DE2454283A1

DE2454283A1 - Frequenzumsetzer

Info

Publication number: DE2454283A1
Application number: DE19742454283
Authority: DE
Inventors: Hirozi Shoyama; Chuichi Sodeyama; Noboru Usami
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-11-17
Filing date: 1974-11-15
Publication date: 1975-05-22
Also published as: US3944931A; JPS5081215A; DE2454283C3; DE2454283B2; JPS531125B2

Description

Patentanwalt»
DlpL-lng. R. BEETZ «βη.
Dlpl-Ing. K. LAMPRECHT

Dr.-lng. R. B E E T Z Jr.
• Möüoh.n S2, StelMderfttr. It

81-23.409p 15. 11. 1974

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Frequenzumsetzer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrkanal-Rundfunksignal-Empfänger, insbesondere auf einen Frequenzumsetzer, durch den ein VHF- oder UHF-Fernsehempfänger Fernseh-Rundfunkwellen empfangen kann, die als Träger superhohe Frequenzen (SHF), d. hi- Zentimeterwellen j Verwenden.

Zur Zeit verwendet der Fernseh-Rundfunk elektromagnetische Wellen des VHF- oder UHF-Bandes, aber zukünftig werden wesentlich höhere Frequenzen verwendet werden, z. B. Signalwellen des SHF-Bandes.

81-(A 587-02)-Me-r (7)

509821/0767

Bei der praktischen Durchführung eines derartigen SHF-Band-Rundfunks ist es sehr wirtschaftlich, wenn die bisher üblichen Empfänger zum Empfang der Rundfunk-Sendungen verwendet werden können. Zu diesem Zweck ist ein Frequenzwandlerkonverter oder -umsetzer notwendig, der durch einfaches Anschließen an den herkömmlichen Fernseh-Empfanger diesen an das neue Rundfunkband anpaßt. Vor allem ist es notwendig, beim SHF-Rundfunk die gleichen herkömmlichen Fernsehsignale und das gleiche Modulations system zu verwenden, d. h. Restseitenband-Amplitudenmodulation, als das jetzt verwendete.

Der Frequenzumsetzer, durch den herkömmliche Fernseh-Empfanger den SHF-Rundfunk empfangen können, enthält z. B. eine Antenne zur Aufnahme der Rundfunkwellen aus der' Luft, einen Empfangsoder Überlagerungsoszillator zum Erzeugen jewei Is einer einzigen Schwingungsfrequenz, einen Mischer zum Mischen der in der Antenne induzierten Signale und des Überlagerungsoszillator-Ausgangssignals, und einen Verstärker zum Verstärken des Ausgangssignals, d. h. des frequenzumgesetzten Signals vom Mischer. Wenn die Antenne drei Arten von Rundfunkwellen mit Trägerfrequenzen f , f bzw. f aufnimmt,

χ tu O

so gibt der Verstärker drei Signalarten mit Frequenzen f' , f' bzw. f' ab. Wenn deshalb die Schwingungsfrequenz des Überlagerungsoszillators so bestimmt ist, daß die Frequenzen f', V und f' dem üblichen VHF- oder UHF-Band für den Fernseh-Rundfunk angehören, kann das SHF-Signal durch einfaches Anschließen des Umsetzers an den herkömmlichen Fernseh-Empfanger wirksam empfangen werden. Gemäß dem Rundfunk-Abkommen sind die Frequenzen f', f' und f' so bestimmt, daß sie Kanälen entsprechen, für die in der betrachteten

509821/0767

Gegend keine Rundfunkwellen zugeteilt sind. Das wichtigste bei einem derartigen Frequenzumsetzer ist die Stabilität der Schwingungsfrequenz des Überlagerungsoszillators. Das Stabilitätsproblem der Schwingungsfrequenz wird anhand eines konkreten Zahlenbeispiels erläutert.

Es sei angenommen, daß ein SHF-Rundfunk-Kanal einer Video-Trägerfrequenz" f = 12 GHz empfangen wird durch Umsetzen des SHF-Kanals in den 50. Kanal (Video-Trägerfrequenz 693,25 MHz) des gegenwärtigen japanischen Standard-Fernseh-Rundfunk-S ystems. Ih diesem Fall ergibt sich die Überlagerungsschwingungsfrequenz f ₁, von der angenommen wird, daß sie niedriger eingestellt ist als die Trägerfrequenz des SHF-Kanals, zu

f = 12,000-0,693.25 = 11,306.75 (GHz).

