DE2441362A1 - Radioempfaenger - Google Patents

Description

• Radioempfänger Die Erfidnung betrifft einen Radioempfänger, insbesondere UKW-Rundfunküberlagerungsempfänger, zum Empfang von frequenzmodulierten Sendungen, bestehend aus Vorverstärker, zwischer, Oszillator, i'iefpa£, Zwischenfrequenz-, Demodulator- und Niederfrequenzstufe mit einer niedrigen Zwischenfrequenz (Mitte um 130 kHz).
• Vorzugsweise soll also der Empfang von ultrakurzen ellen geeignet sein. Bekanntlich werden heute im ultrakurzen igellenbereich fast ausschließlich sogenannte Überlagerungsempfänger verwendet (das sind Empfänger mit mindestens einer Frequenzumsetzung vor der Demodulation), während Geradeausempfänger, zu denen in gewissem Maße such die Pendelrückkopplungsempfänger gezöhlt weden dürfen, kann noch Anwendung finden.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines Radioempfängers, insbesondere Überlagerungsempfängers, der sowohl kostensparend mit diskreten Bauteilen mufCebaut werden kann, als auch als kompletter Empfänger in einer integrierten schaltung oder in einer Hybridschaltung gefertigt werden kann.
• wie aus dem blockschaltbild nach Fig. 1 ersichtlich, besteht der erfindungsgemäße Empfänger aus einer HF-Stufe 1, einem Modulator 2, der von einem durchstimmbaren Oszillator 3 durchgesteuert wird, einem Zwischenfrequenzteil 4, auf das der Lemodulator (Diskriminator) 5 folgt, während der Niederfrequenzverstärker 6 den Lautsprecher 7 aussteuert.
• Eine besondere Eigenschaft des erfidnungsgemäßen Empfängers besteht in seiner sehr niedrigen Zwischenfrequenz (von z.B.
• 130 kEz), wodurch die sogenennten Spiegelfrequenzen - das sind Empfangsfrequenzen, für welche das jeweils andere Modulationsprodukt die Zwischenfrequenz ergäbe - noch innerhalb des kleinsten Senderabstandes liegen. durch können die sonst notwendigen Zwischenfreluenzfilter durch ein sehr einfaches Netzwerk ersetzt werden.
• Dieses Empfangsprinzip ist an sich nicht neu. Schon im Jahre 1948 wurde ein solches System in der US-Patentanschrift 2 616 035 vorgeschlagen und eine behaltung hierfür angegeben. 1965 wurde dieses System gemäß der deutschen Satentschrift 1 263 113 hinsichtlich einer automatischen Scharfabstimmung erweitert, durch welche wahlweise ein ZF-Seitenband elliminiert wird.
• Zur Untersuchung dieses Systems wurden erfinderseits eine Reihe von Varianten aufgebaut. Dabei wurden eine Schwingneigung von Oszillator und Vorstufe dargestelt festgestellt, daß die Oszillatorschwingung mit der Differenzfrequenz (ZF) moduliert war.
• Die Ursache dieser Instabilitat liegt in dem vergleichsweise sehr kleinen Frequenzabstand zwischen Eingangs- und Oszillatorfrequenz, d.h. in der vergleichsweise sehr niedrigen Zwischenfrequenz. Hierdurch erhält man Rückkopplungsbehindungen nach dem parametrischen Verstärkerprinzip, insbesondere dann, wenn zwischen Vorkreis und Oszillator ein nichtlineares Glied liegt, wie es der Modulator darstellt. (Theoretischen Grundlagen siehe Arthur Erdélyi über die freien Schwingungen in Sondensatorkreisen mit periodisch versnderli.cher Kapazität" in Analen der Physik, Heft 6, April 1934). Zur Behebung dieses Effektes wurde in der US-Patentschrift 2 616 035, wie aus der dortigen Fig. 1 hervorgeht, ein ziemlich aufwendiges Netzwerk aus Induktivitäten, Kapazitäten und Widerständen verwendet, während bei der deutschen Patentanschrift 1 263 113 (wie aus der Zeitschrift Funktechnik 1966 Nr. 12, "Ein neues FM-Empfangsverfahren" hervorgeht), eine möglichst große Entkopplung von Vorkreis und Oszillntorkreis durch entsprechenden Abstand und besondere schirmung vorgesehen ist.
• Solche Maßnahme sind aufwendig hinsichtlich der Herstellungskosten und des Platzbedarfes. Dazu kommt, daß - wie im Versuch ermittelt - die obengenannte Schwingneigung nicht gänzlich vermieden wird.
• Abhilfe schafft erfindungsgemäß im Zusammenwirken mit einer neuartigen ZE-Stufe eine aperiodische, oder, in genügendem abstand zur oszillatorfrequenz, eine fest abgestimmte EF-Stufe.
• Diese HF-Stufe kann mit und ohne aktive bauteile ausgeführt sein.
• Die größte quelle der Instabilität ist jedoch eine einfache, als {erstarker + Begrenzer ausgeführte ZF-Stufe. Die Ursache des Störbeitrages liegt in der unterschiedlichen Verzerrung des ZF-Signals, wodurch bestimrfte Harmonische des ZF-Signals je nach Frequenzverhältnis über den HF-Eingang rückkoppeln und damit eine undefinierte Schwingneigung bewirken. Sine Ausfilterung durch einen Eingangskreis ist infolge des geringen Abstandes von Eingangs- und Oszillatorfrequenz praktisch unmöglich. Die unterschiedliche Verzerrung des ZF-Signals je nach Amplitude durch den Begrenzer bewirkt einen weiteren großen Nachteil, nämlich die Rausch- und Störabhängigkeit vom ZF-Regel.
• Erschwerend hierzu kommt noch, daß der Begrenzereinsotz in der Regel frequenzabhängig ist, d.h. er erfolgt oftmals in Abhangigkeit von der ZF-Frequenz, die sich bei einer Mittenfrequenz von ca. 130 kiiz, im Extremfall von 55 bis 205 kHz verendern kann.
