendemodulatoren) G 1 bzw. G 2 gleichgerichtet. Die Gleichrichtung erfolgt dabei unter der Annahme vernachlässigbarer Amplitudenfehler, z. B. unter der Bedingung, daß die Signalamplitude groß gegen die Diodenschleusenspannung ist, oder bei Verwendung von linearisierten Gleichrichterschaltungen. Die Ausgänge der Gleichrichterelemente G 1 und G 2 sind an ein Subtraktionsglied 5 geschaltet. Durch diese abschließende Differenzbildung erhält man das gewünschte Demodulationssignal

F i g. 2 zeigt die Demodulationskennlinie des FM-De modulators, wobei auf der Ordinate die Demodulationsspannung Unc_m(Ki und auf der Abszisse der Hub ΔΩ(ι) aufgetragen sind. Die Demodulationskennlinie hat im Bereich zwischen den Bandgrenzen ω 1 und ω 2 einen linearen Verlauf.

Die F i g. 3 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen von ubertragungsntizwerken. Das Übertragungsnetzwerk nach F i g. 3 besteht aus einer AL-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 Γ-Schaltung angeordnet sind. Das Übertragungsnetzwerk nach F i g. 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 Eingangsspannung U_c angeschlossen ist Vom Ausgang des Operationsverstärkers ist eine Rückkopplungsleitung mit der eingeschalteten Induktivität L an die auf Eingangsspannung liegende Eingangsklemme geführt. Das Übertragungsnetzwerk nach F i g. 5 ist durch eine Differenzierschaltung, nämlich einen Operationsverstärker OV mit einem Integrator / in der Rückkopplungsleitung realisiert. Bei dieser Schaltung sind an die beiden Eingänge des Operationsverstärkers die Spannungsklemme U_e der Eingangsspannung und die Rückkopplungsleitung angeschlossen. Alle drei Übertragungsnetzwerke besitzen dieselbe Übertragungsfunktion UJU_e= C- ω. Für eine verzerrungsfreie Demodulation genügt es, diese Übertragungsfunktion im Frequenzbereich von ω· bis ω? mit den Werten (Ot = Ωο — ΔΩ und u>2 + ΔΩ zu erfüllen. Da die Übertragungsfunktion im Gegensatz zu denen der Übertragungsnetzwerke üblicher FM-Dcmodulatoren

keinen Anteil mit dem Frequenzgang -enthält, ist diese

Art von FM-Demodulatoren vom Prinzip her verzerrungsfrei.

F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Demodulators, mit der auch auf der Auswirkung endlicher Balance des Frequenzumsetzers beruhende Verzerrungen vermieden 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 Modulationsprodukt — entsprechend Fig.6 — durchläßt. Das zu demodulierende ZF-Signal Ω(ί) = Ω_ο ± ΔΩ(ή wird über zwei verschiedene Umsetzungen aus einer höheren Frequenzlage Ω^(ί) = Ω_σ ± ΔΩ(() heruntergesetzt. Das dazugehörige Umsetzerschema ist in F i g. 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 Übertragungsnetzwerken Fl bzw. F2, den Gleichrichterelementen G 1 bzw. G 2 und dem Subtraktionsglied S erfolgt in der gleichen Weise wie bei der Schaltung nach Fig. 1.

Anstelle von Übertragungsnetzwerken mit der Übertragungsfunktion Ι/,/ίΛ- = Cm können auch solcht mit der Funktion UJU_L. = ^C benutzt werden. Die

Demodulationskennlinie ist in diesem Falle dann nicht mehr linear proportional zu ω und sie besitzt zwei Pole bei ω = Ωound2Ωo.

I licivii -- ISkMI

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Schwingungen, bei dem die zu demodulierenden Schwingungen zwei Übertragungswagen zugeführt sind, die Übertragungsnetzwerke mit frequenzabhängiger Amplitudencharakteristik aufweisen, deren Ausgangsspannungen über jeweils einen Amplitudendemodulator einem differenzbildenden Glied zugeführt sind, dessen Ausgangsspannung das Demodulationsprodukt darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsnetzwerke (Fi, F2) beider Übertragungswege dieselbe Übertragungscharakteristik aufweisen und in einem der Übertragungswege eine Einrichtung (FU 2) zur Umsetzung der frequenzmodulierten elektrischen Schwingungen mit der doppelten Mittenfi equenz der frequenzmodulierten elektrischen Schwingungen vorgesehen ist

2. Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Schwingungen, bei dem die zu demodulierenden Schwingungen zwei Übertragungswegen zugeführt sind, die Übertragungsnetzwerke mit frequenzabhängiger Amplitudencharakteristik aufweisen, deren Ausgangsspannungen über jeweils einen Amplitudendemodulator einem differenzbildenden Glied zugeführt sind, dessen Ausgangsspannung das Demodulationsprodukt darstellt dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsnetzwerke (Ft, F2) beider Übertragungswege dieselbe Übertragungschrakteristik aufweisen und daß in beiden Übertragungswegen jeweils eine Einrichtung zur Umsetzung der frequenzmodulierten elektrischen Schwingungen vorgesehen ist und die zur Umsetzung verwendeten Frequenzen symmetrisch zur Mittenfrequenz der frequenzmodulierien elektrischen Schwingungen liegen und diese derart in eine niedrigere Frequenzlage umsetzen, daß die Ausgangssignale der beiden Einrichtungen bei gleicher Frequenzlage unterschiedliche Seitenbandlage aufweisen.

3. Demodulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Übertragungsnetzwerke (Fi, F2) als ÄL-Schaltupg mit einem Folgeverstärker ausgebildet sind.

4. Demodulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsnetzwerke (Fi, F2) in T-Schaltung aufgebaut sind, in deren Querzweig die Induktivität (L) und in deren Längszweigen eingangsseitig der Widerstand (R) und ausgangsseitig der Folgeverstärker (V) angeordnet sind.

5. Demodulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsnetzwerke CFl, F2) als induktiv rückgekoppelte Operationsverstärker (OV)realisiert sind.

6. Demodulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsnetzwerke CFl, F2)aus einem rückgekoppelten Operationsverstärker (OV) bestehen, in dessen Rückkopplungsleitung ein Integrator (I) eingeschaltet ist.