DE2821082B2 - Quadraturüberlagerungsstufe - Google Patents
QuadraturüberlagerungsstufeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Quadraturüberlagerungsstufe mit einem ersten und einem zweiten
Signalweg mit je einem Modulator, dem ein mit mindestens einem Resonanzkreis versehenes Filter
nachgeschaltet ist, mit einem Eingangskreis, der einen ersten Eingang jedes der Modulatoren mit einem
gemeinsamen Eingang koppelt, einem Ortsoszillator, dessen Ausgangssignal mit einer derartigen Phase
einem zweiten Eingang jedes der Modulatoren zugeführt wird, daß das Ausgangssignal des Filters im ersten
Signalweg mit dem Ausgangssignal des Filters im zweiten Signalweg in Quadratur ist, und mit einem
Ausgangskreis, der den Ausgang jedes der Filter mit einem gemeinsamen Ausgang koppelt.
Eine Quadraturüberlagerungsstufe der obengenannten Art ist bekannt und wird auf der Sende- und/oder
Empfangsseite von Übertragungssystemen, beispielsweise bei der Erzeugung und Detektion von Einseitcnbandsignalen
nach der dritten bzw. »Weaverw-Mcthode. wie diese in »Proceedings of the IRE«, Dezember 1956,
Seiten 1703-1705 und bei der Detektion von FSK-Signalen, wie z.B. aus der US-PS 35 68 067
bekannt, verwendet.
Eine derartige Quadraturdberlagerungsstufe weist
die Schwierigkeit auf, daß durch Ungleichheit der beiden Signalwege Signalverzerrung auftreten kann.
Mit Ausnahme der frequenzabhängigen Ungleichheit der in den beiden Signalwegen verwendeten Filter,
welche Ungleichheit auch bei sehr sorgfältiger Auswahl der Filterelemente infolge "feThperatureinflusse und
Alterungserscheinungen auftritt, können die übrigen Ungleichheiten durch einfache Amplituden- und/oder
Phasenkorrekturen in einem der Signalwege korrigiert werden.
Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine Quadraturüberlagerungsstufe
zu schaffen, wobei die genannte Ungleichheit der beiden Filter verringert und nahezu
frequenzunabhängig wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Quadraturüberlagerungsstufe der eingangs genannten Art nach der
Erfindung dadurch gelöst, daß die genannten Resonanzkreise in den beiden Filtern durch je eine Impedanz und
eine i.naginäre Konduktanz gebildet werden und daß die genannten imaginären Konduktanzen in den
Resonanzkreisen durch einen Gyrator mit einem ersten Tor, das mit der dem Resonanzkreis des einen Filters
zugeordneten Impedanz abgeschlossen ist und mit einem zweiten Tor, das mit der dem Resonanzkreis des
anderen Filters zugeordneten Impedanz abgeschlossen ist, eingeführt werden.
Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird durch die mit Hilfe des Gyrators verwirklichte
Kopplung zwischen den beiden Filtern automatisch bewirkt, daß diese Filter dieselbe» Pole und nahezu
dieselben Nullpunkte erhalten. Der Erfi-idung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß, wenn an der dem
Resonanzkreis des einen Filters zugeordneten Impedanz eine Spannung Vj.cos (ω t—φ) vorhanden ist, an
der entsprechenden Impedanz des Resonanzkreises des anderen Filters eine Spannung Vi. sin (ω t—φ) vorhanden
ist und daß daher ein einziger Gyrator verwendet werden kann, um die beiden imaginären Konduktanzen
zu simulieren, da bei einem an beiden Toren mit gleichen Impedanzen abgeschlossenen Gyratorrresonanzkreis,
wenn am ersten Tor des Gyrators eine Spannung V sin (ω t—φ) vorhanden ist, am zweiten Tor des Gyrators
annähernd Vcos (ω t—^vorhanden ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden
näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine Quadraturüberlagerungsstufe, wie diese
aus dem Stand der Technik bekannt ist,
F i g. 2 c'ne Ausführungsform eines Ausgangskreises, wie dieser bei der Quadraturüberlagerungsstufe nach
F i g. 1 verwendet wird,
Fig. 3 eine andere mögliche Ausführungsform eines
derartigen Ausgangskreises,
Fig.4 und 6 eine Darstellung des Prinzips der Art
und Wehe, wie die in der Quadrat lrüberlagerungsstufe nach Fig. I verwendeten Filter nach der Erfindung
gekoppelt werden,
F i g. 5 den Schaltplan eines Gyrators,
F i g. 7a - 7c eine Ar.?ahl Resonanzkreise zur Erläuterung
mehrfach gekoppelter Filter,
F i g. 8a und 8b je ein^n LC-Resonanzkreis und mit
imaginären Konduktanzen ausgebildete Äquivalenz desselben,
Fig.9 eine rnögliche Ausführungsform eines mit
einer Quadraturüberlagerungsstufe nach der Erfindung ausgebildeten FSX-Demodulators,
Fig. 10 ein Schaltbild zur Erläuterung der Wirkungsweise
des in F i g, 9 dargestellten FSK-Demodulators,
Fi g. 11 eine Mögliche Abwandlung des FSK-Demodulators
nach Fit. 9.
In F i g. 1 ist 1 '«ine Quadraturüberlagerungsstufe, die
einen ersten und ^ineti zweiten Signalweg 2 und 3 mit je
einem Modulator 4 und 6 aufweist, denen je ein Filter 5 und 7 nachgeschüttet sind. Im Signalweg 2 liegt hinter
dem Modulator <* ein mindestens einen Resonanzkreis
aufweisendes Filter 5 und im Signalweg 3 hinter dem Modulator 6 ein mindestens einen Resonanzkreis
aufweisendes Filter 7. Der Modulator 4 weist einen
ersten Eingang 8 und der Modulator 6 einen ersten Eingang 9 auf, die beide über einen Eingangskreis 10 zu
einen gemeinsamen Eingang 11 der Quadraturüberlagerungsstufe 1 führen. Weiterhin enthält diese Quadratur-Überlagerungsstufe
einen Ortoszillator 12, dessen Ausgangssignal über ein die Phase um 90° drehendes
Netzwerk 13 einem zweiten Eingang 14 des Modulators 4 und einem zweiten Eingang 15 des Modulators 6
zugeführt wird. Der Ausgang des Filters 5 ist an eine
Eingangsklemme 16 und der Ausgang des Filters 7 ist an eine Eingangsklemme 17 eines Ausgangskreises 18
angeschlossen und dieser hat einen den beiden Signalwegen 2 und 3 gemeinsamen Ausgang 19. Der
Ausgangskreis 18 kann verschiedenartig, abhängig von dem Gebrauch, den man von der bisher beschriebenen
Schaltungsanordnung zu machen -vünscht, ausgebildet sein.
Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform des Ausgangskreises 18 umfaßt dieser Kreis einen Modulator
20 mit einem an die tirgangsklemme 16 angeschlossenen ersten Eingang 21 und einen Modulator
22 mit einem an die Eingangsklemme 17 angeschlossenen ersten Eingang 23. Weiter enthält
dieser Ausgangskreis 18 einen Ortsoszillator 24, dessen Ausgangssignal über ein die Phase um 90° drehendes
Netzwerk 25 sowohl einem zweiten Eingang 26 des Modulators 20 als auch 27 des Modulators 22 zugeführt
wird. Der Ausgang 28 des Modulators 20 und der Ausgang 29 des Modulators 22 sind an eine Summieran-Ordnung
30 angeschlossen, deren Ausgang den genannten gemeinsamen Ausgang 19 bildet.
Wenn die in Fig. 1 dargestellte Quadraturüberlagerungsstufe
mit einem Ausgangskreis nach Fig. 2 ausgebildet ist, führt dies zu einer Anordnung, die als
Anordnung zur Erzeugung bzw. Detektion von Einseitenbandsignalen entsprechend der dritten bzw. »Weaver«-Methode
bekannt ist.
Bei Anwendung dieser Methode zur Erzeugung eines Einseitenbandsignals wird dem Eingang 11 ein Basisbildsignal
s(t) einer bestimmten Bandbreite b zugeführt, gegebenenfalls mit einem Rauschanteil bei den
höheren Frequenzen. Wenn dieses Signal wie folgt dargestellt wird:
γ1
Au
η = I
wird dieses Signal in dem einen Signalwcg der
Quadraturmodulationsstufe mit sinfjj/ und in dem
anderen Signalwcg mit cosfjj / multiplizier!. Die
■-,-, niedrigeren Seiteiibiinder, der sich daraus ergebenden
Spektren um b/2 herum, sind gegenüber dem Ursprung der Frequenzachse gefaltet. Die oberen Seitenbänder
und die Rauscn?n.teile treten bei Frequenzen über b/2
auf.
bd Durch die Filter 5 und 7, die meistens als Tiefpaßfilter
mit einer Grenzfrequenz bei b/2 ausgebildet sind, werden die oberen Seitenbänder und die Rauschanteile
unterdrückt. Dadurch, daß daraufhin mit sin (wo+b/2) t
und cos (ü)o4- b/2] ι moduliert wird, wobei ωο die
hi Trägerfrequenz ist, werden dann zwei Doppelseitenbandsignale
mit untereinander verschiedener Phasenlage zwischen ihren Seitenbändern erhalten. Beim
Addieren dieser zwei Doooelseitenbandsienale werden
die niedrigeren Seitenbänder gegeneinander ausgelöscht und das obere Seitenband wird verdoppelt.
In dem Falle einer Detektion wird diese Methode in entgegengesetzter Richtung durchgeführt.
Bei der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform des
Ausgangskreises 18 umfaßt dieser einen Modulator 31 mit einem ersten Eingang 32, der über einen
Differentiator 33 an die Eingangsklemme 16 angeschlossen ist und mit einem zweiten Eingang 34, der an
die Eingangsklemme 17 angeschlossen ist, sowie einen Modulator 35 mit einem ersten F.ingang 36, der über
einen Differentiator 37 an die Eingangsklemme 17 angeschlossen ist und mit einem /weiten Eingang 38. der
an die Eingangsklemme 16 angeschlossen ist. Der Ausgang 39 des Modulators 31 und der Ausgang 40 des
Modulators 35 sind an einen Differenzverstärker 41 angeschlossen, dessen Ausgang den gemeinsamen
Ausgang 19 bildet. Wenn die in F i g. I dargestellte Quadraturüberlagerungsstufe mit einem Ausgangskreis
nach Fig. 3 ausgebildet ist. führt dies zu einer Anordnung, die als Frequenzdiskriminator zur Detek
tion von frequenzmodulierten Signalen oder zur Deiektion von mit Hilfe von Frequenzverschiebungsmodulation
(FSK) übertragenen Signalen verwendet werden kann, wie aus der oben genannten US-PS
35 68 067 bekannt.
Eine besonders günstige Eigenschaft der beschriebenen Quadraturüberlagerungsstufe ist die. daß die Filter 5
und 7 nicht nur eine Trennung der Seitenbänder, sondern auch die Unterdrückung von Nachbarkanälen
bewirken.
Eine besonders günstige Eigenschaft der beschriebenen Quadraturüberlagerungsstufe ist die, daß die Filter 5
und 7 nicht nur eine Trennung der Seitenbänder, sondern auch die Unterdrückung von Nachbarkanälen
bewirken.
Eine Schwierigkeit, die die Verwendung derartiger Quadraturüberlagerungsstufen in der Praxis im auge
meinen jedoch weniger interessant macht, besteht darin,
daß eine Bedingung zum einwandfreien Funktionieren einer derartigen Anordnung die gegenseitige Gleichheit
der beiden Signalwege 2 und 3 ist. Insbesondere die frequenzabhängige Ungleichheit der in den beiden
Signalwegen 2 und 3 verwendeten Filter 5 bzw. 7 bewirkt, daß die oben genannte Bedingung nur schwer
erfüllt werden kann.
Nach der Erfindung wird die genannte Ungleichheit der beiden Filter 5 und 7 (F i g. 4) im wesentlichen Maße
verringert ur.d nahezu frequenzunabhängig, wenn die genannten Resonanzkreise in den beiden Filtern durch
je eine Impedanz 41 bzw. 4Γ und eine imaginäre Konduktanz gebildet werden und wenn die genannten
imaginären Konduktanzen in den beiden Resonanzkreisen durch einen Gyrator 42 mit einem ersten Tor
Fi — /Y, das mit der dem Resonanzkreis des einen
Filters 5 zugeordneten Impedanz 41 abgeschlossen ist und mit einem zweiten Tor P]-Pi, das mit der dem
Resonanzkreis des anderen Filters 7 zugeordneten Impedanz 41' abgeschlossen ist, eingeführt werden.
Bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform der mit Hilfe des Gyrators 42 gekoppelten Filter 5 und 7
bestehen diese Filter aus je einem ,τ-Netzwerk mit dem Resonanzkreis im Längszweig und mit den Kondensatoren
43, 44 bzw. 43', 44' in den Querzweigen. Insbesondere umfaßt der Resonanzkreis des Filters 5
die durch einen Kondensator gebildete Impedanz 41 und die imaginäre Konduktanz jG, die mit Hilfe des
Gyrators 42 und der Impedanz 41' simuliert wird, während der Resonanzkreis des Filters 7 die durch einen
Kondensator gebildete Impedanz 41' und die imaginäre Konduktanz jG umfaßt, die mit Hilfe desselben
Gyrators 42 und der Impedanz 41 simuliert wird.
Der in Fig.4 auf symbolische Weise dargestellte
Gyrator 42 ist ein Impedanzinverter an sich bekannter Art und kann z. B. durch einen in monolythischer Bauart
ausgebildeten Gyrator von dem Typ. wie dieser in der DE-AS 24 33 298 beschrieben worden ist. gebildet
werden.
Wie Fig.') zeigt, wird ein derartiger Gy.dor mi
Grunde durch zwei parallelgeschaltcte spanniingsgesteuerte
Stromquellen 46. 47 gebildet, von denen die
eine eine positive Transkonduktan/. G und die andere
eine negative Transkonduktanz - G aufweist und wobei G= MRfUna /?i. = Gyrationswiderstand ist. Wird an das
Gyratortor P1-P1' ein Kondensator C1 angeschlossen, so
wird durch den Gyrator am Tor /WV eine Induktr. ität
L simuliert, wobei L = R^ Cist. Bei einer richtigen Wahl
der positiven und negativen Transkonduktanzen G und -G können die Gyratortore /V/V und Pi-P;' mn
Kondensatoren C1 und C2 untereinander gleichen
Wertes abgeschlossen werden und auf diese Weise wird ein symmetrischer Resonanzkreis erhalten. Ein derartiger
symmetrischer Resonanzkreis weist eine Resonanz frequenz wn=G/Cauf, wobei C = Gyrationstranskonduktan7
und C = der Wert der Abschlußkondensatoren ist. Wenn einem derartigen Resonanzkreis ein sinusförmiger
Eingangswechselstrom i\ = a ■ cos ω ι zugeführt
wird, so weist die Spannung einen Resonanzcharakter als Funktion der Frequenz des Eingangssignals auf.
Dabei stellt es sich heraus, daß die Spannungen an den beiden Gyratortoren P\-P\' und P2-P2 je an sich diesen
Resonanzcharakter aufweisen. Diese Spannungen haben eine gleiche Amplitude, aber sie sind gegeneinander
um 90c in der Phase verschoben. Wenn /Ί = a cos ω t ist.
so ist /_- = ;) sin (1) 1.
Eine gleiche Qiiadraturbeziehiing tritt ebenfalls bei
den Eingangssignalen der Filter 5 und 7 in F i g. 1 auf.
Wird vorausgesetzt, daß das Frequenzspektrum des dem Eingang 11 zugeführten Signals s ^gleich «(jm)isi.
so kann das Spektrum der dem Eingang der Filter 5 und 7 zugeführten Signale wie folgt beschrieben werden:
2/
und
h2\\ + -S[
woraus hervorgeht, daß der erste Term von Si' (/ω) um
+90c phasenverschoben gegenüber dem ersten Term von S] (jco)'m, während der zweite Term von s\' (^ajum
90° gegenüber dem zweiten Term von si (/ω) phasenverschoben
ist.
Unter Verwendung dieser Quadraturphasenbeziebfj
hung der den Filtern 5 und 7 zugeführten Eingangssignale und der einem symmetrischen Gyratorresonanzkreis
inhärenten Eigenschaft, daß die an den Toren des Gyrators auftretenden Spannungen eine gleiche Quadraturphasenbeziehung
aufweisen, können die beiden fc5 Filter 5 und 7 mit Hilfe eines Gyrators gekoppelt
werden. Durch diese Kopplung zwischen den beiden Filtern 5 und 7 wird erreicht, daß die Pole der zwei
Übertragungsfunktionen H(ja) und H'(jm)asr beiden
7 8
Filter unabhängig von kleinen Unterschieden im Wert Weiter gibt es die Gleichungen:
der in den beiden Filtern verwendeten entsprechenden
Elemente dieselben sind, da diese Pole den Frequenzen
der freien Schwingungen des durch die beiden Filter und Ί 4 '<
= ΊΡ'ι·
den Gyrator gebildeten Netzwerkes entsprechen. ι (2)
A'.irterdem wird durch diese Kopplung erreicht, daß '2 + '4 = - i'j pC, g
die dutch die Längskreise und die Querkreise der Filter ti
bestimmten Nullpunkte der beiden Übertragungsfunktionen
Il (je») und H'(jm) unabhängig von kleinen und
Unterschieden in dem Wert der verwendeten entspre- in
chenden Filterelemente nahezu gleich sind.
Unterschieden in dem Wert der verwendeten entspre- in
chenden Filterelemente nahezu gleich sind.
Um diesen zur praktischen Anwendung der Quadraturüberlagerungsstufe
wesentlichen technischen Effekt (/, /JZ, t V1 = /.,/,.
zu erläutern, ist in Fig. 6 das Netzwerk nach Fig. 4 (3)
dargestellt, jedoch unter Hinzufügung zweier Strom- r, (/, - U)Z2 -t ', = /4 Ax .
quellen U und /.. mit einer inneren Impedanz Z, bzw. Z1
Λ
7 Λ 7
Die Gleichungen eines praktischen Gyrators lauten:
, _ ((i ri Wenn nun ausgehend von den oben stehenden
Ul :ii Gleichungen der durch die Belastungsimpedanz Zj
(i _ (; , fließende Strom /j und der durch die Belastungsimpe-
danz Zi fließende Strom Λ jeder einzeln in den Strömen
wobei G\ und Gi abgesehen von den üblichen U und h ausgedrückt wird, wird gefunden, daß für das
Toleranzen einander gleich sind. Filter 5 gilt:
!
/, z, :g, g, ιζ, ι z4i 1 />r, t />:r, r, iz, · z4i: ■+■ /: c;, /,
I ' /'C", (/, ' /,) f PC1[Z1 ' Z1) (Kr1G, f /r C, C',) (Z1 ) Z1)(Zj ι Z4)
und diiH für das Filter 7 ui
/: Z2 κ;, C2[Z1 ι z() + />c\ 4 r C1 C2(Z1 + ζ,κ - /, g, Z1
ι (Z1 t Z,) ♦ />C;|Z: * Z4) ' (G1 Ci", + P2C1 C2)[Zx + Ζ,ΚΖ, + Z4)
l);iiaus gehl hervor, dall für /, und U gill· dal.i sie automatisch denselben Nenner ,V und dither dieselben Pole
aufweisen.
Weiler uilt. daß:
Es wurde festgestellt, daß dieser Unterschied für alle Wird geschrieben:
Frequenzen klein ist. sogar bei den steil verlaufenden Λ
Teilen der Filterkurven, wie diese in der Nähe der /',(/) = ImJ1V1"'
Nullpunkte der Übertragungsfunktionen auftreten.
Obenstehend wurde einfachheitshalber vorausge- ><
> im J
setzt, daß die Filter 5 und 7 aus je einem einzigen Λ
setzt, daß die Filter 5 und 7 aus je einem einzigen Λ
^--Netzwerk bestehen. Es wurde jedoch weiterhin J1U) = ImJ1C'"'.
festgestellt, daß jedes der Filter aus mehreren mit je
einem Resonanzkreis versehenen Filterteilen aufgebaut so läßt sich ./, (f) schreiben als die Summe:
sein kann und daß in diesem Fall entsprechende Teile 55
der beiden Filter jeweils paarweise mit Hilfe eines λ λ
Gyrators gekoppelt werden können, wie dies unten . .^ _ h — Ji Ji + h
stehend noch näher erläutert wird. Jl ' ~ 2 2
Zur Erläuterung dient dazu der in F i g. 7a dargestellte
Resonanzkreis. Dieser Resonanzkreis hat zwei Ein- 60
gangssignale: und auf gleiche Weise
Resonanzkreis. Dieser Resonanzkreis hat zwei Ein- 60
gangssignale: und auf gleiche Weise
Λ Λ
Viii) = Re J1 e>-· /,(,) = J2 + Ji + Ji ~ Ji
65 " 2 2
Diese Gleichungen zeigen, daß die Eingangssi- J2(I) = ReJ2eJ"' gnale;,(f) und J2U) in je zwei Teile aufgeteilt werden
können. Für den ersten Teil von/, (/) HiDl sich schreiben:
/, - /, _ RcJ1 ei·-' - Im J2 ei ■'
2 2
2 2
= ζ ReUi + j J2) ei·"
und für den ersten Teil von /, (/) liil.lt sich schreiben:
/\ t /, _ RvJ1Ci-I l· Im J1Ci-I
1
1
= , Kr - /(J1 +JJ1)Ci-.
Daraus geht hervor, daß, wie Fig. 7b zeigt, für die ersten Teile eine imaginäre Konduktanz —jG in den
Gyratortoren gesehen wird. Auf entsprechende Weise läßt sich darlegen, daß, wie F i g. 7 zeigt, für die zweiten
Teile eine imaginäre Konduktanz +JG in den Gyratoren gesehen wird. Auf entsprechende Weise läßt
sich darlegen, daß. wie F i g. 7c zeigt, für die zweiten Teile eine imaginäre Konduktanz + JG in den
Gyratortoren gesehen wird. Daraus folgt, daß, was die Synthese gekoppelter Filter anbelangt, nur eine Hälfte
des Netzwerkes betrachtet zu werden braucht. Die Gyratoren, die die Verbindung zwischen den zwei
identischen Netzwerkhälften bilden, lassen sich nämlich durch imaginäre Konduktanzen ersetzen. Die mit Hilfe
von Gyratoren in aufeinanderfolgenden Filterteilen eingeführten imaginären Konduktanzen können voneinander
abweichende Werte haben. Dies ermöglicht es, Filter mit einer gegenüber der mn-Frequenzachse
symmetrischen Filterkurve zu verwirklichen. Auch ist es möglich, mit Hilfe durch zwei Gyratoren eingeführter
imaginärer Konduktanzen das Äquivalent eines LC-Kreises zu verwirklichen
So zeigt Fig. 8a das Äquivalent eines aus einer Induktanz L' und einer Kapazitanz C" bestehenden
parallelen Resonanzkreises, während F i g. 8b das Äquivalent eines aus einer Induktanz L' und einer
Kapazitanz C bestehenden Reihenresonanzkreises zeigt. In Anbetracht dieser Äquivalenten ist es daher
möglich, entsprechende LC-Resonanzkreise eines Filterpaares ohne weitere Berechnung miteinander zu
koppeln.
Die mit Hilfe eines Gyrators verwirklichte Kopplung zwischen den beiden Filtern einer Quadraturüberlagerungsstufe,
wie diese obenstehend beschrieben wurde, bietet nicht nur den wesentlichen Vorteil, daß die
frequenzabhängige Ungleichheit der beiden Filter weitgehend verringert wird, sondern führt auch bei
Anwendung in einer einen Teil eines FSK-Demodulators bildenden Quadraturüberlagerungsstufe zu einer
wesentlichen Vereinfachung des Ausgangskreises.
In F i g. 9 ist ein mit einer Quadraturüberlagerungsstufe versehener FSK-Demodulator dargestellt Ebenso
wie in F i g. 1 enthält die Quadraturüberlagerungsstufe 1 einen an einen gemeinsamen Eingang 11 angeschlossenen
ersten und zweiten Signalweg 2 und 3, die mit je einem Modulator 4 bzw. δ mit einen nachgeschaiteten
Filter 5 bzw. 7 versehen sind. Die beiden Filter sind mit Hilfe eines Gyrators 42 gekoppelt, deren Tore Pi-Pi'
und PrP-ϊ mit je einer durch einen Kondensator
gebildeten Impedanz 41 bzw. 41' und einem Widerstand 48 bzw. 48' abgeschlossen sind. Der Gyrator wird durch
die an die Tore Pi-P\' und Pi-Pt angeschlossenen
gesteuerten Stromquellen /| und I2 gespeist. Die beiden
Filterausgänge sind an einen Ausgangskreis 18 angeschlossen, der bei der dargestellten Ausführungsform
des FSK-Demodulators eine erste und eine zweite Quadrieranordnung 49, 50 enthält, die an die Eingänge
16 bzw. 17 des Ausgangskreises 18 angeschlossen sind. Die Ausgänge 51 bzw. 52 der Quadrieranordnung 49
und 50 sind an eine Summieranordnung 53 mit gemeinsamem Ausgang 19 angeschlossen.
Die Wirkungsweise des beschriebenen FSK-Demodulators ist nun wie folgt:
Es wird vorausgesetzt, daß dem Eingang Il ein m'
Hilfe von Frequenzverschiebungsmodulation (FSKi übertragenes Signal zugeführt wird und daß dieses
^iirnal pitipn Kinärpn \C nrlf* trätrt u/nhfai hoicrti^lctueicfi
die niedrigere Frequenz ο>η-Δω für die »Nullen«
repräsentativ ist und die höhere Frequenz ωα + Δω für
die »Einsen« repräsentativ ist.
Untenstehend wird nun ein einziger Übergang bei f=Obetrachtet. Das Eingangssignal ist:
sin
sin !(<■>,,
l· I <-») / f 7!
für 1 < 0
für / > 0
Bei i=0 ist die Phase kontinuierlich. Das Eingangssignal
wird den Modulatoren 4 und 6 zugeführt und im Modulator 4 mit sin O)nt und im Modulator 6 mit cos wnf
demodulierl, wobei O)n die Trägerfrequenz ist. Die
NF-Teile der demodulierten Signale sind gegeneinander um 90° phasenverschoben. Der Phasenunterschied
kehrt bei f=0 das Vorzeichen um. So ist das Ausgangssignal des Modulators 4 gleich:
- sin ( 11·< f — 7 ) +
IVt ι < 0
t sin ( I <■· 1 + 7) + . . . für /
> 0 .
wiihrend das Ausgangssignal des Modulators 6 gleich:
+ COS ( I m t + 7 ) +
für 1 < 0
für I > 0
Die demodulierten Signale werden als Eingangssignal den Filtern 5 bzw. 7 zugeführt, die mit dem Gyrator 42
einen symmetrischen Gyratorresonanzkreis mit einer Resonanzfrequenz GlΟ=Δω bilden.
Für f>0 paßt die Quadrierbeziehung der beiden Eingangssignalströme zu den Sinus- und Cosinussignalen,
wie diese an den beiden Toren P1-P1' und P2-P2' normalerweise auftreten. Die zwei Signalströme ergeben
dieselbe Stoßantwort Die zwei Stoßantworten werden addiert Die Filter verhalten sich als angepaßtes
Filter für die »Einsen«. Für f < 0 ist das Vorzeichen eines der Eingangssignalströme umgekehrt und die zwei
Stoßantworten werden nicht addiert, sondern führen zu der Differenz. In dem Ausgangskreis 18 werden die am
Gyratortor Pi-Pi' und am Gyratortor Pi-Pi auftretenden
Spannungen je quadriert und daraufhin ir. der Summieranordnung 53 addiert. Das am Ausgang 19 der
> Summieranordnung 53 auftretende Summensignal hat eine geringe Amplitude für f<0 und nimmt für i>0 zu.
Dieser Verlauf der Ausgangsspannungsamplitude a (t) ist in Fig. 10 dargestellt. Das am Ausgang 19
auftretende Signal ist eine Replika des binären Kodes, in der mit Hilfe des FSK-Signals übertragen wird und der
z. B. über eine dargestellte) Schwellenanordming diesem Ausgangssignal entnommen werden kann. Da die
HF-Teile der den Filtern 5 und 7 zugeführten Eingangssignale außerhalb des Durchlaßbandes liegen, ι ί
werden diese HF-Teile vom Gyratorresonanzkreis unterdrückt.
Wenn der Gyrator 42 derart angeschlossen wird, daß
bilden die I ilter zusammen mit dem Gyrator ein jo
angepaßtes Filter für die »Nullen« statt der »Einsen«.
In F i g. 11 ist ein mit einer Quadraturüberlagerungsstufe
1 versehener FSK-Demodulator dargestellt, der
sich darin von der in F i g. 9 dargestellten Ausführungsform unterscheidet, daß das Filter 5 und 7 mit Hilfe _>
> zweier Gyratoren 42 und 42' mit einander entgegengesetzter Gyratortranskondukliin/ Gbzw. -Cgekoppelt
sind, wodurch die Filter zusammen mit den Gyratoren ein angepaßtes Filter für dir1 »Einsen« sowie die
»Nullen« des übertragenen binären Kodes bilden. so
Insbesondere sind die Tore Pi-Pi' und P2-P2' des
Gyrators 42 mit je einer durch einen Kondensator gebildeten Impedanz 41 bzw. 4Γ abgeschlossen und die
Tore Pi-Pi' und P2-P2 des Gyrators 42' sind mit je einer durch einen Kondensator gebildeten Impedanz 54 bzw. r.
54' abgeschlossen. Die Torklemme Pi' des Gyrators 42'
und die Torklemme /' des Gyrators 42 sind miteinander und mit Erde verbunden, während die Torklemme P2
des Gyrators 42 und die Torklemme Pi des Gyrators 42
ebenfalls miteinander und mit Erde verbunden sind. Die in
beiden Gyratoren werden aus den gesteuerten Stromquellen /1 und h gespeist, wobei die gesteuerte
Stromquelle A an die Torklemme Pi des Gyrators 42'
und an die Torklemme Pi' des Gyrators 42 angeschlossen ist. während die gesteuerte Stromquelle I2 an die 4-,
Torklemme P; des Gyrators 42' und an die Torklemme P2' des Gyrators 42 angeschlossen ist.
Bei dieser Anschlußart ist die Gyratortranskonduktanz des Gyrators 42' gleich — G, während die
Gyratortranskonduktanz des Gyrators 42 gleich + C ist.
Der Ausgangskreis 18 enthält bei dieser Ausführungsform ein erstes Quadrieranordnungspaar 49 und 50,
dessen Ausgänge an eine Summ'eranordnung 53 angeschlossen sind und ein zweites Quadrieranordnungspaar
55 und 56, dessen Ausgänge an eine Summieranordnung 57 angeschlossen sind. Die Ausgänge
der Summieranordnungen 53 und 57 sind an einen Differenzerzeuger 58 angeschlossen, dessen Ausgang
den gemeinsamen Ausgang 19 des Ausgangskreises 18 bildet.
Bei dieser Ausführungsform des FSK-Demodulators
werden nicht nur die an den Toren P1-P1' und P2-P2' des
Gyrators 42 auftretenden Spannungen in den Quadrk r.
anordnungen 49 bzw. 50 quadriert und daraufhin in der Summieranordnung 53 addiert, sondern es werden auch
die an den Toren P1 P,' und P-P-' des Giratars 42'
auftretenden Spannungen in den Quadrieranordnungen 55 bzw. 56 quadriert und daraufhin in der Summieranordnung
57 addiert. Infolge der Tatsache, daß die Gyratoren 42 und 42' eine einander entgegengesetzte
Transkonduktanz aufweisen, weist das am Ausgang der SumrTiieranordnung 53 auftretende Signal eine kleine
Amplitude für «0 und eine große Amplitude für f>0
auf, während dagegen das gleichzeitig am Ausgang der Summieranordnung 57 auftretende Signal eine große
Amplitude hat für /<0 und eine kleine Amplitude für r>0. Der Differenzerzeuger 58 ist beispielsweise ein
Differenzverstärker. Wenn nun das Ausgangssignal der Summieranordnung 53 dem nicht invertierenden Eingang
und das Ausgangssignal der Summieranordnung 57 dem invertierenden Eingang zugeführt wird, liefert
dieser Differenzverstärker ein Ausgangssignal, das eine Replika des ursprünglich übertragenen binären Kodes
ist.
Der FSK-Demodulator nach Fig. 11 weist den wesentlichen Vorteil auf, daß die Bitlängp praktisch
konstant ist und daß die Breitbandrauschanteile unterdrückt werden, was bei Fortlassung eines Eingangsfilters
dennoch zu einem optimalen Signal-Rausch-Verhältnis führt. Außerdem ist eine Scbwellenanordnung
zur Rückgewinnung des ursprünglich übertragenen binären Kodes überflüssig, was bei einem in
monolythischer Bauart ausgebildeten FSK-Modulator nach F i g. 11 vorteilhaft ist.
Hierzu 5 Blatt Zeiclinuimai
Claims (4)
1. Quadraturüberlagerungsstufe mit einem ersten und einem zweiten Signalweg mit je einem ,
Modulator, dem ein mit mindestens einem Resonanzkreis versehenes Filter nachgeschaltet ist, mit
einem Eingangskreis, der einen ersten Eingang jedes der Modulatoren mit einem gemeinsamen Eingang
jedes der Modulatoren mit einem gemeinsamen ι ο Eingang koppelt, einem Ortsoszillator, dessen
Ausgangssignal mit einer derartigen Phase einem zweiten Eingang jedes der Modulatoren zugeführt
wird, daß das Ausgangssignal des Filters im ersten
Signalweg mit dem Ausgangssignal des Filters im zweiten Signalweg in Quadratur ist, und einen
Ausgangskreis, der den Ausgang jedes der Filter mit einem gemeinsamen Ausgang koppelt, dadurch
gekennzeichnet, daß die genannten Resonanzkreise
in den beiden Filtern (5 bzw. 7) durch je _>» eine Impedanz (41 bzw. 41') und eine imaginäre
Konduktanz gebildet werden, und daß die genannten imaginären Konduktanzen in den genannten Resonanzkreisen
durch einen Gyrator (42) mit einem ersten Tor (Pi-Pi), das mit der dem Resonanzkreis j-,
des einen Filters (7) zugeordneten Impedanz (AY) abgeschlossen ist und mit einem zweiten Tor (P2-P2),
das mit der dem Resonanzkreis des anderen Filters (5) zugeordneten Impedanz (41) abgeschlossen ist,
eingeführt werden. «1
2. Quadraturüberlagerungsstufe nach Anspruch I1
wobei das in den erbten Sig..alweg (2) aufgenommene Filter (5), und das in den zweiten Signalweg (3)
aufgenommene Filter (7) je e ilen ersten und einen zweiten Resonanzkreis bilden, dadurch gekenn- r>
zeichnet, daß jeder der genannten ersten Resonanzkreise durch eine kapazitive Impedanz (41 bzw. 41')
und eine positive imaginäre Konduktanz gebildet wird, während jeder der genannten zweiten
Resonanzkreise durch eine kapazitive Impedanz (54 bzw. 54') und eine negative imaginäre Konduktanz
gebildet wird, und daß die genannten positiven imaginären Kontuktanzen in den genannten ersten
Resonanzkreisen durch einen ersten Gyrator (42) eingeführt werden, dessen Tore (Pi-Pi' bzw. P2-P2) -r,
durch die kapazitiven Impedanzen (41 bzw. 41') der ersten Resonanzkreise abgeschlossen sind, während
die genannten negativen imaginären Konduktanzen in den genannten zweiten Resonanzkreisen durch
einen zweiten Gyrator (42') eingeführt werden, -,,> dessen Tore (P1-P1' bzw. P2-P2') durch die kapazitiven
Impedanzen (54 bzw. 54') der genannten zweiten Resonanzkreise abgeschlossen sind.
3. Quadraturüberlagerungsstufe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Signalwege -,-,
(2, 3) aufgenommenen Filter (5 bzw. 7) zusammen mit dem Gyrator (42) einen Resonanzkreis bilden,
dessen Resonanzfrequenz Δω dem Frequenzhub eines mit Hilfe der den Filtern vorgeschalteten
Modulatoren (4 bzw. 6) demodulierten FSK-Signals hn
entspricht, und daß der Ausgangskreis (18) eine erste und eine zweite Quadrieranordnung (49 bzw. 50)
zum Quadrieren der am ersten und am zweiten Tor (P1-Pt' bzw. P2-P2') des Gyrators auftretenden
Spannungen sowie eine an die erste und an die h^,
zweite Quadrieranordnung angeschlossene Summieranordnung (53) zur Bestimmung der Summe
der quadrierten Signale (53) zur Rückgewinnung des ursprünglichen mit Hilfe von Frequenzverscbie-bungsmodulation
(FSK) übertragenen binären Kodes enthält (F ig. 9).
4. Quadraturüberlagerungsstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Signalwege
(2, 3) aufgenommenen Filter (5 bzw. 7) zusammen mit dem ersten und dem zweiten Gyrator (42 bzw.
42') zwei Resonanzkreise bilden, wobei die Resonanzfrequenz +Δω des einen Resonanzkreises dem
positiven Frequenzhub und die Resonanzfrequenz— Δω des anderen Resonanzkreises dem
negativen Frequenzhub eines mit Hilfe der den Filtern vorgeschalteten Modulatoren (4 bzw. 6)
demodulierten FSK-Signals entspricht, und daß der Ausgangskreis (18) ein erstes Quadrieranordnungspaar
(49,50) zum Quadrieren der an dem ersten bzw. dem zweiten Tor des ersten Gyrators (42)
auftretenden Spannungen und ein zweites Quadrieranordnungspaar (55,56) zum Quadrieren der an dem
ersten und dem zweiten Tor des zweiten Gyrators (42') auftretenden Spannungen enthält, sowie eine an
das erste Quadrieranordnungspaar angeschlossene erste Summieranordnung (53) und eine an das zweite
Quadrieranordnungspaar angeschlossene zweite Summieranordnung (57) und einen an die erste und
die zweite Fummieranordnung angeschlossenen Differenzerzeuger (58) zur Rückgewinnung des
ursprünglichen mit Hilfe von Frequenzverschiebungsmodulation (FSK) übertragenen binären Kodes
enthält (F i g. II).
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FR (1) | FR2391593A1 (de) |
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