• Erfindungsgemäß werden diese Nachteile durch einen zu Eigenschwingungen rückgekoppelten, weitgehend aperiodischen Verstarker hoher verstärkung behoben (Kitziehoszillator), der vom ZF-Signal mitgezogen wird.
• Schaltungen mit Mitziehoszillatoren sind für andere.Anwendungsfälle bekannt und zwar für konstante oder quasikonstante Frequenzen. Als quasikonstante Frequenz wird diesseits auch eine modulierte ZF-Frequenz von 10,7 MHz angesehen, da deren modulation (+ 75 kHz) im Verhältnis zum Träger von 10,7 MHz nur 1,54 beträgt und somit auch durch einen Schwingkreis eusgefiltert werden könnte.
• Ganz anders sind jedoch die Verhältnisse im vorliegenden Fall, wo die maximale Modulationsbereite von 150 kHz größer als die hittenfrequenz von 130 kllz ist. Hier kann man praktisch nicht mehr von einem kitziehoszillator im üblichen Sprachgebrauch sprechen, sondern nur von einem rückgekoppelten und schwingenden aperiodischen Verstärker mit bevorzugter Schwingfrequenz. Es ist ja auch lii zu bedenken, daß die zur Auslenkung norwendige ZF-Leistung (am Ausgang des Modulators) an den Extremen der Auslenkung der ZF-Schwingung nur unwesentlich größer sein dorf, pls bei der Kittenfrequenz, da sonst bei kleinen Eingangssignalen die Gefahr des periodischen Abreißens bestehen würde.
• Zur Erlangung dieser Eigenschaften ist erfindungsgemäß eine stabilisierte Verstärkung vorgesehen, gepaart mit einer Rückkopplung, die eine Eigenschwingung bewirkt, die sich in der Modulationsbreite, welche etwa der kittenfrezuenz entspricht, durch eine weitgehend unterschiedliche Synchronisationsleistung mitziehen läßt.
• In Fig. 2 ist schematisch ein Beispiel eines solchen ZF-Teiles dargestellt, welches sich äußerlich nicht von einer üblichen ZF-Stufe mit Begrenzer und vorgeschaltetem Tiefpaß unterscheidet. Das Neue liegt in seiner Arbeitsweise (mitgezogen. Eigenschwingung) und natürlich in der diese Arbeitsweise bewirkenden Dimcnsionierung. Dazu kommt beim vorliegenden Beispiel die Zusammenfassung mehrerer Funktionen in den einzelnen Strompfaden.
• So bewirkt der aus R2, R3, (R5) und C5 bestehende Rückkopplungspfad ##### die gleichstrommäßige Stabilisierung des Verstärkers, zweitens durch C5 (frequenzabhängig. Gegenkopplung) eine Absenkung der Verstärkung unterhalb von 50 kHz, im Zusammenwirken mit L, R1, sowie C1 - C4 eine Rtickkopplung durch Phasendrehung bei ca. 130 kHz und schließlich durch snderung von ES eine änderung des Rückkopplungagrades. L mit R1, sowie C1 - C3 stellen einen Tiefpaß dar, welcher die vom Modulator kommenden Frequenzen, die über 250 kHz liegen, zunehmend sperrt. L im Verein mit R1 beeinflußt den Grad der Bevorzugung der rückgekoppelten ZF-Mittenfrequenz (130 kHz) -zu den xtremwerten der modulation (55-205 kHz). Die Induktivität L kann übrigens auch durch ein aktives RC-Glied ersetzt werden. Die am Widerstand R4 auftretende Begrenzung der jeweiligen ZF-Frequenz bewirkt einmal eine Aussteuerung des angeschlossenen Demodulators (5) mit konstanter amplitude, zum anderen aber (was hier besonders wichtig ist) einen bestimmten Ausgleich etwaiger unterschidlicher Schwingungsbedingungen an den Extremwerten des modulierten ZF-Signals. Desweiteren ist der Rausch- bezw.
• Störanteil zwischen den sendern beim Durchdrehen der Abstimmung wesentlich kleiner gegenüber dem Normalfall, bei dem das'ZF-Signal unter die Begrenzungsschwelle sinken kann und damit sowohl die frequenzmäßige, als auch zusätzlich die (größere) amplitudenmäßige Störmodulation wirksam wird.
• Ein solcher Empfänger besitzt eine Reihe von Vorteilen, welche sowohl bei der Benutzung der klassischen Technik (ZF=10,7 kHz), als auch mit den Verfahren, wie sie in den angezogenen iatentschriften verwendung finden (ZF ca. -130 kHz), nicht zu erreichen sind. Dazu gehören; Durch einen einzigen abgestimmten (Oszillator-) Kreis entfallen ein kostspieliger Vorkreis und die ZF-Filter, damit auch der abgleich und die Verstimmungsmöglichkeiten dieser Bauteile.
• Durch den Wegfall der zF-Filter entfallen auch alle an diesen bei hoher Modulationsauslenkung und/oder hoher Modulationsfrequenz auftretenden Phasendrehungen an den Rändern dieser Filter, was sich besonders in der Natür-.
• lichkeit der Zischlaute zeigt.
• Durch die ständige Trtgerschwingung im ZF-Teil ist der Rauschabstand uch bei schwachen Sendern hervorragend gut und die Trennschärfe des Empfängers ist optimal, da sich jeweils nur ein Sender synchronisieren läßt.
• Durch die optimalen Jynchronisierungseigenscheften kann in den meisten Fällen eine Verstärkung in der HF-Stufe entfallen.
• Der erfidnungsgemäße Radioempfänger kann trotz der aufgezeigten Eigenschaften wesentlich kostengünstiger aufgebaut werden als ein Empfänger gleicher Eigenschaften in klassischer Technik (ZF = 10,7 KHz).
• Der einzige Nachteil, soweit man von einem solchen sprechen kann, liegt im Doppelempfang gedes Senders, will man diesen nicht durch Maßnahmen, wie sie in der Patentanmeldung 1 253 113 vorgeschlagen sind, elliminieren.

