DE3606433A1 - Mitlaufende spiegelfrequenzsperre - Google Patents

Mitlaufende spiegelfrequenzsperre

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DE3606433A1 DE19863606433 DE3606433A DE3606433A1 DE 3606433 A1 DE3606433 A1 DE 3606433A1 DE 19863606433 DE19863606433 DE 19863606433 DE 3606433 A DE3606433 A DE 3606433A DE 3606433 A1 DE3606433 A1 DE 3606433A1
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Description

DR. DIETER V. B ΕΖΌ-LD . -" - -"
DIPL. ING. PETER SCHÜTZ" -*"': ~- 3 6 O 6 A 3 DIPL. ING. WOLFGANG HEÜSLER
ZUGELASSEN BEIM PATENTANWÄLTE TELEFON (089) 47O60O6
EUROPATSCHEN PATENTAMT T_, _v -OOA,a
MARIA-THERESIA-STRASSE 22 TELEX S2263e
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RCA 81988 Sch/Vu
USSN 705,496
vom 28. Februar 1985
RCA Corporation, Princeton, N.J. (US)
Mitlaufende Spiegelfrequenzsperre
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BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft das Gebiet frequenzselektiver Schaltungen, insbesondere solche zur Unterscheidung von Spiegelfrequenzen in einem Überlagerungsempfänger, wie einen typischen Fernsehempfänger.
In Superhet-Empfängern kann man zahlreiche zufällige Signale erhatten, eine Hauptquetle hierfür sind Spiegelfrequenzsignale. Diese haben eine Frequenz, die um die doppelte Zwischenfrequenz über der Abstimmfrequenz des Empfängers liegen, sofern der Geräteoszillator mit einer höheren Frequenz als das Empfangssignal schwingt. Getangen solche Signale zum Mischer, dann ergeben sie mit dem Oszillatorsignal eine Differenzfrequenz, die genau gleich der Zwischenfrequenz ist, und erscheinen zusammen mit dem gewünschten Signal am Empfängerausgang. Spiegelfrequenzsignale stören insbesondere bei Fernsehempfängern besonders, weil sie zu Überlagerungen im Wiedergabebild führen und im allgemeinen ärgerlich für den Betrachter sind.
ι Spiegelfrequenzsignale lassen sich verringern, wenn man genügend
Selektivität zwischen dem Empfängereingang und dem Mischer vorsieht, damit Signale der Spiegelfrequenz den Mischer nicht mit nennenswerter Amplitude erreichen. In Radioempfängern hat man zur Verbesserung der Spiegelsignaltrennung ohne nennenswerte Dämpfung des gewünschten Signals spezielle Koppelschaltungen entwickelt. Solche Koppelschaltungen sollen auch für ein Mitlaufen der Spiegelfrequenzunterdrückung oder der Ausfilterfrequenz mit Änderungen der Abstimmung sorgen, so daß die Frequenztrennung zwischen Abstimmfrequenz und Ausfilterfrequenz konstant bleibt. Dieses Erfordernis besteht, weil der Abstand zwischen Spiegelfrequenz und der gewünschten Signalfrequenz von der Abstimmung unabhängig ist, nämlich zweimal so groß wie die Zwischenfrequenz. Beispiele solcher Koppelschaltungen sind beschrieben in "Radio Receiver Design" von K.R. Sturley, veröffentlicht bei Chapman S Hall Ltd., London, 1953, Seiten 349 bis 353 und in "Radio
Engineers1 Handbook" von F-E. Terman, veröffentlicht bei McGraw-Hill Book Company/ Inc./ New York/ 1943/ Seite 645. Bei diesen Schaltungen wird eine Neutralisierungsspannung in einer mit dem Eingang gekoppelten Hilfsspule erzeugt. Die Schaltungsparameter sind so gewählt/ daß die Neutralisierungsspannung die Spiegelfrequenzsignale auslöscht/ die gewünschten Signale jedoch nicht nennenswert beeinflußt. Jedoch ist die Hilfsspule bei diesen Beispielen mit anderen Spulen der Koppelschaltung induktiv gekoppelt/ und wenn diese induktive Kopplung bei relativ niedrigen Funkfrequenzen zufriedenstellend sein mag, so führt sie doch zu Problemen bei höheren Fernsehfrequenzen, insbesondere im UHF-Bereich. Bei solchen Frequenzen können Induktivitäten nämlich nur aus einem kurzen Streifen Kupferfolie bestehen, und in solchen Fällen ergeben sich sehr schwierige Probleme/ die induktive Kopplung zu erhalten und einzujustieren, und dies ist sehr unerwünscht/ insbesondere bei einer Massenproduktion.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird das Eingangssignal des Empfängers einem ersten Parallelschwingkreis zugeführt, der über eine erste Koppelschaltung mit einem zweiten Parallelschwingkreis gegenseitig gekoppelt ist. Im kapazitiven Zweig des ersten Schwingkreises liegt eine Schaltungsimpedanz zur Erzeugung eines Neutralisierungssignals, von dem zumindest ein Teil über eine zweite Koppelschaltung in den induktiven Zweig des zweiten Schwingkreises eingekoppelt wird.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung sind beide Schwingkreise auf die gewünschte Signalfrequenz abgestimmt.
/1 Weiterhin wird gemäß der Erfindung die Frequenzcharakteristik der Schaltungsimpedanz so gewählt, daß sich im induktiven Zweig des zweiten Schwingkreises die über die erste Koppelschaltung gekoppelten Spiegelfrequenzsignalkomponenten mit den über die zweite Koppelschaltung gekoppelten Bildsignalfrequenzkomponenten im wesentlichen auslöschen. Erfindungsgemäß ist die Auslöschung der entsprechenden gewünschten Signalfrequenzkomponenten wesentlich geringer als die Auslöschung zwischen Spiegelfrequenz-
komponenten. Schließlich ist gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung der Frequenzabstand zwischen dem gewünschten SignaL und den SpiegeLfrequenzen im wesentLichen konstant.
Diese und andere Gesichtspunkte der Erfindung seien nun mit Bezug auf die beiLiegenden Zeichnungen näher erläutert, in denen
Fig. 1 teilweise als BtockschaLtbiLd und teilweise als Stromlaufplan eine HF-Koppelschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 2 teilweise in Blockdarstellung und teilweise aLs Stromlaufplan eine Realisierung der Koppelschaltung nach Fig. 1 zeigt.
/ Bei der Koppelschaltung nach Fig. 1 ist eine HF-Quelle 100 mit einer abgestimmten Schaltung 102 gekoppelt, welche eine Abstimmkapazität 104 und eine Induktivität 106 aufweist, die zusammen einen ParalleLschwingkreis bilden, der dadurch geschlossen wird, daß die Induktivität 106 an Masse 108 liegt und die Kapazität 104 über einen Schwingkreis 110 an Masse Liegt, weLcher die Parallelschaltung einer Kapazität 112 mit einer Induktivität 114 enthält. Der Strom in der Induktivität 104 Läßt daher eine Spannung an der Schaltungsimpedanz des Schwingkreises 110 entstehen. Der Schwingkreis 102 wird auf die gewünschte Signalfrequenz abgestimmt, die von der HF-QueLLe 100 geliefert wird . Die Quelle 100 kann beispielsweise ein HF-Verstärker sein, der mit einer Signalquelle, wie einer Antenne oder einem Fernsehkabelanschluß, gekoppelt ist. Wenn auch der Schwingkreis 102 bei der gewünschten Signalfrequenz ein maximales SignaL liefert, so liefert er doch auch in gewissem Ausmaß Signale bei anderen Frequenzen, wie etwa bei der SpiegeLfrequenz. Dadurch können die gewünschten Signalfrequenzen und auch Spiegelfrequenzsignale im Ausgangssignal der HF-Quelle 100 auftreten und zu entsprechenden Spannungen am Schwingkreis 110 führen.
Ein weiterer Schwingkreis 116 enthält eine Induktivität 118 und eine Kapazität 120, die zusammen einen ParalLelschwingkreis bilden,
der ebenfalls auf die gewünschte Signalfrequenz abgestimmt ist. Die Kapazität 120 ist mit Masse gekoppelt, während die Induktivität 118 mittels eines Koppelzweiges 115 über dem Schwingkreis 110 an Masse liegt, der somit sowohl für die Kapazität 104 als auch für die Induktivität 118 eine gemeinsame Fußpunktsimpedanz bildet. Die am Schwingkreis 110 infolge des Stromes in der Kapazität auftretende Spannung wird daher in den Schwingkreis 116 eingekoppelt. Die Schwingkreise 102 und 116 sind ferner über eine Koppelschaltung 122, die in Fig. 1 nur als Block dargestellt ist, gekoppelt. Diese Koppelschaltung 122 kann in irgendeiner bequemen und geeigneten Form realisiert werden, für die später noch ein Beispiel gebracht wird. Aus der Schaltungstheorie ist es bekannt, daß Koppelschaltungen sich auf ein einfaches Ersatzkoppelschaltbild mit gegenseitiger induktiver Kopplung zurückführen lassen. Über die Koppelschaltung 122 zur Induktivität 118 gekoppelte Signale erscheinen zusätzlich zu über den Schwingkreis 110 zur Induktivität 118 gekoppelten Signalen. In der Induktivität 118 treten daher für jede im Ausgangssignal der HF-Quelle 100 vorhandene Signalfrequenz zwei Signalkomponenten auf« Man hat herausgefunden, daß man für Spiegelfrequenzsignale eine gegenseitige Auslöschung dieser beiden Signalkomponenten erreichen kann, ohne daß Signale der gewünschten Signalfrequenz wesentlich beeinflußt würden. Hierzu wählt man die Werte der Schaltungselemente und das Vorzeichen der Kopplung 122 in geeigneter Weise so, daß die zur Induktivität 118 gekoppelten Spiegelfrequenzkomponenten gleiche Amplitude und entgegengesetztes Vorzeichen haben. Wegen der frequenzabhängigen Charakteristik der Kopplungen treten diese Bedingungen nicht bei der gewünschten Signalfrequenz auf, so daß sich hier keine nennenswerte Auslöschung ergibt. Die Koppelschaltung wird daher als Sperre für Spiegelsignalfrequenzen, und das Ausgangssignal des Schwingkreises 116 ergibt ein relativ kleineres Spiegelsignal im Vergleich zum Ausgang der HF-Quelle 100. Das Ausgangssignal des Schwingkreises 116 wird dann den Signalverarbeitungsschaltungen 122 des Empfängers zur weiteren Verarbeitung zugeführt.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß der Abstand zwischen der Abstitnmfrequenz und der Fi Iterspiege!.frequenz bei der Abstimmung konstant bleiben soll. Die Wirkungsweise des Schwingkreises 110 in diesem Sinne sei nachfolgend erklärt. Nimmt man zunächst an, daß die Kapazität 110 nicht angeschlossen ist, dann Läßt sich zeigen, daß der Frequenzabstand zwischen Abstimmfrequenz und Filterfrequenz proportional der Abstimmfrequenz ist, wobei die Proportionalität durch die Induktivität 114 bestimmt wird. Eine Bedingung für die Konstanz des Frequenzabstandes beim Verändern der Abstimmung besteht darin, daß die effektive Induktivität 114 sich im interessierenden Frequenzbereich umgekehrt mit dem Quadrat der Frequenz ändern muß. Zwar ist eine solche frequenzabhängige Induktivität nicht realisierbar, jedoch läßt sich bei der Erfindung ein äquivalenter Effekt durch Hinzufügung der Kapazität 112 zur Bildung des Schwingkreises 110 erreichen. Bei geeigneten Werten der Kapazität 112 und der Induktivität 114 läßt sich die effektive Impedanz des Schwingkreises 110 entsprechend der Impedanz der fiktiven Induktivität machen, deren Wert sich im interessierenden Frequenzbereich umgekehrt mit dem Quadrat der Frequenz ändert. Wie gesagt wurde, ergibt eine solche Charakteristik einen Abstand zwischen der Spiegelfilterfrequenz und der Abstimmfrequenz, der konstant bleibt und daher mit der tatsächlichen Spiegelfrequenz bei Veränderung der Abstimmung mitlaufen kann.
