DE2546297B2 - Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Hochfrequenzschwingungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Demodulator nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Demodulatoren dieser Art nennt man oft Frequenzdiskriminatoren.

Akustische Oberflächenwellen-Vorrichtungen fanden bereits Anwendung als frequenzselektive oder auf Frequenzen ansprechende Vorrichtungen, wie Filter und Frequenzdiskriminatoren. Solche Vorrichtungen enthalten meist einen ober mehrere doppelkammerartige Wandler, die auf einem Substrat aus piezoelektrischem Material, wie Lithium-Niobat, Lithium-Tantalsäure, PZT, Quarz, Zinkoxyd, Zinksulfid oder Cadmiumsulfid angeordnet sind und als Eingangs- und Ausgangswandler arbeiten.

Von den verschiedenen, möglichen piezoelektrischen Materialien wird gegenwärtig Lithium-Niobat bevorzugt, obwohl andere Materialien je nach der Anwendung und den interessierenden Frequenzen auch in Frage kommen oder unter Umständen vorzuziehen sind. Oberflächenwellen-Vorrichtungen besitzen gegenüber frequenzdurchlassenden oder frequenzübertragenden Schaltkreisen mit diskreten Bauteilen eine Anzahl von Vorteilen, wie geringe Größe, Verträglichkeit mit integrierten Schaltkreisen, relativ gleichmäßige Kenndaten und Massenfabrikationsmöglichkeit.

Bekannte Frequenzdiskriminatoren verwenden Oberflächenwellen-Vorrichtungen, die mindestens je einen Eingangs- und je einen Ausgangswandler auf einem piezoelektrischen Substrat hatten. Eine solche Lösung ist der DT-OS 24 54 498 zu entnehmen. Derartige Vorrichtungen haben meist einen schädlichen Frequenzgang wegen verschiedener parasitärer Wirkungen, wie Nebenzipfel im Frequenzgang, Grundwellenkopplung, kapazitive und induktive Koppplungen. Solche Wirkungen verschlechtern das Verhalten wesentlich bei den bekannten Diskriminatoren. Außerdem waren die Konstruktion wie auch die Herstellungstechnik aufwendig. Ihr Einfügungsverlust war groß und der Wirkungsgrad gering.

Bisherige Versuche zur Umgehung der Probleme

waren nicht erfolgreich, sowohl mit zwei Wandlern, wie auch mit einem Wandler. Jeweils ergaben sich Wandler mit niedrigem Wirkungsgrad und ungenügender oder schädlicher Arbeitsweise.

Demzufolge lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Frequenzdiskriminator zu schaffen, der Oberflächenwellen-Vorrichtungen verwendet, dabei hohe Leistungsfähigkeit und niedrige Einfügungsdämpfung aufweist, einfach herstellbar ist und von Störfrequenzen nicht schädlich beeinflußt wird, wobei die gesuchte Lösung die Mängel und Nachteile der bekannten Ausführungen vermeiden sollte.
Diese Aufgabe wird für den Oberbegriff erfindungsgemäß nach dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen sind dem weiteren Anspruch und der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

Es ist vorgesehen, daß der Frequenzdiskriminator von einer Signalquelle gespeist wird und eine erste und eine zweite Oberflächenwellen-Vorrichtung besitzt. Weiter sind ein erster und ein zweiter Hüllkurven-Demodulator vorgesehen. Die Signalquelle liefert ein Signal mit Frequenzen, die um eine Mittenfrequenz variieren. Jede der Oberflächenwellen-Vorrichtungen hat einen Wandler mit einem ersten und einem zweiten Kamm verschachtelter, auf einem piezoelektrischen Substrat angeordneter Elektroden. Die Oberflächenwellen-Vorrichtungen haben Impedanz-Maxima oberhalb und unterhalb der Mittenfrequenz. Die erste Oberflächenwellen-Vorrichtung und der erste Hüllkurven-Demodulator liegen in Reihe mit der Signalquelle, und die zweiten Oberflächenwellen-Vorrichtung und der zweite Hüllkurven-Demodulator liegen in Reihe mit der gleichen Signalquelle. So entstehen die beiden Ausgangssignale, die summiert werden. Es wird ein Signal erhalten, dessen Amplitude repräsentativ für die •to Frequenzabweichung ist, um die die Frequenz des Eingangssignals von der Mittenfrequenz abweicht.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden

sich gegenüberstehenden Kämme als Eingangswandler zu einem bilateralen Kamm zusammengefaßt. Durch diese Vereinfachung sind die Kosten für die Herstellung zusätzlich reduziert.

