DE2546297C3 - Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Hochfrequenzschwingungen - Google Patents
Demodulator für frequenzmodulierte elektrische HochfrequenzschwingungenInfo
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
- H03D3/00—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations
- H03D3/02—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by detecting phase difference between two signals obtained from input signal
- H03D3/06—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by detecting phase difference between two signals obtained from input signal by combining signals additively or in product demodulators
- H03D3/16—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by detecting phase difference between two signals obtained from input signal by combining signals additively or in product demodulators by means of electromechanical resonators
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Demodulator nach den- Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Demodulatoren dieser Art nennt τι an oft Frequenzdiskriminaloren.
Akustische Oberflächenweßen-Vorrichtungen fanden is
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 piezoelektri- -to schem Material, wie Lithium-Niobat, Lithium-Tantalsäure,
PZT, Quarz, Zinkoxyd, Zinksulfid oder Cadmiumsulfid angeordnet sind und als Eingangs- und Ausgangs wandler
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 ge- so
genüber frequenzdurchlassenden oder frequenzübertragenden Schaltkreisen mit diskreten Bauteilen eine
Anzahl von Vorteilen, wie geringe Größe, Verträglichkeit mit integrierten Schaltkreisen, relativ gleichmäßige
Kenndaten und Massenfabrikationsmöglichkeit 5S
Bekannte Frequenzdiskriminatoren verwenden Oberflächenwellen-Vorrichtungen, die mindestens je
einen Eingangs- und je einen Ausgangswandler auf einem piezoelektrischen Substrat hatten. Eine solche
Lösung ist der DE-OS 24 54 498 zu entnehmen. M 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
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-Vorrichtunfen verwendet,
dabei hohe Leistungsfähigkeit und niedrige Einfügungsd^mpfung aufweist, einfach herstellbar ist
und von St jrfrequenzen nicht schädlich beeinflußt wird,
wobei die gesuchte Lösung die Mangel 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
halbes 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 Frequenzabweichung ist, ικη 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 vorteilhafterweisc einen erweiterten Frequenzbereich
(extended frequency capability), hohe Effizienz, unkomplizierte Fabrikationsmöglichkeit, eine Verminderung
der Seitenflügel-Obertragungsfähigkeit (alleviation of side lobe responses) aufweist und die genannten
schädlichen Wirkungen vermeidet.
Nachfolgend werden anhand der Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführung
gemfiß der Erfindung
Fig.2A, 2B und 2C Kurvendarstellungen der Impedanz ZaIs Funktion der Frequenz /
F i g. 3 und 4 wahlweise verwendbare Ausführungen von Oberflächenwellen-Vorrichtungen gemäß der Erfindung.
In F i g. 1 ist eine Signalquelle 10 eingetragen, die Frequenzen, welche um eine Mittenfrequenz variieren,
an einen Anschlußpunkt 12 liefert. Wie Fig. 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 AnschluBpunkt 52, der den
Ausgangsanschluß 20 des Frequenzdiskriminators herstellt
Der Anschluüpunkt 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 HüHkurven-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 5Z Die beiden Widerstände 32 und
50 summieren also die Ausgangssignale der beiden Hüllkurven-Demodulatoren 24 und 42
Aus dem Vorstehenden folgt, daß die Oberfläcnenwellen-Vorrichtung
18 und der Hüllkurven-Demodulator 24 in Reihe an der Signalquelle 10 liegen. Das gleiche
gilt für die Oberflächenwellen-Vorrichtung 36 und den
HüHkurven- 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 Oberflächenwel-Ien-Vorrichtungen
18 bzw. 36, wobei /o 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 /ι
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 /o 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 werdsn, 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
■s 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-
Grundsätzlich könnten die beiden Oberflächenwel-
in len-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.
η 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 s>, und 36 bestimmt
Die wesentlichen Variablen für die E:stimmung 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
ti» Frequenz f\ bei dem Wandler 18 und entsprechend der
Frequenz /i 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.
r> 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 se reflektiert werden, daß
keine unerwünschte Beeinflußung der Wandler 18 und
-tu 36 stattfindet Darüber hinaus können die Kanten 64 und
66 mit Dämpfungsmaterial, wie Wachs, bestrichen werden, damit auftreffende Oberflächenwellen absorbiert
werden.
■f> Oberflächenwellen-Vorrichlungen 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
•hi 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
w nehmen.
Claims (2)
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 r>
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.
Applications Claiming Priority (1)
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US05/516,174 US3936764A (en) | 1974-10-21 | 1974-10-21 | Frequency discriminator utilizing surface wave devices |
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Family Applications (1)
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1974
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: GTE PRODUCTS CORP., WILMINGTON, DEL., US |
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: REINLAENDER, C., DIPL.-ING. DR.-ING. BERNHARDT, K., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |