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Vielkanalsignal-Übertragungs- und -empfangseinrichtung
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Beschreibung Die Erfindung betrifft allgemein Einrichtungen zum übertragen
und Empfangen von Vielkanalsignalen, sie bezieht sich insbesondere auf eine Vielkanalsignal-Ubertragungs-
und -empfangseinrichtung vom sogenannten "Transceivern-Typ, die sich zur übertragung
und zum Empfang von Signalen aus mehreren Kanälen in einem speziellen Frequenzband
eignet.
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Im allgemeinen werden bei einer Vielkanalsignal-Ubertragungs-und -empfangseinrichtung
dieser Art Trägerwellen, lokal erzeugte Oszillatorsignale und ähnliche Frequenzen
verwendet, die sich mit den Kanälen während der Übertragungszeit und der Empfangszeit
unterscheiden. Aus diesem Grund werden in einer Vielkanalsignal-Übertragungs- und
-empfangseinrichtung mehrere Oszillatoren verwendet, um die Signale mit den erforderlichen
verschiedenen Frequenzen zu erhalten, wodurch der Schaltungsaufbau sehr kompliziert
wird und zu einem unerwünscht hohen Preis des Gerätes und zu Schwierigkeiten bei
der Miniaturisierung des Gerätes führt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine neue und nützliche Vielkanalsignal-Ubertragungs-
und -empfangseinrichtung zu schaffen, bei der die geschilderten Schwierigkeiten
und Probleme beseitigt sind. Die Vielkanalsignal-Ubertragungs-und ampfangseinrichtung
soll die Ubertragung und den Empfang von Vielkanalsignalen bei Verwendung eines
einzigen Referenzsignaloszillators ermöglichen. Da ein einziger Referenzsignaloszillator
bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ausreicht, läßt sich der Schaltungsaufbau
stark vereinfachen, wodurch die Einrichtung billig herstellbar und miniaturisierbar
wird.
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Die erfindungsgemäße Vielkanalsignal-Ubertragungs- und -empfangseinrichtung
besitzt einen phasenstarr gekoppelten
Kreis mit einem Frequenzteiler,
der als Eingang ein Signal einer speziellen Frequenz empfängt, das durch Frequenzteilung
von einet Referenzfrequenzsignal erhalten wunde, wobei das Frequenzteilerverhältnis
in Ubereinstimmung mit einem speziellen Kanal veränderlich ist und ein Ausgangssignal
der ge*Rnschten Frequenz erzeugt wird; die erfindungsgeiäße Einrichtung enthält
außerdem Frequenzwandlereinrichtungen, denen das Ausgangssignal des phasenstarr
gekoppelten Kreises und das Referenzfrequenzsignal zugeführt wird, und die während
der SignalUbertragung als Ausgang eine Trägerwelle erzeugen, wobei die Frequenzwandlere
inrichtungen außerhalb des phasenstarr gekoppelten Kreises vorgesehen sind. Durch
den erfindungsgemäßen Aufbau der Einrichtung wird das Auttreten von Interferrenzen
der Ausgangssignalfrequenz des phasenstarr gekoppelten Kreises vermieden.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der äußeren
Gestalt einer Ausführung sform einer eriindungsgemäßen Vielkanalsignal-Vbertragungs-
und -eipfangse inrichtung, gesehen von einem links oben vor der Front der Einrichtung
liegenden Punktes; Fig. 2 ein Blockschaltbild, das den wesentlichen Aufbau einer
Ausführungsform der Schaltung einer erfindungsgemäßen Vielkanal signal-Übertragungs-
und -eipfangseinrichtung zeigt; und Fig. 3 ein Schaltbild einer Ausfünrungsform
eines eingebauten Referenzoszillators und eines DeltaabstS und Schaltkreisteiles.
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In Fig. 1 ist eine Vielkanalsignal-Ubertragungs- und -empfangseinrichtung
10 in perspektivischer Darstellung gezeigt, die eine Frontplatte 11 enthält, auf
der in geeigneter Anordnung mehrere Steuereinrichtungen vorgesehen sind. Die wesentlichen
Steuereinrichtungen bestehen in einem Knopf 12 für einen Kanalwähler, einen Knopf
13 zur FeinJustierung der Referenzoszillatorfrequenz während der Empfangszeit, im
folgenden als Delta-Abstimmung bezeichnet, in einem Knopf 14 zur Ein3ustierung eines
ZusammendrUckkreises (squelch), in einem Knopf 15 zur Ein- und Ausschaltung der
Leistungsversorgung und zur Volumensteuerung, in einem Meßgerät 16, einem Mikrofonverbindungsanschluß
17, einem Tastschalter 18 zur PA-CB-Schaltung, einem Ein-Ausschalter 19.eines Rauschselbstbegrenzers,
und in einer Anzeigelampe 20.
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Obwohl nicht dargestellt, sind ein Antennenstecker, eine PA-Lautsprecherbuchse,
ein Versorgungskabel und andere Teile an der RUckseite des Gehäuses 21 vorgesehen.
Das Gehäuse 21 enthält die im folgenden beschriebene elektrische Schaltung.
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Eine Ausführungsform der elektrischen Schaltung innerhalb des Gehäuses
21 der Einrichtung 10 ist als Blockdiagramm in Fig. 2 dargestellt. Die Schaltung
dieser AusfUhrungsform besitzt z.B. den Aufbau eines ffbertragungs- und -empfangsgeräts
(transceiver) einer Zweifachüberlagerungsschaltung, bei der das sogenannte 27 MHz-Band
der D-Stationenklasse, Teil 95 der Vorschriften und Regeln des Federal Cormunications
Commission (F.C.C.), U.S.A. verwendet wird. In diesem Fall ist eine Gesamtanzahl
von 23 Kanälen in der D-Stationenklasse vorhanden, deren Trägerfrequenzen von 26,965
MHz des ersten Kanals bis 27,255 NHz des 23. Kanals reichen,
wobei
die Frequenzdifferenzen zwischen den Kanälen mindestens 10 KHz und maximal 30 KHz
und dabei ein ganzzahliges Vielfaches von 10 KHz darstellen.
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Zuerst soll die Schaltung und deren Betrieb während des Signalempfangs
beschrieben werden.
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Über eine Antenne 30 wird ein RF-Signal über einen Antennenschaltkreis
31 einem RF-Verstärker 32 zugeführt, in dem das Signal verstärkt und anschließend
einem ersten Frequenzwandler 33 zugeführt wird.
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Vorgesehen ist ein Kristalloszillator 44, der von dem Delta-Abstimmungs-
und -schaltkreis 56 während der Zeit des Signalempfangs bei einer Frequenz von 10,240
MHz zum Schwingen gebracht wird. Dieser Kreis 56 besitzt eine Schalteinrichtung,
die während der Zeit der Signalübertragung und der Zeit des Signalempfangs arbeitet,
um den Wert einer, mit dem Kristall des Kristallreferenzoszillators 44 verbundenen
Kapazität abzuändern, wodurch die Schwingfrequenz des Oszillators 44 auf einen nachfolgend
erläuterten Wert abgewandelt wird; die Schaltung 56 besitzt zusätzlich einen veränderlichen
Widerstand zur FeinJustierung der Schwingfrequenz während der Zeit des Signalempfangs,
um eine genaue Anpassung bezüglich der Frequenzabweichung des empfangenen Signals
zu ermöglichen.
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Das Referenzausgangsschwingsignal besitzt während der Zeit eines Signalempfangs
eine Frequenz von 10,240 MHz und wird vom Kristalloszillator 44 einerseits einem
zweiten Frequenzwandler 34 und andererseits über eine Bufferschaltung 45 einem Frequenzteiler
46 zugeführt, wo die Frequenz dieses Signals in 1/1024 (d.h. durch 1024) geteilt
und in ein
Signal von 10 KHz umgewandelt wird. Dieses Signal wird
dann einem Phasenkomparator 47 zugeführt. Dieser Phasenkomparator 47 erzeugt als
Ausgangssignal ein Phasenvergleichs-Fehlersignal, das über ein Kreisfilter 48 einem
spannungsgesteuerten Oszillator (nachfolgend als VCO) 49 zugeführt wird, wodurch
die Ausgangsschwingfrequenz dieses Oszillators gesteuert wird.
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Das Ausgangssignal des VCO 49 wird dem ersten Frequenzwandler 33 und
gleichzeitig über einen Bufferkreis 50 einem programmierbaren Frequenzteiler 52
zugeführt, dessen Frequenzteilverhältnis während der Zeit der Übertragung und während
der Empfangszeit durch einen logischen Steuerkreis 51 geändert wird. Dieser logische
Steuerkreis 51 besteht aus einem einfachen logischen Schaltkreis, der programmierbar
ist. Das Frequenzteilverhältnis des programmierbaren Teilers 52 wird bei der durch
den Kanaiwähler 53 erfolgenden Kanalwahl auf einen Wert geschaltet, der dem Signalempfangskanal
entspricht, wobei der Kanalwähler 53 durch Drehung des Knopfes 12 von Hand geschaltet
wird.
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Es wird nun der Empfang eines Signals von 26,965 MHz des ersten Kanals
betrachtet. In diesem Fall wird das Frequenzteilverhältnis des programmierbaren
Teilers 52 auf 1,627 gesetzt, die Frequenz des Oszillatorausgangssignals des VCO
49 besitzt dann den Wert 16,270. Das Ausgangssignal von 10 KHz des Frequenzteilers
52 wird dem Phasenkomparator 47 zugeführt.
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Es sei bemerkt, daß der Kreis aus Phasenkomparator 47, Kreisfilter
48, VCO 49, Bufferkreis 50 und programmierbarem
Frequenzteiler
52 einen phasenverriegelten Kreis (phase locked loup,PLL) darstellt. Der spannungsgesteuerte
Oszillator, VCO 49 schwingt bei einer Frequenz in der GröOeaordnung von 16 bis 17
MHz, seine Schwingfrequenz wird durch den phasenverriegelten Kreis PLL so verriegelt,
daß das Ausgangssignal des programmierbaren Frequenzteilers 52 liner eine Frequenz
von 10 KHz besitzt.
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Das Ausgangsichwingsignal von 16,270 NHz des VCO 49 wird als erste
õrtlich erzeugte Schwingfrequenz dem ersten Frequenzwandler 33 zugeführt; vom Frequenzwandler
33 wird ein erstes Zwischenfrequenzsignal von 10,695 NHz als Differenz zwischen
29,965 NHz und 16,270 NHz abgeleitet.
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Dieses erste Zwischenfrequenzsignal wird als das 10,240 MHz-Signal
des Kristalloszillators 44 dem zweiten Frequenzwandler zugeführt; der Frequenzwandler
34 gibt ein zweites Zwischenfrequenzsignal von 455 KHz ab.
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In ähnlicher Weise wird für den Fall, daß z.B. ein Signal von 27,255
MHz des 23. Kanals empfangen wird, das Frequenzteilverhältnis des programmierbaren
Frequenzteilers 52 durch das Umschalten des Kanalwählers 53 auf den Wert 1,656 gesetzt.
Als Ergebnis stellt sich die Ausgangsschwingfrequenz des VCO 49 als 16,56 MHz ein.
Folglich wird ein erstes Zwischenfrequenzsignal von 10,695 MHz in ähnlicher Weise
aus dem Frequenzwandler 33 herausgeführt, und ein zweites Zwischenfrequenzsignal
von 455 KHz wird aus dem Frequenzwandler 34 herausgeführt.
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Das zweite Zwischenfrequenzsignal des Frequenzwandlers 34 wird durch
einen Zwischenfrequenzverstärker 35 verstärkt und dann einem Detektor 36 zugeführt,
der dieses Signal wahrnimmt
oder demoduliert und in ein Hörsignal
umwandelt. Ein Teil des Ausgangssignals des Detektors 36 wird den Verstärkern 32
und 35 zugeführt, die eine automatische Verstärkungsregelung ausführen. Ein weiterer
Teil des Ausgangssignals des Detektors 36 wird dem Meßgerät 16 zugeführt.
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Das Ausgangshörsignal des Detektors 36 wird nacheinander über einen
Rauschselbstbegrenzer 37, der einen durch Handbetätigung des Knopfes 19 in Ein-Aus-Stellung
bringbaren Schalter 58 besitzt, einem Lautstärkeregler 38, der durch Handbedienung
des Knopfes 15 einstellbar ist, und einem Tonsteuerkreis 39 und von dort einem Hörfrequenzverstärker
41 zugeführt. Zwischen dem Detektor 36 und dem Verstärker 41 ist ein Zusammendrückkreis
(Squelch) 40 eingefügt, der durch Betätigung des Knopfes 14 von Hand einstellbar
ist. Das vom Verstärker 41 verstärkte Signal wird über einen Wahlschalter 42 einem
Lautsprecher 43 zugeführt und als Tonsignale abgestrahlt.
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Das Frequenzteilverhältnis des programmierbaren Frequenzteilers 52
wird durch Handbetätigung des Knopfes 12, wodurch die Kanalwahl geschaltet wird,
umgeschaltet. Vom VCO 49 wird dann ein Signal der3enigen Frequenz erzeugt, die nötig
ist, um kontinuierlich ein erstes Zwischenfrequenzsignal mit 10,695 NHz im ersten
Frequenzwandler 33 in über einstimmung mit der Frequenz des empfangenen Kanals zu
erhalten. Es wird daher für jeden Kanal ein erstes Zwischenfrequenzsignal ohne Abweichung
erhalten.
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Im folgenden wird die Schaltung und ihr Betrieb für die Zeit beschrieben,
während der eine Signalübertragung stattfindet.
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Während der Zeit einer Signalübertragung wird ein Knopf (nicht dargestellt),
der am Gehäuse eines Mikrofons 57 vorgesehen ist, gedrückt, wodurch der Antennenschaltkreis
31, der Verstärker 41, der Wahlschalter 42, der logische Steuerkreis 51, der Umschaltkreis
56 und ähnliche Einrichtungen automatisch in den entsprechenden Zustand zur Signalübertragung
umgeschaltet werden.
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Ein Hörsignal vom Mikrofon wird durch einen variablen Widerstand 59
zur Einstellung der Mikrofonverstärkung dem Hörfrequenzverstärker 41 zugeführt und
verstärkt; das auf diese Weise verstärkte Signal wird dann über den Wahlschalter
42 einem Amplitudenmodulator zugeführt, der einen Treiber- und Leistungsverstärker
55 enthält.
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Ferner wird der Kristalloszillator 44 durch den Umschaltkreis 56 so
geschaltet, daß er bei einer Frequenz von 10,238102 MHz schwingt. Das Ausgangsreferenzsignal
des Oszillators 44 wird einem Frequenzwandler 54 des über tragungsteils und gleichzeitig
dem Phasenkomparator 47 zugeführt, nachdem es in ein Signal mit etwa der Frequenz
9,998146 KHz im Frequenzteiler 46 durch eine Frequenzteilung um 1/1024 umgewandelt
wurde.
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Der programmierbare Frequenzteiler 52 wird durch den logischen Steuerkreis
51 so gesetzt, daß das Frequenzteilverhältnis während der Zeit der Signalübertragung
näherungsweise eingestellt ist. Wird daher durch Umschaltung des von Hand betätigbaren
Knopfes 12 der erste Kanal vom Kanalwähler 53 gewählt, so wird das Frequenzteilverhältnis
auf 1,673 gesetzt. Folglich liegt die Frequenz des Oszillatorausgangssignals des
VCO 49, dessen Schwingfrequenz durch das Ausgangssignal des Phasenkomparators 47
gesteuert wird,
bei 16,726898 MHz.
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Das Oszillatorausgangssignal des VCO 49 wird einem Frequenzwandler
54 zugeführt. Ein Signal mit der Frequenz 26,965 MHz, die die Summe der Frequenz
des Oszillatorsignals des Kristalloszillators 44 und der Frequenz des Oszillatorsignals
des VCO 49 darstellt, wird aus dem Frequenzwandler 54 herausgeführt. Die Trägerschwingung
mit 26,965 MHz des ersten Kanals wird im Amplitudenmodulator 55 mit dem Hörsignal
amplitudenmoduliert, das vom Verstärker 41 über den Wahlschalter 52 geliefert wird.
Ein Teil der auf diese Weise erzeugten amplitudenmodulierten Schwingung des ersten
Kanals wird dem Meßgerät 16 zugeführt, wo der Pegel angezeigt wird, gleichzeitig
läuft das Signal über den Antennenschaltkreis 31 zur Antenne 30, von der aus es
übertragen wird.
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Für den Fall, daß ein Signal des 23. Kanals übertragen werden soll,
werden ähnliche Betriebsschritte durchgeführt. Das Frequenzteilverhältnis des programmierbaren
Frequenzteilers 52 wird durch Wahl des 23. Kanals des Kanalwählers 53 auf 1,702
gesetzt, wodurch die Ausgangsschwingfrequenz des VCO 49 den Wert 17.016845 MHz besitzt.
Folglich nimmt die Frequenz des Ausgangträgersignals des Frequenzwandlers 54 den
Wert 27,254947 MHz an.
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Es sei in diesem Zusammenhang bemerkt, daß die normale Trägerfrequenz
während der Signalübertragung des 23. Kanals auf den Wert 27,255 MHz festgelegt
ist. Bezüglich dieses Wertes weicht die auf die oben geschilderte Weise erzielte
Trägerfrequenz um 53 Hz ab, und eine Abweichung in dieser Größenordnung ist in der
Praxis reichlich möglich. Diese Abweichung beträgt 0,0002 ,, sie liegt also gut
innerhalb der Standardgrenzwerte
von + 0,009S für Frequenzabweichungen
des F.C.C.
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in den U.S.A.
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Im folgenden wird geschildert, auf welche Weise die Frequenz des Kristalloszillators
44 und das Frequenzteilverhältnis des programmierbaren Frequenzteilers 52 während
der Zeit der Signalübertragung festgelegt werden.
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Die Trägerfrequenz des ersten Kanals liegt bei 26,965 MHz, es ergibt
sich daher die folgende Verknüpfung zwischen der Schwingfrequenz * CO des VCO 49
und der Schwingfrequenz fLOC des Kristalloszillators 44: fLOC + fVCO = 26.965 MHz
................. (1) Im Phasenkomparator 47 ist die folgende Gleichung gültig:
( + 10 KHz),........... (2) wobei N1 das Frequenzteilverhältnis des programmierbaren
Frequenzteilers 52 während einer Signalübertragung des ersten Kanals darstellt.
Aus den Gleichungen (1) und (2) wird die Frequenz fLOC bestimmt zu
Wenn der Wert von N1 so gewählt wird, daß fLOC einen Wert möglichst nahe an 10,240
MHz besitzt, so ergibt sich N1 = 1,673 und rLOC = 10,238102 MHz.
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In der geschilderten Ausführungsform ist die Schwingfrequenz des Kristalloszillators
44 so gesetzt, daß die Abweichung der Trägerfrequenz bezüglich des ersten Kanals
während der Signalübertragung Null ist. Aus diesem Grund ist die Abweichung der
Trägerfrequenz beim 23. Kanal maximal ( -53 Hz).
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Dadurch, daß die Schwingfrequenz des Kristalloszillators 44 während
der Signalübertragung so gewählt wird, d die Trägerfrequenzabweichung z.B. bezüglich
des 12. Kanals Null ist, kann die maximale Abweichung der Trägerfrequenz bei allen
Kanälen innerhalb + 0,0001% gehalten werden, wobei auch eine höhere Genauigkeit
noch erzielbar ist.
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Dadurch, daß lediglich während der Signalübertragung die Schwingfrequenz
des Kristalloszillators 44 um ungefähr 1,9 KHz z.B. bezüglich der Schwingfrequenz
während des Signalempfangs gegen den niederen Bereich hin verschoben wird, kann
die Frequenzumwandlung mit einer Nullabweichung in der Frequenz während des Signalempfangs
durchgeführt werden. Darüber hinaus kann zur Übertragung eine Trägerfrequenz während
der Zeit der Signalübertragung gewonnen werden, die eine sehr kleine Frequenzabweichung
in der Größenordnung von + 0,0001 % bis + 0,0002% als MaZtimalwert besitzt. Da lediglich
ein Kristalloszillator benötigt wird, besitzt die Schaltung einen einfachen Aufbau
und kann mit kleinen Kosten hergestellt werden.