Die Video-Trägerfrequenz f der Rundfunkwelle kann als nahezu fest oder konstant betrachtet werden, da die Rundfunkstation stets die Frequenzschwankung überwacht und korrigiert, so daß die Schwankung der Frequenz f' des Umsetzer-Ausgangssignals im wesentlichen von den Abweichungen der Überlagerungsschwingungsfrequenz f abhängt, wobei eine Änderung +A.f der Frequenz f die Änderung · quenz des Umsetzer-Ausgangssignals hervorruft.

Um Fernseh-Rundfunk mit herkömmlichen Empfängern wirksam zu empfangen, muß die Video-Trägerfrequenz des in der Antenne induzierten Rundfunksignals innerhalb eines Bereiches von mindestens dem bestimmten Wert +0,1 MHz begrenzt werden. Demzufolge muß der Überlagerungsoszillator des Frequenzumsetzers eine Frequenzsta-

509821 /0767

bilität von 0,1/11 306,75 besitzen, d. h. von etwa 1 · 10 . Eine derart hohe Frequenzstabilität kann erhalten werden durch erstens Verwenden eines Oszillators hoher Frequenzstabilität, wie eines quarz- oder kristallgesteuerten Oszillators, und zweitens automatisches Verstellen der Überlagerungsschwingungsfrequenz derart, daß die erfaßte Abweichung der Ausgangssignalfrequenz stets auf Null zurückgestellt wird.

Die erste Möglichkeit kann nicht für nichtkommerzielle Fernseh-Empfänger verwendet werden, da die damit zusammenhängende Vorrichtung sehr kompliziert und teuer ist. Darüber hinaus kann bei der gegenwärtigen Technik selbst ein Quarzoszillator der höchsterreichbaren Frequenzstabilität nicht die oben genannte Stabilität unter Einflüssen aufrechterhalten, wie z. B. Schwankungen der Umgebungstemperatur, der Versorgungsspannung usw.

Der zweite Kunstgriff, der für nichtkommerzielle Fernseh-Ernpfanger zum Empfang von VHF- und UHF-Band verwendet wird, kann so, wie er ist, nicht zum Empfang von SHF-Fernseh-Rundfunk verwendet werden, ohne Auftreten technischer Schwierigkeiten und darüber hinaus ohne Verursachen hoher Kosten. Das wird im folgenden erläutert.

Für die automatische Regelung der Uberlagerungsschwingungsfrequenz muß der Überlagerungsoszillator des Frequenzumsetzers so aufgebaut sein, daß er bei einem Um schalt-Betrieb verschiedene Frequenzen, abhängig von der Zahl der Rundfunk we Ilen, erzeugen kann und muß in dem Frequenzumsetzer ein Frequenzdiskriminator eingebaut sein, der die Frequenz des Mischer-Ausgangssignals oder des

509821/0767

Verstärker-Ausgangssignals erfaßt und dessen Ausgangssignal dem Überlagerungsoszillator zur automatischen Steuerung der Schwingungsfrequenz zugeführt wird. In einem solchen Fall bleibt die Trägerfrequenz im Mischer-Ausgangssignal auf einem festen Wert f für jeden empfangenen Kanal, da die Überlagerungsschwingungsfrequenz abhängig von den Frequenzen der empfangenen Signale umgeschaltet wird. Demzufolge werden die zu empfangenden Kanäle durch Umschalten der Schwingungsfrequenzen des Überlagerungsoszillators ausgewählt, und die Kanalauswahlvorrichtung oder der Kanalwähler eines herkömmlichen Fernseh-Empfängers, dem die frequenzumgesetzten Signale zugeführt werden, wird auf die Frequenz f eingestellt. -

Der beschriebene Frequenzumsetzer hat folgende Nachteile:

1. Da jeder der vielen Ferns eh-Rundfunk- Kanäle vom nächsten um etwa 12 MHz getrennt ist, wie im UHF-Band, müssen die verschiedenen vom Überlagerungsoszillator erzeugten Frequenzen sich voneinander um etwa 12 MHz unterscheiden. Wie beschrieben, liegt jedoch die Überlagerungsfrequenz bei etwa 11 GHz, und es ist technisch sehr schwer, einen Unterschied von 12 MHz bei einer derart hohen Frequenz zu verwirklichen.