Fig. 2 veranschaulicht eine Realisierung der Koppelschaltung, wie sie sich beispielsweise für einen Fernsehempfänger eignet. Eine UHF-Signalquelle 200, die beispielsweise eine Antenne, ein Kabelanschluß oder ein Videobandrecorder sein kann, ist mit einem HF-Verstärker und Abstimmschaltungen 201 gekoppelt. Typischerweise enthält das Ausgangssignal des HF-Verstärkers 201 zusätzlich zum gewünschten Signal Spiegelfrequenzsignale. Dieses Ausgangssignal wird einem auf die gewünschte Signalfrequenz abgestimmten Schwingkreis 202 zugeführt, der eine Induktivität 206 und eine Kapazität 204 enthält, welche typischerweise eine spannungssteuerbare Kapazität, wie hier angedeutet, ist. Neben der Induktivität 206 ist eine geerdete Schleife 207 vorgesehen, die ein Abgleichen durch Biegen der Schleife erlaubt, wobei ihre Kopplung mit der
Induktivität 206 verändert wird. Die Kapazität 204 ist über einen GLeichspannungsbLockkondensator 205 und eine Induktivität 214 an Masse gekoppelt, die typischerweise einen so kLeinen Wert hat, daß er durch einen kLeinen Abschnitt Leitender FoLie auf einer gedruckten Schaltungskarte reaLisiert werden kann. Die Induktivität 214 und eine Kapazität 212 bilden einen Schwingkreis 210 zur Lieferung einer Neutralisierungsspannung, entsprechend dem Schwingkreis 110 in Fig. 1- Die Kapazität 212 ist typischerweise sehr klein und kann üblicherweise durch die Streukapazität gebildet werden, welche zu einem auf einer gedruckten Schaltungskarte gebildeten Leiter gehört, so daß keine andere Kapazitätskomponente benötigt wird.
Die am Schwingkreis 210 entstehende Spannung wird über einen Spannungsteiler, der eine Reiheninduktivität 215 und eine Nebenschlußinduktivität 219 enthält, gekoppelt, wobei diese beiden Induktivitäten durch Leiterstreifen auf einer gedruckten Schaltungskarte gebildet werden. So wird nur ein Teil der Neutralisierungsspannung am Schwingkreis 210 tatsächlich zur Induktivität 218 gekoppelt. Neben der Induktivität 218 ist eine geerdete Schleife 217 zum Abgleichen vorgesehen. Die Induktivität 218 bildet bei der gewünschten Signalfrequenz mit der Kapazität 220 einen Schwingkreis, die aLs veränderbare Kapazitätsdiode dargestellt ist, welche über einen GleichspannungsbLockkondensator 221 an Masse Liegt. Beide Kapazitäten 204 und 220 erhalten eine Abstimmungsspannung über Widerstände 203 bzw. 205 von einer Abstimmspannungsquelle 226, die ebenfalls eine Abstimmspannung an Abstimmelemente im HF-Verstärker 201 liefern kann.
Die Schwingkreise 202 und 206 sind über eine Koppelschaltung mit der Parallelschaltung einer Induktivität 223 und einer Kapazität 225 miteinander gekoppelt. Das vom Schwingkreis 216 abgenommene AusgangssignaL wird den Signalverarbeitungsschaltungen 224 des Empfängers zur weiteren Verarbeitung zugeführt.
