DE2546341B2 - Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Schwingungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Demodulator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.

Häufig werden solche Demodulatoren als Frequenzdiskriminatoren bezeichnet.

Es ist bekannt (DE-OS 19 20 914), zur Verbesserung der Empfindlichkeit eines Demodulators für frequenzmodulierte Schwingungen eine Ultraschall-Verzögerungsleitung zu verwenden. Dabei wird das zu demodulierende Signal verzögert, das verzögerte und das nicht verzögerte Signal, die in Quadratur zueinander stehen, miteinander gemischt und so ein demoduliertes Signal erzeugt.

Aus der DE-OS 21 39 676 ist ferner die Anwendung von akustischen Oberflächenwellen-Einrichtungen bekannt. Die in dieser Offenlegungsschrift beschriebenen Ausführungen von Frequenzdiskriminatoren benutzen eine Vielzahl von Wandlern mit interdigitalen Elektrodenkämmen auf einem Substrat. Es sind jeweils zwei Ausgangswandler zu beiden Seiten vom Eingangswandler in einem bestimmten Abstand vorgesehen. Alle Wandler sind jeweils mit an Masse liegenden Gegenelektroden ausgestattet. Die vom Eingangswandler an der Substratoberfläche erzeugte Oberflächenwelle propagiert in Richtung auf die genannten beiden Ausgangswandler, die um bestimmte Beträge oberhalb >'> bzw. unterhalb der Mittenfrequenz des Eingangswandlers abgestimmt sind. Die diversen Ausführungen benötigen alle relativ große Substratplättchen, die deshalb nicht sehr platzsparend sind. Außerdem sind sehr viele Elektroden und Anschlüsse derselben wi notwendig. Dadurch werden die Kosten für die Herstellung ungünstig hoch.

Für die Anwendung in Verbindung mit integrierten Schaltungen, die bekanntlich einen Trend zur Miniaturisierung erleben, sind diese Ausführungen nicht geeignet. ■ >

Ganz allgemein ist festzustellen, daß Oberflächenwellen-Vorrichtungen bereits viele Anwendungen als frequenzselektive oder auf Frequenzen ansprechende Vorrichtungen, wie Filter und Frequenzdiskriminatoren, fanden. Solche Vorrichtungen enthalten grundsätzlich meist einen oder mehrere doppelkammartige Wandler, die auf einem Substrat aus piezoelektrischem Material, wie Lithium-Niobat, Lithium-Tantalsäure, PZT, Quarz, Zinkoxyd, Zinksulfid oder Cadmiumsulfid angeordnet sind. 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 sich anbietende, preisgünstige Möglichkeiten zur Massenfabrikation.

Bekannte Frequenzdiskriminatoren verwenden Oberflächenwellen-Vorrichtungen, die allgemein einen Übertragungs- und einen Empfangswandler auf einem piezoelektrischen Substrat haben. Eine solche Lösung ist auch der DE-OS 24 54 498 zu entnehmen. Derartige Vorrichtungen haben meist einen mangelhaften Frequenzgang wegen verschiedener störender Wirkungen, wie Nebenzipfel im Frequenzgang, Grundwellenkopplung, kapazitive und induktive Kopplungen. Solche Wirkungen verschlechtern das Verhalten wesentlich bei den bekannten Diskriminatoren. Außerdem waren die Konstruktion wie auch die Herstellungstechnik noch zu aufwendig. Ihre Einfügungsdämpfung war groß und der Wirkungsgrad gering.

Bisherige Versuche zur Umgehung von der Probleme waren nicht erfolgreich, sowohl mit zwei Wandlern, wie auch mit einem Wandler. Jeweils ergaben sich Wandler mit relativ niedrigem Wirkungsgrad und wenig zuverlässiger Arbeitsweise.

Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Frequenzdiskriminatoren zu schaffen, die Oberflächenwellen-Vorrichtungen verwenden, welche hohe Leistungsfähigkeit und niedrige Einfügungsdämpfung aufweisen, äußerst preiswert und einfach herstellbar sind und von Störfrequenzen nicht schädlich beeinflußt werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Demodulator nach dem Oberbegriff des Anspruchs erfindungsgemäß mit den in seinem Kennzeichen angegebenen Merkmalen gelöst.

Weitere Einzelheiten sind der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiel 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 Hüllkurvendemodulator vorgesehen. Die Signalquelle liefert ein Signal mit Frequenzen, die um eine Mittenfrequenz variieren. Jede der Oberflächenwellen-Vorrichtungen hat je einen Wandler oder Resonator mit einem ersten und einem zweiten Kamm verschachtelter, auf einem piezoelektrischen Substrat angeordneter Elektroden. Je ein Kamm jedes Resonators ist zu einem einzigen, bilateralen Kamm zusammengefaßt. Die Oberflächenwellen-Vorrichtungen haben Impedanz-Maxima oberhalb und unterhalb der Mittenfrequenz. Die beiden Oberflächenwellen-Vorrichtungen sind an den Ausgang der Signalquelle parallel geschaltet und liegen in Reihe zueinander. Die beiden Hüllkurven-Demodulatoren sind respektive mit den beiden Oberflächenwellen-Vorrich-

tungen gekoppelt, um so die beiden Ausgangssignale zu summieren.

Die Amplitude des erhaltenen Ausgangssignals ist repräsentativ für die Frequenzabweichung, um die die Frequenz des Eingangssignals von der Mittenfrequenz abweicht

Die erfindungsgemäße Lösung lieiert vorteilhafterweise einen erweiterten Frequenzbereich und einen hohen Wirkungsgrad. Sie erlaubt eine preiswerte, unkomplizierte Massenherstellung. Die Seitenflügel-Übertragungsfähigkeit ist verbessert Es treten keine parasitäret« Effekte auf.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Schaltung und in

F i g. 2 die Ausbildung des Substratblättchens und der Elektrodenkämme.

Die beiden Oberflächenwellen-Vorrichtungen 18 und 36 verwandeln das von der Signalquelle 10 gelieferte Signal in ein Signal mit Amplitudenmodulation oder in ein Signal mit Amplitudenschwankungen, weiche von den Frequenzabweichungen von der Mittenfrequenz k abhängen. Die Funktionweise der beiden Hüllkurvendetektoren 76 und 80 kann als bekannt vorausgesetzt werden.

Grundsätzlich könnten die beiden Oberflächenwellen-Vorrichtungen 18 und 36 auf separaten Substraten angeordnet werden. Es wird jedoch vorgezogen, beide auf einem gemeinsamen Substrat aus Lithium-Niobat anzuordnen (F i g. 2).

Die Frequenzeigenschaften werden durch die Geometrie der Wandler 18 und 36 bestimmt. Die wesentlichen Variablen für die Bestimmung der Frequenzeigenschaften sind die Anzahl der Kammfinger, die Abständen 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 Frequenz /i bei dem Wandler 18 und entsprechend der Frequenz f₂ bei dem Wandler 36 vorzunehmen. Die Fingeranzahl bestimmt in erster Linie die Bandbreite oder das »Q« des Frequenzgangs, wobei »Q« mit der Fingerpaar-Anzahl größer wird.

Die Kanten 64 und 66 des Substrats 54 sind vorzugsweise in einem bestimmten Winkel geschnitten, so daß Oberflächenwellen, die von den Wandlern 18 und 36 ausgehen, an den Kanten so reflektiert 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 Oberfiächenwellen absorbiert werden.