2. Die notwendige Frequenzstabilitätsbedingung für den Überlagerungsoszillator kann durch automatische Frequenzregelung (AFC) gemildert werden, jedoch muß die Frequenzabweichung des Oszillators auf innerhalb eines gewissen Bereiches begrenzt werden, um fehlerhaften Betrieb des Regelsystems zu verhindern. Von allen fehlerhaften

509821/0767

Betrieben tritt meist der aufgrund des Einflusses des Ton-Trägers auf. Der Frequenzdiskriminator vergleicht nämlich bei Normalbetrieb die Video-Trägerfrequenz mit der zugehörigen festen Frequenz f , aber wenn die Abweichung der Überlagerungsschwingungsfrequenz eine bestimmte Grenze überschreitet, vergleicht der Frequenzdiskrim inator die Frequenz f mit der Ton-Trägerfrequenz, so daß das Regelsystem fehlerhaft arbeitet. Daraus folgt, daß die zulässige Abweichbreite der ÜberlagerungsSchwingungsfrequenz etwa die Hälfte (d. h. 2,3 MHz) des Unterschiedes (4,5 MHz) zwischen den Video- und den Ton-Trägerfrequenzen beträgt. Die Breite von 2,3 MHz ist etwa das 20fache des Wertes 0,1 MHz, der ohne Frequenzregelung erhalten wurde. Die

-4

Frequenzstabilität beträgt in diesem Fall 2 · 10 , und das ist eine wesentlich niedrigere Bedingung im Vergleich zum zuvor erhaltenen Wert von 1 · 10 . Um den verbesserten Wert unter verschiedenen Bedingungen zu erreichen, muß jedoch der Überlagerungsoszillator mit einigen HilfsStabilisatoren versehen sein. Deshalb treten unter diesen Bedingungen bei einem Überlagerungsoszillator zur Erzeugung von nicht nur einer einzigen Frequenz, sondern von mehreren im Umschaltbetrieb beträchtliche zusätzliche technische Schwierigkeiten auf.

3. Wie beschrieben, werden herkömmliche Fernseh-Empfänger im Empfangssystem verwendet, die einen derartigen - wie oben ausgeführten - Frequenzumsetzer verwenden. Da der Empfänger einen Kanalwähler besitzt, ruft das getrennte Vorsehen einer Kanalwahlfunktion im Umsetzer einen komplexen Betrieb hervor und ist darüber hinaus unwirtschaftlich .

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Frequenz-

509821/0767

wandlers, bei dem die automatische Regelung der Überlagerungsschwingungsfrequenz einfach für die Frequenzumsetzung von Mehrkanal-Rundfunkwellen durchführbar ist mit einem Überlagerungsoszillator, der jeweils eine einzige Frequenz erzeugt- ■

Um die Aufgabe zu lösen, erzeugt gemäß der Erfindung der Überlagerungsoszillator jeweils eine einzige Frequenz, und ein Frequenzdiskrim inator wird als Frequenzerfassungsschaltung zur automatischen Frequenzregelung verwendet, wobei der Frequenzdiskriminator eine Ausgangs-Nullspannung für mehrere bestimmte Frequenzen abgibt und wiederholt Frequenzdiskriminator-Kennwerte für die Frequenzänderung vorsieht·'

Der Frequenzdiskriminator ist gebildet durch einen ersten Verzögerer zum Verzögern eines Eingangssignals um eine Zeit T und zum Phasenverschieben des Eingangs signals um jd (rad), durch einen zweiten Verzögerer des Eingangssignals um eine Zeit T /2 und zum Phasenverschieben des Eingangssignals um 0/2 (rad), durch einen ersten Addierer zum Addieren eines Eingangssignals zum Signal der Verzögerungszeit / und der Phasenverschiebung 0 (rad), durch einen zweiten Addierer zum Addieren des Ausgangs signals des ersten Addierers zum Signal der Verzögerungszeit L /2 und der Phasenverschiebung 0/2 (rad), durch einen ersten Subtrahierer zum Bildender Differenz zwischen dem Ausgangssignal des ersten Addierers und dem Signal der Verzögerungszeit L /2 und der Phasenverschiebung 0/2 (rad), durch einen ersten Gleichrichter für das Ausgangssignal des zweiten Addierers, durch einen zweiten Gleichrichter für das Ausgangssignal des ersten Subtrahierers, und durch einen zweiten

509821/0767

Subtrahierer zum Bilden der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und des zweiten Gleichrichters.

Die Erfindung sieht also einen Frequenzumsetzer zur Frequenzumsetzung von Mehrkanal-Rundfunksignalen vor, der aus einem Überlagerungsoszillator zui" Erzeugung jeweils einer einzigen Schwingungsfrequenz, einem Mischer und einem Frequenzdiskriminator zur automatischen Regelung der Schwingungsfrequenz des Überlagerungsoszillators besteht. Der Frequenzdiskriminator gibt eine Nullgleichspannung ab, wenn die Frequenzen der am Diskriminator anliegenden mehreren Signale mit denen der Trägerwellen der frequenzumgesetzten ' Mehrkanal-Rundfunksignale übereinstimmen. Wenn die Frequenzen der an den Diskriminator angelegten mehreren Signale von denen der Trägerwellen verschieden sind, gibt der Diskriminator eine Ausgangsgleichspannung ab, deren Amplitude von dem Unterschied abhängt.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 a bis 2 c Frequenzspektren zur Erläuterung des Frequenzumsetzbetriebes ,

Fig. 3 graphisch die Frequenzkennwerte eines in der Erfindung verwendeten Frequenzdiskriminators,

Fig. 4 das Blockschaltbild des Frequenzdiskriminators gemäß einem

509821/07 6 7

ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 bis 7 Frequenz-Spannungs-Kennlinien zur Erläuterung des Betriebs des in Fig. 4 gezeigten Frequenzdiskrimmators,.

Fig. 8 das Blockschaltbild des Frequenzdiskriminators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Fig. 1 und.2 zeigen schematisch ein Blockschaltbild der Erfindung bzw. Abbildungen der Frequenzspektren zur besseren Erläuterung des Frequenzumsetzbetriebs. Das von einer Antenne 1 aufgenommene SHF-Fernseh-Rundfunksignal wird einem 'Mischer 2 zugeführt. Das Fernsehsignal hat z. B. ein in Fig. 2a dargestelltes Frequenzspektrum. Es zeigen Trapezoide 31, 32, 33 drei Rundfunkkanäle, die in einer bestimmten Gegend verwendet werden, senkrechte Liniensegmente 34, 35", 36 die dazugehörigen Video-Träger und senkrechte Liniensegmente 37, 38, 39 die dazugehörigen Ton-Träger. Die Frequenzen der Video-Träger 34, 35, 36 sind mit den Frequenzen f , f bzw. f bezeichnet. Diese Frequenzen sind innerhalb eines Bandes von beispielsweise 11,7 bis 12,2 GHz gewählt. Die Frequenzbandbreite f_o, die von jedem der Kanäle" eingenommen wird, wird zu Jd

beispielsweise 6 MHz bestimmt, während der Kanal Zwischenraum oder -abstand f der entsprechenden Kanäle zu 12 MHz gewählt ist.

Die Frequenzen der Ton-Träger 37, 38 und 39 sind um 4,5 MHz höher als die der Video-Träger f , f bzw. f„. Das betrachtete Sy-

Jl u ο

stern ist nämlich das gleiche wie das übliche Fernseh-Rundfunksystem, außer daß die Video-Träger im Superhochfrequenz-Band (SHF-Band) sind.. Bei der Beschreibung wird angenommen, daß die Anzahl

50982 1/076 7

245A283

der Rundfunkkanäle drei sei, jedoch ist festzustellen, daß bei höherer Anzahl die Erfindung wirksamer ist. Darüber hinaus ist jeder Kanal unabhängig von den anderen, und nicht alle Kanäle müssen besetzt sein, d. h. einige Kanäle können frei von übertragenen Signalen sein. Der in Fig. 2a mit Strichlinien dargestellte Kanal 33 bedeutet einen derartigen freien Kanal.

Der Mischer 2 empfängt neben dem von der Antenne 1 aufgenommenen SHF-Rundfunksignalen ein Uberlagerungsschwingungssignal der Frequenz f , das von einem Überlagerungsoszillator 3 erzeugt wird und durch ein senkrechtes Liniensegment 40 in der Fig. 2b angezeigt ist, und gibt ein Ausgangssignal mit einer Frequenzkomponente ab, die gleich der Differenz zwischen der SHF-Rundfunksignalfrequenz und der Überlagerungsschwingungsfrequenz ist. Die Fig. 2c zeigt das Frequenzspektrum des Ausgangssignals des Mischers 2. In Fig. 2c zeigen Trapezoide 41, 42, 43 die frequenzumgesetzten Darstellungen der Rundfunkkanäle 31, 32 und 33, senkrechte Liniensegmente 44, 45, 46 die frequenzumgesetzten Darstellungen der Video-Träger 34, 35 und 36 und senkrechte Liniensegmente 47, 48, 49 die frequenzumgesetzten Darstellungen der Ton-Träger 37, 38, 39. Die frequenzumgesetzten Video-Träger 44, 45, 46 haben Frequenzen f', f' bzw. f', die gleich sind den Frequenzen f , f , f minus der Überlagerungsschwingungsfrequenz f . Die Kanalbreite und die Kanalabstände sind selbst nach der Frequenzumsetzung ungeändert geblieben und gleich f bzw. f . Die Überlagerungsschwingungsfrequenz f ist so gewählt, daß f' , V und f' mit den Frequenzen der üblicherweise verwendeten Video-Träger im UHF-Rundfunkband übereinstimmen können.

