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Empfangskonverter, insbesondere für den 12 GHz-Pernsehrundfunk Die
Erfindung betrifft einen Empfangskonverter, insbesondere für den 12 GHz-Fernsehrundfunk.
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Das zentrale Problem derartiger Empfangskonverter, die ein im Zentimeterwellenbereich
liegendes Pernsehband in den UHF-VHP-Bereich handelsüblicher Fernsehempfänger umsetzen
sollen, ist die Stabilität des Umsetzeroszillators. Ein frei schwingender Mikrowellenoszillator
kann innerhalb einer Stunde um mehrere MHz schwanken, wahrend die Prequenzverwaltungen
für den Fernsehbereich nur+75 kHz erlauben. Dieee Stabilität läßt sich am ehesten
durch Vervielfachung einer im Bereich zwischen 20 - 100 MHz liegenden Quarzfrequenz
erreichen, wodurch naturgemäß der Preis derartiger Antennenkonverter stark ansteigt.
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Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, die Stabilisierung der berlagerungsfrequenz
durch einen Vergleich zwischen der Frequenz des Generators fur die Uberlagerungsrrequenz
und der Frequenz des quarzstabilisierten Generators mittels eines auf die Zwischenfrequenz
abgestimmten Diskriminators zu erreichen (DOS 2 120 179).
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Um den Aufwand für den Lokaloszillator zu verringern, ist auch schon
erwogen worden, vom Sender zusätzlich einen Pilotton innerhalb des Fernsehsignals
auszustrahlen. Dieser Eilotton erzeugt huber einen Frequenzdiskriminator im Empfangs
konverter die Regelspannung für den Lokaloszillator, wobei auch hier der Pilotton
zusammen mit dem Fernsehsignal in die Zwischenfrequenzebene umgesetzt und erst dort
dem Diskriminator zugeführt wird (Zeitschrift für das Poct-und Fernmeldewesen 15
(1970), S. 549 - 555).
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Die Schwierigkeiten dieses Konzeptes beruhen einmal auf der Gefahr,
daß anstelle des Pilottons die Trägerreste des Bild-bzw. Tonträgers fälschlicherweise
als Bssugsfrequenz ausgewählt werden.
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Weitere Nachteile sind die Festlegung auf einen bestimmten Empfangs
kanal durch die Mittenfrequenz des Frequenzdiskriminators auf der Empfängerseite
und die zusätzliche Einfügung eines Pilottons in das Fernsehsignal auf der Senderseite.
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Weiter gehört es zum Stand der Technik, den Pilotton nach Abmischung
in die Z?-Ebene in einem Phasendiskriminator mit einer sehr stabilenXlokal erzeugten
Bezugsfrequenz im MEz-Bereich
zu vergleichen und die aus dem Phasenvergleich
hervorgegangene Richtspannung zur Nachregelung des 12 GHz-Trägeroszillatore zu verwenden.
Der Frequenzfehler des Lokaloszlators hängt allein von der Genauigkeit des im Hz-Bereich
schwingenden Bezugsfrequenz-Oszillators ab. Da bei gleicher relativer Frequenzgenauigkeit
der absolute Frequenzfehler um so kleiner ist, Je tiefer dieser Vergleichsoszillator
schwingt, kann dieser ohne besondere Stabilisierungsmaßnahmen bereits aus konzentrierten
temperaturkompensierten Bauelementen aufgebaut werden. Bei einer Frequenzgenauigkeit
von z.B. A f/fO von 10-4 und einer Arbeitsequenz o von 38,9 MHz ergibt dies einen
Frequenzfehler von nur 5,89 kHz.
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An dieser Konverterschaltung ist Jedoch die Bindung an einen festen
Fernsehkanal ebenso nachteilig wie die Gefahr, daß die 3chaltung nicht auf die Pilotfrequenz,
sondern z.B. auf den Bild-, Farb- oder Tonträger des Fernsehkanales synchronisiert
wird. Dia Aussendung des Pilotes ist ein zusätzlicher Aufwand.