Die F i g. 2 zeigt eine Ausbildung der Oberflächenwellen-Vorrichtungen 18 und 36 hinsichtlich der Basiselektrode. Es ist nur eine gemeinsame Basiselektrode 68 als

lu bilateral ausgebildeter Kamm vorgesehen. Dementsprechend ist ein gemeinsamer Anschlußpunkt 70 vorgesehen, der Massepunkt beider Wandler 18 und 36 ist Bei dieser Ausführung kann das Substrat 54 kleiner sein, da die Wandler 18 und 36 weniger Raum in Anspruch nehmen.

Wie F i g. 1 zeigt, ist die Wandlerausführung gemäß Fig.2 auch so möglich, daß die Wandler 18 und 36 in Reihe parallel an der Signalquelle 10 liegen. Die Schaltung muß dann entsprechend angepaßt werden.

Ein Widerstand 72 verbindet die Anschlußpunkte 12 und 16. Der Anschlußpunkt 16 ist der Eingang der beiden in Reihe liegenden Wandler 18 und 36, die bei Anschlußpunkt 70 miteinander verbunden sind. Am Anschlußpunkt 70 ist die den beiden Wandlern 18 und 36

2") gemeinsame Basiselektrode 68 angeschlossen. Der Anschlußpunkt 34, also der Ausgang, liegt an Masse.

Die Schaltung gemäß F i g. 1 läßt erkennen, daß am Anschlußpunkt 16 ein Kopplungskondensator 74 an einen ersten Hüllkurvendetektor 76 führt, während den

so Anschlußpunkt 70 der Kopplungskondensator 78 mit dem zweiten Hüllkurvendetektor 80 verbindet. Die Hüllkurvendetektoren 76 und 80 besitzen die Dioden 92 und 100 bzw. 82 und 90, sowie die parallelgeschalteten Kondensator- und Widerstand-Kombinationen % und

y> 98 bzw. 86 und 88. Wie die Schaltung zeigt, liegen die beiden Hüllkurvendetektoren 76 und 80 in Reihe gegen Masse und parallel zu den Wandlern 18 und 36, die ihrerseits in Reihe gegen Masse liegen. Der Anschlußpunkt 94 ist der Ausgang der Schaltung.

ad Die Funktionsweise der Schaltung ist folgende: Die Widerstände 98 und 88 liefern den Gleichstromrückweg für die beiden Kondensatoren % und 86. Wenn das Eingangssignal von der Signalwelle 10 auf Mittenfrequenz /"ο ist, entstehen gleich große, aber entgegenge-

r> setzt gepolte Spannungen an den Widerständen 88 und 98. Die Ausgangsspannung am Anschlußpunkt 94 ist also Null. Entsprechend entsteht ein positives oder negatives Ausgangssignal, wenn das Eingangssignal von der Mittenfrequenz f₀ in Richtung h oder /i abweicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Hochfrequenzschwingungen, bei dem die zu demodulierende Schwingung Ober einen Trennwiderstand einem Resonator mit Ober der Mittenfrequenz liegender Resonanzfrequenz und einem solchen mit unter der Mittenfrequenz liegender Resonanzfrequenz zugeführt ist, und bei dem an die beiden Resonatoren Gleichrichter für amplitudenmodulierte elektrische Schwingungen angeschlossen sind, die über Zeitkonstantenglieder das Demodulationsproduktliefern, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Oberflächenwellenresonatoren je ein Kamm jedes Resonators (18, 36) zu einem einzigen, bilateralen Kamm (68) derart ausgebildet ist, daß die übrigen Kämme (56, 60} von beiden Seiten in den gemeinsamen Kamm (68) eipgreifen, daß die zu demodulierende Schwingung einem der Einzelkämme (56) zugeführt ist, während der andere Einzelkamm (60) an Masse geschaltet ist, und daß der erste Gleichrichter (100, 92) mit an den einen Einzelkamm (56) und den gemeinsamen Kamm (68), der zweite Gleichrichter (90, 82) mit entgegengesetzter Polung an den gemeinsamen Kamm (68) und den zweiten Einzelkamm (60) angeschaltet ist.