Das Ausgangssignal des Mischers 2 wird durch einen Breitband-

509821/0767

verstärker 4 verstärkt, und das Ausgangssignal des Verstärkers 4 wird einem üblichen Fernseh-Empfänger 6 zugeführt, der seinerseits einen Kanal zum Rundfunk-Empfang auswählt. Ein Teil des Ausgangssignals des Verstärkers 4 wird auch an den Eingangsanschluß 101 eines Frequenzdiskriminators 10 angelegt. Der Frequenzdiskriminator liefert eine Ausgangs-Nullspannung an seinem Ausgangsanschluß 102, wenn die Frequenz des am Eingangsanschluß 101 angelegten Signals mit einer von bestimmten Frequenzen übereinstimmt, ansonsten jedoch eine positive oder negative Spannung am Ausgangsanschluß 102, deren Amplitude von der Differenz zwischen der Frequenz des dem Eingangsanschluß 101 angelegten Signals und der einen bestimmten Frequenz abhängt. Die in dem Erequenzdiskriminator 10 bestimmten Frequenzen besitzen den gleichen Kanalabstand f wie gemäß Fig. 2c und stimmen mit den Video-Trägerfrequenzen der herkömmlichen VHF- oder UHF-Band-Rundfunkwellen überein. Die Beziehung zwischen der Eingangsfrequenz und der Ausgangsspannung des Frequenzdiskriminators 10 ist nämlich durch eine Kennlinie, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, wiedergegeben. Die bestimmten Frequenzen für die frequenzumgesetzten Video-Träger sind festgelegt durch die Frequenzen f , f ₉ und f , die so eingestellt sind, daß sie mit den Video-Trä-

JL X JL^j J.O

g.erfrequenzen der Empfangskanäle des Fernseh-Empfängers 6 übereinstimmen. Der Frequenzabstand dieser Frequenzen f _Λ , f_19? f_iq wird

X JL IZ XO

dem Kanalabstand f der SHF-Rundfunksignale gleichgesetzt.

Anhand der Fig. 4 wird ein konkretes Ausführungsbeispiel des Frequenzdiskriminators 10 beschrieben, die als Blockschaltbild einen Frequenzdiskriminator 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Am Eingangsanschluß 101 wird das Ausgangssignal

50 9 8 21/076?

des Breitbandverstärkers 4 gemäß Fig. 1 angelegt. Dessen Ausgang zweigt sich auf zu einem ersten Addierer 12 und einem ersten Phasenverschieber 13. Das Ausgangssignal des ersten Phasenverschiebers 13 wird durch einen ersten Verzögerer 14 geführt und zweigt sich dann auf zu einem ersten Verstärker 17 und einem zweiten Verzögerer 15. Das Ausgangssignal des zweiten Verzögerers 15 wird über einen zweiten Phasenverschieber 16 einem zweiten Verstärker 18 zugeführt. Die Phasenverschieber 13, 16 erzeugen die gleiche Phasenverschiebung im Frequenzbereich der behandelten Signale. Die Verzögerer 14, 15 haben auch die gleiche Verzögerungszeit. Das durch die Verzögerer 14, 15 und die Phasenverschieber 13, 16 hindurchgetretene und durch den zweiten Verstärker 18 verstärkte Signal wird dem ersten Addierer 12 zugeführt und dort zu dem'direkt am ersten Addierer 12 angelegten Signal addiert.

Um das Verständnis des Betriebs zu erleichtern, sei angenommen, daß das Eingangssignal am Eingangsanschluß 101 eine einfache Sinuswelle sei, die wiedergegeben wird durch die Gleichung

e - E sin cot. (l).

ο ο

Wenn die Verzögerer 14, 15 eine Verzögerungszeit von f/2, unabhängig von der Frequenz der angelegten Signale, und die Phasenverschieber 13, 16 eine Phasenverschiebung von 0/2, unabhängig von der Frequenz der durch sie hindurchtretenden Signale besitzen, gibt der zweite Verstärker 18 an seinem Ausgangsanschluß ein Ausgangssignal e₁ ab mit

e = E sin [ω(t - Z ) - 0] (2).

509821/0767

Andererseits ist die am ersten Eingangsanschluß des ersten Addierers . . - ...... .. *^v.. . -λ., fit .,. . χ. l^jr'li*, .' -".·*'■

12 angelegte Spannung die durch die Formel (l) wiedergegebene Spannung e , so daß die Summe aus e und e am Ausgang des ersten Addierers 12 auftritt. Diese zusammengesetzte Spannung e_o ergibt sich zu

ä. ο 1

Wenn der Gewinn oder Verstärkungsfaktor des zweiten Verstärkers so eingestellt ist, daß die Amplitude E des Signals e gleich der Amplitude E des Signals e ist, so ergibt sich das Signal e zu

e = 2E sinliijt - -(co Z+ 0)] cos - (cot + 0) (4).

ait O U dt C*

Wie sich aus der Gleichung (4) ergibt, ändert sich die Amplitude des Signals e mit dem Phasenwinkel (ω Z + 0) einschließlich einer Winkelfrequenz co, wie das in Fig. 5 dargestellt ist.

Das Ausgangssignal des ersten Addierers 12 wird sowohl einem Eingangsanschluß eines zweiten Addierers 19 als auch einem Eingangsanschluß eines ersten Subtrahierers 20 zugeführt. Am anderen Eingangsanschluß des zweiten Addierers 19 und am anderen Eingangsanschluß des ersten Subtrahierers 20 ist das Eingangssignal angelegt, das durch den ersten Phasenverschieber 13 und den ersten Verzögerer 14 getreten und durch einen ersten Verstärker 17 verstärkt isti Das aus dem Verstärker 17 austretende Signal sei das Signal e , das gegeben ist durch die Gleichung

e Esin[to(t |)t

= E_sin[to(t- |)-t] (5).

509821/0767

" ¹⁴~ 245A283

Demgemäß ergeben sich die Ausgangssignale e und e des zweiten

* Tr O

Addierers 19 bzw. des ersten Subtrahierers 20 zu

^e5^=e2"^e3

Wenn der Gewinn des ersten Verstärkers 17 so eingestellt ist, daß gilt:

E, = 2E (8),

oo

dann sind die Ausgangssignale e und e gegeben durch die Gleichungen:

e = 2E [cos — (cüT+ 0) + lj sin[<i> t - — (oi'f + 0)] (9),

e_r = 2E fcos ^ (ojZ + 0) - l] sinfco t -~ {ojf + 0)] (lO).

5 O <· <s ^J ά ^J

Die Amplitudenänderungen der Signale e und e , abhängig vom Phasenwinkel (co? +0) sind in Fig. 6 dargestellt.

Die Spannungen oder Signale e und e werden mittels übertrager 21 bzw. 22 an Gleichrichtern 23, 24 angelegt, so daß Gleichspannungen E und E entsprechend den Signalen e und e an Widerständen 25 und 26 abfallen. Die Gleichspannungen E und E ergeben sich zu

E = k 1 + cos I (u>Z + 0) (11),

τ: Cd

E = k 1 - cos \ (ω Ζ + 0) (12),

mit k = Konstante.

509821/0767

Da die Ausgangsspannung ΔΕ, die zwischen dem Ausgangsanschluß 102 des Frequenzdiskriminators 10 und Erde bzw- Masse abfällt gleich der Differenz zwischen den Spannungen E und E ist, wie sich aus Fig. 4 ergibt, so ergibt sich daraus .

AE = 2 k cos ·| (cvZ + 0) (13).

Die Änderung von A E abhängig vom Phasenwinkel (to Z + 0) ist in Fig. 7 dargestellt. Wie sich aus Fig. 7 ergibt, ändert sich die Spannung A E sinusförmig mit einer Periode von 4 Tt . Bei der Erfindung ist die Verzögerungszeit L /2 der Verzögerer 14 bzw. 15 so bestimmt, daß gilt

mit f = Kanalabstand, wie anhand Fig. 2 erläutert.

Da der Kanalabstand f = 12 MHz, ist die Verzogerungszeit etwa 83 ns. Die Gleichung (13.) wird daher umgeformt in

ΔΕ = 2 k cos (2fff/f + 0/2) (15),

Wie sich aus der Gleichung (15) ergibt, ändert sich die Spannung Δ Ε sinusförmig mit f, mit einer Periode f .

Nun kann die für den Kanal 41 der Fig. 2 bestimmte Frequenz f.