Aus dem Gesagten folgt, daß die erfindungsgemäße Lösung vorteilhafterweise einen erweiterten Frequenzbereich (extended frequency capability), hohe Effizienz, unkomplizierte Fabrikationsmöglichkeit, eine Verminderung der Seitenflügel-Übertragungsfähigkeit (alleviation of side lobe responses) aufweist und die genannten schädlichen Wirkungen vermeidet.

Nachfolgend werden anhand der Zeichnung verscbiedene Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführung gemäß der Erfindung

Fig.2A, 2B und 2C Kurvendarstellungen der Impedanz ZaIs Funktion der Frequenz f
F i g. 3 und 4 wahlweise verwendbare Ausführungen von Oberflächenwellen-Vorrichtungen gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Signalquelle 10 eingetragen, die Frequenzen, welche um eine Mittenfrequenz variieren, an einen Anschlußpunkt 12 liefert. Wie F i g. 1 zeigt, ist am Anschlußpunkt 12 eine Verbindung mit dem Anschluß 16 als Eingang der Oberflächenwellen-Vorrichtung 18 vorgesehen, die einen Anschluß 20 als

Ausgang besitzt, der mit dem Hüllkurven-Demodulator 24 verbunden ist Letzterer enthält eine Diode 26, deren Katode am Anschluß 20 liegt und deren Anode über einen Kondensator 28 an Masse liegt. Eine andere Diode 30 liegt zwischen der Katode der Diode 26 und Masse. Ein Widerstand 32 verbindet die Anode der Diode 26 mit einem Anschlußpunk i 52, der den Ausgangsanschluß 20 des Frequenzdiskriminators herstellt.

Der Anschlußpunkt 12 ist weiter mit den Anschluß 34 als Eingang der Oberflächenwellen-Vorrichtung 36 verbunden, die einen Anschluß 38 als Ausgang besitzt, an dem der zweite Hüllkurven-Demodulator 42 liegt. Dieser besitzt eine Diode 44, deren Anode am Anschluß 38 liegt und deren Katode über einen Kondensator 46 an Masse liegt Eine andere Diode 46 verbindet Masse mit der' Anode der Diode 44. Ein Widerstand 50 verbindet die Katode der Diode 44 mit dem Ausgangsanschluß 52. Die beiden Widerstände 32 und 50 summieren also die Ausgangssignale der beiden Hüllkurven-Demodulatoren 24 und 42.

Aus dem Vorstehenden folgt, daß die Oberflächenwellen-Vorrichtung 18 und der Hüllkurven-Demodulator 24 in Reihe an der Signalquelle 10 liegen. Das gleiche gilt für die Oberflächenwellen-Vorrichtung 36 und den Hüllkurven-Demodulator 42. Diese beiden Reihenanordnungen liegen parallel zueinander und bilden, wie die F i g. 1 erkennen läßt, eine symmetrische Schaltung.

Die F i g. 2A, 2B und 2C zeigen die Impedanz Z als Funktion der Frequenz /für die beiden Oberflächenwellen-Vorrichtungen 18 bzw. 36, wobei f_a die Mittenfrequenz der beiden zusammen betrachteten Diskriminatorfrequenzgänge (F i g. 2C) darstellt und bei f\ bzw. h die Maxima der Impedanz Z der einen bzw. anderen Oberflächenwellen-Vorrichtung sind. Die Frequenzen /j und h werden im wesentlichen durch die Geometrie der Wandler der Oberflächenwellen-Vorrichtung 18 bzw. 36 bestimmt. Ihre Frequenzen sind so gewählt, daß sich die Diskriminatorkurve der F i g. 2C ergibt.

Die beiden Oberflächenwellen-Vorrichtungen 18 und 36 verwandeln das von der Signalquelle 10 gelieferte Signal in ein Signal mit Amplituden-Modulation oder in ein Signal mit Amplitudenschwankungen, welche von den Frequenzabweichungen von der Mittenfrequenz k abhängen. Die Funktionsweise der beiden Hüllkurvendetektoren 24 und 42 kann als bekannt vorausgesetzt werden. Die beiden Ausgangssignale werden durch die Widerstände 32 und 50 summiert. Am Anschlußpunkt 52 entsteht ein zusammengesetztes Ausgangssignal. Die Widerstände 32 und 50 stellen die notwendigen Gleichstromverbindungen für die beiden Kondensatoren 28 und 46 dar. Die Dioden 30 und 48 liefern den Gleichstrompfad für die beiden Oberflächenwellen-Vorrichtungen 18 und 36. Sie könnten durch Widerstände ersetzt werden, jedoch ergeben die Dioden bekanntlich eine Spannungsverdoppelungswirkung.

Es sollte noch erwähnt werden, daß das Ausgangssignal am Anschlußpunkt 52 phasenmäßig umgekehrt werden kann, wenn die Polung aller Dioden 26, 30, 44 und 48 vertauscht wird. Ähnlich ist es möglich, die Phase des Ausgangssignals zu drehen, indem die beiden Oberflächenwellen-Vorrichtungen 18 und 36 ausgewechselt werden.
Grundsätzlich könnten die beiden Oberflächenwel- !en-Vorrichtungen 18 und 36 auf separaten Substraten angeordnet werden. Es wird jedoch vorgezogen, beide auf einem gemeinsamen Substrat aus Lithium-Niobat anzuordnen. Jede Vorrichtung besitzt, wie F i g. 3 zeigt, doppelkammförmige Wandler auf dem Substrat 54.

Beide Vorrichtungen 18 und 36 besitzen je eine Basiselektrode 56 bzw. 62 und die Gegenelektrode 58 bzw. 60, die jeweils paarweise ineinandergreifen und außen mit den Anschlußpunkten 16 resp. 38 und 20 resp. 34 in Verbindung stehen.

Wie erwähnt, werden die Frequenzeigenschaften durch die Geometrie der Wandler 18 und 36 bestimmt Die wesentlichen Variablen für die Bestimmung der Frequenzeigenschaften sind die Anzahl der Kammfinger, die Abstände zwischen den Fingern und die Breite

der Finger. Bei typischen Wandlern werden die beiden letzteren Veränderlichen gemäß der halben Wellenlänge dimensioniert Mit anderen Worten ist die Dimensionierung der Abstände der benachbarten Finger und die Fingerbreite entsprechend der halben Wellenlänge der

ίο Frequenz /i bei dem Wandler 18 und entsprechend der Frequenz /2 bei dem Wandler 36 vorzunehmen. Die Fingeranzahl besimmt in erster Linie die Bandbreite oder das »Q« des Frequenzgangs, wobei »Q« mit der Fingerpaaranzahl größer wird.

Die Kanten 64 und 66 des Substrats 54 sind vorzugsweise in einem bestimmten Winkel geschnitten, so daß Oberflächenwellen, die vor den Wandlern 18 und 36 ausgehen, an den Kanten so reflektriert werden, daß keine unerwünschte Beeinflußung der Wandler 18 und 36 stattfindet Darüber hinaus können die Kanten 64 und 66 mit Dämpfungsmaterial, wie Wachs, bestrichen werden, damit auftreffende Oberflächenwellen absorbiert werden.
Die F i g. 4 zeigt eine andere Ausbildung der Oberflächenwellen-Vorrichtungen 18 und 36 hinsichtlich der Basiselektrode. Es ist nur eine gemeinsame Baisselektrode 68 statt der getrennten Basiselektroden 56 und 60 der Ausführung gemäß der F i g. 3 vorgesehen. Dementsprechend sind die Anschlußpunkte 16 und 34 durch einen gemeinsamen Anschlußpunkt 70 ersetzt, der dann mit dem Anschlußpunkt 12 der Signalquelle 10 verbunden ist. Dies ist in F i g. 1 nicht eingetragen. Bei dieser Ausführung kann das Substrat 54 kleiner sein, da die Wandler 18 und 36 weniger Raum in Anspruch nehmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Hochfrequenzschwingungen, bei dem die zu demodulierende Schwingung einem Resonator mit über der Mittenfrequenz liegender Resonanzfrequenz und einem Resonator mit unter der Mittenfrequenz liegender Resonanzfrequenz zugeführt wird und bei dem an die beiden Resonatoren Gleichrichter zur Demodulation amplitudenmodulierter Schwingungen angeschlossen sind, die über Zeitkonstantenglieder das Demodulationsprodukt liefern, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Oberflächenwellenresonatoren (18,36) die zu demodulierende Schwingung jeweils einem der beiden Kämme (56 und 60) der Oberflächenwellenresonatoren (18, 36) zugeführt ist und daß die Gleichrichter (30 und 48) zwischen die beiden anderen, mit den erstgenannten in Eingriff stehenden Kämme (58 und 62) und Masse geschaltet sind.

2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengeschalteten Kämme (56 und 60) zu einem einzigen bilateralen Kamm (68) ausgebildet sind, derart, daß die übrigen Kämme (58 und 62) von beiden Seiten in den gemeinsamen Kamm (68) eingreifen.