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Fußend auf der vorstehend beschriebenen Anordnung stellt sich die
Erfindung die Aufgabe, einen verbesserten Empfangskonverter anzugeben, der weder
die Aussendung eines Pilotes benötigt, noch an einen bestimmten Fernsehkanal gebunden
ist und dessen i?requenzstabilisation nicht die Gefahr enthält, auf eine falsche
Bezugsfrequenz zu synchronisieren. Die Erfindung geht dabei von einem Empfangskonverter
mit huber eine Regelschleife frequenzstabilisierten Mikrowellenoszillator aus, dessen
Regelspannung aus einem im Zwischenfrequenzbereich vorgenommenen Phasenvergleich
zwischen einer diskreten Frequenz des umgesetzten Fernsehsignals und einer durch
einen lokalen freischwingenden
Oszillator erzeugten Bezugsfrequenz
abgeleitet ist. Die oben aufgefUhrte Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst,
daß als diskrete Frequenz der Bildträger des umgesetzten Fernsehsignals verwendet
ist, daß die Umsetzung des Bildträgers aus dem VHF/UHF-Bereich in den Zwischenfrequenzbereich
über die abstimmbare Oszillatorfrequenz eines handelsüblichen Allbereidtuners erfolgt
und daß der Mikrowellenoszillator solange nach jedem Einschalten oder Jedem Signalausfall
durch eine seiner Betriebsspannung verlagerte Wobbelspannung in seiner Frequenz
verändert wird, bis in einem Auswerter sowohl der in Je einem besonderen Bandpaß
herausgesiebte Bild träger als auch der zugehörige Tonträger gleichzeitig ein UND-Tor
ansteuern und damit den Wobbelvorgang abschalten.
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Die Eindeutigkeit der synchronisiertenSezugsfrequenz wird also dadurch
gewährleistet, daß der Suchvorgang (Wobbelung) nach dem Bildträger erst dann unterbrochen
wird, wenn Bild- und Tonträger gleichzeitig ein Und-Gatter ansteuern.
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Um die Kanalbindungsdes Konverters infolge einer festen Bezugsosziliatorfrequenz
im MHz-Bereich zu vermeiden, wird der Fernsehkanal mit einer abstimmbaren Oszillatorfrequenz
in die Norm-Z?-ibene (Bildträger 38,9 MHz) abgemischt und dort zwischen Bildträger
und einem frequenzetabilen Festfrequenzoszillator von ebenfalls 38,9 MHz der Phasenvergleich
durchgeführt. Für diese Umsetzung mit abstimmbarer Oszillatorfrequenz wird ein handelsüblicher
Allbereichs-Bernseh-luner verwendet. Wesentlich ist nun, daß sowohl der abstimmbare
Oszillator im Tuner, als auch der 38,9 MHz-Vergleichsoszillaor ausreichend frequenzstabil
sind.
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Für den 38,9 MHz-Vergleichsoszillator wurde dies bei der Darstellung
des Standes der Technik schon nachgewiesen.
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Für den handelsUblichen AllbereidisFernseh-Tuner gelten folgende Verhältnisse:
Im Fernseh-Rundfunk-Rereich sind Kurzzeitschwankungen von + 75 kHz erlaubt. Nach
der CCIR-Empfehlung, London 1953 (Dokument 730), soll die Frequenzgenauigkeit von
Fernsehempfängern - und d.h. insbesondere des Tuners - folgende Werte nicht überschreiten:
Prequenzänderung nach 1 Min. Einlauf = 0,4 . 10-3 nach 60 Min. Einlauf = 0 . 10-3
durch 1°C Temperaturschwankung = 0,012. 10-3 durch 10 %-Stromversorgungsschwankung
= 0,615. 10-3 II durch mechanischen Stoß = 0,35 . 10-3 Würde man derartige Tuner
mit ihrem Oszillator als durchstimmbares MHs-Normal für den Konverter benutzen,
dann sind bei alleiniger Betrachtung des Temperatureinflusses bei einem ViF-Tuner-Oszillator
mit rund 90 MHz,etwa Temperaturschwankungen von etwa 140°C, und bei einem UHF-Tuner-Oszillator
mit rund 800 MHz, etwa 160 6 Temperaturänderung>zulässig, ohne daß der Toleranzbereich
von + 75 kHz überschritten wird. Da diese Daten aus dem Jahre 1953 stammen, sind
heute unter Mitverwendung von Zenerdioden, NTC-Widerständen, Kapazitätedioden und
durch Aufdampftechnik
auch bei Massenprodukten bessere Mittelwerte
als oben angegeben erreichbar. Der Oszillator im Fernschtuner kann deshalb als Bezugsfrequenz
für den Phasenvergleich im 12-GHz-Konverter herangezogen werden.
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Der 9'ernsehtuner kann nun auch gleichzeitig dazu verwendet werden,
das aus dem 12-GHz-Bereich in den UH?-Bereich umgesetzte hlernsehbild auf die Normzwischenfrequenz
des Fernsehempfängere umzusetzen (Bildträger bei 3S,9 MHz, Tonträger bei 33,4 MHz)
und eine selektive Verstärkung des Pernsehkanales vorzunehmen. Die dadurch am Ausgang
des ZF-Verstärkers vorhandenen relativ großen Spannungswerte (1 VSs) erübrigen oder
verringern die Schwierigkeiten einer Gleichstromverstärkung nach dem Phasenvergleich.