5 09821/0767

in dem Frequenzumsetzer der Fig. 1 ausgedrückt werden durch f_c, und zwar zu

^fll=^nfc^+fa

wobei η positiv und ganzzahlig ist und f <f .

Demgemäß können die bestimmten Frequenzen f und f der anderen Kanäle 42 und 43 ausgedrückt werden durch:

^{= (n + l)f}c ^+fa'

f. = (n + 2) f + f . 13 ca

Der Wert der Spannung A E der Eingangsfrequenz f kann durch Ersetzen von f der Gleichung (16) für f in der Gleichung (15) erhalten werden, wobei sich ergibt, daß

AE = 2 k cos (2fn + 2 Ti /f + 0/2) (17).

a c

Deshalb kann, wenn die Phasenverschiebung 0/2 der Phasenverschieber 13 und 16 so bestimmt ist, daß gilt

2Ti_a/i_c + 0/2 = (4m + 1) I (18),

mit m = 1 oder Null, ein Frequenzdiskriminatorkennwert erhalten werden, in dem Δ E bei dem Eingangssignal f verschwindet und abnimmt bei Frequenzzunahme nahe der Frequenz f ., Auf diese Weise ergibt sich, daß die Spannung Δ Ε einen gewünschten Frequenzdiskriminator-

509821/0767

Kennwert auch für die Frequenzen f und f vorsieht. Deshalb kann der in Fig. 3 dargestellte Frequenzdiskriminator-Kennwert durch die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 erreicht werden.

Die beschriebenen Phasenverschieber 13 und 16 müssen lediglich in etwa gleiche Phasenverschiebungen im zu behandelnden Frequenzbereich vorsehen, d. h. in einem Band von 36 MHz, wenn die Anzahl der Rundfunkkanäle drei und der Frequenzabstand 12 MHz ist, so daß herkömmliche Phasenverschieber verwendbar sind, um als Phasenverschieber 13 und 16 zu wirken. Aus diesem ergibt sich, daß bei Verwendung vieler Rundfunkkanäle die Frequenzen der frequenzumgesetzten Signale vorzugsweise dem UHF-Band angehören:

Bei der obigen Beschreibung wurde angenommen, daß das Eingangssignal des Frequenzdiskriminators 10 eine einfache Sinuswelle sei, jedoch werden beim wirklichen Rundfunk-Empfang Signale mehrerer Kanäle mit verschiedenen Frequenzen an den Diskriminator 10 angelegt, wie das in Fig. 2 dargestellt ist. Bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung ist der Teil vom Eingangsanschluß 101 zum Übertrager 22 eine sogenannte lineare Schaltung, die auf die Signale verschiedener Frequenzen unabhängig antwortet. Da andererseits die Gleichrichter 23,' 24 nichtlineare Bauteile sind, erfolgen Modulationswirkungen zwischen den vielen Signalen in diesen Bauteilen. Eine geeignete Bestimmung der Gleichrichter-Konstanten kann die gegenseitigen Modulations wirkung en ausreichend herabsetzen, so daß jedes Signal als unabhängig gleichgerichtet betrachtet werden kann. Demzufolge kann die Schwingungsfrequenz des Überlagerungsoszillators 3 auf einen bestimmten Wert automatisch geregelt werden durch Rück-

509821/0767

führen der Ausgangsspannung des Frequenzdiskriminators 10 zurück zum Überlagerungsoszillator 3.

Für die Verzögerer 14 und 15, die wichtige Bestandteile des Frequenzdiskriminators 10 sind, können üblicherweise verwendet werden sowohl Ultraschallverzögerer, die die Laufzeit von Ultraschallschwingungen durch ein Übertragungsmedium, wie Glas, ausnutzen, als auch Koaxialkabel, die die Laufzeit elektromagnetischer Wellen durch sie hindurch ausnutzen. In solchen Fällen kann der Schaltungsaufbau vereinfacht werden, wenn ein Kunstgriff verwendet wird, um die Wellen in beiden Wegen oder Richtungen durch das Übertragungsmedium auszubreiten, d. h. in reflektierender Weise.

Die Fig. 8 zeigt einen konkreten Aufbau eines Frequenzdiskriminators 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird lediglich ein Verzögerer 27 anstelle von zwei Verzögerern verwendet. Das an dem Eingangsanschluß 27 a des Verzögerers 27 angelegte Signal wird nämlich vom Ausgangsende des Verzögerers 27 reflektiert, um zurückzuwandern. Der Verzögerer 27 entspricht der zusammengesetzten Wirkung der Verzögerer 14 und 15. Der Anschluß 27 a ist für das Eingangssignal vorgesehen, um den Verzögerer 27 zu erregen. Das Eingangssignal wird, nachdem es sich in Vorwärtsrichtung in dem Verzögerer 27 ausgebreitet hat, teilweise durch den ersten Ausgangsanschluß 27b abgeführt. Der erste Anschluß 27b hat dabei die gleiche Wirkung wie der Ausgangsanschluß des ersten Verzögerers 14 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4, und von diesem ersten Ausgangsanschluß 27b wird die der Ausgangsspannung e entsprechende Ausgangsspannung abgenommen. Der größte Teil des in Vorwärtsrichtung gewanderten

509821/0767

is

Signals wird am Ende des Verzögerungsmediums reflektiert und kehrt zurück, um am zweiten Ausgangsanschluß 27 c zu erscheinen. Die Ausgangs spannung, die c.η κν/oiten Ausgangsanschluß 27c auftritt, wird über den Phasenverschieber 16 an den zweiten Verstärker 18 angelegt. Selbstverständlich entspricht das· Ausgangssignal des zweiten Verstärkers 18 der zuvor erwähnten Spannung e . Selbstverständlich wird die Verzögerungszeit des einfachen Weges des Verzögerers 27 auf T/2 eingestellt, während sie für den doppelten Weg L beträgt. Die restlichen Bauteile der Fig. 8 entsprechen denen der Fig. 4, so daß eine ausführliche Beschreibung des Betriebes unterbleiben kann, da er anhand der Beschreibung in Fig. 4 erläutert worden ist.

50982 1/0767

Claims

Patentansprüche

ί 1 .jFrequenzumsetzer mit einem Überlagerungsoszillator, dessen Schwingungsfrequenz durch Anlegen einer Stellspannung änderbar ist, mit einem Mischer zum Mischen der empfangenen Wellen mit dem Ausgangssignal des Überlagerungsoszillators zur Frequenzumsetzung der Rundfunk wellen, und mit einem Frequenzerfasser zum Erfassen der Trägerfrequenzen im Ausgangssignal des Mischers, wobei das Ausgangssignal des Frequenzerfassers dem Überlagerungsoszillator zum automatischen Regeln der Überlagerungsschwingungsfrequenz zugeführt ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Frequenzerfasser ein Frequenzdiskriminator (lO) mit abwechselnd wiederholten Frequenzdiskrim inator kenn wer ten ist, der eine Nullgleichspannung abgibt, wenn die Trägerfrequenzen im Ausgangssignal des Mischers (2) mit den bestimmten, voneinander durch einen konstanten Frequenzabstand getrennten Referenzfrequenzen übereinstimmen, und der eine Gleichspannung abgibt, deren Amplitude von der Differenz zwischen einer der Trägerfrequenzen und der entsprechenden Referenzfrequenz abhängt, wenn die eine Trägerfrequenz nicht mit der entsprechenden Referenzfrequenz übereinstimmt, und

daß die Trägerfrequenzen der Mehrkanal-Rundfunkwellen in andere entsprechende Frequenzen umgesetzt sind.
2. Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

509821/0767

daß der Frequenzdiskriminator (1O) enthält:

eine erste Einrichtung (13, 14; 27) zum Phasenverschieben eines Eingangssignals um 0/2 (rad) und zum Verzögern des Eingangssignals um eine Zeit t /2,

eine zweite Einrichtung (13, 14, 15, 16; 27) zum Phasenverschieben des Eingangssignals um Qf (rad) und zum Verzögern des Ausgangssignals um eine Zeit i,

einen ersten Addierer (12) zum Addieren des Eingangssignals zum Ausgangssignal der zweiten Einrichtung (13, 14, 15, 16; 27),

einen zweiten Addierer (19) zum Addieren der Ausgangssignale der ersten Einrichtung (13, 14; 27) und des ersten Addierers (12),

einen ersten Subtrahierer (20) zur Differenzbildung zwischen dem Ausgangssignal der ersten Einrichtung (13, 14; 27) und dem Ausgangssignal des ersten Addierers (12),

eine erste Gleichrichteinrichtung (21, 23, 25) zum Gleichrichten des Ausgangssignals des zweiten Addierers (19),

eine zweite Gleichrichteinrichtung (22, 24, 26) zum Gleichrichten des Ausgangssignals des ersten Subtrahierers (20), und

eine Subtrahiereinrichtung (25, 26) zum Abgeben einer Spannung entsprechend der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Gleichrichteinrichtungen (21, 23, 25 bzw. 22, 24, 26).

509821/0767