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Der Frequenzwandler 54 liegt nicht innerhalb des phasenstarr gekoppelten
Kreises PLL, der den Phasenkomparator 47, das Kreisfilter 48, den VCO 49, den Bufferkreis
50 und den programmierbaren Frequenzteiler 52 enthält, der Frequenzteiler 54 befindet
sich vielmehr außerhalb dieses Kreises.
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Aus diesem Grund lassen sich Interferrenzen der während der Signalübertragung
und während des Signalempfangs erzeugten
Frequenzen eliminieren.
Da der Betriebsfrequenzbereich aufgrund des phasenstarr gekoppelten Kreises PLL
auf den Bereich vergrößert ist, innerhalb dessen die Steuerung der Schwingfrequenz
des VCO 49 möglich ist, läßt sich ein stabiler Betrieb erzielen.
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Im folgenden wird eine Ausführungsform einer speziellen Schaltung
in konkreter Form beschrieben, der den Referenzoszillator 44 und den Delta-Abstimmungs-
und Umschaltkreis 56 enthält, vgl. Fig. 3. In dieser Schaltung ist eine Parallelschaltung
einer variablen Kapazitätsdiode 61 mit einem Kondensator 62 in Serie mit einem Kristall
60 gelegt. An der Verbindungsstelle zwischen der veränderlichen Kapazitätsdiode
61 und dem Kristall 60 liegt über eine Spule 63 der Emitter eines Transistors 64.
Die Basis des Transistors 64 ist mit einem Schleifkontakt eines veränderlichen Widerstands
65 verbunden.
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Während der Zeit eines Signalempfangs wird keine positive Spannung
dem Anschluß 66 zugeführt, der mit der Parallelschaltung der veränderbaren Kapazitätsdiode
61 und dem Kondensator 62 auf der dem Kristall 60 abgewandten Seite verbunden ist.
Der Kristall 60 befindet sich in einem Zustand, in dem die Kapazität der variablen
Kapazitätsdiode 61 und die Kapazität des Kondensators 62 parallel hierzu liegen,
und es wird ein Referenzausgangssignal mit 10,240 MHz durch den Anschluß 67 herausgeführt.
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In vielen Fällen während des Signalempfangs besitzt die Empfangsfrequenz
eine geringfügige Abweichung von der Frequenz des betreffenden Kanals. Für derartige
Fälle ist daher der Widerstandswert des veränderlichen Widerstands 65 durch Verdrehung
des Knopfes 13 einstellbar. Als Folge davon ändert
sich die Emitterspannung
des Transistors, und es ändert sich die der variablen Kapazitätsdiode 61 eingeprägte
Spannung, wodurch sich der Kapazitätswert dieser Diode 61 verändert.
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Als Ergebnis wird die Schwingfrequenz des Kristalloszillators in kontinuierlicher
Weise fein justiert.
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Während der Zeit einer Signalübertragung wird dagegen eine positive
Spannung an den Anschluß 66 gelegt, wenn der am Mikrofon 57 vorhandene Knopf gedrückt
ist. Dadurch wird die variable Kapazitätsdiode 61 leitend, es ist dann tatsächlich
ein Kondensator nicht länger mit dem Kristall 60 verbunden, dessen Schwingfrequenz
abnimmt. Wie geschildert, ergibt sich dann eine Schwingfrequenz von 10,238102 MHz
am Ausgangsanschluß 67.
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Obwohl in der geschilderten Ausführungsform amplitudenmodulierte Schwingungen
eines Zweiseitenbandsystems zur Signalübertragung und zum Signalempfang benutzt
werden, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt, es ist vielmehr
möglich, auch frequenzmodulierte Schwingungen oder amplitudenmodulierte Schwingungen
eines Einseitenbandsystems (SSB) zu verwenden.
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