Claims (7)

Patenansprüche:

1. Radioempfänger, insbesondere UKW-Rundfunküberlagerungsempiänger, zinn Empfang von frequenzmodulierten Sendungen, bestehend aus HF-Stufe, Mischer, Ossillator, ZZ-Teil, Demodulator und Niederfrequenzstufe mit einer niedrigen Zwischenfrequenzmittenfrequenz (um 130 kHz), dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenfrequenzteil (4) als ein durch Rückkoplung zu ständigen Schwingungen angefachter, weitgehend aperiodischer Verstärker ausgeführt ist, dessen Schwingungen innerhalb der Modulationsbreite (von ca. 55 kHz bis 205 kHs) durch ein am Ausgang des Modulators (2) abgegebenes Z-Signal synchronisiert (mitgezogen) worden.

2. Radioempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkoplungspfad des Verstärkers u.e. ganz oder teilweise identisch ist mit dem Pfad zu seiner Gleichstrom-Stabilisierung.

3. Radioempfänger nach den Ansprtichen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ZF-Teil neben dem zu Schwingungen angeregten weitgehend aperiodischen Verstärker einen Tiefpaß enthält, der neben dieser Funktion auch die Rückkoplungsbedingungen des zu Schwingungen angefachten Verstärlters beeinflußt.

4. Radioempfänger nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Stufe aperiodisch ausgeführt ist.

5. Radioempfänger nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Stufe aui einer Frequenz fest abgestimmt ist, die in keinem Falle mit einer Empfangs- oder einer Oszillatorfrequenz übereinstimmt.

6. Radioempfänger nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Stufe keine Verstärkung aufweist.

7. Radioempfänger nach den Ansprtichon 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein regelbarer Widerstand (R5) sur Einstellung der ckkoplungsbedingungen vorgesehen ist.

L e e r s e i t e