Wie sich aus einem VergLeich der Figuren 1 und 2 ergibt, entspricht die Funktionsweise der SchaLtung nach Fig. 2 im wesentLichen der entsprechenden Beschreibung zur Figur 1. Es sei betont, daß der SpannungsteiLer mit der Induktivität 215 und 219 deshaLb verwendet wird, weiL die zur SpiegeLsignaLausLöschung in der Induktivität 218 benötigte SignaLampLitude kLeiner ist aLs die an der Induktivität 214 entstehende, wenn diese mit vernünftig reaLisierbaren Dimensionen ausgebiLdet wird.
Die ReaLisierung der Erfindung gemäß den Figuren 1 und 2 ist nur aLs BeispieL zu verstehen und hiervon sind zahLreiche SchaLtungsabwandLungen mögLich. BeispieLsweise können ansteLLe des veranschauLichten ParaLLeLschwingkreises 222 andere äquivaLente Koppe-Lungen vorgesehen sein. Während die AbstimmspannungsqueLLe 226 nach dem BeispieL den Abstimmdioden 204 und 220 dieseLbe Abstimmspannung zuführt wie den HF-Verstärker- und AbstimmschaLtungen 201, so können gegebenenfaLLs für diese ELemente auch verschiedene Spannungen benutzt werden. SchLießLich muß nicht der SpannungsteiLer mit der Induktivität 215 und 219 benutzt werden, wenn die Werte der Induktivität 214 und der Kapazität 212 entsprechend geändert werden. Wenn die Funktion der Erfindung hier auch im Zusammenhang mit HF-Empfängern beschrieben worden ist, so eignet sie sich doch auch für andere Anwendungen, wo eine FiLterfrequenz mit der Abstimmung auf eine gewünschte SignaLfrequenz gLeichLaufen soLL.

Claims (21)

PATENTANSPRÜCHE
1) HF-Koppelschaltung für einen Superhet-HF-Empfänger mit einem HF-Signaleingang, bei dem bei Abstimmung auf eine gewünschte Signalfrequenz eine unerwünschte Spiegelfrequenz auftritt, mit einem ersten und einem zweiten Schwingkreis (102,116) mit je einer Parallelschaltung eines kapazitiven und eines induktiven Zweiges, von denen der erste Schwingkreis zur Zuführung des Signales vom HF-Eingang mit diesem gekoppelt ist und beide Schwingkreise gegenseitig über eine erste Koppeleinrichtung (122) miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem kapazitiven Zweig des ersten Schwingkreises (102) zur Erzeugung eines Neutralisierungssignals eine Impedanz (110) gekoppelt ist und daß zur Einkoppelung zumindest eines Teils des Neutralisierungssignals in den induktiven Zweig des zweiten Schwingkreises (116) eine zweite Koppeleinrichtung (115) vorgesehen ist.
2) Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenzen des ersten und zweiten Schwingkreises (102,116) praktisch bei der gewünschten Signalfrequenz liegen.
3) Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (110) mit einer solchen Frequenzcharakteristik bemessen ist, daß über einen vorbestimmten Bereich der Spiegelfrequenz im induktiviten Zweig (118) des zweiten Schwingkreises (116) im wesentlichen eine Auslöschung zwischen den über die erste Koppeleinrichtung (122) eingekoppelten Spiegelfrequenzkomponenten und Spiegelfrequenzkomponenten des Teils des Neutralisierungssignals erfolgt.
ORlGMW- WSPECTED
4) Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im induktiven Zweig (118) des zweiten Schwingkreises (116) erfolgte Auslöschung der gewünschten Signalkomponenten des über die erste Koppeleinrichtung (122) eingekoppelten Signals mit den Signalfrequenzkomponenten des Teils des Neutralisierungssignals erheblich geringer als die gegenseitige Auslöschung der Spiegelfrequenzkomponenten ist.
5) Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzabstand zwischen der gewünschten Signalfrequenz und der Spiegelfrequenz im wesentlichen konstant ist.
6) Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz einen "dritten Schwingkreis (110) aufweist, über dem das Neutralisierungssignal entsteht.
7) Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Schwingkreis (110) die Parallelschaltung einer Induktivität (114) mit einer Kapazität (112) enthält.
8) Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Koppeleinrichtung (115) eine Verbindung zwischen dem dritten Schwingkreis (110) und dem induktiven Zweig (118) des zweiten Schwingkreises (116) aufweist.
9) Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Koppeleinrichtung einen Spannungsteiler enthält.
10) Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des dritten Schwingkreises so gewählt ist, daß über einen vorbestimmten Frequenzbereich in dem induktiven Zweig (118) des zweiten Schwingkreises (116) eine wesentliche Auslöschung zwischen den Spiegelfrequenzkomponenten des über die erste Koppeleinrichtung (122) eingekoppelten Signals mit den Spiegelfrequenzkomponenten des Teils des Neutralisierungssignals erfolgt.
11) Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im induktiven Zweig (118) des zweiten Schwingkreises (116) eine wesentlich geringere Auslöschung der über die erste Koppeleinrichtung (122) eingekoppelten gewünschten Signalfrequenzkomponenten und der gewünschten Signalfrequenzkomponenten des Teils des Neutralisierungssignals erfolgt als die Auslöschung bei der Spiegelfrequenz.
12) Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzabstand zwischen der Spiegelfrequenz und der gewünschten Signalfrequenz über einen vorbestimmten Frequenzbereich im wesentlichen unabhängig von der gewünschten Signalfrequenz ist.
13) Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfrequenz höher als die gewünschte Signalfrequenz liegt.
14) Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des dritten Schwingkreises (110) so gewählt ist, daß über einen vorbestimmten Frequenzbereich im induktiven Zweig (118) des zweiten Schwingkreises (116) eine wesentliche Auslöschung zwischen den Spiegelfrequenzkomponenten des über die erste Koppeleinrichtung (122) eingekoppelten Signals und den Spiegelfrequenzkomponenten des Teils des Neutralisierungssignals erfolgt.
15) Schaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß im induktiven Zweig (118) des zweiten Schwingkreises (116) eine wesentlich geringere Auslöschung der gewünschten Signalfrequenzkomponenten eines über die erste Koppeleinrichtung eingekoppelten Signals mit den gewünschten Signalfrequenzkomponenten des Teils des Neutralisierungssignals erfolgt als die Auslöschung bei der Spiegelfrequenz.
16) Schaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
der Frequenzabstand zwischen der Spiegelfrequenz und der gewünschten Signalfrequenz über einen vorbestimmten Frequenzbereich im wesentlichen unabhängig von der gewünschten Signalfrequenz ist.
17) SchaLtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfrequenz höher als die gewünschte Signalfrequenz liegt.
18) Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (110) mit einer solchen Frequenzcharakteristik gewählt ist, daß im induktiven Zweig (118) des zweiten Schwingkreises (116) eine wesentliche Auslöschung zwischen den Komponenten des Teils des Neutralisierungssignals, deren Frequenz im wesentlichen gleich der vorbestimmten Filterfrequenz ist, mit den Filterfrequenzkomponenten eines über die erste Koppeleinrichtung (122) eingekoppelten Signals erfolgt.
19) Schaltung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß im induktiven Zweig (118) des zweiten Schwingkreises (116) eine wesentlich geringere Auslöschung der gewünschten Signalfrequenzkomponenten des Teils des Neutralisierungssignals mit den über die erste Koppeleinrichtung (122) eingekoppelten gewünschten Signalfrequenzkomponenten erfolgt als die Auslöschung zwischen den Filterfrequenzkomponenten.
20) Schaltung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß
der Frequenzabstand zwischen der Filterfrequenz und der gewünschten Signalfrequenz im wesentlichen konstant ist.
21) Schaltung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterfrequenz im wesentlichen gleich der Spiegelfrequenz ist.
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