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Zweckmäßig wird als Mikrowellenoseillatok ein Gunn-Oszillator verwendet,
ein solcher Guhn-Oszillator liefert bei wenig Raumbedarf genügend Leistung (1-1000
mW) bei kleiner Betriebsspannung (6 - 12 V). Der Gunn-Oszillator ist mechanisch
bis zu 10 % und elektrisch durch Betriebsspannungsänderung bis zu 1 % abstimmbar,
das sind 120 MHz. Durch einen eingebauten flG-Kristall oder eine Kapazitätsdiode
ist der Gunn-Oszillator um mehr als 1 % um die Mittenfrequenz abstimmbar.
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Die mechanische und elektrische Abstimm-Möglichkeit bindet den Gunn-Oszillator
nicht an einen bestimmten Fernsehkanal oder eine bestimmte bendefrequens.
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Vorteilhaft wird der Gunn-Oszillator und die übrigen Teile des Mikrowellenumsetzers
als Antennenkonverter ausgeführt, d.h. in bekannter Weise direkt mit der Mikrowellenantenne
verbunden.
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Eine weitere Möglichkeit für die Anordnung des Gunn-Oszillators besteht
darin, dieeen nicht unmittelbar an der Antenne, sondern getrennt von den übrigen
Teilen des Mikrowellenumsetzers gemeinsam mit dem Allbereichstuner und den Stufen
für den Phasenvergleich und die Wobbelung an einem witterungsge schützten Platz
unterzubringen. Diese Lösung hat den Vorteil, daß der Gunn-Oszillator leichter zu
warten und geringeren Temperaturschwankungen ausgesetzt ist.
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Soll der Empfangskonverter für einen einzigen Teilnehmer verwendet
werden, so könnte der Allbereichstuner gleichzeitig der Eingangs teil des angeschlossenen
Teilnehmergerätes darstellen.
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Eine ausgeführte und erprobte Schaltung des Konverters ist in Fig.
1 dargestellt. Die Fig. 2 zeigt eine Variante der Schaltung nach Fig. 1 mit anderer
Unterbringung des Mikrowellenoszillators.
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Das von der Antenne 1 kommende Signal durchläuft zur Vermeidung von
Ubersteuerungen eine einstellbare Dämpfung 2 und zur Unterdrückung der Spiegelfrequenz
und unerwünschter Nachrichtenkanäle einen Bandpaß 3. Im nachfolgenden Mischer 4
wird die Frequenz in einen der VHP/UH ernsehbereiche umgesetzt und sofort nach Verlassen
des Mischers 4 zur Optimierung der Rauechzahl des Systems in einem Verstärker 5
verstärkt. Gleichstromzuführung für den Gunn-Oszillator 6 und HF-Signal werden am
Konverterausgang durch eine Weiche, beetehend aus Hoch- 7 und Tiefpaß 8, auf ein
gemeinsames Kabel gegeben und am Ende dieses
Kabels durch eine weitere
Weiche 7, 8 wieder voneinander getrennt. In der Schaltungsausfuhrung der Fig. 1,
überträgt dieses Kabel Gleichstrom und Hochfrequenz, in der Schaltung nach Fig.
2 den Lokaloszillatorträger und ebenfalls Hochfrequenz (das Fernseheignal).
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Das Fernsehsignal wird nun dem Teilnehmeranschluß Tln zugeleitet und
ein kleiner Anteil der Signalspannung wird einem Allbereicha-Pernseh-Tuner 9 zugeführt,
in dem die Umsetzung auf die Norm-ZF erfolgt. Über die Diode 10 wird in bekannter
Weise eine Regelspannung für die automatische Verstärkungeregelung AGC gewonnen.
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Nach nochmaliger Verstärkung 11 des Ausgangssignals des Tuners werden
Bild- und Tonträger durch Bandpässe 12 voneinander getrennt und das Bildträgersignal
anschließend begrenzt 13 und der Oberwellengehalt durch ein schmalbandiges Filter
14 mit der Mittenfrequenz von f05= 38,9 MHz unterdrückt. Das Ausgangssignal gelangt
zusammen mitienreinem Generator 17 erzeugten stabilen Vergleichsfrequenz f = 38,9
MHz in einen Phasendiskriminator 16 und erzeugt die Regelspannung, die huber einen
Tiefpaß 8 der Stromversorgung 18 des Gunn-Oszillators 6 zugeführt und über die Phasenanzeige
21 angezeigt wird. Dadurch verändert sich die Arbeitsspannung UGunn des Gunn-Oszillators
6 in der Weise, daß die Phasendifferenz zwischen dem "Normalfrequenzt'-Blld-Träger
und der im Generator 17 erzeugten Vagleichefrequenz von 38,9 MHz möglichst klein
wird.
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Um beim Einschalten des Gerätes sowie bei Wiederkehr des Bildträgers
nach einem Bildausfall die Synchronisation herzustellen,
wird dem
Stromversorgungagerät 18 des Gunn-Oszillators 6 eine aus der Netzfrequenz im Takt
abgeleitete Wobbelapannung Uw,b'ZUgeführt, die 8o lange die Betriebsspannung und
damit die Gunn-Oszillatorfrequenz verändert, bis an einem Und-Gatter im Auswerter
19 die über die Dioden 20 gleichgerichtete Bild- und Tonträgerfrequenz des gesuchten
Fernsehkanales erscheinen und huber den Auswerter 19 den Wobbelvorgang beenden.
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Bei Empfang nur eines Programmes mit diesem Konverter brauchen die
Grenzen des Wobbelbereiches nicht eingeschränkt werden. Wesentlich ist nur, daß
die durch die Wobbelung entstehende Frequenzänderung des Gunn-Oszillators 6 größer
ist als die maximal zu erwartende Frequenzdrift des Gunn-Oszillators 6.
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Bei Empfang mehrerer Kanäle wird im ungünstigsten Palle Jeder 2. Kanal
belegt sein; deshalb muß der Wobbelbereich dann < + 14 MHz'sein und das Weglaufbestreben
des freischwingenden Oszillators innerhalb dieser Grenzen gehalten werden. Werden
diese Bedingungen eingehalten, dann ist eine tiberprüfbarkeit des richtigen Synchronisationsbezugea
durch die beschriebene Automatik möglich, da nur bei Synchronisation auf den richtigen
Fernsehkanal die im Abstand von 5,5 MHz liegenden Filter 12 Bild- und Tonträger
durchlassen und die Abschaltung durch den Auswerter 19 über das Und-Gatter bewirken.
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Das Konzept nach Fig, 2 hat gegenüber dem der Fig. 1 den Vorteil,
daß der Gunn-Oszilletor 6 zusammen mit der Regelautomatik
abgesetzt
vom Mischer 4 und Nachverstärker 5 unter dem Dach betrieben werden kann, wo die
temperaturabhängigen Oszillatoren 6 bzw. 17 einmal nicht so hohen Temperaturschwankungen
ausgesetzt sind wie huber dem Dach und zum anderen für Service-Zwecke leichter zu
erreichen sind. Diese Vorteile werden durch größere Zuführungsverluste des 12 GHz-Trägere
erkauft. Die übrige Schaltungsanordnung ist die gleiche.
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Eine Ersteinschaltung des Konverters nach der Erfindung geschieht
folgendermaßen: Der Empfangsspiegellwird auf den Sender ausgerichtet und die Stromversorgungsanlage
eingeschaltet. Die Wobbelung wird vorerst abgeschaltet, weil sie die Abstimmung
des Gunn-Oszillators 6 und des Oszillators im Allbereichstuner 9 behindern würde.
Nach einer Einlaufzeit des Gunn-Oszillators 6 wird dessen Frequenz soweit verstimmt,
bis das oder die zu empfangenden Fernsehprogramme in den gewünschten Kanälen liegen.
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Jetzt wird die Wobbelung ein'geschaltet und der abstimmbare Oszillator
im Tuner 9 auf den am tiefsten liegenden Kanal eingestellt, damit dieser Plernsehkanal
in den Norm-ZF-Kanal des Tuners fällt. Nun erfolgt der Phasenvergleich 16 zwischen
dem stabilen Festfrequenzoszillator 17 und dem Bildträger bei 38,9 MHz und die Erzeugung
einer Regelspannung Ukori die den Gunn-Oszillator 6 phasenstarr anbindet. Die Wobbelung
Uwobbachaltet sich aus, sobald Bild- undgTontrEger die richtige Lage erreicht hatten.
Nun kann, falls die Phasenanzeige 21 noch nicht auf Null steht, durch Wechselspiel
der mechanischen Gunn-Oszillator-Abstimmung
die genaue Frequenzlage
herbeigeführt werden. Mit dem Gunn-Oszillator 6 sollte dabei die Feineinstellung
gemacht werden, damit der umgesetzte Kanal genau in das Fernsehraster der Fernsehempfänger
hineinpaßt. Nun erfolgt die optimale Ausrichtung des Empfangsspiegelsiauf den Sender.